大部分便携式电子产品都采用锂电池为系统提供供电。以下是电源管理在整个系统中所发挥的作用：

电池管理：充电、保护、剩余电量测量。
功率转换：利用电池的供电为负载提供适当的电压及电流。
负载管理：提高用电效率，充分发挥能源效益。

锂电池充电管理系统----LP3947： 

美国国家半导体的LP3974充电芯片可以轻易为便携式电子产品提供电池充电功能。

LP3947芯片可以支持所有的锂电池充电模式如: 涓流充电, 恒流充电, 恒压充电。这款芯片与传统的充电集成电路不同，只需采用极少的外接元件为其提供支持，而且无需加设功率晶体管及高精度电流传感器。 

LP3947芯片支持通用串行总线(USB)端口或交流电适配器为电池充电。充电电流可以通过I2C接口加以设定，确保不同类型的锂电池都可获得足够的充电。

这款充电芯片还有另一特别的功能。如果系统里没有电池，这款芯片可以作为低压降稳压器，执行稳压功能，稳定系统供电的电压，因此便携式电子产品可以充分利用这款芯片的稳压功能，直接从通用串行总线或交流电适配器获取供电，无需使用电池的供电，有助延长电池寿命。

功率转换：

便携式电子产品的负载一般可分为两大类：一种是属于数字子系统(核心及输入/输出)的负载，而另一种则是信号路径(模拟或射频信号)的负载。由于这两类负载需要的电压/电流都各不相同，因此系统的电源供应需要进行不同的功率转换，以便为不同负载馈送不同的电压/电流。

可以提供“功率转换”功能的芯片基本上采用三种不同的功率转换技术，因此功率转换器基本上也分为三大类，即低压降稳压器、电感式直流/直流转换器及开关电容器直流/直流转换器。图1所介绍的便是这三种不同的电路布局。

 数字子系统及信号路径作为负载对电源有各自不同的要求，我们必须分别予以考虑，并作出适当的取舍，才可确保系统能够充分发挥其性能。图表 1 列出有关的重要参数。

专为数字核心及输入/输出而设的功率转换器

处理器核心及数字输入/输出等数字子系统耗用较多的供电，而且新一代的数字子系统需要的供电电压(Vcc)远比输入的电源供应低，有时甚至低至1V。此外，处理器必须长时间开启，即使处于待机状态也不能关闭。先进的电感式同步降压稳压器可以满足数字负载的这些特性。

电感式直流/直流转换器采用半桥接式输出级，后接低通滤波器。这种转换器的主要优点是无论输出/输入电压比(VOUT/VIN)有多大，都能以极高的效率输出稳定电压。

但这种技术既有优点，也有缺点，而且大部分问题都源自电感器，因此选择外接元件时便需要小心考虑相关的因素。例如，电感值(即电感器体积)越小，纹波电流便越大，虽然要确保系统体积小巧，便必须采用极小巧的元件，但系统设计工程师必须明白鱼与熊掌不能同时兼得。

提高开关频率的好处是系统可以采用较小型的电感器，但开关频率越高，开关损耗也就越大，转换效率也会相应下降，因为开启及关闭MOSFET时会出现时间上的延迟，而且以更高速度为门极电容器充电会耗用更多电能。MOSFET的门极及源极之间存在电容器效应，当电容器进行“充电”时，MOSFET无法达到饱和的状态。[漏极源极电阻 (RDS-ON) 不是处于最低点。] 生产半桥接式高集成度直流/直流转换器的厂商有责任将其中的影响减至极低。

对于需要预先确定Di/Dt噪音频率的系统来说，设有PWM模式的固定频率直流/直流转换器是理想的电源管理解决方案。但PWM的缺点是需要比较高的操作电流的支持。若负载只有“全速”或关闭两种操作模式，这个缺点即可忽略不计。但对于即使处于待机状态仍然需要获得供电电流的数字处理器或易失性存储器来说，我们便需要采用可以随时转换到脉冲跳跃或PFM 模式的芯片。

以PFM模式来说，只有在输出电压跌穿比较器的阈值时，半桥接芯片的顶部MOSFET才会启动。与此同时，P通道MOSFET随即启动，而输出滤波器也会重新充电。这个操作PFM模式会持续, 直至检波器显示输出电流升越某一阈值, 再转入PWM模式。PFM模式有两大优点：由于许多内部电路已关闭，因此直流/直流转换器的操作电流会大幅下降；此外，内部电路在有需要时(而非在每一时段的开始)才启动或关闭，有助将输出级的开关损耗减至极低。

一如所有电源管理系统，上述设计也有本身的缺点。以PFM模式来说，由于频率并非固定，因此Di/Dt 噪音便变得不可预测。但经过优化的PFM模式可以以额定的固定频率或接近这一频率进行开关操作。其输出的纹波很小，全部属于输出电容器充电/放电产生，因此EMI可说微不足道。

LM3671是目前的主流芯片。这款芯片的设计中包含了对上文提及的所有问题的考虑。它采用SOT23封装，开关频率为2 MHz，因此可以采用2.2 mH的小型电感器。此外，由于LM3671芯片采用先进的同步整流技术，因此转换效率更高，而且不大需要采用外接肖特基二极管。由于这款芯片能够根据输出电流的大小在PWM及PFM两种操作模式之间自动切换，适合需要长时间使用待机模式的电子产品采用。

若效率要求并非这么严格，开关电容器降压稳压器是另一理想的选择。这种电路布局无需采用电感器，但效率则高于低压降稳压器芯片。若与电感式直流/直流转换器比较，采用开关电容器降压稳压器不但可以缩小印刷电路板的体积，而且还有助降低系统成本。图2 分别列出电感式直流/直流转换器及开关电容器降压稳压器的印刷电路板布局及面积。

电感式开关稳压器的电路布局： 
- 面积约为 7 mm x 5 mm  

开关电容器降压稳压器的电路布局：
-面积约为 5 mm x 5 mm
-方形设计可以充分利用电路板的
 板面空间 
 

LM2770 芯片是新推出的开关电容器稳压器，可为负载提供高达250 mA的驱动电流，平均效率可达 70至80%。新一代的开关电容器降压稳压器内置控制电路，可以因应输出/输入电压比(VOUT/VIN)的高低，迅速改变电荷泵的增益。由于这款电源管理芯片可以自动改变增益，因此可以在任何指定的情况下发挥很高的功率转换效率。

对于无需极低供电电压及高电流的数字输入/输出及外围设备来说，低压降稳压器仍是理想的选择，因为这种芯片不但成本低廉，而且容易使用。美国国家半导体有部分低压降稳压器芯片特别适合这类负载采用。LP3990 芯片便是其中一个典型的例子。

这款芯片具备全新的低压降稳压器的所有先进功能及特色，例如极低静态电流(43mA)、低输出噪音、低压降、高电源抑制比(PSRR)、快速启动时间、输入电压低至只有2.0V、无需加设外置旁路电容器。 



信号路径的功率转换

信号路径芯片的功率转换过程与数字子系统有颇大的不同。信号路径芯片面对的是“真实世界”的模拟信号，因此必须确保信号的完整性。基于这个原因，信号路径的电源管理系统需要优先考虑的因素便大不相同。信号路径的电源管理系统很多时都采用低压降稳压器，而且是这类电源管理系统最常用的线路设计。

由于这种线性芯片要求的输出电压较高，而要求的输出电流则相对较低，因此功耗对系统的整体效率只有轻微的影响。由于这些芯片的负载较为稳定，因此可以集中改善电源抑制及压降以提升效率。

电源抑制比(PSRR)是显示信号干扰程度的指标，可以显示电源管理芯片能否有效抑制伴随输入信号而来的干扰。电源抑制比是输入信号的固定频率正弦波与输出信号振幅之间的比率。这两个数值之间的比率也是电源抑制比的定义，由于电源抑制比与噪音会产生同样性质的影响，因此挑选电源管理芯片时必须两者一并考虑。

压降是指低压降稳压器芯片所必须预留的降压空间，以便能够利用低输入电平产生输出电流。压降实际上是P通道MOS芯片的漏极源极电阻(RDS-ON)乘以输出电流。输出电流若上升，压降的要求便会更加严格。

美国国家半导体有部分低压降稳压器具有较高电源抑制比及低压降等优点，适用于驱动信号路径上的负载。LP3995是这类低压降稳压器的其中一款典型产品，其电源抑制比约为55 dB，以150 mA电流驱动负载时，典型压降只有60 mA。

目前市场上出现一种专为信号路径负载提供稳压供电的崭新电源管理技术。这是一种适合射频功率放大器采用的技术，其特点是利用一款特殊应用直流/直流转换器为功率放大器提供供电电压(Vcc)。虽然这种技术的应用一直局限在移动电话方面，但宽带局域网(WLAN)及其它无线技术标准也开始采用这种技术。图3显示一组可以取代直流/直流转换器的射频功率转换器子系统。

新一代的功率放大器即使利用远比传统3V低或高的供电电压提供供电，其线性特性丝毫也不会受到影响，而且由于功率放大器基本上是固定阻抗的负载，因此降低供电电压(Vcc)非常有助于节省耗电。移动电话若采用这种新技术，大约可节省80%以上的功耗，实际节省的电量须视乎采用什么类型的射频发射系统而定。通过控制信号输入直流/直流转换器，供电电压可以因应检波器所示功率的大小按比例变动。由于传送信号所需的供电较少，供电电压可以降低，有助节省宝贵的电力。系统设计工程师采用射频功率放大器设计新产品时，必须知道系统要求的最低供电电压。若果供电电压低至1.5V或以下，而功率转换器仍可保持其线性特性，那么新设计便适宜采用这种特殊应用直流/直流转换器。图4是美国国家半导体专为射频功率放大器而设计的直流/直流降压解决方案。

电源管理单元 (PMU) -- 高度集成的电源管理解决方案

除了独立式的功率转换芯片之外，美国国家半导体还有各式各样高度集成的电源管理芯片。最近便推出一款多功能而又可编程的电源管理芯片。这款型号为 LP3970 的电源管理芯片是专为Intel 的XScale 等先进处理器而设计的。

这款集成电路内置11颗低压降稳压器芯片：其中8颗稳压器芯片负责驱动数字负载，而另外3颗则负责驱动模拟负载。由于这些低压降稳压器芯片采用美国国家半导体先进的技术制造，因此具有高电源抑制比(PSRR)、低压降输出电压及低静态电流等优点。内置的11颗低压降稳压器之中，有4颗为固定输出电压，而另外7颗稳压器的输出电压则可通过I2C接口以软件加以设定。

LP3970芯片内置两个高效率的600mA电感式直流/直流降压稳压器，内设MOSFET同步整流器。当开关以2 MHz的频率切换时，这些稳压器及整流器只需三颗小型的外接元件为其提供支持。LP3970电源管理芯片可以在低噪音PWM 与低电流PFM 两种模式之间自动切换，有助减低功耗。两种模式的输出电压都可通过 I2C 接口以软件加以设定。

由于LP3970芯片的输出电压可以利用软件设定，因此这款电源管理芯片不但可以支持应用处理器的动态电压管理(DVM)功能，而且还可提高系统设计的灵活性，使系统设计工程师可以随时将系统升级。

可以支持发光功能的发光二极管驱动器：

以便携式电子产品来说，灯光是重要的人机接口。例如，图 5 所示的新款移动电话可以启动多种不同的灯光。

新一代的移动电话必须装设发光二极管才可为液晶显示屏及小键盘提供背光。驱动发光二极管的驱动器采用以下三种不同的设计布局：

驱动并行发光二极管的电压模式；
驱动并行发光二极管的电流模式；
驱动堆叠发光二极管的稳压模式；

驱动并行发光二极管的电压模式非常容易使用，而且成本也较低廉。这种模式采用电荷泵技术. 但这种技术有它的缺点，例如需要采用电阻调节电流，而且不同发光二极管之间的电流及亮度会有一定的高低参差。

如欲进一步查询有关美国国家半导体Power产品的资料，可浏览 http://www.national.com/CHS/appinfo/power/ 网页。