在計算機(jī)和通信領(lǐng)域，為了降低系統(tǒng)功耗提高電源效率，系統(tǒng)工作電壓越來越低；另外，隨著信息技術(shù)和微電子工藝技術(shù)的高速發(fā)展，器件的特征尺寸越來越小，集成電路的電源電壓也越來越低。低電壓器件的成本更低，性能更優(yōu)，所以各大半導(dǎo)體公司都將3．3v、2.5v等低電壓集成電路作為推廣重點，如高端的dsp、pld／fpga產(chǎn)品已廣泛采用3.3v、2．5v甚至1．8v、1 5v供電。因此，低電壓數(shù)字系統(tǒng)的電源設(shè)計，是電子工程師面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

1 采用低壓差線性穩(wěn)壓器（ldo）

低壓差線性穩(wěn)壓器的突出優(yōu)點是具有最低的成本、最低的噪聲和最低的靜態(tài)電流。它的外圍器件也很少，通常只有一兩個旁路電容。與傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓器相比，它的最大優(yōu)點是輸入輸出壓差很低。如78xx系列都要求輸入電壓要比輸出電壓高2～3v以上，否則不能正常工作?？墒?v到3．3v的電壓差只有1.7v，所以78xx系列已經(jīng)不能夠滿足3．3v或2.5v的電源設(shè)計要求。面對這類需求，許多電源芯片公司推出了low dropout regulator，即低壓差線性穩(wěn)壓器，簡稱ldo。當(dāng)系統(tǒng)中輸入電壓和輸出電壓接近時，ldo是最好的選擇，可達(dá)到很高的效率。這種電源芯片的壓差只有1.3～0.2v，可以實現(xiàn)5v轉(zhuǎn)3.3v／2.5v、3.3v轉(zhuǎn)2.5v／1.8v等要求。生產(chǎn)ldo的公司很多，常見的有：maxim、linear（lt）、nationa1 semiconductor、ti等。

采用max8515作為穩(wěn)壓器，利用一個外部npn晶體管和幾只阻容元件可以方便地構(gòu)成低成本、小尺寸的低壓差線性穩(wěn)壓器（ldo），如圖1所示。該電路輸入電壓范圍為1.2-2.5v，輸出電壓為iv。max8515的電源電壓不同，r1的阻值就不同。輸出電流可達(dá)2a。

改變分壓電阻r2、r3可以調(diào)節(jié)輸出電壓?？蓞⒖际剑?）選擇r2和r3的值。

出于便攜式電子產(chǎn)品布局布線的限制、對噪聲敏感的應(yīng)用及數(shù)碼相機(jī)模塊需要特殊電壓等原因，分立的ldo仍在市場上頑強(qiáng)生存。ldo的發(fā)展方向，首先是高效率，其次是不可避免地朝多功能集成方向發(fā)展，甚至被集成到pmu中。如aati推出的aat3223，集成了powerok功能，可監(jiān)測ldo輸出電壓，能在輸出低于壓范圍時報警；同時還提供了省電引腳，引腳電壓降抵時可使ldo進(jìn)入關(guān)閉模式，從而延長電池壽命。又如安森美推出的以pwm和ldo雙模式工作的ncpl 501，在輕載下可由pwm模式轉(zhuǎn)為ldo模式工作，1.8v下的效率為90％以上。

2 采用電感開關(guān)型dc／dc轉(zhuǎn)換器

電感開關(guān)型dc／dc轉(zhuǎn)換器又稱為開關(guān)型穩(wěn)壓器，包括升壓、降壓、升／降壓和反相等幾種結(jié)構(gòu)，具有高效率、高輸出電流、低靜態(tài)電流等特點。隨著集成度的提高，許多新型dc-dc轉(zhuǎn)換器的外圍電路僅需電感和濾波電容，但該類電源控制器的輸出紋波和開關(guān)噪聲較大、成本相對較高。

近幾年隨著半導(dǎo)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，體積越來越小。低導(dǎo)通電阻的場效應(yīng)管省去了外部大功率場效應(yīng)管，例如對于3v的輸入電壓，利用片內(nèi)溝道場效應(yīng)管可以獲得5v／2a輸出。對于中小功率的應(yīng)用可以使用小型低成本封裝。另外，高達(dá)lmhz的開關(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、限流、pfm或者pwm方式選擇等。

ltc3441是一種大電流微功率同步降壓一升壓dc／dc轉(zhuǎn)換器。它通過對輸出開關(guān)的正確調(diào)相使輸入電壓可以．高于、低于或等于輸出電壓，并且這三種條件下操作模式的切換是連續(xù)的，所以該器件的輸出電壓總是能滿足應(yīng)用要求，是在單節(jié)鋰離子電池應(yīng)用中的理想選擇。ltc3441能在效率高達(dá)95%的情況下提供最高1a的輸出電流。ltc344l的工作頻率在出廠時被調(diào)到1mhz。在該器件的mode／sync引腳施加一個兩倍于期望開關(guān)頻率的外部時鐘（2.3mhz～3.4mhz），振蕩器可以與之同步，同步頻率范圍是1.15mhz～1.7mhz。ltc3441所進(jìn)行的高頻操作允許采用表面貼裝的電感器。為了獲得高效率，電感器最好采用高頻磁芯材料以減小磁芯損耗由于v1n為電源輸入引腳，應(yīng)用時最好在該腳布置一個至少4.7uf的低esr旁路電容器。ltc3441的典型應(yīng)用電路如圖2所示。

3 采用電容電荷泵型dc—dc轉(zhuǎn)換器

電容電荷泵型dc—dc轉(zhuǎn)換器常用于倍壓或反壓型dc—dc轉(zhuǎn)換。電荷泵電路采用電容作為儲能和傳遞能量的中介。隨著半導(dǎo)體工藝的進(jìn)步，新型電荷泵電路的開關(guān)頻率可達(dá)1 mhz。電荷泵有倍壓型和反壓型兩種基本電路形式。

基本的電荷泵電路成本較低。它的最大優(yōu)點是無需電感，外圍電路只需幾個電容，體積較小，能夠提供95％的效率，固定開關(guān)頻率時產(chǎn)生較大的噪聲和靜態(tài)電流。另外，這種結(jié)構(gòu)的輸出電壓只能是輸入電壓的倍數(shù)，利用四個內(nèi)部開關(guān)和一個外部飛電容（flylng capacitor）能夠獲得輸入電壓的2倍、1／2倍或一l倍輸出，也可以使用多級結(jié)構(gòu)獲得其它倍數(shù)的電壓，但成本和靜態(tài)電流也會增加。所以，在傳統(tǒng)的設(shè)計中，電荷泵結(jié)構(gòu)很少與電池直接相連，而是用于產(chǎn)生系統(tǒng)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越大，而便攜式產(chǎn)品的功耗則越來越低，所以有些產(chǎn)品選用電荷泵做系統(tǒng)的主電源。

為了克服電荷泵電路固有的缺陷，將電荷泵與ldo相結(jié)合，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(yīng)有所下降，下降幅度與輸入輸出電壓有關(guān)。新型電荷泵穩(wěn)壓器采用pfm或pwm方式，內(nèi)部電路不需要ldo。與電荷泵+ldo結(jié)構(gòu)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，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(zhuǎn)換效率。例如轉(zhuǎn)換兩節(jié)堿性電池到5v，新電池時使用兩倍壓，而電池電壓低于2.5v時使用3倍壓。升降壓應(yīng)用中，開始時使用降壓而后來使用兩倍升壓，可以改善效率。

tps6012x和tps6013x是美國德州儀器公司推出的一種升壓穩(wěn)壓的電荷泵型dc—dc：轉(zhuǎn)換器，具有可調(diào)整的電壓轉(zhuǎn)換比例、更低的成本、更簡單的設(shè)計以及更少的電磁干擾等特點。tps6012x可以接受兩個堿性電池、鎳鎘電池或鎳錳氫電池所提供的范圍在1 8～3.6v之間的輸入電壓，產(chǎn)生3 3（1±o．04）v的輸出電壓以及200ma的最大輸出電流。其轉(zhuǎn)換效率可達(dá)90％，待命狀態(tài)下所需的電流只有60 μa。tps6013x可以接三個堿性電池、鎳鎘電池、鎳錳氫電池或是一個鋰離子電池所提供的范圍在2.7～5 4v之間的輸入電壓，產(chǎn)生5.0（1±0 04）v的輸出電壓；而輸出電流隨元件型號不同有150ma和300ma兩種。與其它直流電壓轉(zhuǎn)換器采用的電感器不同，它們使用電容器來儲存電荷，避免了電磁干擾帶來的復(fù)雜問題。tps6012x和tps6013x只需要4個低價的外部電容，降低了整體系統(tǒng)成本。它們還提供“脈沖跳躍”的省電工作模式及“邏輯關(guān)機(jī)”工作模式。后者可把供應(yīng)電流降低到o.05 μa，并且將電池與負(fù)載完全切斷。［page］

tps60130的典型應(yīng)用如圖3所示。

ldo穩(wěn)壓器為電流輸出要求較低的應(yīng)用提供了體積小且價廉的解決方案，而電感開關(guān)型dc-dc轉(zhuǎn)換器能保證高得多的電源轉(zhuǎn)換效率，如果延長電池壽命是頭等要求，則是合理的選擇。電容電荷泵型dc—dc轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率比相同檔次的電感開關(guān)型dc-dc轉(zhuǎn)換器要低，但是成本也低。在設(shè)計低電壓數(shù)字系統(tǒng)的電源時，開發(fā)者要在系統(tǒng)整體方案的成本、體積、噪聲和效率之間進(jìn)行折衷。

總體而言，低電壓、大電流、高效率、小尺寸、低成本是dc—dc轉(zhuǎn)換器發(fā)展的趨勢。從技術(shù)上看，零電流零電壓開關(guān)、平面變壓器原理、同步整流、超高開關(guān)頻率、開放式結(jié)構(gòu)等新型技術(shù)的應(yīng)用，使得更高性能價格比的電源轉(zhuǎn)換芯片不斷出現(xiàn)。