便携设备中供电电路的综合考虑

　　在便携设备和无线产品的设计中，设计人员常常面临如何提高产品性能、进一步延长电池工作时间的挑战，由于对成本和体积的要求比较苛刻，设计中会牺牲系统的某些指标而采取一些折衷的解决方案。新型供电电路的出现弥补了以上设计中的不足，能够保证系统高可靠性、高性能指标的要求，并有效地延长电池寿命。供电电路的主要参数有成本、效率（电池寿命）、输出纹波、噪声及静态电流。表一列出了这些参数与电路结构、输入输出电压范围的相互关系，下面我们就结合表一，进一步阐述这些电路结构的特点。

　　表一供电电路特性与电路结构和输入（Vin）输出（Vout）电压的关系

　　一．低压差（LDO）线性稳压器

　　低压差线性稳压器的突出优点是具有最低的成本，最低的噪声和最低的静态电流。它的外围器件也很少，通常只有一两个旁路电容。新型LDO 可达到以下指标：30μV 输出噪声、60dB PSRR、6

　　μA 静态电流及100mV 的压差。LDO 线性稳压器能够实现这些特性的主要原因在于内部调整管采用了P 沟道场效应管，而不是通常线性稳压器中的PNP 晶体管。P 沟道的场效应管不需要基极电流驱动，所以大大降低了器件本身的电源电流；另一方面，在采用PNP 管的结构中，为了防止PNP 晶体管进入饱和状态降低输出能力，必须保证较大的输入输出压差；而P 沟道场效应管的压差大致等于输出电流与其导通电阻的乘积，极小的导通电阻使其压差非常低。

　　当系统中输入电压和输出电压接近时， LDO 是最好的选择，可达到很高的效率。所以在将锂离子电池电压转换为3V 电压的应用中大多选用LDO，尽管电池最后放电能量的百分之十没有使用，但是LDO 仍然能够在低噪声结构中提供较长的电池寿命。

　　二．电荷泵

　　基本的电荷泵电路成本较低，它的最大优点是无需电感，外围电路只需几个电容，体积较小，能够提供百分之九十五的效率；固定开关频率时产生较大的噪声和静态电流。另外，这种结构的输出电压只能是输入电压的倍数，利用四个内部开关和一个外部飞电容（flying capacitor）能够获得输入电压的2 倍、1/2 倍或-1 倍输出；也可以使用多级结构获得其它倍数的电压，但成本和静态电流也会增加，所以，在传统的设计中，电荷泵结构很少与电池直接相连，而是用于产生系统的辅电源，为小电路模块或某一器件供电。但从目前的发展趋势看， 新型的电荷泵输出电流越来越大，而便携式产品的功耗则越来越低，所以有些产品选用电荷泵做系统的主电源。

　　1．电荷泵+LDO

　　为了克服电荷泵电路固有的缺陷，某些新型电源将电荷泵与LDO 相结合，这种结构可以得到任意的输出电压，而且降低了输出噪声，但效率也相应有所下降，下降幅度与输入输出电压有关，例如两节NiMH 电池转换为3V 的效率是3V/。这里还没有考虑电荷泵自身的效率损耗，LDO 的输出电压与电荷泵倍压输出越接近，这种结构的效率越高。

　　2．电荷泵稳压器

　　新型电荷泵稳压器采用PFM 或PWM 方式，内部电路不需要LDO。与电荷泵+LDO 方式相比，新型PFM 方式的电荷泵具有低成本、低静态电流等特点，但输出噪声略有增加、两种电路的效率基本相同。如果改变倍乘因子可以改善转换效率。例如转换两节碱性电池到5V，新电池时使用两倍压，而电池电压低于2.5V 时使用3 倍压。升降压应用中，开始时使用降压而后来使用两倍升压，可以改善效率。但是半导体行业很少采用这样复杂的电荷泵稳压器。

　　电荷泵稳压器在主电源和后备电源中都十分有用，最新的电荷泵稳压器能够提供250mA 的输出电流，非常适合低功耗的应用。它能够产生存储器所需要的编程电压，为GaAs 射频功率放大器产生非常稳定的负偏置电压等。