作者：Tony Armstrong

　　便攜式產品的電路工作電壓越來越低，簡單的線性低壓差穩(wěn)壓器和開關穩(wěn)壓器難以實現(xiàn)高效率轉換，而非常低壓差(VLDO)穩(wěn)壓器由于壓差低于300mV，是這種電源的理想解決方案。本文介紹了這種低壓差電源設計需要考慮的問題，以及如何基于VLDO穩(wěn)壓器實現(xiàn)高性能設計。

圖1：當前蜂窩電話的方框圖。

　　今天，大多數(shù)由電池供電的手持產品都具有某種形式的無線通信功能，甚至蜂窩電話也有很多功能，而不僅限于通話應用。目前最新型的蜂窩電話支持網(wǎng)絡瀏覽、無線傳輸電子郵件、拍照片，甚至播放視頻。

　　一個新出現(xiàn)的趨勢是，蜂窩電話中還包括一個使電話具有高容量存儲能力的微型硬盤驅動器，從而使這些電話能作為MP3播放器使用。很明顯，要把這些功能塞進一個外形尺寸已經很有限的產品中，同時還要獲得更長的工作時間，蜂窩電話制造商面臨著越來越大的壓力。

　　從圖1所示的方框圖中很容易理解，功能越多，在不同的功率級上就需要越多的低壓輸出電壓。蜂窩電話中的主電源電壓過去常常是3.3V，而大多數(shù)較新的蜂窩電話設計采用1.5V主電源電壓。原因是大多數(shù)系統(tǒng)IC和電路都工作在1.5V或更低的電壓上，例如1.2V的DSP內核。

　　電源轉換設計需要考慮的問題

　　較低的電源轉換效率將產生熱量，這種熱量來自能量傳遞過程中穩(wěn)壓器的功率損失。在蜂窩電話內部沒有起冷卻作用的風扇或散熱器，只有一塊密集排列著元器件的印刷電路板和一塊電池。因此，熱量沒有從產品中散出去的途徑，這種熱量會縮短電池壽命并可能影響產品的可靠性。

圖2：由于陶瓷電容器的抽頭所引發(fā)的噪聲。

　　效率是用輸出功率除以輸入功率得出的，或者用負載功率除以輸入功率。應該特別指出的是，輸入電壓和電流必須在DC/DC轉換器的所有外部組件之前的節(jié)點處測量，同樣輸出電壓和電流也必須在DC/DC轉換器的所有外部組件之后測量。

　　由于電源轉換過程中產生了熱量，因此必須重新考慮應該采用什么類型的穩(wěn)壓器。制造商們已經采用了開關穩(wěn)壓器而不是較簡單的線性低壓差穩(wěn)壓器，因為開關穩(wěn)壓器具有較高的工作效率。當主電源電壓是3.3V時，這么做是有意義的。但是，隨著較新的設計采用了1.5V電壓，繼續(xù)采用開關穩(wěn)壓器就未必合適了。

　　表1列出了不同類型穩(wěn)壓器的優(yōu)點和缺點，這些穩(wěn)壓器可用來滿足蜂窩電話的電源轉換需求。這里有3種選擇：線性低壓差穩(wěn)壓器、無電感器型開關穩(wěn)壓器(也稱為充電泵)和普通開關穩(wěn)壓器(有電感器)。

　　線性低壓差穩(wěn)壓器被認為是最簡單的穩(wěn)壓器，由于其本身存在DC電壓轉換 ，所以它只能把輸入電壓降為更低的電壓。它最大的缺點是在熱量管理方面，因為其轉換效率近似等于輸出電壓除以輸入電壓的值。例如，如果一個LDO的輸入電源是標稱值為3.6V的單節(jié)鋰離子電池，在電流為200mA時輸出1.8V電壓，那么轉換效率僅為50%，因此在電話中產生了一些發(fā)熱點，并縮短了電池工作時間。不過，雖然就較大的輸入與輸出電壓差而言，確實存在這些缺點，但是當電壓差較小時，情況就不同了。例如，如果電壓從1.5V降低到1.2V，那么效率就變成了80%。

圖3：LT3021(1.5V固定輸出)在500mA時把電壓從1.8V降至1.5V的原理圖。

　　當輸入與輸出的電壓差較高時，開關穩(wěn)壓器避開了所有線性穩(wěn)壓器的效率問題。它通過使用低電阻開關和磁能量存儲單元實現(xiàn)了高達96%的效率，因此極大地降低了轉換過程中的功率損失。由于工作在超過2MHz的高開關頻率上，所以外部電感器和電容器的尺寸可以極大地縮小。開關穩(wěn)壓器的缺點較小，通�？梢杂煤玫脑O計技術來克服。

　　但是，當采用1.5V主電壓并需要降壓至1.2V以便為DSP內核供電時，開關穩(wěn)壓器就沒有明顯的優(yōu)勢了。實際上，開關穩(wěn)壓器不能用來把1.5V電壓降低至1.2V，因為無法完全提升MOSFET的性能(無論是在片內還是在片外)。標準低壓差(LDO)穩(wěn)壓器也無法完成這個任務，因為其壓差通常高于700mV。理想的解決方案是采用一個VLDO穩(wěn)壓器，在這種穩(wěn)壓器中，輸入電壓范圍接近1V，其壓差低于300mV，內部基準接近0.5V。這樣的 VLDO穩(wěn)壓器可以非常容易地把電壓從1.5V降低至1.2V，并能夠以80%的效率實現(xiàn)這樣的降壓。因為在這一電壓上的功率級通常為100mA左右，那么24mW的功率損耗是可以接受的。

　　VLDO穩(wěn)壓器的特點和