為便攜式系統選擇電源拓撲解決方案的分析和對比

圖3為4種解決方案中鋰離子電池電壓下降到3.3V時的放電曲線與運行時間的對應關系。這些解決方案包括級聯降壓與升壓轉換器、單獨的降壓轉換器、LDO轉換器以及TPS63000降壓/升壓轉換器。圖中采用具有1650mAHr容量且充滿電的18650鋰離子電池。負載電流為500mA，當3.3V電壓軌電壓低于最初設定值5％時系統關閉。這里要求使用同一電池以避免因電池容量差異而導致數據偏差。和我們預期的一樣，LDO的運行時間較短，僅為190分鐘，而降壓/升壓轉換器的運行時間最長，達到了203分鐘，級聯降壓/升壓解決方案的運行時間最短，僅為175分鐘。表1顯示了真實系統放電曲線的關鍵區域比較。

其它需要考慮的因素

圖3數據是在恒定直流負載條件下測得，這是性能測試的通用做法，但卻與實際應用有區別。為使便攜式應用的運行時間長，只有在需要時才連接負載，在不需要時應斷開負載。顯示器、處理器及功率放大器是在系統電池上產生明顯瞬態電流的主用來源，它們的負載變動幅度將會由于電池內部源電阻、保護電路及分布總線阻抗而導致電池總線上的電壓降低。若這些負載變動幅度發生在放電周期的最后階段，則能將電池電壓降至3.3V以下。若采用降壓或LDO解決方案則可能導致系統提前關機，而降壓/升壓解決方案則會度過瞬態繼續運行，從而延長系統運行時間。

實驗室測試過程中并不明顯的負載瞬態電流在實際應用中卻異常明顯，原因是鋰離子電池經過150個充電/放電周期后，其內部阻抗增加了一倍；當工作溫度在0?C～25?C之間，其內部阻抗也會增加一倍。圖4顯示了負載瞬態電流條件下運行的鋰電池的總線電壓。降壓及降壓/升壓轉換器具有250mA的恒定負載電流，從而使電池總線負載500mA的瞬態電流。降壓轉換器輸出下降至無法穩壓時會引起系統關機。TPS63000降壓/升壓轉換器則可以度過瞬態正常運行，且輸出電壓沒有變化。

本文小結

鋰離子電池電壓轉換為3.3V的設計方案眾多，設計工程師可以根據系統特定要求選擇最佳解決方案。降壓/升壓轉換器適用于大多數系統，原因是它具有最長的運行時間、最小的尺寸以及相對較低的成本，是大多數便攜式應用的最佳整體解決方案。

選擇降壓/升壓轉換器時必須清楚各種降壓/升壓轉換器的特性并不相同，一定要注意運行模式、整個電池運行階段的效率以及解決方案整體尺寸等因素。