新一代便携式设备的关键电源电路设计考虑
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为硬盘驱动器和I/O供电
硬盘驱动器和许多I/O通常采用3.3V电压轨供电。由于单个锂离子电池的电压为3.0~4.2V，所以它需要降压/升压功能以充分利用可用电量，从而延长电池的使用寿命。图3(b)是H桥接降压/升压转换器电路。如何选择正确的控制方案以实现高效率呢？这种降压/升压转换器有两种基本的控制架构。
第一种控制方案是使转换器工作在传统的降压/升压模式。当Q1和Q3同时导通时，输入电压被施加到电感上，能量存储在电感中，输出电容为负载提供电源。当Q1和Q3截至，Q2和Q4导通时，电感电流流经Q2和Q4，将存储的电能供给输出端。
假设在转换开关和电感上没有功率损耗，则这种控制方案在连续导通模式下电压增益由下式得出：
其中，D为占空比。当占空比小于0.5时，转换器工作在降压模式，以使输出电压低于输入电压。当占空比大于0.5时，转换器可实现升压功能。为使输出电压等于输入电压，占空比需等于0.5。这种方案的降压模式和升压模式之间的转换非常平滑，但是传统的降压/升压运行效率较低，因为它所具有非连续的大输入和输出电流导致传导损耗、开关损耗和电感绕组损(铜损)都非常高。
第二种控制方案是使转换器工作在降压模式或者升压模式，这可以获得与降压或升压转换器类似的更高的效率。当输入电压高于输出电压时，转换器工作在降压模式，当输入电压低于输出电压时，转换器工作在升压模式。在降压模式中，Q4一直导通，Q3一直截至，Q1和Q2作为一个同步降压转换器交替导通和截至。在升压模式中，当VIN小于Vo时，Q1一直导通，Q2一直截至，Q3和Q4作为一个同步升压转换器交替导通和截至。MOSFET和电感的均方根(RMS)电流与降压或升压转换器的电流相等。这种控制方案可以实现比传统降压/升压转换器高5~10%的效率。
图5：TPS6300在各种负载条件下的典型应用电路。
为利用最小尺寸解决方案进一步满足延长电池使用寿命的要求，这里采用集成的N通道MOSFET作为顶部的开关MOSFET。对于给定的裸片尺寸，N通道MOSFET的导通电阻比P通道MOSFET低，因此这种方案进一步减少了传导损耗。然而，驱动N通道MOSFET需要借助电荷泵电路提供高栅极驱动电压。由德州仪器(TI)开发的一项创新技术在保持总芯片尺寸小于P通道MOSFET的同时，将这些电荷泵电路集成到芯片上，从而以最小尺寸的解决方案实现最高效率。图5给出了TPS6300在各种负载条件下典型的应用电路图，其最高效率可达95%。图6为该电路在各种负载条件下的效率曲线图。
图6：各种负载条件下的效率，最高效率可达95%。
如何为微处理器、背光LED和I/O等关键元件供电对满足严格的电压瞬态响应、实现尽可能最高的效率以充分利用电池电量而言非常关键。为这些元件供电的很重要一点是，系统设计人员充分理解设计挑站以及优化电感和环路带宽设计所要求的物理工作原理，从而选择正确的控制方案以满足系统性能要求。
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