1.4 選擇低功耗的電源供給電路

在一個(gè)有嚴(yán)格功耗要求的系統(tǒng)中，供電電源的設(shè)計(jì)不能夠采用簡(jiǎn)單的方式來完成，而必須對(duì)所采用電源電路結(jié)構(gòu)仔細(xì)考慮。

1.4.1 線性穩(wěn)壓電路

線性穩(wěn)壓電路（包含LDO）的特點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所需元件數(shù)量少，輸入和輸出壓差可以很大，但其致命弱點(diǎn)就是效率低、功耗高。當(dāng)負(fù)載電流恒定時(shí)，其效率η取決于輸入/輸出電壓差的大小。線性穩(wěn)壓器LM78××的輸出電流與輸入/輸出電壓差的關(guān)系如圖1.9所示。

從圖1.9所示可見，輸入/輸出壓差越大，可提供的最大輸出電流越小。假設(shè)采用LM7805，輸入電壓為12V，輸出電壓為5V，輸入/輸出壓差為7V，在輸出的電流為1A的情況下，可以計(jì)算出消耗在線性穩(wěn)壓器LM7805上的功率為P=ΔV×IOUT=7×1=7W，效率僅為η=5×1/（5×1+7×1）=41.7%，可以看出，有一大半功率消耗在LM7805上。

LDO（Low DropOut regulator，低壓差線性穩(wěn)壓器）具有較低的靜態(tài)電流和壓差，主要用于壓差較小的場(chǎng)合，但其本質(zhì)上還是一種線性穩(wěn)壓。

例如，TI公司的超低功耗、LDO線性穩(wěn)壓器TPS769××系列，靜態(tài)電流為17μA，輸出電流100mA，固定輸出電壓為1.2V、1.5V、1.8V、2.5V、2.7V、2.8V、3.0V、3.3V、5V，應(yīng)用電路如圖1.10所示。TPS769××系列的輸出電壓也可以調(diào)節(jié)，如TPS76901，應(yīng)用電路如圖1.11所示。在圖1.11中，為使能控制端。輸出電壓為

式中，VREF=1.224V。

輸出電壓與電阻R1和R2的關(guān)系見表1.8。

表1.8 輸出電壓與電阻R1和R2的關(guān)系

1.4.2 DC-DC電路

DC-DC電路的特點(diǎn)是效率高，升降壓靈活，但電路相對(duì)復(fù)雜，存在較大干擾。一般常見的電路結(jié)構(gòu)有Boost和Buck兩種，Boost用于升壓，Buck用于降壓。Boost和Buck電路結(jié)構(gòu)示意圖如圖1.12所示。

Boost和Buck電路都是通過MOS管開關(guān)來控制電感和電容間的能量轉(zhuǎn)換。調(diào)節(jié)MOS管柵極脈沖信號(hào)的占空比，可以控制MOS管的導(dǎo)通和關(guān)閉，從而改變輸出電壓的高低。

例如，LM2596系列穩(wěn)壓器是降壓開關(guān)型穩(wěn)壓器，具有3.3V、5V、12V固定電壓輸出，和一個(gè)可調(diào)節(jié)輸出型號(hào)，可驅(qū)動(dòng)3A的負(fù)載。LM2596的轉(zhuǎn)換效率如圖1.13所示，當(dāng)輸入為12V，輸出為5V時(shí)，轉(zhuǎn)換效率約為82%，比線性穩(wěn)壓器轉(zhuǎn)換效率高一倍。LM2596的開關(guān)頻率為固定的130kHz，如果提升器件的開關(guān)頻率，如采用NS的LM2676時(shí)（開關(guān)頻率為260kHz），在同樣的應(yīng)用條件下，效率可達(dá)88%以上。

由此可見，使用DC-DC開關(guān)型穩(wěn)壓器電路，可以有效降低系統(tǒng)功耗。

選擇具有使能端的芯片可以利用微處理器進(jìn)行關(guān)斷控制，有利于分區(qū)/分時(shí)支路功耗的管理。例如，凌力爾特公司的DC-DC芯片LTC3417具有高達(dá)95%的效率和低于1μA的靜態(tài)電流，典型應(yīng)用電路如圖1.14所示。