在計算機和通信領域，為了降低系統功耗提高電源效率，系統工作電壓越來越低；另外，隨著信息技術和微電子工藝技術的高速發展，器件的特征尺寸越來越小，集成電路的電源電壓也越來越低。低電壓器件的成本更低，性能更優，所以各大半導體公司都將3．3V、2.5V等低電壓集成電路作為推廣重點，如高端的DSP、PLD／FPGA產品已廣泛采用3.3V、2．5V甚至1．8V、1 5V供電。因此，低電壓數字系統的電源設計，是電子工程師面臨的嚴峻挑戰。

1 采用低壓差線性穩壓器（LDO）

低壓差線性穩壓器的突出優點是具有最低的成本、最低的噪聲和最低的靜態電流。它的外圍器件也很少，通常只有一兩個旁路電容。與傳統的線性穩壓器相比，它的最大優點是輸入輸出壓差很低。如78xx系列都要求輸入電壓要比輸出電壓高2～3V以上，否則不能正常工作。可是5V到3．3V的電壓差只有1.7V，所以78xx系列已經不能夠滿足3．3V或2.5V的電源設計要求。面對這類需求，許多電源芯片公司推出了Low Dropout Regulator，即低壓差線性穩壓器，簡稱LDO。當系統中輸入電壓和輸出電壓接近時，LDO是最好的選擇，可達到很高的效率。這種電源芯片的壓差只有1.3～0.2V，可以實現5V轉3.3V／2.5V、3.3V轉2.5V／1.8V等要求。生產LDO的公司很多，常見的有：Maxim、Linear（LT）、Nationa1 Semiconductor、TI等。

采用MAX8515作為穩壓器，利用一個外部NPN晶體管和幾只阻容元件可以方便地構成低成本、小尺寸的低壓差線性穩壓器（LDO），如圖1所示。該電路輸入電壓范圍為1.2-2.5V，輸出電壓為IV。MAX8515的電源電壓不同，R1的阻值就不同。輸出電流可達2A。

改變分壓電阻R2、R3可以調節輸出電壓。可參考式（1）選擇R2和R3的值。

出于便攜式電子產品布局布線的限制、對噪聲敏感的應用及數碼相機模塊需要特殊電壓等原因，分立的LDO仍在市場上頑強生存。LDO的發展方向，首先是高效率，其次是不可避免地朝多功能集成方向發展，甚至被集成到PMU中。如AATI推出的AAT3223，集成了PowerOK功能，可監測LDO輸出電壓，能在輸出低于壓范圍時報警；同時還提供了省電引腳，引腳電壓降抵時可使LDO進入關閉模式，從而延長電池壽命。又如安森美推出的以PWM和LDO雙模式工作的NCPl 501，在輕載下可由PWM模式轉為LDO模式工作，1.8V下的效率為90％以上。

2 采用電感開關型DC／DC轉換器

電感開關型DC／DC轉換器又稱為開關型穩壓器，包括升壓、降壓、升／降壓和反相等幾種結構，具有高效率、高輸出電流、低靜態電流等特點。隨著集成度的提高，許多新型DC-DC轉換器的外圍電路僅需電感和濾波電容，但該類電源控制器的輸出紋波和開關噪聲較大、成本相對較高。

近幾年隨著半導體技術的發展，表面貼裝的電感、電容以及高集成度的電源控制芯片的成本也不斷降低，體積越來越小。低導通電阻的場效應管省去了外部大功率場效應管，例如對于3V的輸入電壓，利用片內溝道場效應管可以獲得5V／2A輸出。對于中小功率的應用可以使用小型低成本封裝。另外，高達lMHz的開關頻率能夠降低成本、減小外部電感／電容的尺寸。某些新器件還增加許多新功能，如軟啟動、限流、PFM或者PWM方式選擇等。

LTC3441是一種大電流微功率同步降壓一升壓DC／DC轉換器。它通過對輸出開關的正確調相使輸入電壓可以．高于、低于或等于輸出電壓，并且這三種條件下操作模式的切換是連續的，所以該器件的輸出電壓總是能滿足應用要求，是在單節鋰離子電池應用中的理想選擇。LTC3441能在效率高達95%的情況下提供最高1A的輸出電流。LTC344l的工作頻率在出廠時被調到1MHz。在該器件的MODE／SYNC引腳施加一個兩倍于期望開關頻率的外部時鐘（2.3MHz～3.4MHz），振蕩器可以與之同步，同步頻率范圍是1.15MHz～1.7MHz。LTC3441所進行的高頻操作允許采用表面貼裝的電感器。為了獲得高效率，電感器最好采用高頻磁芯材料以減小磁芯損耗由于V1N為電源輸入引腳，應用時最好在該腳布置一個至少4.7uF的低ESR旁路電容器。LTC3441的典型應用電路如圖2所示。

3 采用電容電荷泵型DC—DC轉換器

電容電荷泵型DC—DC轉換器常用于倍壓或反壓型DC—DC轉換。電荷泵電路采用電容作為儲能和傳遞能量的中介。隨著半導體工藝的進步，新型電荷泵電路的開關頻率可達1 MHz。電荷泵有倍壓型和反壓型兩種基本電路形式。

基本的電荷泵電路成本較低。它的最大優點是無需電感，外圍電路只需幾個電容，體積較小，能夠提供95％的效率，固定開關頻率時產生較大的噪聲和靜態電流。另外，這種結構的輸出電壓只能是輸入電壓的倍數，利用四個內部開關和一個外部飛電容（flylng capacitor）能夠獲得輸入電壓的2倍、1／2倍或一l倍輸出，也可以使用多級結構獲得其它倍數的電壓，但成本和靜態電流也會增加。所以，在傳統的設計中，電荷泵結構很少與電池直接相連，而是用于產生系統的輔電源，為小電路模塊或某一器件供電；但從目前的發展趨勢看，新型的電荷泵輸出電流越來越大，而便攜式產品的功耗則越來越低，所以有些產品選用電荷泵做系統的主電源。

為了克服電荷泵電路固有的缺陷，將電荷泵與LDO相結合，可以得到任意的輸出電壓，而且降低了輸出噪聲，但效率也相應有所下降，下降幅度與輸入輸出電壓有關。新型電荷泵穩壓器采用PFM或PWM方式，內部電路不需要LDO。與電荷泵+LDO結構相比，新型PFM方式的電荷泵具有低成本、低靜態電流等特點，但輸出噪聲略有增加、兩種電路的效率基本相同。如果改變倍乘因子可以改善轉換效率。例如轉換兩節堿性電池到5v，新電池時使用兩倍壓，而電池電壓低于2.5V時使用3倍壓。升降壓應用中，開始時使用降壓而后來使用兩倍升壓，可以改善效率。

TPS6012x和TPS6013x是美國德州儀器公司推出的一種升壓穩壓的電荷泵型DC—DC：轉換器，具有可調整的電壓轉換比例、更低的成本、更簡單的設計以及更少的電磁干擾等特點。TPS6012x可以接受兩個堿性電池、鎳鎘電池或鎳錳氫電池所提供的范圍在1 8～3.6V之間的輸入電壓，產生3 3（1±O．04）v的輸出電壓以及200mA的最大輸出電流。其轉換效率可達90％，待命狀態下所需的電流只有60 μA。TPS6013x可以接三個堿性電池、鎳鎘電池、鎳錳氫電池或是一個鋰離子電池所提供的范圍在2.7～5 4v之間的輸入電壓，產生5.0（1±0 04）V的輸出電壓；而輸出電流隨元件型號不同有150mA和300mA兩種。與其它直流電壓轉換器采用的電感器不同，它們使用電容器來儲存電荷，避免了電磁干擾帶來的復雜問題。TPS6012x和TPS6013x只需要4個低價的外部電容，降低了整體系統成本。它們還提供“脈沖跳躍”的省電工作模式及“邏輯關機”工作模式。后者可把供應電流降低到O.05 μA，并且將電池與負載完全切斷。［Page］

TPS60130的典型應用如圖3所示。

LDO穩壓器為電流輸出要求較低的應用提供了體積小且價廉的解決方案，而電感開關型DC-DC轉換器能保證高得多的電源轉換效率，如果延長電池壽命是頭等要求，則是合理的選擇。電容電荷泵型DC—DC轉換器的轉換效率比相同檔次的電感開關型DC-DC轉換器要低，但是成本也低。在設計低電壓數字系統的電源時，開發者要在系統整體方案的成本、體積、噪聲和效率之間進行折衷。

總體而言，低電壓、大電流、高效率、小尺寸、低成本是DC—DC轉換器發展的趨勢。從技術上看，零電流零電壓開關、平面變壓器原理、同步整流、超高開關頻率、開放式結構等新型技術的應用，使得更高性能價格比的電源轉換芯片不斷出現。