为便携设备供电的创新型双输出LDO电源解决方案

引言
在现代应用中，传统的低压降稳压器（LDO）正逐渐被开关电 源（SMPS）所取代。虽然LDO是一个成本低廉而且强固耐用的电源解决方案，但是它耗电很大。越来越多的便携设备厂商，像数码相机、手机、PDA制造 商，都在研究用效率更高的解决方案取代LDO的可行性。开关解决方案的大小，即电源的物理尺寸，通常是这些厂商无法逾越的障碍。

STw4141是一个创新的开关电源，只使用一个外接线圈就能产生两个独立的输出电压。因为其内在的开关特性，这个芯片的效率很高，而且所需的外部组件数量极少。该产品的效率可以与两个独立的开关电源媲美，尺寸相当于两个独立的LDO电源。因此，能够取代便携设备中的线性电源，或者缩减开关稳压器的物理尺寸和成本。

工作原理
先简要地了解一下传统的降压直流-直流转换器，STw4141创新的双输出拓扑就是源自这种设计。图1是一个简单的降压转换器的电路示意图，图2是其线圈电流的波形。降压转换器拓扑组件包括PMOS和NMOS组成的功率级、线圈L、输出电容C和反馈控 制回路。PMOS和NMOS以1/T的频率反相开关，占空比为D1.。当PMOS晶体管导通时，线圈电流开始上升，斜率为：

（1） 当NMOS晶体管导通时，线圈电流开始下降，斜率为：

　　图1 降压拓扑
（2） 在稳态过程中，下列条件必须有效：

（3）公式3是指每个时钟周期开始时的线圈电流IL必须等于每个时钟周期结束时的线圈电流IL（否则系统不是稳态）。从这个条件，我们可以得出降压转换器的占空比公式。

（4） 公式4指线圈产生的总电量必须等于负载消耗的总电量，假设所有的开关和RDSon损耗忽略不计。

　　图 2 线圈电流波形

对于双输出拓扑，在STw4141稳压器中，线圈产生的电流分配给两个输出端，从这两个输出端口获得的负载电流可以（实际上总是）完全不相关。因此，公式4的稳态条件必须改写成：

（6） 其中，Iload1 是负载从输出1汲取的电流，Iload2 是负载从输出2汲取的电流。


　　图 3 STw4141拓扑

为了按照公式6分配电量，系统就需要增加两个开关MOS1和MOS2，如图3所示。当MOS1导通时，线圈内贮存的电量就会传送到输出1；当MOS2导通时，线圈内贮存的电量就会传送到输出2。MOS1和MOS2以类似于PMOS和NMOS的1/T频率反相开关，而占空比D2.不同于PMOS和NMOS的D1。可以说占空比D1是测量系统能够传输的总电能的标准，而占空比D2则是测量两个输出之间分配 的总电能的标准。值得注意的最重要因素是，该系统只需一个线圈。

图4是双输出拓扑线圈电流的波形。与传统的降压转换器不同，双输出拓扑有三个主要相位：（Vbat-Vout2）/L上升斜率；-Vout2/L下降斜率；-Vout1/L下降斜率。


　　图4 线圈电流波形