本文胪陈电源电路的最新成长状况。文中还将介绍数款器件，解释电路架构与封装技巧的进步若何促成体积更小的电源解决筹划。

把不合功能集成到同一鸢熏是PDA、便携式导航体系 (GPS) 和智能型手机等便携式产品的成长趋势。就在几年前，应用产品的每一组电源都须要零丁的电源转换器，但跟着电池供电型产品的功能日益复杂，电源设计也开端改变，把产品所需的各类电源整合在一路已成为潮流，除了处理器所需的电源外，还有蓝牙模块、无线收集模块和屏幕等其它功能也须要自力的电源。在这类应用中，电源供给方法可分为几种：

·采取内含其它功能的电源供给芯片，例如CODEC、ADC、音频放大年夜器和充电器等

·单个芯片供给全部所需电源

·功能模块专用的电源转换器

本文将介绍后面两种解决筹划。在设计中采取功能模块专用的电源转换器有几项长处：起首是电路板的零件地位更轻易安排，因为它们可直接放在处理器或无线收集模块等供电目标的旁边。其次，电路板构造更简单，因为旌旗灯号不必穿越整张电路板。别的，这些电源竽暌闺其它电路之间的耦合也会降至最低，这对GPS模块或锁相回路 (PLL) 等敏感性电源特别重要。

这种做法对于以现有解决筹划为基本的后续产品开辟筹划也有好处，因为当工程师要改变产品设计时，他们可将更改范围局限在功能模块层级 – 设计人员只需修改功能进级的部份，其它电路则保持不变；相较之下，若应用只有一个电源芯片，工程师就要花更多精力让设计相符新请求。因为缩短开辟时光已成为产品成功的关键，这类电源供给方法显然具有相当优势。

要供给这种解决筹划，电源芯片必须达到几项请求。起首必须有一系列器件供给所需的各类电源，且其体积必须尽量缩小，以免占用太多电路板空间。其次，这些芯片应很轻易针对不合的需求搭配不合的解决筹划。德州仪器 (TI) 的TPS6502x和TPS6505x系列就是例子，这些器件专门为手持装配的应用处理器供给电源。因为不合系列的处理器会有不合的须要，它们也有专属芯片来支撑个别型号或个别系列的处理器及应用。

一般而言，应用电池的应用都邑请求电源在很大年夜的输出电流范围内保持高效力，是以所有器件的操作都必须针对静态电流最佳化。所谓静态电流是芯片在不供给任何输出电流的情况下，持续保持输出电压所需的电流，这项参数对必须长时光处在待机模式的应用很重要。低静态电流不只延长应用的待机时光，对直流电源转换器在超低输出电流下的工作效力也有很大年夜影响。

降压转换器等直流电源转换器的效力会受到三项身分影响：输出电流很大年夜时，效力重要由内部电源开关的阻抗决定，是以低阻抗对这个操作范围很重要。对于采取固定频率脉宽调制 (PWM) 的降压转换器来说，负载周期是由输入对输出电压的比值决定。输出电压很小时，内手下端开关 (NMOS) 的导通时光会远跨越上端开关 (PMOS)；如不雅输出电压很高，就变成上端开关的导通时光比较长。是以若假设所有转换器的输入电压都雷同，设计人员就应针对转换器的目标输出电压来选择开关的大年夜小和阻抗；一般来说，便携式应用的锂荡子电池的电压范围大年夜约大年夜4.2V到3.0V，将来还可能进一步降低到2.5V。

当输出电流在10-200mA范围时，重要耗电来源就不再是开关阻抗，而是由电源开关的┞发极电荷和电感功耗决定其效力。应用开关频率控制输出电流是在此操作范围保持高效力的重要技能，这种做法称为脉冲频率调制 (PFM)。PFM根本上会供给固定的电能到输出端：输出电流很大年夜时，开关频率就比较高，输出电流低时则降低开关频率，进而削减开关功耗。转换器的输出电流很低时，静态电流造成的固定功耗就如前所述决定整体的效力。

TPS6502x和TPS6505x系列的所有器件都采取低耗电最佳设计，故能在很大年夜的电压和电流范围内供给最高转换效力。表1是TPS502x系列概况，这些器件包含3组降压转换器，分别供给体系电压、内存电压和处理器核心电压；它们还包含两组低压差线性稳压器(LDO)，负责供给电源给锁相回路 (PLL) 和SRAM或处理器的其它功能模块。这些器件还有很多功能未列在表中，例如后备电池支撑、I2C界面和重置功能。

*转换器1-3的输出电压可经由过程外接电阻分压器调剂，LDO电压则由两支数字输入接脚设定。别的，所有转换器和两组LDO的输出电压也能经由过程I2C界面设定。

若应用处理器须要更多电源，也可选择TPS6505x系列。上述器件包含两个降压转换器和4个具有较高的电源克制比 (PSRR)的LDO。LDO可以供给电源给须要低噪声的模块，例如PLL、GPS模块或无线收集模块。TPS6505x系列的封装很小，并且只需很少的外部组件，故能设计出最小的电源供给解决筹划。TPS6505x系列采取小巧的4 x 4毫米QFN封装，引脚间距只有0.4毫米，引脚总数则多达32支。这么多的引脚和QFN封装底部的散热垫，让TPS6505x系列成为散热效能优良的高集成解决筹划。

图1：TPS65052的构造图

图1是TPS65052的构造图。这款器件专门支撑三星电子 (Samsung) 的应用处理器，它们在低耗电模式须要1.0V核心电压，正常操作模式则须要1.3V电压。为了将外部零件减到起码，这款器件的降压转换器1会供给3.3V固定输出电压给I/O应用，转换器2则负责供给核心电压，且输出电压可设为1.0V或1.3V，具体设置视DEFDCDC2数字输入引脚的状况而定，是以不需外部零件来设定降压转换器的电压。LDO也是如斯，这款器件会根据内部表格解读DEFLDO1到DEFLDO4等4只数字输入引脚的状况，再按照解读结不雅设定LDO输出电压。在这4组LDO中，有3组拥有自力的输入电压引脚，可接收1.5-6.5V之间的任何输入电压。这些LDO还能接收不合的电源，个中1组可由电水池供，其它则可来自降压转换器1或体系内的任何可用电源。工程师应为LDO选择最低输入电压，这能将设计最佳化以实现高效力。此系列的其它器件还能经由过程外部电阻分压器设定输出电压，确保应用设计更有灵活性。表2是TPS6505x系列选项。

表2：TPS6505x系列选项

除了降压转换器和LDO外，TPS6505x系列还包含1个具有100ms延迟时光的比较器，当它发明输入电压达到1V临界值瓯，就会在漏极开路输出引脚产生重置旌旗灯号；别的，它还能经由过程引脚设定比较器动作的滞后时光。设计人员只要将比较器输出连接到任何一个转换器或LDO的启动引脚，就能在电压跨越临界值时启动该LDO或转换器。TPS6505x使设计人员只需一个很小的芯片，就能产生6组不合的电源和处理看重置旌旗灯号。

作者：Thomas Schaeffner，德州仪器