如何从电池供电设计中获得更高的系统效率

CPU、现场可编程门阵列 （FPGA）、数字信号处理器 （DSP） 和其他处理器现在正在处理便携式电子设备中的繁重计算负载。消费者越来越希望他们的小型电池供电电子设备能够在两次充电之间提供较长的运行时间。这篇博文重点介绍了降压转换器（电源的关键组件）中的动态电源管理功能如何为由 1 节、2 节和 3 节锂离子电池供电的整个系统提高能源效率电池。

紧凑型便携式设备的设计人员必须应对高功耗和散热方面的挑战。因此，处理器电源应具有高电压精度、高负载瞬态性能和高效率，以支持可靠的处理器性能。

在不久的过去，手持电子设备不需要或只需要一个降压转换器来为其不同的功能块供电。设计人员可以使用多个低压差 （LDO） 线性稳压器。流行的处理器通常在 3V-3.3V 范围内；LDO 使用单节锂离子电池输入以合理的效率工作。然而，随着处理能力需求的持续上升，核心电压和典型 I/O 电压一直在下降。LDO 在低输出电压下效率低下。此外，当使用单节或多节锂离子电池工作时，它们也往往会散发大量热量。

在这种新的便携式设计环境中，降压转换器已经成为解决效率难题的答案。在评估小型消费电子应用的降压转换器时，需要考虑以下一些功能：

高转换效率为负载提供最大的电池功率。低静态电流也有助于实现这一点，同时还能延长待机时间。

跳跃/轻载模式可降低低输出电流下的开关损耗。

电压缩放和定位以优化输出电压工作点。

多相支持更低的输入和输出电容（多相设备减少了输入和输出电容器的数量）。对于基于微控制器的设计，多相设计可提供更快的瞬态响应，这对微控制器的操作很重要。

多通道支持，单个设备可以提供多个轨道。

转换器的动态控制能力以优化其各种参数是另一个有用的特性。例如，考虑一个系统，其传感器需要 3.3V 电源轨，而蓝牙组件仅需要 2.7V 电源轨。系统的降压转换器将支持最高电压要求。但是，这种设置对于较低电压的组件来说效率很低，尤其是在较高电压的组件不经常运行的情况下。动态电压调节通过动态降低降压转换器的电压来优化系统效率，从而在较高电压组件（在本例中为主传感器）关闭时满足较低电压组件的要求。

灵活的负载点调节

市场上的一些多相降压转换器需要更大的电感器和更大的硅面积，而另一些则不提供支持最新 CPU 和 GPU 的电流水平。Maxim 提供多种高效降压转换器，专为需要高电流和低工作电压的应用处理器而设计：

对于 1 节电池供电的电子设备、FPGA 和数字信号处理器 （DSP），MAX77812降压转换器提供灵活的负载点调节、快速瞬态响应和内部电源排序。

MAX77874 16A四相降压稳压器，适用于多核CPU和GPU处理器，是单节电池供电的便携式电子设备的理想选择 。

MAX77503 1.5A、 14VIN高效降压转换器采用2节和3节电池或USB-C供电，可直接转换为负载点电压。

MAX8973A三相、降压开关稳压器旨在满足下一代智能手机设计的性能和尺寸要求。

便携式电子产品继续变得更小，同时需要更多的处理器。这些处理器需要高效的电源。这篇文章解释了具有动态电压缩放和低静态电流等特性的降压转换器如何满足需求。

审核编辑：郭婷