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智能手机、平板电脑、数码相机、导航体系、医疗设备和其 它低功耗便携式设备常常包含多个选用不同半导体工艺制作 的集成电路。这些设备一般需求多个独立的电源电压，各电 源电压一般不同于电池或外部 AC/DC电源供给的电压。
图 1 显现了一个选用锂离子电池供电的典型低功耗体系。电 池的可用输出规模是 3 V到 4.2V，而IC需求 0.8 V、1.8 V、 2.5 V和 2.8 V电压。为将电池电压降至较低的直流电压，一种 简略的办法是运用低压差调理器 (LDO). 不过，当VIN远高于 VOUT时，未运送到负载的功率会以热量方法丢失，导致LDO 功率低下。一种常见的替代计划是选用开关转化器，它将能 量替换存储在电感的磁场中，然后以不同的电压开释给负 载。这种计划的损耗较低，是一种更好的挑选，可完成高效 率运转。本文介绍降压型转化器，它供给较低的输出电压。 升压型转化器将另文介绍，它供给较高的输出电压。内置 FET作为开关的开关转化器称为开关调理器,需求外部FET的 开关转化器则称为开关操控器.大都低功耗体系一起运用 LDO和开关转化器来完本钱钱和功用方针。
降压调理器包含 2 个开关、2 个电容和 1 个电感，如图 2 所 示。非交叠开关驱动机制保证任一时刻只需一个开关导通， 避免发作不良的电流”直通”现象。在第 1 阶段，开关B断开， 开关A闭合。电感连接到VIN,因而电流从VIN流到负载。由于 电感两头为正电压，因而电流增大。在第 2 阶段，开关A断 开，开关B闭合。电感连接到地，因而电流从地流到负载。由 于电感两头为负电压，因而电流减小，电感中存储的能量释 放到负载中。
留意，开关调理器既能够接连作业，也能够断续作业。接连 导通以接连导通方式 (CCM),作业时，电感电流不会降至 0；以 断续导通方式 (DCM), 作业时，电感电流能够降至 0。低功耗降 压转化器很少在断续导通方式下作业。规划的,电流纹波,（如 图 2中的ΔIL所示）一般为标称负载电流的 20%到 50%。
在图 3 中，开关 A 和开关 B 别离运用 PFET 和 NFET 开关实 现，构成一个同步降压调理器。同步 一词表明将一个 FET 用作低端开关。用肖特基二极管替代低端开关的降压调 节器称为”异步”（或非同步）型。处理低功率时，同步降 压调理器更有用，由于 FET 的压下降于肖特基二极管。然 而，当电感电流到达 0 时，假如底部 FET 未开释，同步转化 器的轻载功率会下降，并且额外的操控电路会进步 IC 的杂乱 性和本钱。
现在的低功耗同步降压调理器以脉宽调制(PWM)为首要作业 方式。PWM坚持频率不变，经过改动脉冲宽度(tON)来调整输 出电压。运送的平均功率与占空比D成正比，因而这是一种向 负载进步功率的有用方法。
FET 开关由脉宽操控器操控，后者呼应负载改动，运用操控 环路中的电压或电流反应来调理输出电压。低功耗降压转化 器的作业频率规模一般是 1 MHz 到 6 MHz。开关频率较高 时，所用的电感能够更小，但开关频率每添加一倍，功率就 会下降大约 2%。
在轻载下，PWM 作业方式并不总是能够进步体系功率。以图 形卡电源电路为例，视频内容改动时，驱动图形处理器的降 压转化器的负载电流也会改动。接连 PWM 作业方式能够处 理宽规模的负载电流，但在轻载下，调理器所需的功率会占 去运送给负载的总功率的较大份额，导致体系功率敏捷降 低。针对便携运用，降压调理器集成了其它省电技能，如脉 冲频率调制(PFM)、脉冲跳动或这两者的结合等。
ADI公司将高功率轻载作业方式界说为省电方式 (PSM).进入省电方式时，PWM调理电平会发作偏移，导致输出电压 上升，直至它到达比PWM调理电平高约 1.5%的电平，此刻 PWM作业方式封闭，两个功率开关均断开，器材进入闲暇模 式。COUT能够放电，直到VOUT 降至PWM调理电压。然后，器 件驱动电感，导致 VOUT再次上升到阈值上限。只需负载电流 低于省电方式电流阈值，此进程就会重复进行。
ADP2138 是一款紧凑型 800 mA、3 MHz、降压 DC-DC 转化 器。图 4所示为典型运用电路。图 5显现了强制 PWM作业模 式下和主动 PWM/PSM 作业方式下的功率改进状况。由于频 率存在改动，PSM 搅扰或许难以滤除，因而许多降压调理器 供给一个 MODE 引脚（如图 4 所示），用户能够经过该引脚 强制器材以接连 PWM 方式作业，或许答应器材以主动 PWM/PSM 方式作业。MODE 引脚既能够经过硬连线来设置 任一作业方式，也能够根据需求而动态切换，以到达省电目 的。
降压调理器进步功率
电池的续航时刻是新式便携式设备规划高度重视的一个特 性。进步体系功率能够延伸电池作业时刻，下降替换或充电的频度。例如，一个锂离子充电电池能够运用ADP125 LDO以 0.8 V电压驱动一个 500 mA负载，如图 6 所示。该LDO的 功率只需 19%(VOUT/VIN × 100%)。LDO无法 存储未运用的能量，因而剩下的 81%的功率(1.7 W)只能以热 量方法在LDO内部耗散掉，这或许会导致手持式设备的温度 敏捷上升。假如运用ADP2138 开关调理器，在 4.2 V输入和 0.8 V输出下，作业功率将是 82%，比前一计划的功率高出 4 倍多，便携式设备的温度升幅将大大减小。这些体系功率的 大幅改进使得开关调理器很多运用于便携式设备。
Key Buck Converter Specifications and Definitions
输入电压规模:降压转化器的输入电压规模决议了最低的可 用输入电源电压。标准或许供给很宽的输入电压规模，但VIN有必要高于VOUT才干完成高功率作业。例如，要取得安稳的 3.3 V输出电压，输入电压有必要高于 3.8 V。
地电流或静态电流：IQ是未运送给负载的直流偏置电流。器 件的IQ越低，则功率越高。但是，IQ能够针对许多条件进行规 定，包含关断、零负载、PFM作业方式或PWM作业方式。因 此，为了确认某个运用的最佳降压调理器，最好检查特定工 作电压和负载电流下的实践作业功率数据。
关断电流: 这是使能引脚禁用时器材耗费的输入电流，对低 功耗降压调理器来说一般远低于1 µA。这一目标关于便携式 设备处于睡觉方式时电池能否具有长待机时刻很重要。
输出电压精度: ADI 公司的降压转化器具有很高的输出电压 精度，固定输出器材在工厂制作时就被准确调整到±2%之内 （25°C）。输出电压精度在作业温度、输入电压和负载电流 规模条件下加以规则，最差状况下的不准确性规则为±x%.
线路调整率: 线路调整率是指额外负载下输出电压随输入电 压改动而发作的改动率。
负载调整率:负载调整率是指输出电压随输出电流改动而发 生的改动率。关于缓慢改动的负载电流，大大都降压调理器 都能坚持输出电压基本上安稳不变。
负载瞬变:假如负载电流从较低水平快速改动到较高水平， 导致作业方式在 PFM 与 PWM 之间切换，或许从 PWM 切换 到 PFM，就或许发作瞬态差错。并非一切数据手册都会规则 负载瞬变，但大大都数据手册都会供给不同作业条件下的负 载瞬态呼应曲线。
限流: ADP2138 等降压调理器内置维护电路，约束流经 PFET 开关和同步整流器的正向电流。正电流操控约束可从输 入端流向输出端的电流量。负电流限值避免电感电流反向并 流出负载.
软发动: 内部软发动功用关于降压调理器十分重要，它在启 动时操控输出电压缓升，然后约束浪涌电流。这样，当电池 或高阻抗电源连接到转化器输入端时，能够避免输入电压下 降。器材使能后，内部电路开端上电周期。
发动时刻: 发动时刻是指派能信号的上升沿至VOUT到达其标 称值的 90%的时刻。这个测验一般是在施加VIN使能引脚从 断开切换到接通的条件下进行。在使能引脚连接到VIN的状况 下，当VIN 从关断切换到敞开时，发动时刻或许会大幅添加， 由于操控环路需求必定的安稳时刻。在调理器需求频频发动 和封闭以节约功耗的便携式体系中，调理器的发动时刻是一 个重要的考虑要素.
热关断(TSD): 当结点温度超越规则的限值时，热关断电路就 会封闭调理器。极点的结温或许由作业电流高、电路板冷却 欠安或环境温度高级原因引起。维护电路包含必定的迟滞，避免器材在芯片温度降至预设限值以下之前回来正常作业状 态。
100%占空比作业: 跟着 VIN下降或ILOAD上升，降压调理器会 到达一个限值：即便PFET开关以 100%占空比导通，VOUT仍 低于预期的输出电压。此刻，ADP2138 滑润过渡到可使PFET 开关坚持 100%占空比导通的方式。当输入条件改动时，器材 当即重新发动PWM调理，VOUT不会过冲。
放电开关:在某些体系中，假如负载十分小，降压调理器的 输出或许会在体系进入睡觉方式后的必定时刻内依然坚持较 高水平。但是，假如体系在输出电压放电之前发动上电序 列，体系或许会发作闩锁，或许导致器材受损。当使能引脚 变为低电平或器材进入欠压闭锁/热关断状况时，ADP2139 降 压调理器经过集成的开关电阻（典型值 100 Ω）给输出放电。
欠压闭锁:欠压闭锁(UVLO)能够保证只需在体系输入电压高 于规则阈值时才向负载输出电压。UVLO 很重要，由于它只 在输入电压到达或超越器材安稳作业要求的电压时才让器材 上电.
结束语
低功耗降压调理器使开关DC-DC转化器规划不再奥秘。ADI 公司供给一系列高集成度、坚固耐用、易于运用、高性价比 的降压调理器，只需很少的外部元件就能完成高作业功率。 体系规划师能够运用数据手册运用部分供给的规划核算，或许运用ADIsimPower™规划东西。欲检查有关ADI公司降压 调理器的选型攻略、数据手册和运用笔记，请拜访：www.analog.com/en/power-management/products/index.html. 欲了解更多信息，请联络ADI公司运用工程师.
附录
3 MHz同步降压 DC-DC转化器驱动 800 mA负载
ADP2138和 ADP2139降压DC-DC转化器针对无线手机、个人 媒体播放器、数码相机和其它便携式设备运用进行了优化。 二者既能够在强制脉冲宽度(PWM)方式下作业，以取得最低 的纹波，也能够在PWM方式与省电方式之间主动切换，以便 在轻负载下取得最高功率。2.3 V至 5.5 V输入规模支撑运用标 准电源，包含锂电池、碱性电池和镍氢电池。供给 0.8 V至 3.3 V规模内的多个固定输出电压选项，负载才能为 800 mA， 精度为 2%。内置功率开关和同步整流器可进步功率并削减外 置器材数量。ADP2139（如图A所示）别的添加了一个内部放 电开关。ADP2138和ADP2139选用紧凑型 1 mm × 1.5 mm、6引脚WLCSP封装，额外温度规模为–40°C至+125°C，千片订 量报价为 0.90美元/片。
参阅电路
(Information on all ADI components can be found at www.analog.com.)
Lenk, John D. Simplified Design of Switching Power Supplies. Elsevier. 1996. ISBN 13: 978-0-7506-9821-4.
Marasco, K. “How to Apply Low-Dropout Regulators Successfully.” Analog Dialogue. Volume 43, Number 3. 2009.
