有些应用需要宽松的输出调节功能以及不到20mA的电流。对这样的应用来说，采用分立组件打造的线性稳压器是一种低成本高效益的解决方案（图1）。而对于具有严格的输出调节功能并需要更大电流的应用，则可使用高性能的低压差线性稳压器（LDO）。

图1：简单的串联稳压器。

有两个与图1所示电路相关的设计挑战。第一个挑战是要调节输出电压，第二个挑战是要在短路事件中安然无恙。在这篇文章中，笔者将讨论如何用分立组件设计稳健的线性稳压器。

下面是一个用来给微控制器供电的示例：

• 输入范围：8.4V至12.6V。
• 输出范围：1.71V至3.7V。
• 最大负载电流：Io_max = 20mA。

双极型NPN晶体管的选择

NPN双极型晶体管Q₁是最重要的组件。笔者首先选择了这种器件。该晶体管应符合下列要求：

• 集电极至发射极和基极至发射极的击穿电压应超过最高输入电压Vin_max。
• 集电极最大允许电流应超过最大负载电流Io_max…

环路增益是描述开关模式电源特性的一个重要参数。使用频率分析仪来测定环路增益能让您稳定电源并优化瞬态响应。

在测定波特图之前，您需先断开环路并在断点处插入一个小型电阻器，如图1所示。该频率分析仪有一个信号源，可跨该小型电阻器注入交流（AC）干扰信号ṽ_ds。

图1：典型的波特图测定设置

其结果是，AC波动出现在跨该断点的两个节点（A和B）处。该频率分析仪具有两个接收器，能测量节点A和节点B处的信号ṽ_A和ṽ_B。您可用方程式1计算出该系统环路增益T_V：

方程式1

为了准确测量T_V，该分析仪必须准确测量ṽ_A和ṽ_B。频率分析仪接收器已限制了信号测量分辨率。在本文中，笔者将用来自AP Instruments公司的AP300（一款被广泛使用的频率响应分析仪）作为一个设置示例。图2展示了AP300的接收器技术规格，图3则展示了信号源技术规格。

图2：AP300频率响应分析仪的接收器技术规…

今年早些时候，我曾经写过一篇关于可穿戴设备以及如何使它们功能更强、而尺寸更小的文章。嗯，由于电池充电、低静态电流运行、智能电源管理和高集成度方面的创新，可穿戴设备将变得越来越小、功能越来越多、运行的时间越来越长。

由于必须使用尺寸小、容量低的电池作为电源，可穿戴设备的电池充电是具有挑战性的一个难题。例如，在你使用不同容量的电池时，比如40mAh、100mAh或是200mAh的电池，以及为了实现快速充电和充电周期使用寿命的目标，而在0.5C、1C或2C下需要对电池进行充电的话，充电电流会发生很大变化。而其中的关键是在你的设计中包含一个可编程快速充电电流。bq25120电池管理解决方案提供5mA至300mA的充电电流设定功能，以支持多种电池和充电系统配置。

虽然能够对电池快速充电很重要，不过将电能尽可能多的输送到电池中也很重要。为了实现这一目标，终止电流必须非常精确，并且能够在1mA或更低的电流以下可靠地终止充电。

电池必须在两次充电之间为微控制器…

作者：Vaibhav Desai 和 Ian Bower

在今天的互联世界中，需要频繁的软件现场更新，以改进精确度、添加功能，甚至修补漏洞。如果你希望自己看不到这些更新，就一定会喜欢这个想法——不需要软件重启或者导致任何细微的电源故障的即时更新。这个概念对于“使用中”(on the fly) 更新相对简单，而挑战在于，在固件转变过程中，保持对电源的控制。换言之，关键就是要实现无缝转换，不丢失任何信息。

TI的UCD3138系列产品使用了控制电源的全新方法。UCD3138 控制器的结构使用了可编程的数字状态机硬件，和集成式通用微控制器一起，执行快速电压/电流回路控制，完成必要的电源管理和系统通讯任务。这些先进的电源外设可以在处理器上自主运行，无需依赖速度更慢的固件决定或者复杂的共享资源时间切片。

图1：UCD3138器件方框图

UCD3138器件的拓扑支持为电压模式或者电流模式控制…

在过去数十年中，为了让电源设计日趋完美，电源工程师们进行了长期的努力。在今天的世界，他们正在应对一项全新的挑战：为数字电源设计数字补偿器。很多老旧的控制理论和模拟设计流程在添加了特性之后，依然应用于数字世界。例如，当模拟信号被模拟数字转换器(ADC)离散时，总是会出现固有的抽样误差。此外，处理控制法输出会导致相移。最后，当数字电源控制回路接近Nyquist频率（采样频率的一半）时，就会收到明显的带宽局限影响。系统之中的这些细小变化令模拟理论无法一致地映射到数字世界，导致顽固的模拟电源设计师们难以实现向数字电源设计的转变。

与模拟控制设计流程相似，设计一个数字控制的电源，通常涉及以下步骤：

1)      基于理论上的plant transfer函数，设计一个数字补偿器。

2)      测量回路的频率响应，在这里，值得是数字补偿器、功率级(power stage)（又称为“the plant”）和反馈。

3)      分析系统频率响应…

人们对电源很少会提得起兴趣。毕竟，你不会看到人们在电视广告中炫耀最新电源转换技术，不过你肯定在广告中看到过最新的智能手机或平板电脑。不过，对于我们这种老是与数字化技术（实际上是任何一款电子设备）打交道的人来说，某些有意思的趋势真的令人很兴奋。

在过去二十多年间，数字控制已经在电源领域掀起了一波又一波的浪潮。在数字控制发起之初，整个电源行业的从业人员都在问相似的问题，“数控电源到底能实现模拟电源无法提供的哪些功能呢？”虽然现如今仍然有人对这个问题有疑问，而现实情况是数字电源的成效已经显现。有一大批创新型公司通过使用数字电源提高了效率、获得了现场可升级性，以及故障诊断等功能。为此，在很多显著市场内，数字电源的采用量在未来几年要超过模拟控制的使用量。为了有效地顺应这一潮流，我坚信，我们将需要一种不同的数字控制器来为此做好准备。

好了，我这么说是什么意思呢？本质上说，在过去的十年间，我们已经目睹了效率的大幅提升…

作者：Travis Summerlin

我很有幸在APEC 2015会议期间与他人联合主持了一个行业会议。来自嵌入式电源实验室 (Embedded Power Lab) 的Bob White在这个会议开始时提到，此次的APEC标志着PMBus首次发布10周年。德州仪器 (TI) 从开始就参与了PMBus的开发工作，在那时，Dave Freeman（供职于TI）和Bob White（供职于Artesyn技术公司）是生产PMBus最初发布版本的工作组联合负责人。当我2007年开始设计支持PMBus的DC/DC控制器时，我也全身心的投入到这一标准之中。

此次的APEC会议以PMBus的应用为重点，而几个主题也很快地融合在一起：

1.) PMBus的价值已经在很多应用中得以实现。从处理器和现场可编程门阵列 (FPGA) 中节省成本和功耗的自适应电压缩放，到充电超大电容器，直到通过减少所需的设计裕度而实现的合适尺寸电源，PMBus都与众不同…

在英语里，“ready”是很有意思的一个词，它在不同的语境下会有完全不同的意思。有一大屋子女儿时，“ready”的意思就是为做好准备而准备；而准备的时间绝不会少于30分钟。在飞机上，“ready”就是把手机收起来的意思；最后，我们终于可以起飞了。

我们的行业发言人已经宣布，“GaN已经为黄金时间做好了准备。”这个声明似乎预示着GaN已经为广泛使用做好准备，或者说在大量的应用中，已经可以使用GaN技术了。这也意味着GaN已经是一项成熟的、不应再受到质疑的技术。对此，我不想妄加评论，由你自己去辨别事情的真伪。

那么，我提到的“GaN已经为数字电源控制做好准备”到底是什么意思呢？验证这一点的方法就是查看一下启用GaN技术的电源是如何开发的？在很多情况下，电源设计人员使用数字控制来展示GaN应用。这么做的原因也许是考虑到数字控制的灵活性，使得设计人员能够精确地控制开关波形…

在TI工作，其中最令我感到高兴的一点就是经常到世界各个地方拜访客户，了解他们的产品，而反过来与他们分享电池管理解决方案团队正在酝酿的多种创新。这些天以来，我特别关注较大的 (18V+) 电池市场，这这里，人们正在研究陆地、海洋、天空中使用的产品—噢，对了，甚至是太空中使用的产品（嗯，至少是在平流层使用的产品）。

就像我在上个月与家用机器人有关的博文中提到的那样，在过去十年间，锂离子电池的成本稳步下降，而与此同时，它们的功率/能量密度却已经大幅提升。这意味着，那些曾经被插在墙上或由气体驱动的产品可变为无电线连接产品，而反过来，它们的重量也会变得更轻。在某些情况下，它可以实现全新应用的普及—可以想一想现在的“智能”可穿戴设备或Bluetooth头戴式耳机。

想到的某些有意思的大电池应用（从18V至48V的全部应用）示例包括：

陆地上使用的电池：

电动滑板：就如Bob Dylan一样…

当你在设计安全控制面板或是自动门锁等电池供电运行的便携式系统时，电路板上的每一英寸都很宝贵，每一秒钟的操作与运行也十分重要，并且（最后一点，不过也很重要）你为系统所花费的每一分钱都应该发挥其应有的价值。这些系统通常包含由时钟保持的安全密码，这些时钟可由主电源（主用电池），或由备用电源（备用电池）供电。断电意味着系统密码丢失，这会导致安全威胁。为了避免这些安全威胁，必须提高系统性能、延长电池的使用寿命。通常情况下，有办法替换系统的主用电池，不过，由于人工成本过高，这些小型、微小的备用电池的更换是十分昂贵的。这些电池被用来保持时间和日历的运行。总的来说，作为一名系统设计人员，你十分希望系统的运行时间能够尽可能的长。为了实现这一点，你必须或者使用一个超快速充电的低泄漏和高效解决方案，或者使用RTC（实时时钟）源。这两个解决方案都价格不菲，并且当它们被分散地防止在电路板上时会占用较大的空间。

解决这个问题的一个更聪明的办法就是使用PMIC…

我们都经历过这样的情形，当需要使用一个电子设备时，发现设备的电池已经没电了。在很多年间，我们的便携式电子设备受到了电池寿命和尺寸的限制。随着锂离子电池成本的持续走低，以及电荷密度的不断增加，运行时间更长，更加令人兴奋的电子设备将大量涌现。由于应用开始向着使用多节电池组的方向发展，设计人员将在克服电池电压瞬态效应和变化的同时，面临着将较高电压转换为紧凑电子电路可用电压的问题。

这些示例包括无人机、吸尘器机器人、电动工具、以及电动自行车等。开发人员倾向于使用电压更高电池组来增加充电之间的电池续航能力。目前，无人机的飞行时间被限制在大约25分钟，而电动自行车单次充电后的最大行驶里程可以达到50英里。电池使用寿命将随着更小巧、更高电压电池的使用而增加。

所有这些应用的一个共性就是电机，它会对电源电压产生有害的瞬态效应，诸如电机反冲和可以高达输入电压两倍的电感尖峰脉冲。如果未相应地设定输入电压额定值，那么这些较高的电压会损坏系统电源解决方案…

智能手机或平板电脑中的处理器需要越来越多的电能来提供高性能。此外，便携式设备24小时不间断运行也需要更大的电池容量。智能手机或平板电脑的高功耗，以及嵌入式电池的有限容量使得用户担心电源的供电能力。

图1是我在芝加哥奥黑尔国际机场充电站时拍摄的照片。很多人在查看充电百分比的同时，还随时看着时间，以免错过航班。

图1：芝加哥奥黑尔国际机场的充电站

移动电源是一块便携式可充电电池，它在AC电源可用时存储电能，并可以替代AC适配器为智能手机或平板电脑充电。移动电源是目前最常用的个人随身配件之一。

一个两级移动电源具有一个单节电池充电器，将适配器电压降至电池充电电压，之后是一个升压转换器，将电池电压升压至USB兼容5V电压。分别需要两组开关和电感器来执行充电和升压。德州仪器 (TI) 已经开发出全系列的移动电压IC解决方案；这个系列的解决方案只需一个组开关和一个电阻器即可执行充电和升压功能。其设计理念是，由于充电和升压不会同时发生…

诸如可穿戴和较小医疗设备等小型器件中的有机发光二极管 (OLED) 显示屏需要相对高的电压来驱动显示屏。但是，由于这个较高的电压只需要传送相对小的电流（通常少于100mA），提供这个电压和电流的电源可以比较小—非常小。不论你是驱动有源阵列OLED (AMOLED)，还是驱动无源阵列 (PMOLED) 显示屏，TPS61046在微型0.8mm x 1.2mm封装内提供一个高度集成的电源解决方案。

在诸如智能手表的典型可穿戴设备中，电路板面积是十分宝贵的。将组件和特性集成在一起对于最佳解决方案的设计是至关重要的。与它的前任，TPS61040相比，TPS61046集成了两个重要功能：整流二极管和负载断开电路。这个整流二极管对于高压升压转换器来说是一个必备组件，现在已经完全集成在TPS61046之内，从而将物料清单 (BOM) 中的组件数量减少了一个，并节省了印刷电路板 (PCB)。与这个二极管串联的是一个MOSFET

作者：德州仪器 (TI) ：Sami Sirhan， 赛灵思：Tamara Schmitz

为现场可编程门阵列 (FPGA) 设计电源系统可不是件容易的工作。FPGA是高度可配置的半导体器件，这种器件在大量应用和终端市场中使用。常见示例包括通信、汽车、工业、医疗、视频和国防等应用。由于它们的高度可配置性，可以在它们周围放置不同的组件，形成最终系统设计。虽然可能会有数不尽的应用和系统，但是所有设计的一个共同特性就是它们全都需要电源。

通常需要几个电压轨为FPGA供电。根据应用的不同，主输入电源可以采用背板电源、隔离电源、非隔离电源，甚至是电池供电的方式。这些主输入通常生成一个中间DC电压来为FPGA的主电压轨供电。这些中间电压通常为5V或12V的DC电压。表1和表2中列出了FPGA的某些典型电压轨、电压和容限值。

事实上，除了电池充电器以外，一个专门为可穿戴设备而设计的电源解决方案还包括很多其他组件。现在，让我们一起来了解一下当工程师在为系统设计充电解决方案时最常采用的几款器件。

电池充电器前端的输入接口通常可以使用不同的电源，例如目前普遍的USB、AC适配器以及无线电力与能源采集等。通过与无线电源协会（WPC）多年以来的密切合作，目前TI已经推出了多款可同时用于Qi及非Qi认证解决方案的无线充电传输器和接收器。

TI针对低功耗可穿戴应用所推出的微型无线接收器TI Design参考设计是一款采用了低功耗无线接收器bq51003的超小型参考设计，能够为电池充电器提供5V的直流输入电流。整套解决方案的面积还不足30平方毫米，是小巧精致型低功耗应用的理想选择。如果工程师想要设计一个直接充电的解决方案，可以用bq51050B替换bq51003…

当测定氮化镓（GaN）晶体管的皮秒量级上升时间时，即使有1GHz的观察仪器和1GHz的探针仍可能不够。准确测定GaN晶体管的上升和下降时间需要细心留意您的测量设置和设备。让我们初步了解一下使用TI最近推出的LMG5200集成式半桥GaN电源模块进行准确测量的最佳实践方法。

在订购LMG5200评估模块（EVM）之前，请确认您的试验台设备可准确测量基于GaN（美国能源部认为是“基础性”技术，可更好地利用我们的能源资源）的宽带隙（WBG）半导体产品，如LMG5200。如果您的设备看起来像此处展示的设备，那么您可能需要升级您的观察仪器和探针。

测量WBG半导体的电压转换需要具有足够测量带宽的设备。示波器带宽的特点是拥有-3dB的频率 —— 在该频率下正弦波（显示在示波器上）的幅度已下降到输入信号的1/√2或0.707…

欢迎场效应晶体管（FET）的爱好者们再度光临，阅读“了解MOSFET产品说明书”博客系列的第四部分！今天，笔者将谈论脉冲电流额定值、它们的计算方法以及在FET产品说明书的安全工作区图中是如何描绘它们的。

产品说明书首页上出现的脉冲电流额定值（I_DM）与连续电流额定值很相似，因为它是一个理论上的计算值。然而，与连续电流额定值不同的是，I_DM只是作为热约束条件（从正在标准化的R_θJC到给定的脉冲持续时间以及“绝对最大额定值”表的脚注中明确规定的占空比）的函数被计算出来的。

以最近发布的CSD17579Q5A 30V N通道MOSFET为例。该部件的产品说明书规定了105A的最大脉冲电流额定值，基本条件是脉冲持续时间小于或等于100μs，占空比小于或等于1％。为确定用于计算I_DM的瞬态热阻抗，我们将参阅下面图1所示的标准化热阻抗曲线。如果我们在脉冲持续时间为100μs时看1…

大量便携式扬声器正在涌入市场，对存储或播放媒体内容的现代蜂窝电子产品和内存设备的音频性能起到补充作用。当前的挑战是：便携式设备的物理尺寸是一大卖点，但电池不具备提供优质音频播放所需的功率密度或使用寿命。此外，物理尺寸还导致缺乏深沉的谐振低音，使音乐听起来失真，丧失吸引力。

许多制造商正在生产的便携式（通常支持蓝牙（Bluetooth®）技术）扬声器包含较大的电池并拥有能处理低频低音的物理尺寸。在这类设计中存在很多有待攻克的难题，通常与这些因素有关：系统集成、热可靠性、成本效益以及适合扬声器的单节锂离子电池驱动器的使用。

德州仪器（TI）已打造出一种参考设计，可展示高性能紧凑灵活的升压型转换器如何能帮助应对这些挑战（图1）。

图1：便携式扬声器参考设计

 LM3481 升压型控制器可支持紧凑设计和高效率。图2展列了您在负载范围内可预期的效率、比较解决方案尺寸和热性能的演示。

 LM3481 提供了紧凑高效、材料清单列项很少的解决方案…

电池技术的创新并不像其它技术优势那样迅速。每隔十年，电池容量就会增加一倍，同时市场对于电池工艺的要求也越来越高，这给电池开发人员带来了许多艰巨的挑战。电池开发人员在设计电池供电系统时经常会发现，虽然系统硬件的效率提高了，但电池的功耗却往往比预期高出很多。实际上，在优化嵌入式系统时，硬件只是必须考虑的因素之一，另一个不可或缺的因素则是软件。

如果电池开发人员希望电池发挥最佳性能，可以通过管理微控制器 (MCU) 软件的方法来解决。在着手开始之前，不妨先参考以下技巧：

1. 尽可能增加MCU待机时间—MCU在待机模式下的电流通常比激活模式要低几个数量级。这是由于MCU在等待状况下，非必要外设和系统模块会进行电源门控。
2. 巧用中断来控制程序流—这个技巧关系着代码的执行效率。在MCU中，每执行一行代码都会消耗时钟周期，这反过来会影响系统电池的使用寿命。但如果合理使用中断，就可以根据系统状态来确定执行哪一部分代码…

作者：Wenjia Liu

Deyisupport社区电源管理论坛汇聚八方资源，在那里所有不同级别的工程师和设计人员均可提出问题并从TI专家处获得真知灼见。

当设计可穿戴式应用时，我们已发现了一些与充电器相关的常见问题。在这里，让我们看一些最常被咨询的问题。

问：哪种线性充电器最适合我的应用？

答：当为特定应用选择合适的充电器时，您应该考虑多种因素：功率水平、尺寸、电池类型等。

以TI充电器产品组合中不同的充电器为例。bq24232是一种线性充电器，具有500mA的充电电流和电源路径的特性。该解决方案的体积约为3.5mm × 4.5mm2，包括必要的电阻器和电容器。这对需要系统即时开启功能且空间不受限的应用而言是绝佳的选择。

如果电路板空间是受限的，那么bq24040可提供一个2.5mm ×…

您是否盼望能开发像手表、血氧计或血压监测仪这样的可穿戴式设备？智能手表所需的小尺寸和高级功能给系统设计人员带来了两个基本挑战：您将如何在规定的封装内塞进您需要的一切？您如何给设备供电？

这里有三种解决方案，能在可穿戴式电子产品中实现超低功耗运行：

1.尽可能在待机模式下运行

实现较长电池寿命的关键是：通过减少没必要的系统活动让运行时的电流消耗最低。这意味着除关闭某些功能外，还要在微控制器的睡眠或待机模式以及电源的省电模式下运行。例如，当用户不看他（或她）的手表时，关掉手表的显示屏。或当SimpleLink™ Bluetooth®低能耗CC2541无线微控制器（MCU）能只通过睡眠定时器而非定时器1运行时，电源电流从大约90μA降低到仅为0.6μA —— 省电率超过99％！此外，任何后台任务在代码内必须是由中断驱动的…

任何一款可穿戴设备的主要设计挑战在于电源管理。再次充电前，电池能够运行多长时间？在无需每天充电的情况下，怎样才能改进电池电量？设备闲置时的耗电量多大？这些问题在每一款可穿戴产品的设计讨论中都很常见。

回答这些问题的第一步就是确定电池类型和容量。这款可穿戴设备是一款超小型、超低功耗，由纽扣电池供电的健身追踪器吗？是由300mAhr的可充电锂电池供电，并且能打开门锁、预报当天天气的小型智能手机吗？之后，这一决定将给出所需的处理能力等级和选择的处理器类型。微控制器选型，比如说MSP430F59xx（铁电随机访问存储器），这款器件具有专门针对超低功耗应用的TI EnergyTrace++技术，能够确定系统的待机功耗，而这一点在确定可穿戴设备的电池运行时间方面十分关键。

一旦你知道了系统的待机功耗，在计算电池流耗前，你还需要作出第二个决定：选择一个电源。在电池和微控制器之间必须要有一个电源，其目的是给微控制器提供一个工作电压范围内的经稳压电压…

智能手表的热潮再次引爆了人们对可穿戴设备的关注。几乎在每一项产品的测评或是技术比较中，电池的续航能力都是首当其冲的。无论智能手表拥有多么炫酷的特性或功能，如果不具备长时间的电池续航能力，也终将会黯然失色。

智能手表的电池续航能力会受到多个因素的影响，例如电池的容量、PCB组件的功耗以及用户的使用习惯等。在所有的这些因素中，电池的容量无疑起着决定性作用。通常情况下，电池容量与电池组的物理尺寸成正比，而智能手表所追求的小巧精致更是限制了其内部电池的尺寸。目前市面上几款主流智能手表的电池容量都在130mAh到410mAh之间，运行时间也从少于一天到持续数天不等。而对于智能手环、蓝牙耳机、智能眼镜和智能首饰等其它的穿戴设备，其电池容量就更小了，这也使得每一毫安(mAH) 的电量在电池运行过程中都显得至关重要。

电池泄漏电流和充电终止电流通常是影响电池容量和运行时间的两个主要参数，而这种影响对小型电池而言则更加明显。

为了说明电池泄露的重要性…

当设计一款可佩戴式产品时，首先想到的可能是它的尺寸。对可佩戴式产品而言可用空间是非常有限的，但电池尺寸在总尺寸中所占的比例却相当大，原因是每充一次电后要运行很长时间才能再充一次电，并且可佩戴式设备具有各种各样的功能。所以，解决方案的其余部分必须更紧凑，目的是能集成更多的功能，同时还可多节省空间以便能容纳较大的电池。

有几个选项能使解决方案尺寸更小。首先，通过选择不同的封装可大幅缩减集成电路（IC）本身的尺寸。与四方扁平无引线（QFN）封装相比，晶圆芯片级封装（WCSP）的尺寸平均小一半以上，几乎和真实裸片尺寸相同。但因为可佩戴式产品的输出电流通常小于300mA，所以其功耗也不像大电流应用中的那么大。故此，在低功耗可佩戴式应用里散热问题不再是大问题。

为进一步使您的解决方案缩小尺寸，不妨考虑选用TI的PicoStar™ IC封装和MicroSiP™模块。SiP代表封装内的系统，可整合常用功能以减少电路板占用空间…