可携式产品电源技术与趋势探讨

烈依赖负载阻抗，因此对于稳定性问题需要特别考虑。

基于PNP管的LDO和基于PMOS管的LDO的传递函数具有几个影响稳定性的极点：主极点（P0）由误差放大器决定；第二极点（P1）由输出电抗决定；第三极点（P2）有调整管附近的寄生电容决定。

如图3所示，每个极点产生每10倍频程20dB的增益下降并且伴随90°的相移。因为这里所讨论的LDO有多个极点，所以如果单位增益频率处的相移达到-180°，线性稳压器会变得不稳定。图3还示出了容性负载对稳压器的影响，其等效串联电阻（ESR）会在传递函数中增加一个零点（Z_ESR）。该零点有助于补偿其中一个极点，并且如果该极点出现在单位增益频率以下时有助于稳定环路并且保持相应频点的相移低于-180°。

ESR对于维持稳定性可能是至关重要的，特别对于使用纵向PNP调整管的LDO。然而，由于电容器的寄生特性，所以ESR不总是好控制。电路可能需要ESR集中在某个窗视范围内以确保LDO工作在对于所有输出电流都稳定的区域（见图4）。

图5所示的原理图示出了一个环路如何提供稳压和基准电压功能。用外部R1-R2分压电阻检测输出电压，然后输出电压通过二极体D1和R3-R4分压电阻反馈回高增益放大器的输入。当达到平衡时，放大器产生一个很大的、可重复的和容易控制的偏移电压，该电压是与绝对温度成比例（PTAT）的。PTAT电压与热敏二极体电压降相结合一起构成隐含的基准电压，该基准电压是不受温度影响的虚拟带隙式电压。

此放大器的输出连接到一个同相驱动器以控制调整管，利用米勒极点分离的补偿方法降低对负载电容器的电容值、电容器类型和ESR的要求。极点分离方法的另外一个优点是具有优异的电源杂讯抑制和很高的稳压器增益，从而可提供非常高的精度和优异的输出电源调整率和负载调整率。

选择LDO要根据电源电压范围、负载电压和所需的最大压差。不同器件的主要差别集中在功耗、效率、价格、容易使用以及各种技术指标和提供的封装形式。

图6示出了ADP1710在输入电容C_IN = 1μF和输出电容C_OUT = 1μF以及ADP1711在C_IN = 22μF和C_OUT = 22μF几乎满载负载条件下的典型瞬态回应比较。

电源DC/DC转换器

为了减小体积和重量，低功耗便携产品大多采用数量有限的电池供电，这就存在两个重要问题：首先是随着电池放电，其端电压会明显降低；其次是电池具有一定内阻，而且随着放电内阻逐渐增大，在负载发生变化时造成输出电压的变化。为了保证系统稳定、可靠地工作，需要一个稳定的电源电压。

由于大多数情况需要提升电池电压，简单的三端线性稳压器无法满足要求，只能采用升压型开关稳压器。但是传统的开关电源设计电路复杂、体积庞大且自身功耗较大，无法在体积和功耗要求严格的可携式产品中使用，而Maxim公司推出的MAX167X系列升压型DC-DC转换器是适合于1~3节电池供电的低功率便携产品。

升压型DC-DC转换器的电路结构如图7所示。开关K导通时电池B给电感L充电，在L中以场的形式储存能量1/2LI2（I为电感电流）。K断开后，L中的磁能又以电能的形式释放给滤波电容C2和负载RL。周期性的开关操作使电池能量源源不断地送入负载，而输出电压被转换为：

V_OUT = Vin /（1-δ）

其中δ为开关占空比（导通时间占工作周期的比率）。控制电路监测输出电压并控制占空比，从而达到调节和稳定输出电压的目的。控制方式最常见的有PFM（脉冲频率调制）和PWM（脉冲宽度调制）两种。前者具有较小的静态电流，轻载情况下效率较高，但纹波稍大。后者在重载时具有较高效率，杂讯小。

MAX167X系列升压型DC-DC转换器采用一种改进的限流PFM控制方式，控制电路限制电感充电电流，使其不超过某一峰值电流。既保持了传统PFM的低静态电流，同时在较重负载下也具有很高的效率，而且由于限制了峰值电流，采用很小体积的周边元件就可获得满意的输出纹波，利于降低电路的尺寸和成本。

除了控制方式的改进外，MAX167X还采用另外两种技术以获得更高的性能：提高效率的同步整流和降低EMI（电源干扰）的阻尼换流。图7电路中，流过整流管D的平均电流I_D等于负载电流，正向压降V_DF造成转换效率的损失大约为V_DF / V_OUT。即使采用正向压降较低的肖特基二极管，V_DF仍有0.4~0.6V，输出电压比较低时（如3.3V），这种损失不容忽视（可达18%）。同步整流就是采用另外一双MOSFET替代二极管作为整流器。由于MOSFET的沟道电阻非常低，使整流器的功耗大大降低。