為便攜式電子設(shè)備開發(fā)電源電路要求設(shè)計工程師通過最大程度地提高功率和降低整個系統(tǒng)的功耗來延長電池使用壽命，這推動器件本身的尺寸變得更小，從而有益于在設(shè)計終端產(chǎn)品時獲得更高靈活性。這種設(shè)計的最重要元器件之一是電源管理IC或DC/DC轉(zhuǎn)換器。

高效DC/DC轉(zhuǎn)換器是所有便攜式設(shè)計的基礎(chǔ)。許多便攜式電子應(yīng)用被設(shè)計成采用單節(jié)AA或AAA電池工作，這給電源設(shè)計工程師提出了挑戰(zhàn)。從850mV～1.5V的輸入電壓產(chǎn)生一個恒定的3.3V系統(tǒng)輸出，要求同步升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器能夠在固定開關(guān)頻率下工作，同時附帶片上補(bǔ)償電路，并且需要微型低高度電感和陶瓷電容，最好采用微型IC封裝以減少它在設(shè)備設(shè)計中的總占位面積。

一個由薄型SOTIC封裝和少量外部元器件組成的經(jīng)過驗證的電路設(shè)計，實現(xiàn)了一個僅占7×9mm2板面積的效率為90%的單電池到3.3V/150mA轉(zhuǎn)換器。當(dāng)在單電池輸入（1.5V）下工作時，25mA～80mA之間的負(fù)載電流可能實現(xiàn)90%以上的效率。一個外部低電流肖特基二極管（雖然并不是必需的）將在較高輸出電流下最大程度地提高效率。

這個電路設(shè)計集成了帶額定電阻值為0.35Ω（N）且典型電阻值為0.45Ω（P）的低柵電極電壓內(nèi)部開關(guān)的高效DC/DC轉(zhuǎn)換器。在整個工作溫度范圍內(nèi)，開關(guān)電流限制一般為850mA，從而在新的堿性AA單節(jié)電池輸入和兩節(jié)電池輸入時可分別實現(xiàn)0.66W和2.5W的輸出功率。

電流模式控制提供出色的輸入線路和輸出負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)。斜坡補(bǔ)償（這是當(dāng)占空比超過50%時用來防止分頻諧波不穩(wěn)定性所必需的）可以整合到轉(zhuǎn)換器中，與電路一起保持恒流限制閾值，而不管輸入電壓是多少。

主要特性

先進(jìn)電源管理IC設(shè)計的兩個特性會影響其工作效率：內(nèi)部反饋機(jī)制的集成和可在工作期間節(jié)省能量的節(jié)電模式的加入。增加的內(nèi)部反饋回路補(bǔ)償不再需要外部元器件了，從而降低了總成本，簡化了設(shè)計過程。通過僅在需要時激活電源轉(zhuǎn)換器以將輸出電壓調(diào)制保持在1%以內(nèi)，節(jié)電工作模式提高了輕負(fù)載（ILOAD<3mA，典型值）時的轉(zhuǎn)換器效率。一旦輸出電壓在進(jìn)行調(diào)制，轉(zhuǎn)換器會切換至睡眠狀態(tài)，從而減少柵電荷損失和靜態(tài)電流。不帶節(jié)電模式的類似IC將被強(qiáng)制在整個工作范圍內(nèi)保持恒定的PWM，從而增加了靜態(tài)電流。雖然在一些頻率敏感的應(yīng)用中恒頻PWM可能會受歡迎，但它會降低總系統(tǒng)效率。

關(guān)斷電流低于1mA，并且這個引腳上的磁滯允許對VIN進(jìn)行簡單的阻性上拉從而連續(xù)工作。還要注意，在關(guān)斷過程中，VOUT保持低于VIN的未經(jīng)過調(diào)制的600mV。當(dāng)存儲器或?qū)崟r時鐘必須在斷電期間保持激活時，這個特性特別有用。可以通過更改分壓器的電阻值輕松設(shè)定輸出電壓。

為了從電池電源獲得最高功效，DC/DC轉(zhuǎn)換器必須能夠在1V以下的輸入電壓下工作，并提供范圍在2.5V～5V之間的可調(diào)整輸出電壓。理想情況下，這種器件還將能夠在低至0.65V的輸入電壓下繼續(xù)工作，唯一的局限性在于輸入電源提供足夠功率的能力。

這個特性將消除對大的輸入旁路電容的需要，從而節(jié)省了板空間、降低了成本。在低至0.65V的輸入電壓下工作的能力，是從電量接近耗盡的電池中獲得更長使用壽命的重要特性。

以兩個由單節(jié)電池供電的便攜式設(shè)備為例，其電池使用壽命的比較表明，在理想測試條件下，電源管理IC在低壓模式下工作的能力使其可比傳統(tǒng)DC/DC轉(zhuǎn)換器多提供六個多小時的電池使用壽命。工作壽命延長40%為終端產(chǎn)品提供了明顯的優(yōu)勢。

EMI抑制方法

當(dāng)升壓轉(zhuǎn)換器在非連續(xù)模式下工作時（即功率傳動周期開始之前，電感電流降至零時），可能存在EMI問題。為了幫助降低電勢參考點，在電感電流為零且器件處于關(guān)斷狀態(tài)時，可將一個100Ω的內(nèi)部阻尼電路跨接在電感上。

EMI和總性能質(zhì)量也會受PCB布局的影響。高速工作的低壓輸入器件需要格外注意線路板布局，特別是處于涉及N溝道和P溝道開關(guān)切換的工作周期期間的高電流通路。SW引腳、VIN引腳CIN、COUT和地之間的電流通路應(yīng)短而寬，以形成最低的固有電阻損耗和最低的漏電感

支撐當(dāng)代社會的基礎(chǔ)設(shè)施必須以非常高的可靠性運行。互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器群和通信交換中心為了保證近乎100％的“無故障運行時間”或系統(tǒng)可用性，它們大多都依賴一項非常成熟的技術(shù)——鉛酸電池，而數(shù)據(jù)存儲中心采用的卻是高新技術(shù)。通常，這些關(guān)鍵節(jié)點和許多其他重要部門均配備備用電源，備用電源的第一層一般是逆變器，逆變器對閥控鉛酸（VRLA）電池或性能類似的密封式膠體電池組裝的電池組提供電源轉(zhuǎn)換。

這項傳統(tǒng)技術(shù)之所以廣為應(yīng)用，有很多原因，尤其是鉛酸電池經(jīng)濟(jì)實惠，而且具備杰出的可靠性。不過雖然杰出卻并不完美。VRLA電池使用壽命有限（設(shè)計壽命一般為12年），通常關(guān)鍵系統(tǒng)使用這種電池作為備用電源，不過定期更換。故障可能、確實時有發(fā)生。在一個典型的備用電源系統(tǒng)中，這種電池的作用正如其名—它們始終保持完全充滿電的狀態(tài)等待主電源失效。而完全充滿電狀態(tài)則通過連續(xù)的小電流“浮”充電維持。如果浮充電流低于某設(shè)定限值，則電池內(nèi)部電解產(chǎn)生的氣體就會再化合。在這種情況下，浮充電壓即使略高于單個電池標(biāo)準(zhǔn)值2.27V，也有可能損壞電池。小幅過電壓將導(dǎo)致電解液析出多于再化合處理量的更多氣體，這些未被處理的氣體會通過安全閥溢出。如果電池溫度過高，即使充電電壓適當(dāng)，也會導(dǎo)致電解液損耗。

其他失效模式包括早期硫酸化、極柱和板柵連接不良、極板和板柵連接不良、電解液層化及板柵加速腐蝕。另外還有一種雖然少卻是災(zāi)難性的失效模式——熱失控，這是VRLA和膠體電池所特有的一種失效模式，可以引起爆炸起火。防范熱失控的唯一方法是監(jiān)測電池內(nèi)部溫度。

僅僅監(jiān)測電池電壓對檢測鉛酸電池容量下降所起的作用非常有限，這一點已經(jīng)得到業(yè)內(nèi)公認(rèn)。當(dāng)電池性能正在下降時，通常呈現(xiàn)的是標(biāo)稱電壓，直到釋放大電流時方能顯現(xiàn)出來，而這時它的容量已經(jīng)嚴(yán)重降低，端電壓過早跌落。通過測量電解液確切比重來確定電池狀態(tài)，這種方法對密封VRLA或膠體電池不適用；常規(guī)上，檢驗電池容量采用的唯一辦法是將整個電池組放電至受控狀態(tài)以下，不過這種方法需要電池停止使用。此外，深度放電還會降低鉛酸電池的壽命；在定期對其備用電池進(jìn)行放電測試以及其主電源具備高可靠性的系統(tǒng)上，大多采用這種測試方案確定電池使用壽命。

近來，可以進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測的非介入式電子法可以檢測單個電池的臨近失效狀態(tài)，這種方法既能節(jié)約成本，又能維持整個系統(tǒng)的可用性。此類系統(tǒng)的前身通常測量電池或電池組（電池行業(yè)術(shù)語，指封裝于同一殼體內(nèi)的多個電池）電壓—盡管其局限性眾所周知—加上充/放電流和周圍溫度。一些系統(tǒng)試圖測量或推測電池內(nèi)阻，其成效各有不同。

LEM的Sentinel系統(tǒng)是基于依賴簡單的基本參數(shù)模擬測量進(jìn)行轉(zhuǎn)變的領(lǐng)先產(chǎn)品，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到第3代即SentinelIII。它在單片定制設(shè)計的SoC（系統(tǒng)芯片）集成電路上整合了模擬和數(shù)字技術(shù)。該裝置配置在一個測量端電壓、電池內(nèi)部溫度以及內(nèi)部阻抗的模塊內(nèi)，對于可以提供精確測量結(jié)果、費用又在大多數(shù)備用系統(tǒng)配置能承受的預(yù)算范圍內(nèi)的系統(tǒng)而言，它是設(shè)計時一個關(guān)鍵要素。