上网本突出低功耗特性电源管理方案因“本”而异
集成与分立方式各有优势
针对不同尺寸的上网本,其电源管理方案也有不同的模式。对于显示屏尺寸较大(7英寸以上)的上网本,其电源管理方案基本上是笔记本电脑电源管理的简化版,只是电流要求比笔记本电脑略小;而显示屏尺寸较小的上网本电源结构则与PDA的电源类似,采取单电池结构。
目前已有业内厂家声称针对上网本电源管理推出集成电源方案。集成方案对于需要体积小型化的上网本产品自然是很有吸引力的。而系统的可靠性是与器件数量成反比的,器件数量越少,其可靠性就越高。另外,器件数量越多,其布置就越密,焊点也就越小,而上网本这样的产品被消费者随身携带,经常会受到挤压,这就加大了系统失效的概率。
英特尔Atom处理器有特定的电源要求,使其更适合应用分立电源管理控制器。另外,集成的电源管理芯片会丧失其通用性,不同的系统就需要不同的电源管理芯片,所以,尽管集成方案有很多优势,但代价是成本较高。另据业内相关专家介绍,目前上网本的显示屏耗电大约占整个系统耗电的1/3,因此,改进LCD驱动和背光LED驱动的方式,对于延长上网本的续航时间、节省成本都有重要意义。
对使用电池的电子产品而言,充电过程中的安全问题也是不容忽视的。上网本通常需要充电IC在充电过程中对充电电压、充电电流进行精确控制,从而防止出现过流或过压。DougOsterhout告诉记者:“上网本电源管理解决方案使用两颗串联的MOSFET(金属-氧化物-半导体场效应晶体管)来保护电池和充电器。这两颗MOSFET一起充当双向开关,充电器会监测充电电流,如果出现过流或过压状况,充电器与电池之间的连接就断开。如果充电器电压比电池电压低,充电器与电池之间的连接也会断开,以防止电池通过充电器放电。”
处理器架构影响电源管理模式
尽管目前英特尔Atom(凌动)处理器在上网本领域占有优势,但ARM架构的处理器也有一定的市场,飞思卡尔近期面向上网本市场推出的基于内置ARM CortexA8技术的i.MX515处理器及相应的解决方案就颇为引人注目。 那么,不同架构的上网本处理器对电源管理有什么不同的要求?工程师刘学超在接受《中国电子报》记者采访时表示,英特尔Atom处理器采用X86架构,功耗较ARM架构高,需要VID(默认电压)调节核电压,比如英特尔Atom采用IMVP6+7位数模转换器进行VID供电管理,采用单相或两相同步降压DC/DC变换器。而ARM处理器功耗较X86低,一般不需要VID调节,采用单相同步DC/DC变换器。DougOsterhout则认为,Atom处理器的许多电源要求都类似英特尔现有的笔记本处理器,Atom处理器和笔记本处理器使用类似的技术,通过与电源管理控制器之间的通信来控制它们的电源电压,而ARM处理器则不具备这种特性。
企业观点
总体来说,上网本的电源管理分为以下几部分:电池充电和管理、CPU供电、系统(5V/3.3V)供电、I/O和显卡供电、显示背光供电、DDR存储器供电。
从供电方式上看,上网本与主流笔记本电脑两者比较相似。在TI提供的一个上网本的电源解决方案中,在对系统供电部分就采用了TPS51125。TPS51125是一款针对具有内部3.3V与5VLDO的笔记本系统电源的低成本、双通道、同步降压控制器解决方案。采用D-CAPTM自适应实时控制架构,可支持轻负载时的高效率以及快速的瞬态响应。
不过,上网本输入适配器电压是19V、16V或12V,CPU及I/O功耗较低,电池一般是2-3节。而笔记本电脑适配器输入电压一般是19V,电池一般是3节以上。相比之下MID与智能手机功耗比上网本低,一般采用PMU(集成电源管理器件)供电,电池一般是1-2节。对于具体产品而言,采用分立式还是集成方式与负载电流和电压有关。CPU由于其低电压大电流(电压通常为1V左右,电流通常为10A-20A),一般采用分立方式比较合理。但对于I/O、背光以及DDR供电,可以考虑采用高集成电源方案。随着上网本集成度越来越高,采用集成电源管理会是一个趋势。
小型化是上网本电源特征
上网本电源应用的电流比笔记本应用要低很多,它最关键的电源管理要求是在非常轻载情况下能提供高能效。另外,由于上网本应用更讲究空间,所以需要小型电源解决方案。这不仅要求电源管理控制器封装尺寸小,还要求更少的外部元件数量。笔记本处理器电源应用是多相解决方案,这些设计经过优化以提供更高的功率。而上网本处理器电源应用为单相解决方案。
轻载效率左右上网本电池寿命
在上网本中,电源管理IC通常对电池寿命、系统性能以及整体方案的成本起着至关重要的作用。高效率的电源管理电路通常有助于延长电池工作时间,同时也有助于缩小整体方案的尺寸。而其中,最为关注的重要特性包括电源控制架构和轻载工作模式。
上网本通常要求电源具有较快的瞬态响应特性,而传统固定频率PWM(脉宽调制)控制方案往往瞬态响应特性较差。另外,轻载效率是延长上网本的电池寿命的关键所在。虽然强制PWM具有固定的开关频率,因而具有较低的噪声,但空载时,强制PWM架构却具有较高的工作电流。而Maxim电源中的Quick-PWM架构以及跳脉冲工作模式却很好地解决了上述两个问题。
