一、 提高電能的轉化效率

　　隨著對電源管理要求的不斷提高，手持設備中的電源變換從以往的線性電源逐漸走向開關式電源。但并非開關電源可以代替一切，二者有各自的優勢和劣勢，適用于不同的場合。

　　線性電源 —— LDO（低壓降穩壓器）

　　LDO具有成本低、封裝小、外圍器件少和噪音小的特點。在輸出電流較小時，LDO的成本只有開關電源的幾分之一。LDO的封裝從SOT23到SC70、 QFN，直至WCSP （晶圓級芯片封裝），非常適合在手持設備中使用。對于固定電壓輸出的使用場合，外圍只需2到3個很小的電容即可構成整個方案。

　　超低的輸出電壓噪聲是LDO最大的優勢。TI的TPS793285輸出電壓的紋波不到35μVrms，又有極高的信噪抑制比（PSRR=70dB， 在10kHz處），非常適合用作對噪聲敏感的RF和音頻電路的供電電路。同時在線性電源中因沒有開關時大的電流變化所引發的電磁干擾（EMI），所以便于設計。

　　但LDO的缺點是低效率，且只能用于降壓的場合。LDO的效率取決于輸出電壓與輸入電壓之比：η=Vout/Vin。在輸入電壓為3.6V（單節鋰電池）的情況下，輸出電壓為3V時，效率為90.9%，而在輸出電壓為1.5V時，效率則下降為41.7%。這樣低的效率在輸出電流較大時，不僅會浪費很多電能，而且會造成芯片發熱影響系統穩定性。

　　開關式電源 —— 又分為電感式開關電源和電容式開關電源

　　1. 電感式開關電源

　　電感式開關電源是利用電感作為主要的儲能元件，為負載提供持續不斷的電流。通過不同的拓撲結構，這種電源可以完成降壓、升壓和電壓反轉的功能。

　　電感式開關電源具有非常高的轉換效率。在產品工作時主要的電能損耗包括：1）內置或外置MOSFET的導通損耗，主要與占空比和MOSFET的導通電阻有關；2）動態損耗，包括高側和低側MOSFET同時導通時的開關損耗和驅動MOSFET開關電容的電能損耗，主要與輸入電壓和開關頻率有關；3）靜態損耗，主要與IC內部的漏電流有關。

　　在電流負載較大時，這些損耗都相對較小，所以電感式開關電源可以達到95%的效率。但是在負載較小時，這些損耗就會相對變得大起來，影響效率。這時一般通過兩種方式降低導通損耗和動態損耗，一是PWM模式：開關頻率不變，調節占空比。二是PFM模式：占空比相對固定，調節開關頻率。

　　電感式開關電源的缺點在于電源方案的整體面積較大（主要是電感和電容），輸出電壓的紋波較大。在PCB布板時必須格外小心以避免電磁干擾（EMI）。

　　為了減小對大電感和大電容的需要以及減小紋波，提高開關頻率是非常有效的辦法。TI的TPS62040的開關頻率達1.2MHz，當輸出電流為1.2A時，外部電感只需6.2μH。今后TI還會推出開關頻率更高的產品。

　　2. 電容式開關電源 —— 電荷泵

　　電荷泵是利用電容作為儲能元件，其內部的開關管陣列控制著電容的充放電。為了減少由于開關造成的EMI和電壓紋波，很多IC中采用雙電荷泵的結構。電荷泵同樣可以完成升壓、降壓和反轉電壓的功能。

　　由于電荷泵內部機構的關系，當輸出電壓與出入電壓成一定倍數關系時，比如2倍或1.5倍，最高的效率可達90%以上。但是效率會隨著兩者之間的比例關系而變化，有時效率也可低至70%以下。所以設計者應盡量利用電荷泵的最佳轉換工作條件。

　　由于儲能電容的限制，輸出電壓一般不超過輸入電壓的3倍，而輸出電流不超過300mA。

　　電荷泵特性介于LDO和電感式開關電源之間，具有較高的效率和相對簡單的外圍電路設計，EMI和紋波的特性居中，但是有輸出電壓和輸出電流的限制。