在便攜設備和無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品的設計中，設計人員常常面臨如何提高產(chǎn)品性能、進(jìn)一步延長(cháng)電池工作時(shí)間的挑戰，由于對成本和體積的要求比較苛刻，設計中會(huì )犧牲系統的某些指標而采取一些折衷的解決方案。新型供電電路的出現彌補了以上設計中的不足，能夠保證系統高可靠性、高性能指標的要求，并有效地延長(cháng)電池壽命。供電電路的主要參數有成本、效率（電池壽命）、輸出紋波、噪聲及靜態(tài)電流。表一列出了這些參數與電路結構、輸入輸出電壓范圍的相互關(guān)系，下面我們就結合表一，進(jìn)一步闡述這些電路結構的特點(diǎn)。

　　表一供電電路特性與電路結構和輸入（Vin）輸出（Vout）電壓的關(guān)系

　　一．低壓差（LDO）線(xiàn)性穩壓器

　　低壓差線(xiàn)性穩壓器的突出優(yōu)點(diǎn)是具有最低的成本，最低的噪聲和最低的靜態(tài)電流。它的外圍器件也很少，通常只有一兩個(gè)旁路電容。新型LDO 可達到以下指標：30μV 輸出噪聲、60dB PSRR、6

　　μA 靜態(tài)電流及100mV 的壓差。LDO 線(xiàn)性穩壓器能夠實(shí)現這些特性的主要原因在于內部調整管采用了P 溝道場(chǎng)效應管，而不是通常線(xiàn)性穩壓器中的PNP 晶體管。P 溝道的場(chǎng)效應管不需要基極電流驅動(dòng)，所以大大降低了器件本身的電源電流；另一方面，在采用PNP 管的結構中，為了防止PNP 晶體管進(jìn)入飽和狀態(tài)降低輸出能力，必須保證較大的輸入輸出壓差；而P 溝道場(chǎng)效應管的壓差大致等于輸出電流與其導通電阻的乘積，極小的導通電阻使其壓差非常低。

　　當系統中輸入電壓和輸出電壓接近時(shí)， LDO 是最好的選擇，可達到很高的效率。所以在將鋰離子電池電壓轉換為3V 電壓的應用中大多選用LDO，盡管電池最后放電能量的百分之十沒(méi)有使用，但是LDO 仍然能夠在低噪聲結構中提供較長(cháng)的電池壽命。

　　二．電荷泵

　　基本的電荷泵電路成本較低，它的最大優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需電感，外圍電路只需幾個(gè)電容，體積較小，能夠提供百分之九十五的效率；固定開(kāi)關(guān)頻率時(shí)產(chǎn)生較大的噪聲和靜態(tài)電流。另外，這種結構的輸出電壓只能是輸入電壓的倍數，利用四個(gè)內部開(kāi)關(guān)和一個(gè)外部飛電容（flying capacitor）能夠獲得輸入電壓的2 倍、1/2 倍或-1 倍輸出；也可以使用多級結構獲得其它倍數的電壓，但成本和靜態(tài)電流也會(huì )增加，所以，在傳統的設計中，電荷泵結構很少與電池直接相連，而是用于產(chǎn)生系統的輔電源，為小電路模塊或某一器件供電。但從目前的發(fā)展趨勢看， 新型的電荷泵輸出電流越來(lái)越大，而便攜式產(chǎn)品的功耗則越來(lái)越低，所以有些產(chǎn)品選用電荷泵做系統的主電源。

　　1．電荷泵+LDO

　　為了克服電荷泵電路固有的缺陷，某些新型電源將電荷泵與LDO 相結合，這種結構可以得到任意的輸出電壓，而且降低了輸出噪聲，但效率也相應有所下降，下降幅度與輸入輸出電壓有關(guān)，例如兩節NiMH 電池轉換為3V 的效率是3V/。這里還沒(méi)有考慮電荷泵自身的效率損耗，LDO 的輸出電壓與電荷泵倍壓輸出越接近，這種結構的效率越高。

　　2．電荷泵穩壓器

　　新型電荷泵穩壓器采用PFM 或PWM 方式，內部電路不需要LDO。與電荷泵+LDO 方式相比，新型PFM 方式的電荷泵具有低成本、低靜態(tài)電流等特點(diǎn)，但輸出噪聲略有增加、兩種電路的效率基本相同。如果改變倍乘因子可以改善轉換效率。例如轉換兩節堿性電池到5V，新電池時(shí)使用兩倍壓，而電池電壓低于2.5V 時(shí)使用3 倍壓。升降壓應用中，開(kāi)始時(shí)使用降壓而后來(lái)使用兩倍升壓，可以改善效率。但是半導體行業(yè)很少采用這樣復雜的電荷泵穩壓器。

      電荷泵穩壓器在主電源和后備電源中都十分有用，最新的電荷泵穩壓器能夠提供250mA 的輸出電流，非常適合低功耗的應用。它能夠產(chǎn)生存儲器所需要的編程電壓，為GaAs 射頻功率放大器產(chǎn)生非常穩定的負偏置電壓等。

　   三．DC-DC 轉換器

　　DC-DC 轉換器包括升壓、降壓、升/降壓和反相結構，具有高效率、高輸出電流、低靜態(tài)電流等特點(diǎn)，隨著(zhù)集成度的提高，許多新型DC-DC 轉換器的外圍電路僅需電感和濾波電容；但該類(lèi)電源控制器的輸出紋波和開(kāi)關(guān)噪聲較大、成本相對較高。

　　近幾年隨著(zhù)半導體技術(shù)的發(fā)展，表面貼裝的電感、電容、以及高集成度的電源控制芯片的成本也不斷降低，體積越來(lái)越小。低導通電阻的場(chǎng)效應管省去了外部大功率場(chǎng)效應管，例如對于3V 的輸入電壓，利用片內N 溝道場(chǎng)效應管可以獲得5V/2A 的輸出。對于中小功率的應用可以使用小型低成本封裝。另外，高達1MHZ 的開(kāi)關(guān)頻率能夠降低成本、減小外部電感/電容的尺寸。某些新器件還增加許多新功能，如軟啟動(dòng)、限流、PFM 或者PWM 方式選擇等。

　　1．DC-DC 降壓轉換器

　　幾乎所有的降壓型DC-DC 轉換器都比LDO 的效率要高，當輸入電壓高于輸出電壓很多時(shí)更是如此，例如，將鋰離子電池轉換成1.8V 輸出。最新的降壓型DC-DC 轉換器內置同步整流器和場(chǎng)效應開(kāi)關(guān)管，不僅提高了轉換效率，而且外部?jì)H僅需要一個(gè)電感，簡(jiǎn)化了設計。由于這種結構能夠達到百分之百的占空比，可實(shí)現很低的壓差。通常PFM 方式的降壓型DC-DC 轉換器輸出紋波和噪聲較大，而靜態(tài)工作電流較��；PWM 方式的降壓型DC-DC 轉換器的輸出紋波和噪聲較小，但靜態(tài)工作電流較大。

　　在輸入電壓遠遠高于輸出電壓的應用中，為達到高效率、低噪聲的指標要求，有些降壓型DC-DC 控制器還內置了LDO。

　　2．DC-DC 升壓轉換器

　　升壓轉換器是LDO 無(wú)法取代的，盡管電荷泵穩壓方式可以實(shí)現升壓功能，但效率較低，輸出電流較小。因為升壓轉換器的輸出紋波和開(kāi)關(guān)噪聲較大，需要選擇好的控制結構以消除振蕩噪聲和開(kāi)關(guān)場(chǎng)效應管引起的效率損失。

　　最新的升壓型DC-DC 轉換器（圖1中的IC）同樣內置同步整流管和開(kāi)關(guān)管，實(shí)現了高效率、低功耗、小體積、多功能等特性。目前，便攜式產(chǎn)品的工作電流范圍越來(lái)越寬，這就要求單個(gè)IC 能夠實(shí)現多種控制算法，圖1中的IC 包含低噪聲的PWM 工作方式和低工作電流的PFM 方式，可以提供很寬的負載電流，控制方式的改變可以瞬間完成而不會(huì )造成輸出中斷。如果采用外部同步時(shí)鐘可以減小開(kāi)關(guān)對系統尤其是射頻系統的影響。圖1中的IC 利用一個(gè)瞬時(shí)接通按鈕進(jìn)行通斷控制，實(shí)現對電源的開(kāi)關(guān)，提高可靠性，減小體積。

　　將升壓型DC-DC 轉換器與LDO 相結合可實(shí)現兩個(gè)功能，即低噪聲升壓和高效率的升降壓。典型的升降壓應用是從鋰離子電池得到3.3V，因為電池的大部分工作時(shí)間是3.6V，這時(shí)升壓轉換器待機，而LDO 工作，所以效率非常高，與傳統的SEPIC 方式相比可以使用更小的外圍器件�，F在已經(jīng)有幾種這樣結構的單片解決方案（如圖1中的IC）。　　

　　3．DC-DC 升降壓H-橋式轉換器

　　為了進(jìn)一步提高升降壓型轉換器的效率，可選用H—橋式轉換器，這種結構需要一個(gè)電感，兩個(gè)功率場(chǎng)效應管開(kāi)關(guān)和兩個(gè)整流二極管，目前這些外圍器件和控制結構的成本仍然較高，而且外部開(kāi)關(guān)損耗也限制了它的效率的提高，特性指標有待于進(jìn)一步完善，隨著(zhù)集成工藝的發(fā)展，這種結構的應用會(huì )越來(lái)越多。