新一代便攜式設備的關鍵電源電路設計考慮
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為硬盤驅動器和I/O供電
硬盤驅動器和許多I/O通常采用3.3V電壓軌供電。由于單個鋰離子電池的電壓為3.0~4.2V，所以它需要降壓/升壓功能以充分利用可用電量，從而延長電池的使用壽命。圖3(b)是H橋接降壓/升壓轉換器電路。如何選擇正確的控制方案以實現高效率呢？這種降壓/升壓轉換器有兩種基本的控制架構。
第一種控制方案是使轉換器工作在傳統的降壓/升壓模式。當Q1和Q3同時導通時，輸入電壓被施加到電感上，能量存儲在電感中，輸出電容為負載提供電源。當Q1和Q3截至，Q2和Q4導通時，電感電流流經Q2和Q4，將存儲的電能供給輸出端。
假設在轉換開關和電感上沒有功率損耗，則這種控制方案在連續導通模式下電壓增益由下式得出：
其中，D為占空比。當占空比小于0.5時，轉換器工作在降壓模式，以使輸出電壓低于輸入電壓。當占空比大于0.5時，轉換器可實現升壓功能。為使輸出電壓等于輸入電壓，占空比需等于0.5。這種方案的降壓模式和升壓模式之間的轉換非常平滑，但是傳統的降壓/升壓運行效率較低，因為它所具有非連續的大輸入和輸出電流導致傳導損耗、開關損耗和電感繞組損(銅損)都非常高。
第二種控制方案是使轉換器工作在降壓模式或者升壓模式，這可以獲得與降壓或升壓轉換器類似的更高的效率。當輸入電壓高于輸出電壓時，轉換器工作在降壓模式，當輸入電壓低于輸出電壓時，轉換器工作在升壓模式。在降壓模式中，Q4一直導通，Q3一直截至，Q1和Q2作為一個同步降壓轉換器交替導通和截至。在升壓模式中，當VIN小于Vo時，Q1一直導通，Q2一直截至，Q3和Q4作為一個同步升壓轉換器交替導通和截至。MOSFET和電感的均方根(RMS)電流與降壓或升壓轉換器的電流相等。這種控制方案可以實現比傳統降壓/升壓轉換器高5~10%的效率。
圖5：TPS6300在各種負載條件下的典型應用電路。
為利用最小尺寸解決方案進一步滿足延長電池使用壽命的要求，這里采用集成的N通道MOSFET作為頂部的開關MOSFET。對于給定的裸片尺寸，N通道MOSFET的導通電阻比P通道MOSFET低，因此這種方案進一步減少了傳導損耗。然而，驅動N通道MOSFET需要借助電荷泵電路提供高柵極驅動電壓。由德州儀器(TI)開發的一項創新技術在保持總芯片尺寸小于P通道MOSFET的同時，將這些電荷泵電路集成到芯片上，從而以最小尺寸的解決方案實現最高效率。圖5給出了TPS6300在各種負載條件下典型的應用電路圖，其最高效率可達95%。圖6為該電路在各種負載條件下的效率曲線圖。
圖6：各種負載條件下的效率，最高效率可達95%。
如何為微處理器、背光LED和I/O等關鍵元件供電對滿足嚴格的電壓瞬態響應、實現盡可能最高的效率以充分利用電池電量而言非常關鍵。為這些元件供電的很重要一點是，系統設計人員充分理解設計挑站以及優化電感和環路帶寬設計所要求的物理工作原理，從而選擇正確的控制方案以滿足系統性能要求。
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