誰(shuí)需要插電從智能手機(jī)到音樂(lè)播放器，再到健康和健身可穿戴設(shè)備，便攜式、電池供電的設(shè)備無(wú)處不在。相機(jī)、平板電腦、耳機(jī)、助聽(tīng)器、智能手表、健身監(jiān)視器、手動(dòng)工具和儀表以及 GPS 追蹤器都需要巧妙的電源計(jì)劃。每天都有更多設(shè)備加入此類別。
    當(dāng)工程師為電池供電的移動(dòng)或可穿戴應(yīng)用進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，電源轉(zhuǎn)換方法始終是首要考慮因素。在某處查找任何這些設(shè)備的評(píng)論，您將看到主要討論的電池壽命和充電時(shí)間。消費(fèi)者需要較長(zhǎng)的充電間隔時(shí)間。
    對(duì)于您正在設(shè)計(jì)的任何便攜式設(shè)備，其電源轉(zhuǎn)換器的尺寸、重量和效率都是需要優(yōu)化的重要因素。幸運(yùn)的是，有一些很棒的電源轉(zhuǎn)換技術(shù)可以幫助您。
    電池驅(qū)動(dòng)電源轉(zhuǎn)換選擇
    開(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí)的個(gè)決定是電池。可更換的原電池還是可充電電池？或者，一種不可更換的電池，持續(xù)時(shí)間如此之長(zhǎng)，以至于用戶丟棄了整個(gè)產(chǎn)品并購(gòu)買(mǎi)了一個(gè)新電池？
    電池類型和電壓將決定您的許多電源轉(zhuǎn)換決策。較常見(jiàn)的電池類型是堿性電池、鎳金屬氫化物 （Ni-MH）、鋰離子（Li-ion） 和鋰離子聚合物 （LiPo、LIP、Li-poly）。隨著成本的下降，各種鋰類型近開(kāi)始占據(jù)主導(dǎo)地位。標(biāo)稱電池電壓可以為 1.25V 至 3.7V，具體取決于您的選擇。這種選擇很可能與能量密度、成本和循環(huán)壽命（充放電循環(huán)次數(shù)）有關(guān)。
    我們應(yīng)該補(bǔ)充一點(diǎn)，通過(guò)太陽(yáng)能電池、熱電或振動(dòng)收集能量可能是低功耗便攜式設(shè)計(jì)的一種選擇。對(duì)于幾乎所有應(yīng)用，您仍然需要一個(gè)小型可充電電池——但是，在某些情況下，一個(gè)大電容器可能會(huì)起作用。
    小巧輕便當(dāng)然是這款游戲的名稱。并且通常需要具有極低靜態(tài)電流的轉(zhuǎn)換器來(lái)有效地處理非活動(dòng)期。大變壓器和電感器在這里是行不通的。我們需要對(duì)小型磁體使用高頻轉(zhuǎn)換。我們需要效率，效率，效率。
    支持單電源
    如果您的應(yīng)用可以使用高于電池電壓的單電源工作，那么升壓轉(zhuǎn)換器是簡(jiǎn)單的方法。諸如諧振模式調(diào)節(jié)器之類的拓?fù)涫强捎玫模鼈兊目刂齐娐穼?duì)于小型系統(tǒng)來(lái)說(shuō)消耗過(guò)多的功率。為超過(guò) 8A 的設(shè)計(jì)保留這些。具有同步整流的半橋反激升壓轉(zhuǎn)換器是一個(gè)很好的選擇，但稍微復(fù)雜一些。有許多升壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器 IC 將所有這些復(fù)雜性都包含在內(nèi)。尋找一種靜態(tài)電源電流降低約 500nA、在 100A 至 100mA 的輸出范圍內(nèi)效率優(yōu)于 90%、啟動(dòng)電壓低于 1V 的芯片。一些將在低于 0.40V 時(shí)工作，一旦它們以 》1V 啟動(dòng)。
    這種類型的轉(zhuǎn)換器芯片可以采用微型 2mm x 2mm 6 引腳 μDFN 或 0.88mm x 1.4mm WLP 封裝。250KHz 或更高的開(kāi)關(guān)頻率意味著所需的少數(shù)外部元件將很小。尋找固定頻率，或者更好的是固定抖動(dòng)頻率，以減少電磁干擾（EMI）。由于芯片功率限制較小，輸出電流會(huì)隨輸入電壓變化很大，因此請(qǐng)務(wù)必檢查安全工作范圍以及電感電流和額定值。
    降壓-升壓拓?fù)涫悄拇鸢竼幔?br data-filtered="filtered" />     升降壓控制器解決了電池電壓?jiǎn)栴}。標(biāo)準(zhǔn)升降壓開(kāi)關(guān)電路通常會(huì)產(chǎn)生負(fù)（反相）輸出電壓。單端初級(jí)電感轉(zhuǎn)換器 （SEPIC） 拓?fù)涮峁┩噍敵?，但需要兩個(gè)電感器（參見(jiàn)圖 2）。這些電感器可以制成耦合電感器，從而減少它們的占位面積和成本。如果我們以 1MHz 或 2MHz 運(yùn)行，它們不是很大。然而，串聯(lián)電容器必須是非極化的，因此，它會(huì)很大以處理所需的電流。

     圖 2. SEPIC 轉(zhuǎn)換器的基本框圖。
    由于串聯(lián)電容器阻擋直流電，通過(guò)它的平均電流為零，使第二個(gè)電感器成為直流負(fù)載電流的。通過(guò)該電感的平均電流與平均負(fù)載電流相同，并且與輸入電壓無(wú)關(guān)。
    有類似的拓?fù)浣祲?升壓轉(zhuǎn)換器使用四開(kāi)關(guān) H 橋配置并且只有一個(gè)電感器。由于四個(gè)開(kāi)關(guān)都在一個(gè)微型 WLP 封裝內(nèi)，所以沒(méi)關(guān)系。這些器件必須具有 N 和 P 溝道 FET 以及內(nèi)部升壓電源才能運(yùn)行它們。它們通常工作在 2.5MHz 左右。您可以在 1mA 至 1A 的輸出負(fù)載電流范圍內(nèi)尋找 2.3V 至 5.5V 的輸入電壓范圍和超過(guò) 90% 的效率。在我見(jiàn)過(guò)的設(shè)備中，單路輸出電壓通常限制在 2.5V 到 4.2V 左右。跳躍模式開(kāi)關(guān)可在低輸出電流下實(shí)現(xiàn)高效率。

    圖 3. 四開(kāi)關(guān) H 橋配置降壓-升壓轉(zhuǎn)換器需要很少的外部元件，并使用串行 I 2 C 設(shè)置和監(jiān)控接口。這些IC，如MAX77801，采用小封裝。
    需要多個(gè)電源軌
    大多數(shù)便攜式設(shè)備都很智能。它們配備了某種類型的微控制器和一些傳感器——包括溫度、加速度、方向、生物電勢(shì)和陀螺儀。他們可能使用藍(lán)牙無(wú)線。很可能有一個(gè)發(fā)光的液晶觸摸屏。
    這意味著您肯定需要多個(gè)電源電壓。您可能夢(mèng)想讓一切都在 1.8V 上運(yùn)行，但您終可能會(huì)得到至少三個(gè)電源軌。幸運(yùn)的是，有許多具有多輸出的電源 IC 以多通道集成電源管理 IC 的形式非常適合此應(yīng)用。
    單電感器、多輸出 （SIMO） 降壓-升壓穩(wěn)壓器 IC 通常提供三個(gè)或四個(gè)獨(dú)立可編程電源軌輸出，以及一個(gè) 150mA 低壓差（LDO） 線性穩(wěn)壓器，具有高紋波抑制功能，適用于音頻和其他噪聲敏感應(yīng)用。這種類型的 PMIC 可能具有用于配置和狀態(tài)檢查的 I 2 C 接口。它們通常需要很少的外部組件，并且可能包括電池充電器和電池溫度監(jiān)視器以確保安全。有些還具有用于 LED 的電流吸收驅(qū)動(dòng)器輸出。有些專門(mén)針對(duì)運(yùn)行 LCD 顯示器。
    這些 IC 中的大多數(shù)只需要 μAs 的工作電流。它們的三個(gè)或四個(gè)降壓-升壓輸出分別提供 25mA 至 100mA 的輸出電流，具體取決于輸入電壓。而且它們通常占用一個(gè)小的 6x5 WLP 封裝（圖 4）。

    圖 4. 具有三個(gè)輸出的 SIMO 轉(zhuǎn)換器方案。
    SIMO 架構(gòu)基本上共享一個(gè)電感器。SIMO 有一些取舍。因?yàn)閱蝹€(gè)電感器本質(zhì)上是為交替輸出提供能量桶，所以輸出電壓紋波會(huì)有些高?？赡苄枰嘁稽c(diǎn)過(guò)濾。電壓精度不會(huì)是單個(gè)穩(wěn)壓器所能提供的。這些芯片的輸出電壓通常在 0.8V 和 5.25V 之間，精度為 ±2.5%。
    SIMO 電源管理 IC 的其他示例具有三個(gè)降壓穩(wěn)壓器、三個(gè)或四個(gè) LDO 線性穩(wěn)壓器和一個(gè)降壓-升壓穩(wěn)壓器，可在一個(gè)芯片中提供多達(dá)七個(gè)穩(wěn)壓電壓。這些 IC 在單個(gè)芯片中提供了人們所需的一切，并包括一個(gè) 5mA 至 500mA 的電池充電電路。
    為便攜式和可穿戴設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)并非易事。保持高效率、低占地面積和低價(jià)格是很困難的。但是，的轉(zhuǎn)換 IC 可以幫助簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過(guò)程，同時(shí)使您能夠滿足性能目標(biāo)。