現今筆記型電腦的輸入直流電源設計包含了電源供應器（Adapter）以及二次鋰離子電池模組二部分。其不同的輸出電壓造成大範圍輸入電壓變化，例如，使用三串二並或三串三並的鋰電池，其輸入電壓為9V～12.6V；而電源供應器其輸入電壓大部分為19V，因此在設計一款筆記型電腦的電源管理時，需將兩種供電方式納入考量。而一般研發人員會定義輸入電壓為7V～21V以符合大範圍的輸入條件。

傳統寬輸入電壓使效率變差

如此的寬輸入規格將造成較差的效率（熱的產生），而且需要一組直流轉換線路（傳統充電線路）以符合二次鋰離子電池充電條件（功率損耗，元件成本及佔用電路板面積）以及需使用能承受高壓規格的電子元件（25V的輸入電容，30V的電晶體）以上都是傳統電源管理無可避免的規格需求。

再者，電源供應器的輸入直流電壓以及二次鋰離子電池的不同，也造成電池的供應無法與電源供應器並存，所以設計人員在選用電源供應器時，須以系統的峰值功率加上充電所需功率。當系統功能一直提升時，也將需要更大功率的電源供應器。（圖一）為傳統筆記型電腦電源架構。

《圖一　傳統筆記型電腦電源架構》

CCT提供高效率供電與充電解決方案

由凹凸電子（O2Micro）獨立開發的Cool Charge Topology（CCT），可大幅改善傳統筆記型電腦電源管理的缺點。CCT可使得電源轉換效率提升（熱降低），因此CPU的運作速度不再因為溫度過高而必須以犧牲運作速度來因應。筆記型電腦內的熱大幅降低，設計人員將可採用更小型的散熱系統以達到輕薄短小的目標。而且採用CCT的筆記型電腦將不再需要傳統充電線路就可以達到效率更高的充電功能。

《圖二　CCT的原理架構》

CCT的原理架構如（圖二）：CCT操作原理為電源供應器的輸出電壓將受其控制IC（OZ875x系列）的控制，電源供應器的輸出電壓與系統中的二次鋰離子電池得以匹配。如此筆記型電腦的輸入電壓將可大幅降低以提升轉換效率。

以下將詳細說明Cool Charge Topology的優點:

1.輸入電壓範圍縮小（9V～12.6V）。因此效率提高，產生的熱亦隨之降低。

從圖二，使用三串的二次鋰離子電池為例，輸入電壓不再是大範圍從7V~21V的設計；取而代之的是9V~12.6V。即電源供應器接受CCT控制，產生與電池匹配的電壓。因此輸入電壓大幅下降，將使得各組DC/DC轉換器的效率提升，降低損耗產生的熱能。

由（圖三），我們可以清楚看出；採用傳統架構的左圖，其溫度高於採用右圖CCT的溫度。在測試的過程中我們發現某些在筆記型電腦內的節點溫度差異高達20℃，因此提高效率將可使設計人員在設計輕薄短小機種時，如虎添翼。

《圖三 採用CCT方案有效降低溫度》

2.不再需要傳統充電電路（電路板面積減小， 成本降低）

CCT的產生，筆記型電腦不在需要傳統複雜的充電線路，CCT控制IC除了控制電源供應器的輸出電壓外，亦在同時間根據二次鋰電子電池的狀態提供定電流或定電壓充電模式。CCT的大幅簡化充電線路，將可使得電路板面積變小、成本降低、可靠度提升。

3.輸入電容和電晶體規格降低，成本再次降低

《圖四　CCT混合式電源操作原理與混合式電動車（Hybrid Car）極其相似》

以傳統筆記型電腦為例，其輸入電壓高達21V；因此筆記型電腦內數量眾多的輸入電容及功率電晶體（MOSFET）需採用耐高壓的規格，例如，輸入電容採用至少25V的規格，功率電晶體需採用耐30V的規格。由於CCT的技術使得輸入電壓降至12.6V；因此輸入電容只需採用16V的規格，而功率電晶體可採用20V的規格，這樣的規格降低，使得材料成本降低，提高競爭力。

4.電池與電源供應器等電壓，在動態負載操作下電池將自動支援電源供應器功率的不足（混合式電源操作模式Hybrid Power）

以目前市面上所見採用65W功率的電源供應器為例；一旦使用者錯放了一顆較小功率的電源供應器，則將造成電源供應器的自我保護，不再供電給筆記型電腦。

若採用CCT，則不再有此困擾，使用者除可使用標準電源供應器，亦可使用更輕巧便宜的小功率電源供應器. 此一操作技術凹凸電子將之稱為混合電源操作模式（Hybrid Power）。

《圖五　傳統電源供應模式》

試想目前混合式電動車的原理為平時以電池供應汽車所需動力，而當需要更大動力來加速或行駛上坡路段時，汽油引擎將立即啟動以彌補動力的不足。請參考（圖四）：CCT的混合式電源操作原理與混合式電動車（Hybrid Car）極其相似。平時電源供應器存在時，則筆記型電腦完全由它供電，且多餘功率將用於對於二次鋰離子電池充電。

若使用者欲使用較標準變壓器小的變壓器以節省成本或方便攜帶；則CCT亦可使得筆記型電腦運作正常，因為當系統瞬間需要較大的功率時，內部的電池模組將直接彌補功率的不足。一旦系統不再需要較大功率，此時系統所需電源將由電源供應器完全提供，並將電源供應器剩餘的功率提供二次鋰離子電池充電，以達到最佳的使用率。（圖五）和（圖六）為傳統電源供應方式及CCT混合式電源操作模式（Hybrid Power）。

《圖六　CCT混合式電源操作模式（Hybrid Power）》

結語

凹凸電子已完成CCT的研發，並以OZ875x系列IC實現此一技術。CCT將可為筆記型電腦及其它可攜式產品提供更簡單更有效率的電源管理方案。又，英特爾（Intel）亦提出NVDCII的方案， 用以提高筆記型電腦的效率。若設計人員欲導入NVDCII的架構以提高筆記型電腦的效率，採用CCT將可輕易達到NVDCII的規格需求。

（作者為凹凸電子電源產品經理）

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市場動態

NS宣佈特別為掌上型設備提供七款採用混合信號技術的電源及光源管理特殊應用積體電路 (ASIC)。這幾款晶片都採用小巧輕薄、具有較高散熱能力的封裝，集成了所有功能塊，其中包括電源供應器及充電器。 相關介紹請見「NS推出一系列手持設備專用的類比電源管理方案」一文。 便攜式設備的電源管理隨著新技術和工藝不斷發展。五年以前，主要的變化就是從3節和4節NiMH可充電電池發展到鋰離子電池。在具有無線通信能力的設備中，使用幾節NiMH電池與LDO電源管理相匹配。你可在「 新一代便攜式微處理器電源」一文中得到進一步的介紹。 TI宣佈推出體積最精巧的1.5A直流降壓轉換器，不但可支援3.1V至17V輸入電壓範圍，還提供高達95％的電源轉換效率，以大幅延長電池壽命。TPS62110同步降壓轉換器內含FET電晶體，將高轉換效率和效能整合至體積精巧的4×4釐米無鉛QFN封裝。在「TI推出體積精巧之高效率直流電源轉換器」一文為你做了相關的評析。