隨著筆記本電腦和電話的尺寸越來越小，重量越來越輕，便攜式電子產品變得越來越流行。這加強了系統設計人員對減小電子設備，特別是電源電路的尺寸和重量的關注。電路板空間、系統成本、元件數量、可用性和電池壽命等考慮因素變得越來越重要。事實上，電池壽命已成為便攜式設備的一個關鍵賣點，因為用戶可以期望今天的系統運行時間比兩年前購買的系統長得多。

在實現成本節約的眾多應用策略中，提高效率和減小尺寸是最重要的。使用最新的低壓差穩壓器 （LDO） 或快速開關穩壓器減少了這些電源中的能量損失，為系統的其余部分工作留下了更多能量。新的電池技術也達到了相同的目的，要么在不減少容量的情況下減小尺寸，要么在保持相同尺寸（和重量）的同時提高容量。待機（或睡眠）模式是有意義的，特別是當電源轉換在本地發生時，接近相應的負載。因此，系統可以關閉未使用的部分，例如筆記本電腦中的硬盤驅動器或手機中的發射器。

較新的穩壓器使設計人員能夠減小整個系統解決方案的尺寸和總體成本，因為它們還可以使用更小、更便宜的外部元件，例如電容器和電感器。

簡單的線性穩壓器已經存在了很長時間;但是，盡管它們的成本較低，但它們的壓差（調整管兩端的最小壓降）相對較高，通常在1.5至3 V之間。低壓差穩壓器（LDO）的開發是一項重大改進，壓差低至每0 mA負載電流1.0 V至4.100 V，可將穩壓器功耗降低約90%。除了比上述簡單穩壓器更低的耗散外，還可以使用較低電壓的電池，或者電池可以在需要更換或充電之前放電到較低的電壓。這意味著更長的運行時間。

ADI公司的低壓差穩壓器包括：

通用ADM66x系列和ADP3367，壓差范圍為1 V至100 mV/100 mA。

新一代高性能、精度±0.5%的任意電容器?LDO穩壓器ADP3300、ADP3301和ADP3303用于50、100和250 mA滿量程輸出，壓差電平為每100 mA200或100 mV。

ADP100是ADP3301的雙通道3302 mA版本，具有相同的±0.5%精度和120 mV低壓差。

傳統 LDO 需要一個體積龐大、昂貴的 10μF 負載電容器，具有精心挑選的等效串聯電阻 （ESR）;ADP330x系列可以使用多種電容類型和值工作，典型的例子可能是0.47 μF、低成本多層陶瓷電容。這項重要技術已獲得專利，并已獲得商標“anyCAP?".

LDO比傳統的線性穩壓器效率更高，并延長了電池的有用工作電壓，但它們的壓降浪費了寶貴的功率[W = (V在—V外， r我L].所有線性穩壓器都需要高于輸出電壓的輸入電壓;他們只能調節到期望的值，永遠無法提升到它。因此，為了提高效率，以及輸出電壓超過輸入電壓或變為負值的靈活性，設計人員必須轉向開關模式或開關電容穩壓器或轉換器。

通過消除調整管的耗散，開關模式穩壓器電路[見側欄]的效率可以達到90%以上。因此，更多的電池能量流向供電設備，從而延長工作時間。然而，在獲得高效率方面，開關模式穩壓器也帶來了一些挑戰。例如，對磁性元件的需求增加了電源的整體尺寸和重量，這兩者都在便攜式設備設計中可能至關重要;這也增加了系統成本。

為了盡量減少這些問題，開關頻率被推高（在某些情況下高達1 MHz），以減小電感器和電容器的尺寸。然而，開關穩壓器還有另一個問題：在脈沖頻率調制（PFM）或脈寬調制（PWM）下工作。1切換電流時會產生模式、輸入和輸出紋波以及電噪聲（電磁干擾或 EMI）。2因此，根據應用的不同，開關模式穩壓器可能需要濾波器來平滑輸出紋波和/或屏蔽以抑制EMI。然而，開關模式穩壓器的較高效率使其在筆記本電腦等應用中很受歡迎。

ADI公司推出的開關穩壓器之一是ADP3000（見側欄）。它可以在升壓、降壓和逆變器模式下工作。在升壓模式下，它接受2 V至12 V的輸入電壓，在降壓模式下，輸入電壓高達30 V。 提供 3.3 V、5 V 和 12 V 的固定電壓以及可調輸出。

幾個關鍵特性使該器件非常適合便攜式電池供電應用。例如，它在靜態或待機模式下僅消耗500 μA電流。400kHz 開關頻率意味著只需要一個小的外部電感器。在大多數情況下，最小的電感（2.2 μH至15 μH，峰值電流為1 A）就足夠了。其他關鍵特性包括低輸出電壓紋波3— 40.3V 輸出時低于 3mV 峰峰值 — 可調電流限制，以及可用作低電池電量檢測器、線性穩壓器、電壓鎖定或誤差放大器的輔助放大器。下面的示例將展示如何在實際應用程序中使用這些功能。

開關電容電壓轉換器是避免LDO相關損耗的另一種技術。一個例子是最近推出的具有穩壓輸出的開關電容電壓逆變器ADP3604。該器件提供穩壓，電壓損耗最小，外部元件極少，無需電感器或變壓器。ADP240采用120 kHz內部振蕩器產生3604 kHz開關頻率，與ADM660和ADM8660等早期設計相比，使用更小、更便宜的電容。它接受+4.5 V至+6.0 V的輸入電壓，產生3 V的輸出電壓，精度±3%，輸出電流高達120 mA。

如上所述，電池技術也取得了長足的進步。雖然過去使用不多，但鋰離子（Li-ion）類型成為許多近期應用的首選電池，原因很充分：它們具有最佳的能量密度（充電容量與重量之比），并且由于自放電電流非常低，它們的待機時間很長。但它們確實有一種行為，使得它們在沒有復雜的電子設備的情況下很難使用。它們的輸出電壓在放電期間不斷下降。與Ni-Cd或NiMH電池不同，鎳鎘或鎳氫電池具有漫長的平臺期，然后在容量結束時急劇下降（圖1），鋰離子電池的起始電壓為4.1 V至4.2 V（取決于化學成分和特定制造商）;然后，當它被放電時，電壓幾乎線性下降到大約2.5 V.超過該點，由于進一步放電會損壞電池，因此需要充電。

圖1.典型的電池放電曲線。水平線表示所需的 3V 恒定輸出。

圖2所示電路設計用于從單個鋰離子電池產生兩個恒定的3 V輸出，每個輸出高達100 mA。在 1.4 至 2.2 V 的輸入范圍內，輸出保持在 ±7% 以內，每個輸出的負載范圍為 0 至 100 mA，工作溫度為 — 40 至 +85°C。 該電路具有自動關斷功能，可在輸入電壓降至2.5 V時保護電池。

圖2.使用鋰離子電池維持兩個3 V輸出的穩壓器

當輸入始終小于+3 V時，使用LDO或降壓穩壓器（當輸入始終大于+3 V輸出時）或升壓穩壓器時，可通過變化的輸入電壓產生恒定的+3 V輸出。例如，在延長使用壽命內從單個鋰離子電池產生+3 V輸出，當輸入低于3.1 V時，必須提供升壓，并在該電壓以上降壓。有幾種方法可以做到這一點。例如，ADP1147型降壓型開關穩壓器可用于反激式模式。缺點是輸入和輸出上的紋波。或者，ADP3000可用于數據手冊所示的單端初級電感轉換器電路（SEPIC），使用兩個電感;它的弱點是相當大的漣漪。圖3000所示的ADP2電路采用雙輸出LDOADP3302，經過優化，可采用最小的6.8 μH屏蔽電感供電，以節省空間和資金。更小、更便宜的是開路電感器（棒型），當電源電路的環境對EMI不敏感時，可以使用。

以下是電路的工作原理：最初，電池已充滿電。輸入電壓遠高于3 V，開關穩壓器ADP3000處于空閑模式，因為Fb（ADP3000，引腳8）處的電壓高于基準電壓（1.245 V）。LDO （ADP3302）將輸出電壓調節在3 V。負載電流（高達 2 × 100 mA）穩定流過電感器（電阻為 0.12 歐姆）和肖特基二極管 （D1），正向電壓為 0.2 V <總壓降約為 0.23 V。

隨著電池電壓隨時間降低，Fb處的電壓成比例降低。當輸入降至約3.7 V以下時，Fb處的電壓低于1.245 V基準電壓（分壓器R9-R10）。內部比較器改變狀態，ADP3000的振蕩器啟動;由電感和二極管組成的升壓轉換器開始將能量傳輸到電容器C3，以將Fb電壓保持在1.245 V左右。電池電壓降越低，需要傳輸的能量就越多，從而導致開關頻率增加，在關斷前（100.2 V）達到遠高于5 kHz，滿負載為200 mA4.

ADP3000（引腳7）的SET輸入通過R1-R2分壓器持續監控輸入電壓。當電壓降至2.53 V以下（介于2.74 V和2.53 V之間，取決于ADP3000內部的基準電壓源）時，Ao（引腳6）將進入邏輯低電平，通過將SD3302和SD1（引腳2和6）拉至地來關斷ADP7 LDO穩壓器。同時，晶體管導通（分壓器R5-R6）以上拉Fb并確保振蕩器關閉。ADP500的電池剩余負載電流僅為3000 μA，外加一個連接到Ao的可選micro-LED，作為向用戶發出的電池耗盡警報（虛線）。

33nF 電容器 （C2） 用于濾波從電源電壓到敏感反饋點 Fb 的饋通。120歐姆電阻器（R4），連接到I林，限制開關電流以降低對電感器額定電流的要求，同時降低輸出紋波和所需電容。

審核編輯：郭婷