手機中的 (mobile phone) 電源轉換器

指導老師：陳信助 教授

學生姓名：王志松 G960J021

手機設計考慮的因素手機及充電器的介紹DC/DC 電源各種轉換電路DC/DC 電源轉換電路及轉換器電路拓樸的比較結果

結論參考文獻

大綱

手機設計考慮的因素 如何有效地最佳化功耗，以延長電池工作時間。

電池管理處理電池的充電並測量其電量。

系統電源管理能對電池能量使用進行最佳化。

電源轉換盡可能有效地將電池能量轉換為系統電源。

http://www.eettaiwan.com/ART_8800409718_617723.HTM

手機及充電器的介紹 手機

大部分使用鋰離子電池。穩定工作電壓範圍： 3.6V-3.8V 。 電流範圍： 450mA 左右。一般手機輸出功率至少是 1W 。

USB 充電器輸入電壓 : 5V 。輸入電流 : 450mA 。輸出電壓 : 6V 。輸出電流 : 400mA 。

http://www.ti.com.tw/articles/detail.asp?sno=51http://www.ctshop.com.tw/chinatimes/item.asp?item_id=1344833

USB 充電器

手機及充電器的介紹 ULTRA POWER UL3774 萬用鋰電池座

充器 適用於大多數 3.6V/3.7V 數位相機、

7.2V/7.4V 攝影機、 3.6V/3.7V 手機 等。

自動識別 3.6V~7.2V 鋰電池的正負極性， 且自動調整充電。

過電壓、電流、超時保護。 電壓輸入 (input) :100~240V DC-12~2

4V電壓輸出 (output) :DC3.6/3.7/7.2/7.4V

http://www.yova.tw/eshop/product_info.php/info/p101_ULTRA-POWER-UL3774------------------------.html/XTCsid/697ae40c9412e848755d397a06b0b0ac

萬用鋰電池座充器

DC/DC 電源轉換電路 設計時工程師必須決定電源轉換元件的種類，其中有下列三種 線性穩壓器。

無電感的交換式電源轉換器 (電荷泵浦 ) 。

有以電感為基礎、並且內建 FET 開關的交換式電源轉換器。

http://www.ti.com.tw/articles/detail.asp?sno=58

線性穩壓器的介紹

優點簡單。輸出雜訊和漣波低。優越輸入電源和負載變化穩壓。電磁干擾低 (EMI) 低。

缺點 效率低 。如果需要散熱，需較大的空間。

http://www.national.com/CHT/appinfo/power/0,1768,318,00.html

http://www.powerdirect.com.tw/LT3012.html

線性穩壓器是最簡單的轉換器，壓差低，輸入電流則等於輸出電流。

低降壓線性穩壓器 (LDO)

特點： 需要外部零件，就能使微控制器提供

動態電壓調整功能 。 TPS780xx 系列只要 1μF 以上的電容就

能穩定工作。 採用 6 接腳的 2x2 毫米 SON 封裝。 適合在低耗電和節省空間的可攜式應

用，例如行動電話、數位相機。

http://www.hope.com.tw/News/ShowNews.asp?O=200803200936070934&F=%BCw%A6{%BB%F6%BE%B9

無電感 DC/DC 轉換器的介紹

特點設計簡單，效率高。切換至不同的倍壓模式會造成效率曲線步階改變。

回授方法不同對轉換器效率和漣波會產生不同影響。

針對應用需求來選擇適當的回授方法。

http://www.ti.com.tw/articles/detail.asp?sno=39&catalog=7

無電感交換式 DC/DC 轉換器又稱為電荷泵浦，是最簡單的交換式穩壓器。

http://big5.nikkeibp.co.jp/china/news/taiw/taiw200709060102.html

無電感 DC-DC 升壓轉換器 AS1301 特點

可支援 2.7 至 5.25V 的輸入電壓，輸出電流最高可達 50

mA 。 擁有高達 92% 的優異效能，提供最低的靜態電流。

具備 <5μA 的關機模式，輸出端和輸入端完全隔離。

應用在需要低功耗、簡化及低成本。

http://big5.nikkeibp.co.jp/china/news/taiw/taiw200709060102.html

採用電感的 DC/DC 轉換器的介紹 特點

輸出電流範圍大於無電感轉換器。

擁有多種電路組態，能為特定應用提供更多功能或更高效率。

能在更寬廣的負載範圍內提供高效率。

http://www.ti.com.tw/articles/detail.asp?sno=39&catalog=7

TPS6220x 基本降壓穩壓器

http://www.powersystems.eetchina.com/ART_8800411263_2400004_NT_633c8dbc.HTM

DC/DC 電源轉換電路的比較

http://www.ti.com.tw/articles/detail.asp?sno=39&catalog=7

以電感為基礎的轉換器

電荷泵浦 線性穩壓器

效 率 高 中 低

成 本 高 中 低

輸出漣波 較多輸出漣波

些許輸出漣波

無輸出漣波

整個解決方案的體積

大 中 小

轉換器電路拓樸的比較結果 要為應用選擇最好的離散式 DC/DC 轉換器，就必須在成本、效率和輸出雜訊或漣波之間做出適當取捨。

下列表 1 、表 2 、表 3 是各種轉換器的比較結果，評比項目包括：最大輸出電流、效率、輸出漣波／雜訊以及整體成本。

http://www.ti.com.tw/articles/detail.asp?sno=39&catalog=7

表 1 ：轉換器電路拓樸的比較結果 最大輸出電流

輸入電壓 > 輸出電壓 成本 優勢

效率 低輸出雜訊 ( 漣波 )

低 穩壓式電荷泵浦 良好 良好 普通

中 低壓降線性穩壓器 傑出 不良 傑出

中 DC/DC 降壓轉換器 普通 傑出 不良 2

高 低壓降線性穩壓控制器 + 外接導通元件

良好 不良 1 傑出

高 DC/DC 降壓控制器 + 外接開關元件

不良 傑出 不良

http://www.ti.com.tw/articles/detail.asp?sno=39&catalog=7

不良 1：有可能改進，只要讓導通元件使用低於控制元件的電源，使它在更接近最小電壓差的地方工作。

表 2 ：轉換器電路拓樸的比較結果 最大輸出電流

最小輸入電壓 < 輸出電壓 < 最大輸入電壓

成本優勢

效率 低輸出雜訊 (漣波 )

低 穩壓式電荷泵浦 + 低壓降穩壓器 普通 普通 普通

中 DC/DC 升壓轉換器 + 低壓降穩壓器 不良 普通 良好

中 降壓／升壓或 SEPIC 轉換器 普通 普通 不良 2

高 降壓／升壓或 SEPIC 控制器 + 外接開關元件

不良 普通 不良 2

http://www.ti.com.tw/articles/detail.asp?sno=39&catalog=7

不良 2：有可能改進，只要在輸出端增加第二個輸出濾波器或線性穩壓器，但這會犧牲部份的成本和效率。

表 3 ：轉換器電路拓樸的比較結果 最大輸出電流

輸入電壓 < 輸出電壓 成本優勢

效率 低輸出雜訊 (漣波 )

低 穩壓式電荷泵浦 良好 良好 普通

中 DC/DC 升壓轉換器 普通 傑出 不良 2

高 DC/DC 升壓控制器 + 外接開關元件

不良 傑出 不良 2

http://www.ti.com.tw/articles/detail.asp?sno=39&catalog=7

結論 不同程度的元件整合可以簡化可攜式電源設計。 不必再擔心元件的電源需求管理。 整合程度不同的電源管理元件可以讓電池提供最長供電時間。

可將電路板面積和成本減至最少。

參考文獻 電子工程專輯

http://www.eettaiwan.com/ART_8800411426_675763_TA_efc39943.HTM

工程師技術網站 http://big5.nikkeibp.co.jp/china/news/taiw/taiw200709060102.html

詹姆士類比網 http://www.powerdirect.com.tw/index.html

HOPENET易立達科技網 http://www.hope.com.tw/News/ShowNews.asp?O=200803200936070934

&F=%BCw%A6{%BB%F6%BE%B9 TI 全球網站 (Technology for Innovators)

http://www.ti.com.tw/articles/detail.asp?sno=39&catalog=7 http://www.ti.com.tw/articles/detail.asp?sno=58

~ 報告完畢 ~