随着笔记本电脑和电话变得体积更小、重量更轻，便携式电子产品正变得越来越流行。这加强了系统设计者对减小电子器件的尺寸和重量的关注，特别是电源电路。诸如电路板空间、系统成本、组件数量、可用性和电池寿命等因素已变得越来越重要。事实上，电池寿命已经成为便携式设备的一个关键卖点，因为用户可以期望今天的系统比两年前购买的系统工作更长时间。

在许多节约成本的策略中，提高效率和缩小尺寸是最重要的。使用最新的低差稳压器(LDO)或快速开关稳压器减少了这些电源的能量损失，为系统运行的其余部分留下了更多的能量。新的电池技术也达到了同样的目的，要么缩小尺寸而不减少容量，要么在保持相同尺寸(和重量)的同时提高容量。待机(或睡眠)模式是有意义的，特别是当电源转换发生在本地，接近各自的负载时。因此，该系统可以关闭未使用的部分，如笔记本电脑的硬盘驱动器或电话的发射器。

新的稳压器使设计人员能够减少整个系统解决方案的尺寸和总体成本，因为它们还可以使用更小、更便宜的外部组件，如电容器和电感器。

简单的线性稳压器已经存在很长时间了;但是，尽管它们的成本很低，但它们的压降(通过晶体管的最小压降)相对较高，通常在1.5到3v之间。低压降稳压器(ldo)的开发是一项重大改进，每100 mA负载电流的压降电压低至0.1 V至0.4 V，将稳压器的耗散降低了约90%。除了比上面提到的简单稳压器更低的耗散外，可以使用更低电压的电池，或者在需要更换或充电之前，电池可以放电到更低的电压。这意味着更长的操作时间。

来自器件的低压差稳压器包括:

• 通用ADM66x系列和ADP3367，每100 mA的降压水平从1 V降至100 mV。

• 新一代高性能，±0.5%精度的anyCAP LDO稳压器，ADP3300, ADP3301和ADP3303用于50,100和250 mA满量程输出，每100 mA降压水平为100或200 mV。

• ADP3301的双100ma版本ADP3302具有相同的±0.5%精度和低120 mv降电平。

传统的ldo需要一个体积庞大、价格昂贵的10µF负载电容器，并具有精心选择的等效串联电阻(ESR);ADP330x系列可以使用各种类型和值的电容器，典型的例子可能是0.47µF的低成本多层陶瓷电容器。这项重要的技术已获得专利，并已注册“anyCAP ”商标。

ldo比传统的线性稳压器更有效，并延长了电池的有效工作电压，但它们的电压降浪费了宝贵的功率[W = (V(IN) - V(OUT)) × I(L)]。所有线性稳压器都要求输入电压高于输出电压;他们只能调节到期望的值，而不能提升到它。因此，为了提高效率，并灵活地使输出电压超过输入电压或变为负电压，设计人员必须转向开关模式或开关电容稳压器或变换器。

通过消除通型晶体管的耗散，开关模式稳压电路(见侧栏)的效率可以达到90%以上。因此，更多的电池能量流向动力设备，导致工作时间增加。然而，在获得高效率的同时，开关模式稳压器也带来了一些挑战。例如，对磁性元件的需求增加了电源的整体尺寸和重量，这两者在便携式设备设计中都可能是至关重要的;这也增加了系统成本。

为了尽量减少这些问题，开关频率被推高——在某些情况下高达1mhz——以减小电感和电容器的尺寸。然而，开关稳压器还有另一个问题:在脉冲频率调制(PFM)或脉冲宽度调制(PWM)(1)模式下工作，当电流切换时，输入和输出纹波和电气噪声(电磁干扰或EMI)都会产生。(2)因此，根据应用，开关稳压器可能需要滤波器来平滑输出纹波和/或屏蔽来抑制EMI。然而，开关模式调节器的更高效率使其在笔记本电脑等应用中广受欢迎。

器件公司推出的开关稳压器之一是ADP3000(见侧栏)。它可以在升压，降压和逆变模式下工作。在升压模式下，它接受从2v到12v的输入电压，在降压模式下，输入高达30v。固定电压3.3 V, 5 V和12 V提供，因为是一个可调的输出。

几个关键特性使该设备非常适合便携式电池供电应用。例如，它在静态或待机模式下仅消耗500µA。400 khz的开关频率意味着只需要一个小的外部电感。在大多数情况下，可用的最小尺寸电感(2.2µH至15µH，峰值电流为1a)就足够了。其他主要特点是低输出电压纹波(3)-在3.3 v输出时小于40 mV p-p -可调电流限制，以及一个辅助放大器，可以作为低电池检测器，线性稳压器，电压锁定或误差放大器。下面的示例将展示如何在实际应用程序中使用这些特性。

开关电容电压变换器是另一种避免与ldo相关的损耗的技术。以最近推出的ADP3604开关电容稳压逆变器为例。该设备提供最小电压损失的稳压，很少的外部元件，没有电感或变压器。与ADM660和ADM8660等早期设计相比，ADP3604采用更小、更便宜的电容器，其内部振荡器为240 khz，可产生120 khz的开关频率。它接受+4.5 V和+6.0 V之间的输入电压，产生- 3v的输出电压，精度为±3%，输出电流高达120ma。

如上所述，电池技术也取得了很大的进步。虽然在过去使用不多，但锂离子(Li-ion)类型的电池成为许多最近应用的选择，有很好的理由:它们具有最佳的能量密度(充电容量与重量的比率)，并且由于非常低的自放电电流，它们有很长的待机时间。但它们确实有一种行为，如果没有精密的电子设备，它们很难使用。它们的输出电压随放电时间不断下降。镍镉电池或镍氢电池有一个很长的平稳期，然后在容量结束时急剧下降(图1)，而锂离子电池的起始电压为4.1 V至4.2 V(取决于化学成分和特定制造商);然后，当它放电时，电压几乎线性下降到2.5 V左右。超过这个点，由于进一步放电会损坏电池，因此需要重新充电。

图2所示的电路设计用于从单个锂离子电池产生两个恒定的3-V输出，每个输出高达100 mA。输出保持在±1%范围内，输入从4.2到2.7 V，负载从0到100 mA每输出，工作温度从- 40到+85°C。当输入电压降至2.5 V时，电路自动关闭以保护电池。

一个恒定的+ 3v输出可以从一个变化的输入电压产生，无论是LDO或降压稳压器(当输入总是大于+ 3v输出)或升压稳压器，当输入总是小于+ 3v。对于在延长寿命期间从单个锂离子电池开发+ 3v输出的示例，有必要在输入小于3.1 V时提供升压，并在该电压以上降压。有几种方法可以做到这一点。例如，adp1147型降压开关稳压器可用于反激模式。缺点是输入和输出都有纹波。或者ADP3000可以用于单端初级电感转换电路(SEPIC)，如数据表所示，使用两个电感;它的弱点是波纹相当大。图2中的ADP3000电路采用ADP3302双输出LDO，经过优化，可在最小的6.8µH屏蔽电感下运行，从而节省空间和资金。更小和更便宜的是开式电感-棒型-当电源电路的环境对电磁干扰不敏感时可以使用。

以下是电路的工作原理:最初，电池是充满电的。输入电压远高于3v，由于Fb (ADP3000，引脚8)电压高于参考电压(1.245 V)，开关稳压器ADP3000处于空闲状态，ldo (ADP3302)将输出电压调节为3v。负载电流(高达2 × 100 mA)通过电感(0.12欧姆电阻)和肖特基二极管(D1) (<0.2 V正向电压，对于总电压降约0.23 V。

当电池电压随时间降低时，Fb处的电压成比例降低。当输入降到约3.7 V以下时，Fb处的电压低于1.245 V参考电压(分压器R9 - R10)。内部比较器改变状态，ADP3000振荡器启动;升压变换器——由电感和二极管组成——开始将能量转移到电容器C3中，以保持Fb的电压在1.245 V左右。电池电压下降越低，传递的能量越多，导致开关频率增加，在关机前(2.5 V)达到远高于100 kHz，给定200 ma满载(4)。

ADP3000的SET输入(引脚7)通过R1-R2分压器连续监测输入电压。当它低于2.53 V(在2.74 V和2.53 V之间，取决于ADP3000内部的参考)时，Ao(引脚6)将进入逻辑LOW并通过拉动SD1 &amp关闭ADP3302 LDO稳压器;SD2(引脚6 &落到地面。同时，晶体管导通(分压器R5-R6)，将Fb拉上，确保振荡器关闭。来自ADP3000的电池剩余负载电流仅为500µA，加上连接到Ao的可选微型led作为电池耗尽报警给用户(虚线)。

33-nF电容器(C2)用于从电源电压滤波馈通到敏感反馈点Fb。连接到I(LIM)的120欧姆电阻(R4)限制开关电流以降低对电感额定电流的要求，同时减少输出纹波和所需的电容。

ADP3000是由James Ashe在加州圣克拉拉的Devices公司设计的。

(1)PFM使用恒定时脉冲，但根据负载和输入电压改变其频率。这会对其他系统频率产生不可预测的干扰，例如系统时钟、电话中的中频等。频率，从几百赫兹开始，将穿过整个音频范围;它产生的问题是PFM技术不被任何包含某种音频的东西所接受的另一个原因。PWM使用固定的频率，但改变脉冲的宽度;因此，它的噪声更容易过滤。

(2)开关脉冲包含上升时间为20 ~ 40 ns的尖峰;这些产生了大部分的电磁干扰问题。

(3)输出纹波是开关峰值电流×输出电容等效串联电阻ESR的函数。ADP3000通过限制峰值电流[I(LIM)]和使用具有低ESR的电容器(如Sony OS-COM (1.5 毫欧))来减少纹波。推荐用于标准开关转换器(也缺乏限流功能)的钽电容器的ESR约为100 毫欧。

(4)振荡器运行在一个常数400ÊkHz，但一个门控电路，它让所需的脉冲数量通过，负责在输出中看到的结果频率。