节能是低电压供电和便携式电子系统的共同特点。电池供电和便携式电子设备的首要需求是节省电力，这也是从5V到3.3V(及更低)供电轨道的主要好处。尽管如此，大多数3.3V设计也包括5V ic，因为业界尚未为设计人员提供完整的3.3V功能选择。在此之前，许多便携式产品必须在5V和3.3V的混合ic上工作。

正如在下面的讨论中所解释的那样，具有当前可用的线性和开关稳压器足够知识的设计人员可以在5V/3.3V系统中真正实现高效运行。这类系统包括通常需要降压转换的便携式计算机和通常需要升压转换的个人数字助理(pda)。在这两种情况下，最小的电流消耗是可能的。

无论升压转换还是降压转换，您都可以使用多个稳压器产生必要的电源电压。作为替代方案，您可以选择同时提供这两种功能的单个IC。其他主题包括下一代单ic，双3.3V/5V降压稳压器，以及为高速处理器(如Pentium, Pentium Pro和Power PC)产生高精度电源电压的ic。

双稳压器降压配置

三种实用的拓扑结构可用于使用两个降压调节器从单个输入电压获得5V和3.3V(例如)。它们是独立的5V和3.3V开关稳压器，与输入电压并联，5V开关连接到输入并为3.3V开关供电，5V开关连接到输入并为3.3V线性稳压器供电。第四种可能性——两个串联或并联的线性稳压器——对大多数应用来说效率太低。

最有效的方法包括两个连接到输入端的开关稳压器。第二种方法——由5V开关供电的3.3V开关——一开始看起来很吸引人，因为第二个开关下降的电压更小(5V减去3.3V)，因此消耗的功率更小。然而，3.3V转换的整体效率(5v转换器效率乘以3.3V转换器的效率)相当差。无论哪种方式，使用两个开关转换器为您提供最高的效率。它也给你最高的成本和最大的噪音，并占用最大的pc板面积。

如果线性稳压器只提供适度的电流，第三种拓扑是有希望的。如果这个稳压器的内部电源电流远小于其输出电流，那么它的效率就是简单的V(OUT)/V(IN)乘以100。因此，线性稳压器以66%的效率将5V转换为3.3V。对于某些应用来说，这种功率损失是可以接受的，但请记住，66%必须乘以5v切换器效率才能获得3.3V转换的总效率。

电源效率衡量的是电源中浪费的功率。在便携式电源中，这种电力浪费很重要，原因有两个:它表现为热量，很难从紧凑的外壳中移除;它必须通过从电池中吸取更多电流来补偿，这会缩短电池的寿命。

作为另一个考虑因素，线性稳压器通常需要在输入和输出之间具有一定的最小电压。稳压器从5V降至3.3V，从输入到输出有1.7V，但如果5V降至4.75V，输出上升到3.47V，稳压器只看到1.3V。这种可以容忍低输入输出差而不失去监管的监管机构被称为“低输出”监管机构。因此，传统的低成本7800系列线性稳压器不适合这种应用，因为它们的降压太高。

线性稳压器本身所需的静态电源电流的大小也很重要。这个电流水平主要取决于输入和输出之间的晶体管类型(称为“通型晶体管”)。双极通型晶体管比MOSFET通型晶体管吸收更多的电流。为了说明这一点，Maxim的MAX604是一个3.3V/ 500ma输出低压差线性稳压器，其MOSFET通管允许最大静态电源电流仅为35µa。

开关稳压器的选择受到与控制方案类型相关的权衡的影响，无论是脉宽调制(PWM)还是脉频调制(PFM)。PFM类型也被称为“脉冲跳变”调节器。脉冲跳频器具有较低的静态电流，但对于某些应用，PWM类型更好，因为其稳定，高开关频率允许使用较小的电感和(通常)较小的滤波电容器。现代限流PFM变换器也采用较小的电感值，但由于通过电感的纹波电流较大，它们通常需要较低的输出滤波器电容的ESR。

这两种类型的开关调节器(PWM和PFM)由它们产生的噪声类型进一步区分。所有开关稳压器都会产生噪声，但脉冲跳频器会在其噪声频谱中产生额外的分量。由于PFM变换器在开关被抑制的连续间隔内保持调节，它产生的输出傅立叶频谱的分量低于开关频率本身。

你应该意识到这种次谐波噪声，但在大多数应用中它没有影响。即使在对次谐波噪声敏感的应用中，如果能保持足够低的峰对峰纹波幅度，其影响也不太可能被注意到。尽管如此，电信行业对于使用这种切换调节器常常感到不安。

单ic降压转换器

便携式系统的负载电流变化很大，这给设计人员在提高效率的同时减小元件的尺寸带来了挑战。一种解决方案是像MAX782这样的IC，它以最高效率为便携式系统提供的变化负载电流提供多个稳压电源电压。在关机、暂停和运行模式所代表的负载电流范围内，效率是必不可少的。

在关机时，便携式系统的负载通常由静态RAM、实时时钟和电源管理逻辑组成，导致静态电源电流只有几百微安。MAX782具有两个低差、微功率线性稳压器，可保持3.3V和5V输出，同时仅消耗70 μ A电池电流。由于负载较轻，线性稳压器相对较差的效率不是问题。

在暂挂状态下，电源电流范围从3mA到10mA，而主处理器以大大降低的时钟速率运行。在这些电流水平下，线性稳压器所消耗的功率不允许在今天的便携式系统中预期的电池寿命。然而，这些相同的适度负载使得高频开关稳压器由于开关损耗而不合适。减少开关损耗的一种方法就是减少开关频率。

通过以较低的频率切换和降低脉冲(脉冲跳变)，轻负载的MAX782转换器完全减少了切换。对于较重的负载电流，它成为一个开关在300kHz的PWM调节器，它允许高效率和小的外部元件。当负载电流高于或低于满载的27%时，PWM和跳脉冲操作之间的转换自动发生。这种模式转换产生最佳效率:5V稳压器在重负载下效率为95%，负载电流低至满量程的1%时效率超过80%。

各种内置功能使MAX782节省电池电流。它控制一个外部同步整流器(一个低导通电阻的开关MOSFET，取代传统的肖特基整流器)，从而降低了轻负载和重负载的整流器损耗。一旦芯片上电并开始工作，内部切换电路自动将内部供电轨道连接到95%效率的5V电源。此外，用于输出电流限制的低电压阈值降低了感测电阻中的功率损耗。即使两个开关稳压器都在工作，整个25W MAX782电路也只消耗470µA的静态电池电流。

英特尔的Pentium和Pentium Pro、摩托罗拉的Power PC和其他高速处理器所需的电源电压在3.3V以下。尽管这些处理器对电源施加了快速负载电流瞬变，但它们对V(CC)的公差要求非常严格。MAX782及其衍生产品(MAX783和MAX786)通过增加外部运算放大器来增加稳压器的环路增益，可以轻松提供更高的精度。同样，MAX797为微处理器核心逻辑的操作产生一个单一的、高精度的电源电压。

未来的产品

下一代max782型双输出开关稳压器将提供更高的轻负载效率，更低的降压和其他改进。预计于1996年3月发布，这些新产品(MAX1630系列)还将具有内部软启动功能，可禁用轻负载脉冲跳变模式，过压和欠压保护，以及完全关闭操作模式。板载上电测序将允许3.3V出现在5V之前(反之亦然)，并且每个电源电压将具有数字开/关控制。每个输出两个外部电阻将使ic产生3.3V和5V以外的输出电压。

在当今的系统中，开关稳压器对最新动态时钟cpu产生的负载电流瞬态的响应是极其重要的。例如，即将推出的MAX1630系列中的ic产生的电源电压将在300kHz时钟的五个周期内从这种负载瞬变中恢复。

MAX1630集成电路包括用于外部mosfet的强大栅极驱动电路。(鉴于功率MOSFET的栅极电容很大，其栅极驱动器必须提供惊人的大电流才能快速移动栅极电压。)MAX1630内部的驱动器提供1.5A，以确保外部n沟道mosfet的快速切换。

除5V和3.3V稳压器外，MAX1630/MAX1633和MAX1632/MAX1635 ic还分别包含12V/120mA线性稳压器。代替12V稳压器，MAX1631/MAX1634器件接受变压器二次反馈，并提供一个控制引脚，选择哪个稳压器(3.3V或5V)接收二次反馈信号。这个信号有助于产生12V以外的辅助电压。通过外部电阻分压器耦合，它调整次级绕组的电压调节点。图1显示了一个简化的应用电路，不含变压器，因此只产生两个输出电压。

MAX1633-MAX1635集成电路缺乏MAX1630-MAX1632器件内部的欠压和过压保护，用于故障排除原型板，也用于电源电压由保持电源维持的应用中，否则会干扰过压保护电路。

双稳压器升压配置

其中一种双稳压器升压拓扑采用开关稳压器升压到5V，线性稳压器从5V降压到3.3V(图2)。该电路以简单换取效率。升压效率一般小于降压效率，从输入到3.3V的整体转换等于5V稳压器的升压效率乘以66%(线性稳压器的输出比输入乘以100)。

您可以通过用另一个开关稳压器替换线性稳压器来提高转换效率，该稳压器从V(IN)上升到3.3V，但代价是成本，输出噪声和电路板面积的增加。在轻负载应用中，请注意MAX866升压开关稳压器可以替代MAX1771，以允许从较低电压启动，如从单节电池启动。由于最小启动电压是负载电流的函数，因此必须在最大预期负载下测试此参数。例如，MAX866保证在空载时启动电压不超过0.9V，在20mA时启动电压不超过1.2V(不保证)。

为了在尽可能低的电压下启动，工程师有时会安排在稳压器启动后才连接负载。启动后，自启动配置中的升压开关稳压器能够在低于其最小允许启动水平的电源电压下运行。这种行为有利于持续运行的电池供电系统;当电池新鲜时，它们很容易启动，当电池电压下降到远低于最低启动水平时，它们继续运行。例如，MAX866继续提供20mA，而输入可以下降到1.0V。对于以更高启动电压为代价的更大负载电流，请考虑MAX1771或MAX856稳压器系列。

最后，Maxim提供了一个双电压升压稳压器，可产生3.3V和5V，输出电流适中(图3)。其主开关产生3.3V，输出能力(最大800mA)与输入电压成正比。辅助5V电源需要外部MOSFET和感测电阻，其最大允许输出电流取决于V(IN)、限流电阻和其他外部元件。

MAX720不仅可以从可选的壁式电源输出;通过监控墙-立方体连接，当墙-立方体电源可用时，它会关闭主5V电源，从而延长电池寿命。还提供了一个关闭模式，使两个开关电源失效，当线性稳压器工作时(通常通过壁式电源)，会受到覆盖。

1996年3月刊的《计算机设计》上也发表了一篇类似的文章。