德州仪器Stone Zeng：TI便携产品电源管理解决方案

德州仪器高级应用工程师Stone Zeng：大家好，我是来自德州仪器的Stone Zeng，今天我给大家介绍的是TI便携产品电源管理解决方案，我给大家带来一些小产品，也讲一些小技术，中间也会有一些问题提问给大家，我们有一些小礼品赠送。

今天我主要分为五个方面的内容，首先是SuPA，第二是闪光灯的驱动，第三是背光和背光显示的电源，第四是低功率的DCDC用在产品上，最后是电池的充电管理。什么是SuPA呢？SuPA就是PA的供电单元，使用SuPA有什么好处？首先可以延长25%的使用时间，降低30%的温升，同时可以支持多膜、多屏的PA成为可能，因为这种PA的功耗比较大，所以使用我们的SuPA最根本的目的是降低PA的功耗，提高PA的转换效率。从2001年开始就在从事SuPA产品，目前已经超过2.5亿颗。

SuPA有什么好处呢？传统式的PA是直接挂在电池上的，所以如果PA的小电流工作的时候，它有很大一部分能量是以热的形式在内部。使用SuPA以后是来控制PA的供电电压，主动的动态调节，使得我们PA的供电电压随着所需要的功率做一个动态的变换。这是使用SuPA和没有使用SuPA电池的耗电电流，使用SuPA以后电池电流可以降20%到50%。使用SuPA的好处是降低温升，这是我们的实际测试，在没有使用SuPA的时候PC板的温度可以达到90度，使用SuPA以后可以降到60度，所以可以降低30度的温升和节省30%的能耗。

我们的LM3242是750毫安的SuPA，它支持的是3G和4G，它最大的电流是750毫安，同时可以支持到1安的输出电流。我们采用的是6兆的开关频率，所以可以使用很小的输出电感。我们的LM3243是3242的升级版，它同时支持2G、3G、4G的网络，所以它的开关电流是2.5安培的输出电流。我们有5种工作模式是为了在轻载的时候可以提高效率，在电池输出电压比较低的时候可以用（白PAS）模式。是芯片自动切换的，所以用户可以不用管它。

给大家介绍一款产品是射频的检测器，是用来检测PA输出的电流功率，我们知道PA的射频输出功率过大，会造成能量的损耗，甚至是对人体造成伤害。如果PA的输出功率不足，会容易导致掉线或者是比较低的数据传输率。精确的测量PA的输出功率是非常必要的，我们针对这一块做了一系列的产品。我们有2G模式下GSM、CBA的，有3G的、4G的LTE的产品。今天主要给大家介绍LMH2120和2110系列，它具有很低的温度误差，所以温度差少于0.5个db。我们可以不需要把它关掉达到延长电池时间的目的，我们的电压范围不需要单独的，可以接到电池上，节省外部的器件。

首先我的第一个问题是什么是SuPA？

听众：SuPA就是提供一个电源供电，For PA。

Stone Zeng：使用时间更长，不需要再找一个充电器。接下来给大家介绍一下我们在闪光灯驱动里面的方案，电池的发展速度最近都是跟不上功耗的需求，这是一个普通的CDMA和电流需求的图表，传统意义上如果是CDMA的手机不加1.2安培的闪光灯，大概是3安培左右。在闪光灯驱动里会有什么样的挑战和方案呢？首先是闪光灯驱动器本身的热损耗，所以我们在LM3559是可以达到89%的效率。闪光灯驱动碰到第二个问题是LED闪光灯本身的热损耗问题，我们知道传统式的LED是共阳极的接法，不利于热的损耗，需要一个专门的散热器给LED散热。我们的方案是采用共阴极的方法，所以LED的N极是直接到上面，可以供热。所以我们的恒流部分是做在高端，这样可以实现这种方式。

刚才说到电池的输出电流有限，而且闪光灯目前的需求量是越来越大，我们是怎么来解决这个挑战的呢？大家看一个图表，这是输入电压，第二个波形是闪光灯的驱动电流，大家可以看到从这个地方闪光灯已经开始工作，闪光灯的电流慢慢上升，输入电压慢慢下降。当下降到一定值的时候，还没有到电池保护电压的时候，我们内部对这个输出电压进行侦测，所以如果电池电压掉到设定的法值的时候，我们保持闪光灯的电流不变，这样避免当你用一个手机拍照的时候，手机的电池电压已经是弱电的时候，你不会“咔嚓”一声自动关机，所以使用我们的可以解决这个问题，可以自动的控制电流，维持输出电池的电压不会掉于保护电压。LM3556是1.5安培的闪光灯驱动器，所以可以看到它是共阴极的接法，它是可以直接贴到铜体散热的。第二是采用4兆的开关频率，可以使得我们使用更小尺寸的电感，效率更高，最高峰值的效率可以做到90%。闪光灯驱动器有很宽泛的产品线，电流从小到500毫安，大到2个安培，我们支持单颗灯的LED闪光和双颗灯的LED闪光。

接下来讲一下背光的控制，因为现在手机屏幕尺寸越来越大，所以背光的损耗也在不断的提升，到2014年会占到54%。如何提高背光的效率呢？我们会从两方面来着手，第一方面是LED背光的组成方式，同样是8颗的LED背光，到底是8颗串起来好？还是把4颗串起来做一串，把两串并起来呢？这边有一个对比，显而易见，两并四串的方式效率远比一串八并的效率要高。

第二是CABC，根据内容来调整背光的控制技术，我们的处理器首先是把影像的信号传输给显示器的驱动器，显示器的驱动器会解读影像的资料，给出一个CABC的信号，根据显示内容的明暗给出一个CABC的信号。我们的控制器根据CABC来动态的调整驱动电流。我们有播放两部影片，《The Office》和《terminator Trailer》。这是背光的产品线的介绍，有TPS61161，最高可以支持10颗LED。还有其他产品是可以支持最多到6个，LED数最多可以到60颗。同时，我们的LM3532和3533、3630系列都可以支持CABC功能，然后可以达到省电的目的。这是61160系列的，它是单的串，但是最多可以支持10个LED，最高是2.7V—18V，使用很简单，外接一个电阻。LM3532，可以支持3个灯串，每串可以支持10个LED，所以它也支持CABC功能。这里还有一个黄景光的检测，可以支持黄景光的Sensor。我们的LP8556是一颗支持6个灯串，最高也是可以是60颗LED的，这个是在大屏的显示上。大家注意到它的输入电压范围是27V到22V，所以可以支持一节、两节甚至三节的锂电池。每一串的电流差小于0.5%，如果电流误差做得很大，大家可以看到屏的亮度是不均匀的，所以用户体验会不好。在大屏的时候，传统式的方案或者便宜的方案是把这6个灯串并在一起，通过用一颗LED驱动器来做横流，所以每一个LED的电压不一样，每一串分到的电流也是不均匀的，用户看到背光屏会出现这边忽暗、这边忽亮的情况。我们对单独的芯片做横流控制，而且误差值小于0.5个百分点。

我的第二个问题是什么是CABC控制？

听众：根据内容来调整背光电源。

Stone Zeng：完全正确。接下来给大家讲一下在便携式产品低功率的DCDC。在讲之前，我想给大家介绍一下小功率DCDC的产品一般有两点，一个是满载的效率，第二是轻载的效率，还有待机时的功耗。今天给大家介绍一下DCS控制技术，它采用的是直接控制技术，它能实现在满载到省电模式之间的无缝切换。

DCS控制技术有什么好处？第一，我们采用的是演化过来的技术，有非常快的动态响应，所以特别适合给处理器核供电。第二是它能实现在PW模式和PF模式的无缝转换，里面没有开关，是自然的切换过程，同时支持输出电流。第一个是输出的电流，0.1安培—1安培的变化；第二条线是输出电压3.3V，每一隔是50个毫伏，中间是输出电流。所以可以看出输出电流在0.1安培和1安培之间变化，输出电压是小于50个毫伏。这是在满载的模式下，这是在省电的模式下，自然无缝的切换。这是典型的效率图，输出是3.3V，这是1安培的时候，效率有90%多，这是100毫安的时候，10毫安，大家看一下1毫安的时候5V的效率有多少？接近90%。在1毫安的时候效率可以接近90%，这是使用DCS控制技术的好处。

TPS6213X/4X/5X技术，这是6安培和5安培。我们最新的DCS控制技术是6236X系列的，主要给核供电，处理器需要DBS功能，所以它也是支持DBS功能的，同时是10个毫伏。所以输出电压有多个版本，从0.7V到1.4V，或者是0.77V到1.4V。大家看一下这个应用框图，我们需要的外部元件只有三颗，一个输入电容，一个输出电容，一个电感，所以非常适合在便携式的产品上，特别是现在手机尺寸做得越来越小，空间越来越小，越来越轻薄的情况下。

最后介绍一下TI在电池管理方案的一些解决方案，传统分为线性和开关式的，在开关模式下又可以分为单节的和多节的充电。给大家介绍锂电池里面使用很重要的一个技术叫做DPM，所谓的DPM是动态的电源管理，这边有一个示意图。我们使用一个5V2A的进行供电，如果系统上需要0.5安培，我们可以有一个1安培的电流给电池充电。当系统需要1.5安培的时候，我们可以动态调整充电池的电流。当如果系统电流超过2.5安培，我们可以从电池给电。所以使用DPM技术的好处是你可以是一个耗电大户的系统，但是你可以使用一个比较小的，所以尺寸和成本都会降低。bp24170系列，它可以内部集成同步的等流管，所以可以使用外部比较小的尺寸电感，所以它同时也是支持DPM技术的充电管理IT。最大的充电电流可以达到4安培，满足目前或者下一代平板的电池管理需求。我们有几个版本，第一个是固定电压输出的BQ24170系列，还有可调整的BQ27142。

第一个问题是使用DCS技术有什么好处？

听众：一个是从PMF到PWM，可以无缝切换，第二是动态响应快。

Stone Zeng：对，完全正确，DCS技术是动态响应很快，第二是可以无缝切换，对你的系统不会造成影响，在满载、轻载和待机功耗的效率都很高。

最后一个问题是什么是DPM技术？

听众：动态电源管理。

Stone Zeng：完全正确。使用DPM技术有什么好处？

听众：使用DPM可以当负载电流比较大的时候，电流可以一起供电。当电流负载比较小的时候可以分一部分的充电电流给它充电，所以这时候可以做到总的电流在不变的情况下，对温升会比较好一点。

Stone Zeng：它的好处是在于额定的电流，当系统耗电比较大的时候，给充电电流比较大，这样子可以节省电池的充电时间。今天就到这里，谢谢大家。