在便攜式應(yīng)用中選擇最佳電源架構(gòu)的一般指南。下表顯示了應(yīng)用于不同輸入輸出電壓比時(shí)各種架構(gòu)的相對(duì)優(yōu)缺點(diǎn)。文中對(duì)每種體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了更詳細(xì)的討論。

更高的性能和更長(zhǎng)的電池壽命是相互矛盾的期望 這給便攜式和無線設(shè)計(jì)人員帶來了越來越大的挑戰(zhàn) 設(shè)備。價(jià)格侵蝕和小型化需求往往會(huì)增加 挑戰(zhàn)，迫使解決方案妥協(xié)。好在介紹 的新電源通過提供 新的架構(gòu)和更好的性能。

電源設(shè)計(jì)中最重要的參數(shù)是成本、效率 （電池壽命）、輸出紋波和噪聲以及靜態(tài)電流。桌子 圖1說明了五個(gè)電源在這些參數(shù)之間的權(quán)衡 架構(gòu)和 V 的五種組合在/V外范圍。提請(qǐng)注意這些的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn) 架構(gòu)，下面的討論也指出了一些令人驚訝的問題 表中的結(jié)果。

低壓差 （LDO） 線性穩(wěn)壓器

LDO具有最低的成本、最低的噪聲和最低的靜態(tài)電流 使其成為許多應(yīng)用的可靠選擇。其外部組件 最?。和ǔＪ且粋€(gè)或兩個(gè)旁路電容器。最新的 LDO 產(chǎn)品 顯著提高性能，當(dāng)然不是以下全部 在同一器件中可用：30μVrms 輸出噪聲、60dB PSRR、 6μA 靜態(tài)電流和 100mV 壓差。

效率，雖然很差，但當(dāng)V在比 V 大得多外，變得非常 高時(shí) V在方法五外.在這種情況下，LDO的好處幾乎是 無法擊敗。事實(shí)上，許多電路轉(zhuǎn)換鋰離子電池電壓 至 3V 使用 LDO，盡管必須丟棄 10% 或更多的電池 放電結(jié)束時(shí)的容量。盡管有這種妥協(xié)，LDO電路 對(duì)于此應(yīng)用，在低噪聲架構(gòu)中提供最長(zhǎng)的電池壽命。

電荷泵

基本電荷泵成本低，只需要幾個(gè)外部電容器， 并且通常效率約為 95%。恒定開關(guān)動(dòng)作， 但是，會(huì)產(chǎn)生輸出噪聲和高靜態(tài)電流。作為另一個(gè) 問題，電荷泵輸出僅產(chǎn)生輸入電壓的精確倍數(shù)。 例如，具有四個(gè)內(nèi)部開關(guān)和一個(gè)外部跨接電容器， 這些倍數(shù)限制為 +2x、+1/2x 和 -1x。電路加倍 提供其他倍數(shù)，但代價(jià)是降低輸出功率或 更大的費(fèi)用和靜態(tài)電流?；倦姾杀煤苌龠B接 直接到電池。相反，它們通常會(huì)產(chǎn)生次級(jí)電壓 來自現(xiàn)有監(jiān)管機(jī)構(gòu)。

電荷泵和 LDO

電荷泵和LDO架構(gòu)避免了精確電壓的問題 乘法。它還降低了輸出噪聲，但以犧牲效率為代價(jià)。 這種效率損失可小可大，具體取決于相對(duì) 輸入和輸出電壓的大小。例如，效率 將兩節(jié)鎳氫電池轉(zhuǎn)換為3V輸出的計(jì)算方法如下：

電荷泵效率不是此表達(dá)式中的一個(gè)因素，因?yàn)槿魏?這種效率低于100%會(huì)導(dǎo)致電荷泵輸出下降， 這降低了LDO的輸入電壓，從而改善了LDO的 效率。

電荷泵穩(wěn)壓器

采用脈沖頻率調(diào)制 （PFM） 或脈寬調(diào)制 （PWM），較新的電荷泵穩(wěn)壓器無需 LDO。與電荷泵/LDO方法相比，穩(wěn)壓電荷泵 成本更低，在PFM模式下提供更低的靜態(tài)電流，但它 具有相同的效率和更大的輸出噪聲。一些實(shí)現(xiàn) 根據(jù)需要更改乘法因子來提高效率。

例如，從兩節(jié)堿性電池轉(zhuǎn)換為 5V 使用 +2 倍乘法，當(dāng)電池充滿電并自動(dòng)切換 當(dāng)電池電壓降至2.5V以下時(shí)，至+3倍。在降壓/升壓應(yīng)用中， 另一個(gè)電荷泵可能從 +1x 開始表示降壓，然后切換到 +2x 對(duì)于降壓 提高。這種復(fù)雜的穩(wěn)壓電荷泵仍然是相對(duì)的 在半導(dǎo)體行業(yè)很少見。

直流-直流轉(zhuǎn)換器

提供降壓、升壓、降壓/升壓和反相拓?fù)?、DC-DC 轉(zhuǎn)換器提供高效率、高輸出電流和中低電平 靜態(tài)電流。另一方面，它們會(huì)產(chǎn)生輸出紋波和開關(guān) 噪聲。由于它們更復(fù)雜，它們也更昂貴 控制方案和對(duì)外部電感器的需求。

近年來，對(duì)亞微米芯片制造的推動(dòng)力有所減少 成本懲罰以多種方式進(jìn)行。一、導(dǎo)通電阻越低 在許多應(yīng)用中，MOSFET 消除了對(duì)外部 FET 的需求 通過實(shí)現(xiàn)更高的輸出功率。現(xiàn)在有可能，例如，對(duì)于 具有 3.6V 輸入和片上 NFET 的升壓轉(zhuǎn)換器，可產(chǎn)生輸出 5V 時(shí)為 2A。其次，用于中低功率的小芯片尺寸 應(yīng)用允許使用小型且廉價(jià)的包裝。第三 更快的開關(guān)頻率（高達(dá)1MHz）降低了成本和物理性能 外部電容器和電感器的尺寸。最后，更好的控制方案 增加了有價(jià)值的功能，如軟啟動(dòng)能力、電流限制、 以及可選的 PWM 或 PFM 操作。

直流-直流降壓轉(zhuǎn)換器

在幾乎所有應(yīng)用中，V在大于 V外、直流-直流 降壓轉(zhuǎn)換器比LDO效率更高。尤其如此 當(dāng) V在遠(yuǎn)大于 V外，例如，在轉(zhuǎn)換 單節(jié)鋰離子電池輸出至1.8V。展出的DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器 一些輸出紋波和開關(guān)噪聲，但這些偽像不如 與其他 DC-DC 拓?fù)湟粯訃?yán)重。控制方案的一個(gè)顯著進(jìn)步 是實(shí)現(xiàn)高達(dá)100%的占空比，使電路 以實(shí)現(xiàn)低壓差性能。

帶 LDO 的 DC-DC 降壓轉(zhuǎn)換器

將 DC-DC 降壓轉(zhuǎn)換器與 LDO 結(jié)合使用在應(yīng)用中非常有用 其中高效率和低噪音是優(yōu)先考慮的。這種安排， 但是，僅在 V在大大大于 V外.如果 最小值 V在方法五外，單獨(dú)LDO應(yīng)該提供類似的效率 和更低的壓降，通常會(huì)導(dǎo)致相同或更好的電池壽命 成本低得多。

直流-直流升壓轉(zhuǎn)換器

DC-DC升壓轉(zhuǎn)換器最重要的特點(diǎn)是LDO 無法執(zhí)行相同的功能。最接近的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手是受監(jiān)管的 電荷泵，效率較低，輸出功率較低。在 另一方面，升壓轉(zhuǎn)換器具有眾所周知的高輸出紋波和開關(guān) 噪聲。它們還需要更好的控制方案，以消除振蕩 在輸出端并減少由于寄生電阻引起的效率損失 在 MOSFET 開關(guān)和外部組件中。

DC-DC 升壓轉(zhuǎn)換器和 LDO

將DC-DC升壓轉(zhuǎn)換器與LDO結(jié)合使用有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：它 實(shí)現(xiàn)低噪聲升壓功能（效率略有下降） 與沒有LDO的噪聲升壓器相比），它執(zhí)行降壓/升壓 功能效率高得驚人。典型的降壓/升壓應(yīng)用 將一個(gè)鋰離子電池的輸出轉(zhuǎn)換為3.3V。效率非常高， 因?yàn)殡姵氐拇蟛糠謮勖荚?3.6V 附近，允許升壓器 空閑并為L(zhǎng)DO提供近乎理想的輸入電壓。這個(gè)系統(tǒng) 此外，與 傳統(tǒng)的SEPIC轉(zhuǎn)換器。由于有利的特性 在這種安排中，有幾種單芯片實(shí)現(xiàn)可供選擇 適用于 DC-DC 升壓轉(zhuǎn)換器和 LDO 架構(gòu)。

圖1.為了在同一芯片上提供高效率升壓和降壓/升壓輸出，MAX1705和MAX1706 IC集成了PWM升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器和低壓差（LDO）線性穩(wěn)壓器。這些器件專為靈活性而設(shè)計(jì)，允許使用單個(gè) Li+ 電池或一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè) NiCd、NiMH 或堿性電池供電。

直流-直流降壓/升壓 H 橋轉(zhuǎn)換器

具有提供最高降壓/升壓效率的潛力， DC-DC H橋轉(zhuǎn)換器值得進(jìn)一步開發(fā)。它需要 只有一個(gè)電感器，但H橋電路需要兩個(gè)功率FET 開關(guān)和兩個(gè)整流器。這是 DC-DC 降壓的兩倍 或升壓轉(zhuǎn)換器。迄今為止，這些額外的組件及其相關(guān)組件 控制電路使價(jià)格居高不下。此外，額外的開關(guān) 損耗將效率限制在低于升壓加LDO的效率 建筑。盡管如此，進(jìn)一步的技術(shù)發(fā)展是可能的 以提高性能，然后這種體系結(jié)構(gòu)可能會(huì)變得更加流行。

審核編輯：郭婷