隨著筆記本電腦和電話體積變小，重量減輕，便攜式電子產品越來越受歡迎。這加強了系統設計者的重點，即減小電子設備的尺寸和重量，特別是電源電路。諸如電路板空間，系統成本，元件數量，可用性和電池壽命等考慮因素變得越來越重要。事實上，電池壽命已經成為便攜式設備的一個主要銷售特征，因為用戶可以預期今天的系統運行時間比兩年前購買的系統長得多。

在眾多應用策略中實現成本節約，提高效率和減小尺寸是最重要的。使用最新的低壓差穩壓器（LDO）或快速開關穩壓器降低了這些電源的能量損耗，為系統的其余部分運行留下了更多的能量。新的電池技術也可以達到同樣的目的，既可以在不降低容量的情況下減小尺寸，也可以在保持相同尺寸（和重量）的同時提高容量。待機（或睡眠）模式有意義，特別是當本地發生電源轉換時，靠近相應的負載。因此，系統可以關閉未使用的部分，例如筆記本電腦中的硬盤驅動器或手機中的發射器。

較新的調節器使設計人員可以減小尺寸和總體成本整個系統解決方案，因為他們也可以使用更小，更便宜的外部元件，如電容器和電感器。

簡單的線性穩壓器已經存在很長時間了;但是雖然它們的成本很低，但它們的壓差電壓 - 傳輸晶體管上的最小壓降 - 相對較高，通常在1.5和3 V之間。低壓差穩壓器（LDO）的發展，壓差低至0.1 V / 0.4 V / 100 mA負載電流 - 使穩壓器的功耗降低約90％ - 是一項重大改進。除了比上述簡單調節器的情況更低的耗散之外，可以使用更低電壓的電池，或者在需要更換或再充電之前電池可以放電到更低的電壓。這意味著更長的運營時間。

ADI公司的低壓差穩壓器包括：

• 通用ADM66x系列和ADP3367，其壓差電壓范圍為1 V至100 mV / 100 mA。
• 新一代高性能，±0.5％ - 精度 anyCAP ^? LDO穩壓器，ADP3300，ADP3301和ADP3303適用于50,100和250 mA滿量程輸出，每100 mA的壓差水平為100或200 mV。
• ADP3301的雙100 mA版ADP3302具有相同的±0.5％精度和低120- mV壓差水平。

傳統的LDO需要一個體積龐大，價格昂貴的10μF負載電容，并具有精心選擇的等效串聯電阻（ESR）; ADP330x系列可以使用多種電容器類型和數值 - 典型示例可能是0.47μF，低成本的多層陶瓷電容器。這項重要技術已獲得專利，并已標記為“anyCAP ^?”。

LDO比傳統線性穩壓器更有效，并擴展了電池的有用工作電壓，但是電壓降浪費寶貴的電力[ W =（ V _IN - V _OUT ） × I _L ]。所有線性穩壓器都需要比輸出電壓更高的輸入電壓;它們只能調節到所需的值，永遠不會提升到它。因此，為了提高效率，并使輸出電壓超過輸入電壓或變為負值的靈活性，設計人員必須轉向開關模式或開關電容調節器或轉換器。

通過消除功耗傳輸晶體管，開關模式穩壓器電路[見側欄]的效率可達90％甚至更多。因此，更多的電池能量進入動力設備，導致操作時間增加。然而，在獲得高效率時，開關模式調節器也帶來一些挑戰。例如，對磁性元件的需求增加了電源的整體尺寸和重量，這兩者在便攜式設備設計中都是至關重要的。它還增加了系統成本。

為了最大限度地減少這些問題，在某些情況下，開關頻率會被推高至1 MHz，以減小電感器和電容器的尺寸。然而，開關穩壓器還有另一個問題：在脈沖頻率調制（PFM）或脈沖寬度調制（PWM） ¹ 模式下工作，會產生輸入和輸出紋波和電噪聲（電磁干擾或EMI）當電流切換時。 ² 因此，根據應用，開關模式穩壓器可能需要濾波器來平滑輸出紋波和/或屏蔽以抑制EMI。然而，開關模式穩壓器的更高效率使其在筆記本電腦等應用中廣受歡迎。

ADI公司推出的其中一款開關穩壓器是ADP3000（見邊欄）。它可以在升壓，降壓和逆變器模式下工作。在 boost 模式下，它接受2 V至12 V的輸入電壓，在降壓模式下，輸入電壓最高可達30 V.固定電壓為3.3 V，5 V和提供12 V電壓，可調節輸出。

幾個關鍵特性使該器件非常適合便攜式電池供電應用。例如，它在靜止或待機模式下僅消耗500μA。 400kHz的開關頻率意味著只需要一個小的外部電感。在大多數情況下，可用的最小尺寸電感（對于1A峰值電流為2.2μH至15μH）就足夠了。其他主要特性是低輸出電壓紋波 ³ - 在3.3V輸出可調電流限制下小于40 mV pp，以及可用作低電池檢測器，線性穩壓器的輔助放大器，電壓鎖定或誤差放大器。下面的示例將說明如何在實際應用中使用這些功能。

開關電容電壓轉換器是另一種避免與LDO相關的損耗的技術。最近推出的具有穩壓輸出的ADP3604開關電容電壓逆變器就是一個例子。該器件提供穩壓電壓，電壓損耗最小，外部元件極少，無引線器或變壓器。 ADP3604采用240 kHz內部振蕩器，可產生120 kHz的開關頻率，與ADM660和ADM8660等早期設計相比，使用的電容器體積更小，成本更低。它接受+4.5 V至+6.0 V的輸入電壓，輸出電壓為-3 V，精度為±3％，輸出電流高達120 mA。

如上所述，電池技術也取得了很大進步。雖然過去使用不多，但鋰離子（Li離子）類型成為許多近期應用的首選電池，原因很充分：它們具有最佳的能量密度（充電容量與重量的比率），并且它們具有由于自放電電流非常低，待機時間長。但他們確實有一種行為，如果沒有復雜的電子產品，它們很難使用。它們的輸出電壓在放電時不斷下降。與Ni-Cd或NiMH電池不同，Ni-Cd或NiMH電池具有較長的平臺，然后在容量結束時相當急劇下降（圖1），鋰離子電池的起始電壓為4.1 V至4.2 V（取決于化學成分，和具體的制造商）;然后，當它放電時，電壓幾乎呈線性下降，一直下降到2.5V左右。超過這一點，由于進一步放電會損壞電池，需要重新充電。

圖2所示電路設計用于從單個鋰離子電池產生兩個恒定的3 V輸出，每個輸出高達100 mA。在4.2至2.7 V的輸入范圍內，輸出保持在±1％范圍內，每路輸出負載0至100 mA，工作溫度范圍為-40至+ 85°C。當輸入電壓降至2.5 V時，電路具有自動關閉功能以保護電池。

輸入電壓變化可產生恒定的+ 3 V輸出，當輸入始終為輸入時，使用LDO或降壓 - 調節器（當輸入總是大于+ 3-V輸出時）或使用 boost - 調節器時對于單個鋰離子電池在延長的壽命期間產生+ 3-V輸出的例子，當輸入小于3.1 V并且高于該電壓時，必須提供升壓。有幾種方法可以做到這一點。例如，ADP1147型降壓開關穩壓器可用于反激模式。缺點是輸入和輸出都有紋波?；蛘?，ADP3000可用于單端初級電感轉換器電路（SEPIC），數據手冊中顯示的應用，使用兩個電感器;它的弱點是相當大的波紋。圖2的ADP3000電路采用ADP3302雙輸出LDO，經過優化，可與最小屏蔽6.8μμH電感一起工作，從而節省空間和資金。更小更便宜的是開放式電感器 - 桿式 - 當電源電路的環境對EMI不敏感時可以使用。

以下是電路的工作原理：最初，電池充滿電。輸入電壓遠高于3 V，開關穩壓器ADP3000處于空閑模式，因為Fb（ADP3000，引腳8）的電壓高于參考電壓（1.245 V）。 LDO（ADP3302）將輸出電壓調節為3 V.負載電流（最高2×100 mA）穩定地流過電感（電阻為0.12歐姆），肖特基二極管（D1）的正向電壓<0.2 V，總電壓降約為0.23 V。

隨著電池電壓隨時間降低，Fb處的電壓按比例減小。當輸入降至約3.7 V以下時，Fb處的電壓低于1.245V參考電壓（分壓器R9-R10）。內部比較器改變狀態，ADP3000的振蕩器啟動;由電感和二極管構成的升壓轉換器開始將能量轉移到電容器C3中，以使Fb處的電壓保持在1.245V左右。電池電壓越低，傳輸的能量越多，導致增加開關頻率，在關斷前（在2.5 V時）達到100 kHz以上，給定200 mA滿載 ⁴ 。

ADP3000的SET輸入（引腳7） ）通過R1-R2分壓器持續監控輸入電壓。當它低于2.53 V（介于2.74 V和2.53 V之間時，取決于ADP3000內部的基準電壓源），Ao（引腳6）將變為邏輯低電平，并通過拉動SD1和SD來關閉ADP3302 LDO穩壓器。 SD2（引腳6和7）接地。同時，晶體管導通（分壓器R5-R6）以將Fb拉高并確保振蕩器關閉。 ADP3000的電池剩余負載電流僅為500μA，另外還有一個可選的微型LED作為電池耗盡警報連接到Ao（點線）。

33 nF電容（C2） ）用于將電源電壓中的饋通濾波到敏感反饋點Fb。連接到I _LIM 的120歐姆電阻（R4）限制開關電流，以降低電感額定電流的要求，同時降低輸出紋波和所需電容。 / p>

ADP3000由James Ashe在加利福尼亞州圣克拉拉的ADI公司設計。

¹ PFM使用恒定導通時間脈沖，但根據負載和輸入電壓改變其頻率。這會對其他系統頻率產生不可預測的干擾，例如系統時鐘，電話中的IF等。頻率從幾百赫茲開始，將穿過整個音頻范圍;它產生的問題是PFM技術在包含某種音頻的任何東西中都不被廣泛接受的另一個原因。 PWM使用固定頻率但改變脈沖寬度;因此，它的噪聲更容易濾除。

² 開關脈沖包含尖峰，上升時間為20 ns至40 ns;這些產生大部分EMI問題。

³ 輸出紋波是開關峰值電流×ESR（輸出電容的等效串聯電阻）的函數。 ADP3000通過限制峰值電流[I _LIM ]和使用具有低ESR的電容（如Sony OS-COM（1.5mΩ）]來降低紋波。推薦用于標準開關轉換器的鉭電容器（也缺少限流功能）的ESR約為100mΩ。

⁴ 振蕩器以400êkHz恒定運行，但是門控電路允許所需的脈沖數通過，這是輸出端所見頻率的原因。