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可编程电源管理解决方案为用户带来极大灵活性

 

如今的电子设备，多功能性和操控性已经变得至关重要。人们对灵活性的需求愈发提高，如自定义闹钟日期格式、自行车头盔摄像头提供复杂的菜单浏览功能，或者使用人工智能预测居家生活模式，以便更好地管理智能家居中的供暖、制冷和热水系统等。在工业领域，技术与工业物联网 (IIoT) 的融合也在不断突破现有界限，实现让传感器和设备自主决定测量哪些指标及何时报告数据。

所有这些灵活性都是通过软件实现的。软件可以预先配置并随时更新，通常为在线更新，以及时应对情况变化、更新性能或修复错误。在硬件层面，控制器和中央处理器已实现标准化，可在多个产品之间共享数据处理组件，并在生产线的最后编程步骤中定义最终功能。

虽然取得了以上种种技术进展，但有一种电子产品却在灵活性方面发展相对滞后：内部电源系统。过去，5V逻辑电源和用于机电元件的 12V 电源足以满足大多数应用的需求。但如今，即使是基本设备也常常需要十多个不同的电源轨，以满足 CPU、静态和动态存储器、数字和模拟接口、隔离栅极驱动电源等各种组件的需求。这些电压值的范围涵盖 0.6V 到 12V，输入电源既有单节锂离子电池 (3V-4.2V)，也有来自 AC-DC 电源的3.3V、5V、12V、24V、48V 固定系统总线电压。

电源树是源头所在

最初，产品设计师会创建一个“电源树”来概述最终的功率需求。在此基础之上，他们会实施逆向工程，设计出串联和并联 DC/DC 转换器的配置，以满足这些需求。然后，他们调整电源树，以提高整体系统效率，减少功耗，延长电池续航时间，缩小体积，降低成本或优化其他相关参数。图 1 为一个示例。

 

图 1：便携式产品设计中的典型电源树。

低压降 (LDO) 线性稳压器和模块化开关 DC/DC 转换器应用广泛，可有效升降电压以及调节双向电压，大大简化电源树的设计流程。其中部分转换器充当基本的功率控制器，需要添加大量外部元件，如外部功率器件、电感、控制电路和补偿元件。相比之下，一些转换器集成度很高，只需最少的外部元件。

DC/DC 转换器类型

无论采用哪种方法生成单个电压轨，通常只用到五种基本的转换器拓扑。其中包括线性类型和开关类型：降压、升压、四开关降压/升压和双开关降压/升压（图 2）。

 

图 2：基本 DC/DC 转换布置：线性、降压、升压、四开关降压/升压和双开关降压/升压。

LDO 线性稳压器适用于输入-输出电压差相对较小的情况。例如，从 1.8V 导出 1.5V 时，它们可以实现83.3%的合理效率。这些稳压器能快速响应负载变化，并保持极低的输出噪声水平，因此在特定应用中非常有用。值得注意的是，LDO 通常缺乏高级控制功能，如可调输出或关断引脚。它们是最简单形式的紧凑型三端子设备，使其易于使用。

另一方面，并非为低压降场景设计的 LDO 线性稳压器通常需要超过 2V 的电压裕量才能正常工作。这些稳压器通常用于低电流应用中，其中系统级效率并非首要考虑因素。

降压稳压器是一种开关模式转换器，可高效降低输入电压，通常超过 95%。它们用途广泛，可在宽范围输入输出电压差下正常工作。然而，它们需要配备一个电感，并且相较于线性稳压器，动态响应速度可能较慢。而且其输出中通常还存在一定程度的开关噪声。

升压转换器具有与降压转换器类似的特性，但用于提高输入电压。四开关降压/升压转换器可根据需要对输入进行升压或降压，以保持所需的输出电压。由于电池的工作电压范围较宽，四开关降压/升压转换器通常与电池输入一起使用。当电池充满电时，这种转换器以降压模式启动，当电池放电至低于所需的输出电压时，则转换为升压模式。这种动态运行方式使其能够充分发挥电池能量，并延长运行时间。简化的降压/升压转换器双开关版本用于提供电压反转，例如为模拟接口产生 -5V 电压。

 

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木犯001号

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