市场调查显示,可携式装置使用者最希望电池充电间隔时间能有所改善,但是,由于可携式装置开发过程中所涉及的关键设计因素,如更大的萤幕尺寸、更高的解析度和功能更强大的处理器,让电力更快耗尽,使得须要频频充电的困扰不易解决。
最近,市面上出现了4.3吋和4.7吋,甚至是超过5吋的萤幕,萤幕解析度高达720p。相较于较早推出的解析度更低、萤幕尺寸更小的显示器而言,这些显示器所需的功率大幅增加,以便让液晶(lcd)萤幕达到令人满意的亮度(表1)。
来自npd displaysearch的另一项调查显示,移动装置的萤幕解析度持续提高。2010年,超过200ppi画素密度的萤幕仅占市场22%,然而,到2015年则将增至50%,至2018年,高画素密度萤幕的市占更将增至55%(图1)。
移动装置上的处理器也存在同样的问题。在很短的时间内,处理器从单核架构演进到四核架构,儘管如今的中央处理器(cpu)採用的是先进的製程技术,但是功耗仍继续增加。
资料来源:displaysearch
图1 各萤幕画素密度的市场占有率
虽然lcd萤幕和处理器并不是导致功耗增加的唯一因素,但在「移动装置无处不在」成为必然发展趋势的大环境下,可携式装置所需的电池容量将愈来愈大,因此,延长电池容量将是缓解使用者烦恼最简单的方法。
增加电池容量听起来很容易,但背后也有着一系列的问题--优化充电器的额定功率正是亟须解决的问题之一。长期以来,通用串行总线(usb)充电器标準导致智慧手机充电器广泛採用5伏特(v)/1安培(a)的功率格式。由于大趋势将促使电池容量从目前的1,800毫安培小时(mah)增至3,500毫安培小时,且以后电池容量将进一步超出这一範围,因此,5伏特/1安培的充电器显然不敷需求。若使用现在的5伏特/1安培格式充电器为大容量的电池充满电,需要较长的等待时间。
在业界努力改善电池週期同时,散热问题亦浮出檯面。使用目前1安培的电流为超过2,000毫安培小时容量的电池充电,会导致温度较高,这是因为充电器保持全负载的状态会产生热量,而热量又会使充电器外壳的温度升高。
提升充电器额定功率
要想在合理时间内为可携式装置的大容量电池充满电,製造商所能採用的最简单的办法就是增加充电器的额定功率。依照usb标準的5伏特输出,一些製造商选择将工作电流从1安培增至2安培或3安培,以缩短充电时间,也有一些製造商选择透过增加工作电压来提高效率。
儘管看似没有统一标準,但是至少就目前而言,有一些基本準仍然适用,因为针对可携式充电器设计一直都有一些基本的「根本」要求,如小尺寸的充电器(考虑其针对行动装置)和较低的待机功耗,以便省电。最重要的是,任何功率更大的新充电器都必须安全、高效。如果能符合以上所有要求,终端使用者将会乐于拥有安全且高效的充电器--具备充足的充电容量,且额定功率超过目前的usb充电器标準。
从一个体积小巧的充电器中「挤」出更多电量并非易事,但仍有一些方向可供业界遵循。要想让充电器的尺寸保持小巧,变压器的选择最为重要。如果要遵循充电器尺寸越来越小的趋势,就需要高开关频率的脉衝宽度调变(pwm)控制器。工作频率相对较高的pwm控制器,如85khz,让使用者能够选择尺寸更小的变压器--大小差不多是5khz控制器所需变压器的叁分之一。近来,市面上已经出现工作频率为140khz的pwm控制器,如此变压器的尺寸就能进一步压缩。图2列出5w/50khz充电器和5w/85khz充电器所用变压器的大小比较。
图2 工作频率为50khz(左)和85khz(右)的变压器的大小差别
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