便携式系统选择电源拓扑方案的分析及对比

文章摘要：图3为4种解决方案中锂离子电池电压下降到3.3V时的放电曲线与运行时间的对应关系。这些解决方案包括级联降压与升压转换器、单独的降压转换器、LDO转换器以及TPS63000降压/升压转换器。图中采用具有1650mAHr容量且充满电的18650锂离子电池。负载电流为500mA，当3.3V电压轨电压低于最初设定值5％时系统关闭。这里要求使用同一电池以避免因电池容量差异而导致数据偏差。和我们预期的一样，LDO的运行时间较短，仅为190分钟，而降压/升压转换器的运行时间最长，达到了203分钟，级联降压/升压解决方案的运行时间最短，仅为175分钟。表1显示了真实系统放电曲线的关键区域比较。其它需要考虑的因

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图3为4种解决方案中锂离子电池电压下降到3.3V时的放电曲线与运行时间的对应关系。这些解决方案包括级联降压与升压转换器、单独的降压转换器、LDO转换器以及TPS63000降压/升压转换器。图中采用具有1650mAHr容量且充满电的18650锂离子电池。负载电流为500mA，当3.3V电压轨电压低于最初设定值5％时系统关闭。这里要求使用同一电池以避免因电池容量差异而导致数据偏差。和我们预期的一样，LDO的运行时间较短，仅为190分钟，而降压/升压转换器的运行时间最长，达到了203分钟，级联降压/升压解决方案的运行时间最短，仅为175分钟。表1显示了真实系统放电曲线的关键区域比较。

其它需要考虑的因素

图3数据是在恒定直流负载条件下测得，这是性能测试的通用做法，但却与实际应用有区别。为使便携式应用的运行时间长，只有在需要时才连接负载，在不需要时应断开负载。显示器、处理器及功率放大器是在系统电池上产生明显瞬态电流的主用来源，它们的负载变动幅度将会由于电池内部源电阻、保护电路及分布总线阻抗而导致电池总线上的电压降低。若这些负载变动幅度发生在放电周期的最后阶段，则能将电池电压降至3.3V以下。若采用降压或LDO解决方案则可能导致系统提前关机，而降压/升压解决方案则会度过瞬态继续运行，从而延长系统运行时间。

实验室测试过程中并不明显的负载瞬态电流在实际应用中却异常明显，原因是锂离子电池经过150个充电/放电周期后，其内部阻抗增加了一倍；当工作温度在0?C～25?C之间，其内部阻抗也会增加一倍。图4显示了负载瞬态电流条件下运行的锂电池的总线电压。降压及降压/升压转换器具有250mA的恒定负载电流，从而使电池总线负载500mA的瞬态电流。降压转换器输出下降至无法稳压时会引起系统关机。TPS63000降压/升压转换器则可以度过瞬态正常运行，且输出电压没有变化。

本文小结

锂离子电池电压转换为3.3V的设计方案众多，设计工程师可以根据系统特定要求选择最佳解决方案。降压/升压转换器适用于大多数系统，原因是它具有最长的运行时间、最小的尺寸以及相对较低的成本，是大多数便携式应用的最佳整体解决方案。

选择降压/升压转换器时必须清楚各种降压/升压转换器的特性并不相同，一定要注意运行模式、整个电池运行阶段的效率以及解决方案整体尺寸等因素。

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