可携式消费性电子产品如数字相机、MP3播放器、DV摄影机、手机、掌上电脑和PDA的迅速成长，为电子设备制造商带来了一个高度竞争的环境。制造商必须比竞争对手更快地在市场上推出各式既新又好的产品，同时又要满足消费者对于性能高、尺寸小和价格实惠等永无止境的需求。将多项功能融合于一项产品中，例如带有相机、MP3、USB数据接口和PDA功能的智能型手机，无疑地会增加设计的复杂性。此一趋势也使得接口设备的数量增加，这些接口设备透过扩充卡的插槽、串行数据总线或可插拔功率接口来连接到主设备。设计这些最新产品的软件和硬件人员必须将功耗降至最低（以延长电池寿命）、减少组件数目和在电路板上所占用的空间，以及保证产品的功能和质量；并同时以三、五年前无法想象的速度将产品推向市场。

更复杂的是，这些终端产品制造商必须确保产品在与全球众多不同厂商制造的外部周边连接时，能正常运作。这些周边包括：充电器、通讯卡、数据输入/键盘连接、闪存卡、打印机、有线耳机、无线耳机和通信缆线。设计人员必须考虑这些外部埠和卡插槽需要连接到嵌入在消费性电子产品中的敏感集成电路上。个别连接器故障、在连接缆线或启动内部功率总线时出现电压不正确的定序（sequencing）、又或出现过量电流冲击，都会损坏产品或降低其性能，导致使用质量出现问题。这会引起客户不满，从制造商角度看更会影响市场占有率。本文将讨论新型负载管理和保护产品的保护方法、选择及实现方案，以避免这些问题发生，确保制造商的终端产品坚固耐用，来满足严苛的外部使用条件。(图一)就是一个典型的负载管理电路应用图。

《图一 典型负载开关应用》

要实现标准的负载开关电路，除了那些用于控制设备开启的有效逻辑或致能信号外，还需要一些分离式组件和PMOS组件。图一所示方案并没有包括确保系统在前述故障情况下还能正确运作所需的保护、控制功能或软件。

(图二)所提供的范例，将多种保护和控制功能整合在单一组件中，简化了产品设计、减少空间和组件数目。结合过低电压、过电流、突波电流（in-rush current）、短路和过热的保护功能对设计人员而言是非常重要的。新一代产品需要在小型SMD组件中整合上述所有的功能，再加上必要的控制功能，以满足设计人员的要求及使得这些产品更容易让消费者使用。

《图二 多种保护和控制功能整合在单一组件中》

从设计角度看，将这些保护和控制功能整合在一个IC中能够简化设计、减少组件数目、增强可靠性，而且符合产业标准，也满足了消费者对于最新技术和功能的需求。

过电流保护

随着可携式产品不断地进步，并整合更多功能，带来更高的复杂度，许多应用的负载电流都必须限制，以便保护内部功率总线、外部电池或连接在设备上的外接设备和周边。基于这类连接的特性，内部处理器或其他硬件往往无法检测负载或设备是否会产生过电流或过载运作。这类接口设备通常会有视为“正常”运行情况下的额定功耗（一般为电流），但是，这些设备可能会出现故障或受限制的电源接口，以免内部电池出现过度充、放电，或其他影响性能表现的情况。

在选择组件时，设计人员必须考虑其特定应用的额定、最大和最小电流，确保产品性能在所需应用范围内。例如，如果设定额定负载电流小于400mA，设计人员将考虑采用在最小400mA时会触发保护之组件。设计人员同时需要验证在最大过电流达800mA时，系统不会出现损坏或异常运作的情形。

电流限制功能的运作关键是在短路或过电流时保护电路的反应速度。一般来说，组件对于短路的反应时间非常短促，能保护系统不会受到损坏，其正常过电流反应速度也很快 。如果所选组件具有足够的电流限制保护能力，能够适当地响应短路和过电流状况，设计人员就能保证系统正常工作。

过低电压锁定保护（UVLO）

另一个重要的设计问题是：在供电电压（无论是电池供电或低压DC电源供电）短暂下降导致其他的重要IC芯片出现异常操作时，包括DSP、媒体处理器或其他硬设备，系统会怎样因应。一般来说，只要组件整合了UVLO保护电路，就能够应付一定程度的电源电压不稳定或电池电压太低情况。该电路确保开关在输入电压低于某一特定阀值时不会开启。对于这些设备，阀值应设为最小1.5V、额定1.6V及最大1.7V。同样重要的是，这个设计包括内建迟滞参数（一般为47mV），以确保输入电压回升时，组件不会在设定阀值附近出现间歇性关断。如果ON引脚启用了，VIN信号朝设定阀值上升，在达到VTH时组件将开启，并且不会再关断，除非输入电压降到设定阀值以下，并越过迟滞参数幅度。因此，设计人员必须保证该开关（处于启动态）的工作范围在UVLO 电路设定阀值以上，并超过迟滞参数幅度。

突波电流限制

功率管理设计人员面对的另一个挑战是开关开启时由电容性负载引起的突波电流或功率讯号过冲（overshoot）的处理。过去，设计人员需要在电容值和导通及突波电流管理之间作出取舍，电容值的大小将决定开关或数字电路在电源产生的噪声或电磁干扰（EMI）的大小。利用最新的负载管理组件，突波电流限制电路已整合在组件中，可用来控制整合PMOS开关的开启，因此无需调整外部电容就能最大限度地减小突波电流和过冲。此种芯片的控制部分可以让PMOS输出组件一般在25μS时间内缓缓开启，并防止产生过大的突波电流。突波电流的强度取决于系统的具体工作条件（VIN、VOUT、Inominal和Imax)，并需就应用环境进行检验测试。(图三)所示为突波电流限制的一项范例，其中，200mA的额定电流透过组件导通。在10奥姆负载（仿真的短路情况）上测出的过冲小于30％；COUT为1.0 uF。降低突波电流可减少功率损耗，并避免系统损坏或系统中其他组件因瞬变和应力产生异常行为。

《图三 突波电流限制范例》

热限制/保护

为了防止系统内部和外部温度过高，需整合热关断控制电路，让组件在温度达到接点温度时关断（具有滞后参数）。在温度超出限制的情况下，FLAG B引脚将置位，而组件会因此关断。当组件冷却到设定的“恢复” 阀值温度（包括10℃的迟滞，hysteresis of 10℃）时组件会重启。设定迟滞量是为了防止组件在阀值温度附近发生间歇性关断。

热保护功能对于整合开关非常重要，尤其是需要对由外部和内部环境引起的过热进行限制的可携式系统或直流电驱动系统更是如此。

逆方向电流保护

两个关键因素促使越来越多的消费性电子和企业级产品朝可携式的方向发展：一是众多低成本的先进电池技术；另外是各大核心芯片组供货商为可携式产品提供的快速整合方案。这些因素加上可携式产品采用可插拔电源和USB埠，进一步使得电源管理的设计要求提高，因为产品都涉及到电源的进出管理（进：如充电或外部电源供应；出：如对外部周边供电）。过去，功率设计往往牵涉各种主动和被动组件，包括PMOS开关、多状态保险丝，以及其他管理单向功率流的组件。(图四)所示为在单一整合负载管理组件中实现这些控制功能的例子。

《图四 全功能负载开关示意图》

故障管理

在考虑过电流、欠压或过热保护的同时，设计人员在功率管理设计中还要面对一个很大的挑战，即权衡各方面的设计考虑、处理故障状况及与系统其他部分 （如处理器或软件）的相互协作。因此产品需经特别设计，以将组件数目减至最少，并同时降低设计复杂性，及透过高水平的功能整合降低系统软件的负担。另外，每个组件都需能够提供系列中的多个选项，以处理不同的故障情况。如此以来，客户可选择自动重启、电流限制锁定或强制限制（hard limit）来让设计人员选择适当的组件，以满足系统要求，过程中无需额外的硬件或软件/系统修改。

举例来说，当组件进入电流限制保护状态时，将会工作在恒定电流模式中，直到电流降到设定阀值以下。当组件在10mS的时间后关断，将故障状态致能（HI），然后便处于关闭状态直到ON引脚被系统所反置。而组件也将在10mS时间后（FLAG B被启动）的160mS自动重启时间内自动重启，除非故障已被排除。

结论

举例来说，当组件进入电流限制保护状态时，将会工作在恒定电流模式中，直到电流降到设定阀值以下。当组件在10mS的时间后关断，将故障状态致能（HI），然后便处于关闭状态直到ON引脚被系统所反置。而组件也将在10mS时间后（FLAG B被启动）的160mS自动重启时间内自动重启，除非故障已被排除。

关键建构模块功能的整合，使得解决方案有利于设计出客户所需要的领导性产品。

（作者任职于Fairchild快捷半导体）

[2] D.A. Smolyansky, Time Domain Network Analysis:Getting S-parameters from TDR/T Measurements - Infiniband PlugFest, 2004＞

（作者任职于Fairchild快捷半导体）如果说IT（Information Technology；信息技术）界要颁发最速黯淡奖，那么笔者可能会提名InfiniBand，理由是InfiniBand的规格及标准规范自1999年开始起草，2000年正式 发表，之后主力业者纷纷退出。 电源管理（PM）模块负责整个PDA系统的电源供给和管理。电能测量最初只是一项电池管理 功能，但随着用户越来越关心电池使用状况，它也正在变成负载管理的一个组成部分。InfiniBand：还会有多少人想起我？ PDA电源系统的设计挑战及解决方案你可在「 由于消费者要求产品具有更多的功能和更长的电池寿命，同时产品外形必须不断缩小，所以 业界越来越需要更新和更好的负载开关技术。芯片设计和制造已经取得巨大进步，相形之下， 封装就成为改善组件特性的一个主要局限。 」一文中得到进一步的介绍。 MOSFET非常适合于对空间敏感的负载管理应用在「设计一款功率转换器并不简单，因为其中涉及多方面的技术知识。设计师必须对模拟及混合信号电路的设计、变压器绕组、电磁兼容性、封装及散热设计有一定的认识。由于电子产品的功率密度越来越大，加上不同的电源供应系统设计各有优缺点，因此工程师必须审慎考虑，作出最适当的取舍。」一文为你做了相关的评析。

市场动态

电源管理系统的散热问题及解决办法如果说IT（Information Technology；信息技术）界要颁发最速黯淡奖，那么笔者可能会提名InfiniBand，理由是InfiniBand的规格及标准规范自1999年开始起草，2000年正式 发表，之后主力业者纷纷退出。TI推出内含智能型充电控制功能的高效能电源转换器。这颗可程序组件将所有主要功率晶体管整合至单芯片，不但减少七成的电路板面积，还提供很高的电源转换效率和电池管理功能给利用单颗锂离子电池，以供应多组电压的通讯与多媒体装置，例如智能型手机、可携式音频和媒体播放器、卫星无线电、和全球定位系统。InfiniBand：还会有多少人想起我？ 这颗可程序组件将所有主要功率晶体管整合至单芯片，不但减少七成的电路板面积，还提供很高的电源转换效率和电池管理功能给利用单颗锂离子电池，以供应多组电压的通讯与多媒体装置，例如智能型手机、可携式音频和媒体播放器、卫星无线电、和全球定位系统。你可在「 Fairchild推出11个新型IntelliMAX大电流（高达400mA）、低损耗（典型RDS(ON)=0.120奥姆）负载开关，可缩短新一代可携式电池供电应用的产品设计周期并同时降低成本。IntelliMAX广泛的负载管理产品可针对不同的系统结构提供高度灵活性，从而简化设计。」一文中得到进一步的介绍。 Fairchild的200/400mA负载管理产品在「 随着IT管理者对虚拟化技术的日益重视，工作负载管理日益成为其关心的一个主要问题。虚拟化之所以能够引起IT管理者如此大的兴趣，是因为它在提高计算资源的利用率方面，具有极大的潜力。」一文为你做了相关的评析。