携帯電話のバッテリー使用時間を延長するFan5902方式

著者：Iflowpower – ポータブル電源サプライヤー

バッテリーが切れたり、頻繁に充電したりするのは、どちらが心配でしょうか? 今日、携帯電話 (特にスマートフォン) は世界中で急速に普及しており、人々は週 7 日、1 日 24 時間オンライン状態を保っています。 消費者は常に音声通話、電子メールの送受信、テキストメッセージの送信、インターネットアクセスを行っているようですが、その実態はよくわかっていません。 ただし、これらの携帯電話の機能はすべてバッテリー電力を消費し、点滅の合間にバッテリーの電力は 1 つだけになります。

携帯電話を延長するにはどうすればいいでしょうか? もちろん、理論的にはより大きなバッテリーを使用すれば問題は解決しますが、ユーザーは常に携帯電話が軽いことを望んでおり、滑らかであればあるほど滑らかではなくなるため、バッテリーの増加はユーザーにとって受け入れられません。 設計エンジニアは、電力管理のパフォーマンスを向上させる方法の開発を継続しており、消費電力に重点を置いた 3 つの部分に重点を置いています。 携帯電話では、ベースバンドプロセッサと無線周波数トランシーバに加えて、それぞれパワーアンプ（PA）、ディスプレイ画面、アプリケーション/画像プロセッサの3つの部品が消費される可能性があります。

なぜこの 3 つの部分が焦点となるのでしょうか? その理由は、人々が現在インターネットで会話しているからです。 このとき、ディスプレイ画面は常にオンになっています。また、ベースステーションが音声通話やデータを送信するまで、PA が動作している必要があります。最後に、オンライン映画やその他のアプリケーションを視聴するには、アプリケーションのプロセッサも動作している必要があります。 3G ネットワーク PA は、信号が弱いときに特に大きくなります。これは、基地局に接続するためにさらに出力電力が必要であり、3G 信号が問題にならないように直線性要件を維持するためです。

3GPa の消費電力は出力電力に関係しており、出力電力が大きいほど、バッテリーの消費電流が大きくなります。 送信信号の出力が大きいほど、消費電流も大きくなります。 PA の電力消費を削減する新しい技術として、DC-DC コンバータとエンベロープ トラッキング (エンベロープトラッキング) の 2 つがあります。

スマートフォンにおける DC-DC コンバータの使用が増加していますが、その動作原理は、3GPa の電源電圧を必要な出力電力レベル要件の両方に下げることであり、消費電力のレベルを大幅に削減できます。 このソリューションには 2 つの利点があります。1 つ目は通話/使用時間の延長、2 つ目は放熱の削減です。 フライングセミコンダクターの FAN5902 は、3GPa 向けに設計された 800mA、6MHz 降圧 DC-DC コンバーターで、消費電力を削減し、接続/通話時間を延長できます。

FAN5902 はベースバンド プロセッサおよび 3GPA と連携して消費電力を削減します。 ベースバンドプロセッサは、ベースステーションから受信した情報に応じて PA の出力電力レベルを設定し、それを FAN 5902 の制御電圧に変換して PA に出力します。 FAN5902 は、PA の電源電圧と電流を動的に調整することで、携帯電話の通話とデータの使用時間を少なくとも 15% 延長できます。

ディスプレイ画面は、PA に次いで 2 番目に電力を消費するコンポーネントです。ユーザーがオンラインでブラウジングしたり、電子メールを読んだり、モバイル TV / Youtube? ビデオを視聴したりする場合、ディスプレイ画面は常にオンの状態になります。 TFTLCDは現在重要なディスプレイ技術であり、バックライトを供給するのは白色LEDです。 この傾向は、LCD ディスプレイ画面市場ではより顕著であり、ディスプレイ画面に有効なバックライトを供給するための白色 LED が増えることを意味し、LED とディスプレイ画面自体に、より大きな電流を供給する必要があることを意味します。

ハイエンドの携帯電話やスマートフォンでは、DynamicbacklightControl、DBC、AutoMinousControl、ALC により、消費電力を最大限抑えられるだけでなく、ユーザーの視覚体験も向上します。 ALC は、周囲光センサー (AmbientlightSensor) を使用して周囲の環境の光の強度を検出し、LED ドライバーまたはアプリケーション プロセッサのアルゴリズムに従って LED 電流を設定する必要があります。 したがって、LED 電流は照明条件に応じて設定されます。

周囲の環境が非常に暗い場合は LED 電流が低く設定され、太陽が直射している場合は最大に設定されます。 一方、DBC テクノロジーは、ディスプレイ画面上の画像/ビデオ コンテンツに応じて LED 電流を調整できます。映画のシーンのコンテンツが暗い場合は LED 電流も低く、シーンが明るい場合は LED 電流も低くなります。 DBC は、イメージ プロセッサまたは LCD ドライバ IC から発信されるパルス幅変調 (PWM) 信号に応じて電流をプログラムし、表示されるムービー コンテンツを変更します。

図 3 (a) は、画面取得ソフトウェア プログラムを通じて飛行半導体によって取得された ALC および DBC の動作ケースを示しており、周囲光の明るさレベル (左) と対応する LED 電流を示しています。 完全には説明されていませんが、外部 PWM の「青い表示スティック」では、画像や動画の内容に応じて静的 PWM レベルが増加または減少することがわかります。 フライングセミコンダクターの fan5702 は、I2C インターフェイスを備えた 180mA チャージ ポンプ LED ドライバーであり、構成によって ALC および DBC 機能を供給できます。

周囲光センサーはアプリケーション プロセッサまたはベースバンド プロセッサに接続され、入力を受け取り、外部照明条件のアルゴリズムに従って適切な LED 電流レベルを決定します。 このデータは I2C インターフェースを介して FAN 5702 に送信され、その情報に応じて LED 電流が設定されます。 FAN5702 の PWM / EN ピンは PWM 用にプログラムされており、LCD ドライバ IC に接続されています。

後者は、ディスプレイ画面上の画像/ビデオコンテンツに応じて、PWM 信号を FAN 5702 に送信します。 図4はALCとDBCを同時に搭載したFAN5702のシステムモジュールを示しています。 携帯電話のディスプレイ画面では、ALC と DBC を使用して、最大 50% の電力消費を節約します。

3番目に電力消費量が多いコンポーネントはアプリケーション/画像プロセッサです。ディスプレイ画面がオンの場合、チップセットはフル稼働します。 ただし、常にフルパワーであるとは限りません。 たとえば、チップセットが低い電力レベルで動作する場合、動的電圧調整テクノロジ (DVS) を使用できます。

これは、電源電圧を低いコア電圧に下げることができ、チップセットをより低い周波数で動作させることができるため、消費電力の削減に役立つため、携帯電話やその他のポータブル電子製品に非常に適したソリューションです。 ここで、電力（P）と周波数（f）とコア電圧（V）の合計はコア電圧（V）に比例します。 したがって、プロセッサの周波数が速いほど、消費電力は大きくなります。

そして、コア電圧が下がると、消費電力は速度の二乗で減少します。 アプリケーション プロセッサは Fan5365 によって駆動できます。 FAN5365 は、I2C インターフェースを備えた 6MHz、800mA / 1A ステップ DC-DC コンバータです。

最高の節電効果を発揮します。 I2C インターフェースを使用すると、12.5mV ～ 1 の範囲で電圧を動的にプログラムできます。

チップセットの処理能力要件を満たすために 975V です。 ユーザーがウェブ上でビデオを視聴する場合、FAN 5365 はアプリケーション プロセッサに 1.2V のコア電圧を供給して最大の処理能力を引き出すことができ、映画の視聴が完了すると電圧は 0 に低下します。

8V、低レベルの動作状態に入ります。 現在、携帯電話（特にスマートフォン）の全体的な電力管理パフォーマンスを向上させることができる、単純なものから複雑なものまでさまざまなテクノロジが存在します。 PA、ディスプレイ画面、プロセッサ コアの 3 つの電源管理ソリューションの 1 つまたはすべてを統合することで、エネルギーを節約し、モバイルの稼働時間を延長できます。

これらのデザインは、携帯電話のユーザー体験と需要から生まれたものです。ユーザーが本当に気にしているのは、携帯電話の表面上に現れないことです。携帯電話を頻繁に充電しなくても、携帯電話を充電する必要はありません。