笔记本电脑电源配置分析

1 前言

笔记本电脑系统架构如图1所示，其架构包括：主电源，I/O电源，DDR电源，图形电源，电池充电器，电源开关，电量监测计，显示屏电源，适配器电源，系统监控和保护，音频功率放大器，接口等。

对于系统集成商和设计人员或使用者来说，了解熟悉上述笔记本电脑解决方案至关重要，因为这大大有利于提升笔记本电脑性能价格比与产品质量及系统的维护。为此，本文将对笔记本电脑解决方案中各个部分的选用电源特性作分折说明。

2 主电源选用

主电源采用5个输出的电源芯片，以TPS51120为例作分析说明。

TPS51120是用于笔记本电脑的5个输出全面的主电源解决方案。2个输出是高效DC/DC控制器，用于提供5V和3.3V主开关电源轨。这些转换开关具有伪固定频率和自适应接通时间控制。TPS51120提供了两种控制方案：D-CAP模式和电流模式。D-CAP模式最简单，可提供最快的瞬态响应，不需要任何环路补偿。电流模式需要简单的环路补偿，支持陶瓷输出电容器设计。另外，TPS51120有两个LDO输出，分别设置为5V和3.3V，能够支持100mA负载。这些LDO在启动期间使用，并在5V和3.3V转换开关加电之后提供稳定的切换。第5个输出是一个可支持50μA的2V基准电压，通常用作笔记本电脑中的准确基准电压。为了确保优化易用性，TPS51120为每个转换开关都配备了独立的电源状态良好指示信号并为每个转换开关和LDO配备了独立的使能信号。这整个解决方案装在一个小小的5mm×5mm×5mm QFN32封装中。

图1 笔记本电脑系统架构

图2 TPS51120应用方框示意图

⑴主要特性

集成5个输出，可选D-CAP模式或电流模式，可选温度补偿RDS(on)／电阻OCP，固定PWM或自动跳过模式工作，固定值软启动或可从外面调节，完全集成软关闭，独立的转换开关和LDO使能端,独立的电源状态良好指示信号，集成升压二极管，4.5V至28V输入电压范围，封装5mm×5mm QFN32。

⑵5个输出全面的电源芯片的优点

全面的主电源解决方案，支持100ns以下瞬态响应和陶瓷输出电容器，灵活的OCP，最适合无损或准确检测，最适合比较高的轻负载效率，最适合电源定序并且易于使用，可独立监控每个开关轨，支持5V、12V和19V输入，封装适合小解决方案尺寸。

3 用于系统I／0的优化电源的二种方案选用

3.1 以TPS51124芯片为例作分析说明

TPS51124是适用于笔记本电脑的双路DC/DC控制器。2个输出是高效可调节DC/DC控制器，用于提供I/O电源轨。这些转换开关具有伪固定频率和自适应准时控制。已在尺寸和易于使用方面对TPS51124进行了优化，从而提供了使用非常方便的解决方案，没有添加额外的外部组件的负担。这种优化通过D-CAP模式实现：该模式是最简单的控制模式，它支持最怏的瞬态响应并且不需要任何环路补偿。另外，每个转换开关的软启动时间都是集成的，通过集成软启动时间、支持低侧RDS(on)仅检测电流(OCP)、集成转换开关升压二极管和一直具有跳过模式选项以使效率最高的部件来取得优化效果。TPS51124也为每个转换开关配备了独立的电源状态良好指示和使能端引脚。这个经过优化的解决方案装在一个4mm×4mm QFN-24封装中。

⑴主要特性

优化双路输出，固定D-CAP模式，伪固定频率和自适应准时控制，低侧RDS(on)无损电流检测，固定内部软启动时间和跳过模式工作，完全集成软关闭，集成升压二极管和独立的电源状态良好指示信号，3V至28V输入电压范围，封装：4mm×4mm QFN-24。

⑵优点

外部组件很少，能支持100ns以下瞬态响应，己进行了优化以取得最佳性能并且解决方案尺寸很小，无损OCP省去了外部电阻，最适合比较高的轻负载效率，最适合电源定序，输入电压范围非常宽,可支持3.3V、5V、12V和19V输入，封装适合小解决方案尺寸。

3.2 专为台式机、桌面笔记本、图形卡和机顶盒优选的简单、廉价型DC-DC控制器

MAX8545和MAX8546具有2.7V至28V输入，无损ISENSE，折返式限流，其电压模式、300kHz PWM降压DC-DC控制器具有强劲的2.5gl(典型)栅极驱动器，适合于1A至15A应用。无损检流和折返式过流保护(降低功耗达80％)提供了一个高可靠、低成本的方案。它们具有极宽的输入电压范围，省掉了额外的偏置电源。是3.3V/12V PCI-EXPRESS设计，可工作于墙上适配器。

图3  MAX8545引脚与应用示意图

4 DDR电源选择

4.1 VDDQ、VTT和VREF的全面电源解决方案配置

TPS51116是一套完整的DDR电源解决方案芯片。转换开关用于为VDDQ电源轨提供高效输出，并且具有伪固定频率和自适应准时控制。TPS51116提供了两种控制模式：D-CAP模式和电流模式。D-CAP模式最简单，可提供最快的瞬态响应，不需要任何环路补偿。电流模式需要简单的环路补偿并支持陶瓷输出电容器设计。TPS51116集成了高性能LDO，该LDO为VTT轨提供电源。可以更改LDO的输入以优化总功耗，并且它能够驱动或吸入3A电流。另外集成了用于VREF的缓冲基准电源轨。此输出能够支持10mA的满负载。TPS51116集成了全面的S3和S4/S5状态控制。轻松地将这些引脚连接至S3和S4/S5信号就可以在S3中支持high-Z并在S4和S5中支持软启动关闭。这整个解决方案采用4mm×4mm QFN-24封装或HTSSOP-20封装。

图4  TPS51116典型应用方框图

⑴主要特性为集成VDDQ、VTT和VREF轨，可选D-CAP模式与可选电流模式，伪固定频率和自适应准时控制，可选温度补偿RDS(on)／电阻OCP，固定PWM或自动跳过模式工作，集成S3和S4/S5状态，电源状态良好指示信号，集成升压二极管，封装：4mm×4mm QFN-24或HTSSOP-20。

⑵优点：全面的DDR电源解决方案，支持100ns以下瞬态响应，支持陶瓷输出电容器设计，已进行了优化以取得最佳性能并且解决方案尺寸很小，灵活的OCP，最适合无损或准确检测，固定软启动值省去了输出电容，在S3中支持High-Z，在S4/S5中支持软件启动关闭，VDDQ输出的电源状态良好指示监视器，封装适合小解决方案尺寸。

来源：《电源世界》