作者：Wei Chen, Linear Technology 公司
近年来，手持消费类产品数量激增。人们希望它体积小、功能多、电池寿命长。线性稳压器体积小、价格低，因而甚受欢迎。然而，它的效率低，严重地影响了运行时间。现在很多手持式产品用一节锂电池(电压范围从4.2
V至3.0 V）供电。越来越多小功率DC/DC变换器能够把一节锂电池的电压转换为手持式产品所需的电源电压。而且，有很多新型变换器在很宽的负载电流范围内的转换效率很高，大大地延长了电池的使用寿命。
随着手持式产品功能的增多，它需要的电源电压种类也增加了。处理器和逻辑电路一般需要低电压（通常为1.8V），需要一个或几个降压变换器。而模拟和背光电路则需要4V至5V的电压，需要升压变换器。最难的是数值在电池电压范围中间的稳压电源（例如3.3V），因为它既需要升压，又需要降压。目前已经出现能够满足这些要求，体积小，效率高的小功率DC/DC变换器。
在1000倍电流范围内保持高效率
LTC3405是用一节锂电池供电的降压型DC/DC变换器，输出电流高达300mA，输出电压最低为0.8V，可以用作微处理器的电源。这个方案的尺寸很小，因为需要的外接元件很少，而且，由于开关频率高达1.5MHz，可以用小型输出电容器和电感器。LTC3405A采用ThinSOTTM封装，因而整个DC/DC变换器的高度不到1mm。
大多数手持式产品有两种工作方式：工作状态和待机状态。在工作状态下，耗电一般较大，因此，若要延长电池的使用寿命，优良的转换效率是必不可少的。然而，多数手持式产品大部分时间处于待机状态，只从电池吸取极少的功率，在这时，电源的效率同样很重要。这表示，电源的静态电流必须远远低于负载电流以保持高效率。LTC3405A可以在负载电流变化1000倍的范围内保持高效率（图1）。在输出为1.8V时，同步开关的效率最高大约为92%，同时，工作在突发方式时，在负载较小的条件下，静态电流减小到20μA。即使在负载电流为1mA的情况下也能保持效率高达87%。
升压
降低电源电压，这是一个明显的趋势，但是许多手持式产品仍然需要一些5V的模拟电路，或者用于LCD偏置的更高电压。同步开关对于输出5V的升压变换器也是实用的。LTC3400升压变换器的效率高达95%，在突发方式时的静态电流很小，因而在负载较小时的效率仍然很不错。LTC3400采用在用一节锂电池的情况下提供大约5V/300mA的输出。LTC3401和LTC3402可分别在600mA和1.2A电流下提供5V电压。
在电压较高的情况下同步开关的重要性有所下降，因为输出整流器压降在输出电压中所占的百分比较小。LTC1615和LTC1617能够以良好的效率产生±34V的输出电压，用于LCD偏置这类应用。白色LED背光也可使用专用IC（白光LED的正向压降高，需要对锂电池的电压进行升压转换）。LT1937升压变换器和LTC3202电荷泵为白光LED提供了尺寸小、有效而经济的解决方案。
产生3.3V可能有困难
从一节锂电池产生3.3V时，电池电压会高于、也会低于输出电压，因此需要独特的DC/DC变换器结构。传统上有两种做法：一是在这变换器後面接一个线性稳压器；二是采用SEPIC变换器。这两种方案都很复杂、效率低，而且占用的PCB面积不容忽视。而Linear
Technology的LTC3440是在一块芯片中完成降/升压变换的器件。
LTC3440是采用独特控制电路的全桥结构，DC/DC变换器随着电池电压的变化可以从降压切换到升压，在整个电池电压范围内的效率高达94%。由于4只MOSFET均在MSOP封装内，开关频率可由用户调整到2MHz，因此，整个3.3V/600mA电源在PCB上的面积只有150mm2。LTC3440可通过引脚选择连续开关或突发方式，静态电流可降至25μA。
静态电流与噪声的关系
手持式产品设计师关心：RF噪声和音频噪声。当把无线通信电路嵌入手持式产品中的时候，电源开关频率的基频和谐波可能引发射频干扰。良好的布局对于抑制噪声耦合固然是很重要的，但是开关频率的同步也能够确保开关噪声远离敏感的频率。上述的大多数变换器都可以同步；然而，这要求变换器工作于一个与负载电流无关的固定频率（突发方式操作失效）。工作在同步时，噪声是可以预测的，但静态电流较高(一般为几个毫安)，因为功率MOSFET一直在切换。
防止DC/DC变换器进入突发状态还能防止产生音频噪声。当一个变换器采用突发方式工作时，它以一个与负载相关的速率导通和关断，音频元件会产生输出纹波。对于蜂窝电话和MP3播放机等需要处理音频信号的产品，这显然是一个问题。选择连续切换或同步，就没有突发方式，消除了音频噪声，但是它的代价是牺牲了轻负载时的效率。
噪声与静态电流的折衷方案很简单。上述的大多数DC/DC变换器都有一个控制连续切换、同步切换（也是连续的）或突发方式切换的MODE/SYNC引脚。当处于工作状态时，手持式产品的微控制器可选择连续切换或同步模式，以降低RF和音频噪声。然而，当处于待机状态时，微控制器可以选择突发方式操作，降低静态电流，从而延长电池的使用寿命。
功率转换趋势__2002年08月31日
