節能是較低電源電壓和便攜式電子系統的共同點。電池供電和便攜式電子產品的首要需求——節省功耗——也是從5V轉向3.3V（或更低）電源軌的主要優勢。即便如此，大多數3.3V設計也包括5V IC，因為業界尚未為設計人員提供完整的3.3V功能選擇。在此之前，許多便攜式產品必須同時使用5V和3.3V IC工作。

如以下討論所述，對目前可用的線性穩壓器和開關穩壓器有充分了解的設計人員可以很容易地在5V/3.3V系統中實現高效工作。此類系統包括通常需要降壓轉換的便攜式計算機和通常需要升壓轉換的個人數字助理（PDA）。在這兩種情況下，電流消耗都是最小的。

無論需要升壓還是降壓轉換，您始終可以使用多個穩壓器產生必要的電源電壓。作為替代方案，您可以選擇一個同時提供兩者的IC。本文介紹的其他主題包括下一代單 IC、雙 3.3V/5V 降壓穩壓器，以及為奔騰、奔騰 Pro 和電源 PC 等高速處理器產生高精度電源電壓的 IC。

雙穩壓器降壓配置

三種實用拓撲可用于使用兩個降壓穩壓器從單個輸入電壓獲得 5V 和 3.3V（例如）。它們是獨立的 5V 和 3.3V 開關穩壓器，并聯到輸入電壓，5V 開關穩壓器連接到輸入并為 3.3V 開關穩壓器供電，5V 開關穩壓器連接到輸入并為 3.3V 線性穩壓器供電。第四種可能性——兩個串聯或并聯的線性穩壓器——對于大多數應用來說效率太低。

最有效的方法是兩個連接到輸入的開關穩壓器。第二種方法——由3V開關穩壓器供電的3.5V開關穩壓器——乍一看很有吸引力，因為第二種開關穩壓器的電壓降較低（5V減去3.3V），因此功耗更低。然而，3.3V轉換的總體效率（5V轉換器效率乘以3.3V轉換器的效率）相當差。無論哪種方式，使用兩個開關轉換器都能為您提供最高的效率。它還為您提供了最高的成本和最大的噪音，并且占用了最多的 PC 板面積。

如果線性穩壓器僅提供適量的電流，則第三種拓撲結構很有希望。如果該穩壓器的內部電源電流遠小于其輸出電流，則其效率僅為V外/V在乘以 100。因此，線性穩壓器將5V轉換為3.3V，效率為66%。對于某些應用來說，這種功率損耗是可以接受的，但請記住，必須將66%乘以5V開關電源效率才能獲得3.3V轉換的總體效率。

電源效率衡量電源中浪費的電量。在便攜式電源中，這種功率浪費很重要，原因有兩個：它看起來像熱量，很難從緊密的外殼中去除，并且必須通過從電池中吸收更多電流來補償，這會縮短電池壽命。

作為另一個考慮因素，線性穩壓器通常需要在輸入和輸出之間具有一定的最小電壓。降5V至3.3V的穩壓器從輸入到輸出的電壓為1.7V，但如果5V降至4.75V，輸出上升至3.47V，則穩壓器僅看到1.3V。這種穩壓器可承受低輸入至輸出差分而不會損失穩壓，稱為“低壓差”穩壓器。因此，久負盛名的低成本7800系列線性穩壓器不適合此應用，因為它們的壓差太高。

線性穩壓器本身所需的靜態電源電流量也很重要。該電流水平主要取決于輸入和輸出之間的晶體管類型（稱為“調整管”）。雙極調整管比MOSFET調整管消耗更多的電流。為了說明這一點，ADI公司的MAX604是一款3.3V/500mA輸出低壓差線性穩壓器，其MOSFET調整管允許的最大靜態電源電流僅為35μA。

開關穩壓器的選擇受與控制方案類型相關的權衡的影響，無論是脈寬調制 （PWM） 還是脈沖頻率調制 （PFM）。PFM類型也稱為“脈沖跳躍”穩壓器。脈沖跳躍器的靜態電流較低，但對于某些應用，PWM類型更好，因為其穩定的高開關頻率允許使用較小的電感器和（通常）較小的濾波電容器。現代限流PFM轉換器也包含小電感值，但由于通過電感的紋波電流較大，它們通常需要較低的ESR。

這兩種類型的開關穩壓器（PWM和PFM）通過它們產生的噪聲類型進一步區分。所有開關穩壓器都會產生噪聲，但脈沖跳躍器在其噪聲頻譜中會產生額外的組件。由于PFM轉換器通過一系列抑制開關的間隔來維持調節，因此它產生的輸出傅里葉頻譜的分量低于開關頻率本身。

您應該意識到這種次諧波噪聲，但在大多數應用中它沒有任何影響。即使在對次諧波噪聲敏感的應用中，如果峰峰值紋波幅度可以保持在足夠低的水平，也不太可能注意到其影響。然而，電信行業往往對使用這種開關穩壓器感到不安。

單IC降壓轉換器

便攜式系統中的負載電流通常變化很大，這給設計人員帶來了提高效率和減小元件尺寸的挑戰。一種方案是MAX782等IC，它以最高效率為便攜式系統提供多種穩壓電源電壓，以適應負載電流的變化。效率在由關斷、掛起和運行工作模式表示的負載電流范圍內至關重要。

關斷時，便攜式系統的負載通常由靜態RAM、實時時鐘和電源管理邏輯組成，因此靜態電源電流僅為幾百微安。MAX782通過兩個低壓差、微功耗線性穩壓器適應這種狀態，保持3.3V和5V輸出，同時僅吸收70μA電池電流。由于負載較輕，線性穩壓器的效率相對較差不是問題。

在掛起狀態下，電源電流范圍為 3mA 至 10mA，而主處理器以大大降低的時鐘速率運行。線性穩壓器在這些電流水平下消耗的功率不允許當今便攜式系統預期的電池壽命。然而，由于開關損耗，這些相同的適度負載使得高頻開關穩壓器不合適。降低開關損耗的一種方法是減少開關頻率。

通過以較低頻率開關和降脈沖（脈沖跳躍），輕載MAX782轉換器的開關量更小。對于較重的負載電流，它成為開關頻率為300kHz的PWM穩壓器，可實現高效率和小型外部元件。PWM和脈沖跳躍操作之間的轉換在負載電流高于和低于滿負載的27%時自動發生。這種模式轉換可產生最佳效率：5V 穩壓器在重負載下的效率為 95%，在負載電流低至滿量程 80% 時效率超過 1%。

各種內置功能使MAX782能夠節省電池電流。它控制一個外部同步整流器（一種具有低導通電阻的開關MOSFET，取代傳統的肖特基整流器），從而降低輕負載和重負載下的整流器損耗。一旦芯片上電并工作，內部切換電路會自動將內部電源軌連接到效率為 95% 的 5V 電源。此外，輸出電流限值的低電壓門限可降低檢測電阻的功率損耗。即使兩個開關穩壓器都工作，整個25W MAX782電路也僅消耗470μA的靜態電池電流。

英特爾的奔騰和奔騰Pro，摩托羅拉的Power PC和其他高速處理器所需的電源電壓范圍低于3.3V。這些處理器對 V 有非常嚴格的公差要求抄送盡管它們對電源施加了快速的負載電流瞬變。MAX782及其衍生產品（MAX783和MAX786）通過增加外部運算放大器來增加穩壓器的環路增益，從而輕松提供更高的精度。類似地，MAX797產生單路、高精度電源電壓，用于微處理器內核邏輯的工作。

近期產品

新一代MAX782型雙輸出開關穩壓器將提供增強的輕載效率、更低的壓差和其他改進。這些新產品（MAX1996系列）將于1630年3月發布，還具有內部軟啟動功能、禁用輕負載脈沖跳躍模式、過壓和欠壓保護以及全關斷工作模式。板載上電排序將允許3.5V出現在3V之前（反之亦然），并且每個電源電壓將具有數字開/關控制。每個輸出兩個外部電阻將使IC能夠產生3.5V和<>V以外的輸出電壓。

在當今的系統中，開關穩壓器對最新動態時鐘CPU產生的負載電流瞬變提供的響應極其重要。例如，即將推出的MAX1630系列IC產生的電源電壓將在300kHz時鐘的五個周期內從此類負載瞬變中恢復。

MAX1630 IC包括用于外部MOSFET的強大柵極驅動電路。（考慮到功率MOSFET的大柵極電容，其柵極驅動器必須提供驚人的大電流才能快速移動柵極電壓。MAX1630內部的驅動器提供1.5A電流，確保外部n溝道MOSFET的快速開關。

MAX1630/MAX1633和MAX1632/MAX1635 IC除12V和120.5V穩壓器外，均包含3V/3mA線性穩壓器。MAX12/MAX1631器件代替1634V穩壓器，接受來自變壓器次級的反饋，并提供控制引腳，選擇哪個穩壓器（3.3V或5V）接收次級反饋信號。該信號有助于產生12V以外的輔助電壓。它通過一個外部電阻分壓器耦合，調節次級繞組的電壓調節點。圖1顯示了一個簡化的應用電路，不包含變壓器，因此僅產生兩個輸出電壓。

圖1.該標準應用電路采用第二代多輸出降壓型DC-DC轉換器IC。

MAX1633-MAX1635 IC缺少MAX1630-MAX1632器件內部的欠壓和過壓保護，用于原型板的故障排除，也用于電源電壓由保活電源保持的應用，否則會干擾過壓保護電路。

雙穩壓器升壓配置

其中一個雙穩壓器升壓拓撲采用一個開關穩壓器升壓至 5V，采用線性穩壓器從 5V 降壓至 3.3V（圖 2）。該電路以效率換取簡單性。升壓效率通常小于降壓效率，從輸入到3.3V的總轉換等于5V穩壓器的升壓效率乘以66%（線性穩壓器的輸出超過輸入的倍數為100）。

圖2.這種組合通過一個開關穩壓器升壓和線性穩壓器下調產生 5V 和 3.3V 穩壓輸出。

您可以通過用另一個開關穩壓器替換線性穩壓器來提高轉換效率，該穩壓器從V升壓在至3.3V，但代價是成本、輸出噪聲和電路板面積增加。在輕負載應用中，請注意，MAX866升壓開關穩壓器可以代替MAX1771，允許從較低電壓啟動，如單節電池。由于最小啟動電壓是負載電流的函數，因此必須在最大預期負載下測試此參數。例如，MAX866在空載時保證啟動電壓不超過0.9V，在1mA時保證啟動電壓為2.20V（未保證）。

為了能夠以盡可能小的電源電壓啟動，工程師有時會安排僅在穩壓器啟動后連接負載。啟動后，自舉配置中的升壓型開關穩壓器能夠在低于其最小允許啟動電平的電源電壓下運行。這種行為有利于連續運行的電池供電系統;當電池新鮮時，它們很容易啟動，并在電池電壓下降到遠低于最低啟動水平時繼續運行。例如，MAX866繼續提供20mA電流，而輸入電壓可能降至1.0V。對于以較高啟動電壓為代價的較大負載電流，請考慮MAX1771或MAX856系列穩壓器。

最后，ADI公司提供一款雙電壓升壓穩壓器，可產生3.3V和5V電壓，具有中等輸出電流能力（圖3）。其主開關穩壓器產生 3.3V 電壓，電流為 I外能力（最大800mA）與輸入電壓成正比。輔助 5V 電源需要一個外部 MOSFET 和檢測電阻器，其最大允許輸出電流取決于 V在、限流電阻器和其他外部元件。

圖3.一個單IC雙輸出升壓開關穩壓器產生3.3V和5V輸出。

MAX720不僅通過可選的壁式立方體電源輸出工作;通過監控壁立方體連接，當墻面立方體電源可用時，它通過關閉主 5V 電源來延長電池壽命。還提供一種關斷模式，該模式禁用兩個開關電源，但線性穩壓器工作時（通常通過墻上立方體的電源）會進行超控。

審核編輯：郭婷