如何使有限的电池容量最大化，是开发诸如手机、MP3播放器、PDA、数码相机或其他低功耗产品等由电池供电的设备所面临的众多工程挑战之一。这会影响系统架构、产品特性组合、元件选择、软件设计和功率分配架构。除此以外，还有尺寸和外形因素的限制和成本方面的考虑。设计中需要着重注意的领域之一就是如何设计高效、高性价比和非常紧凑的功率转换电路。

尽管所有这些便携式设备均有特定的内部架构，而且可能各自相差甚远，但一些共同的功率转换要求可以用相同的方法实现。比如，大多数设备有一些高度集成、工作范围由1.0 到 1.8V、要求200~500mA电流的低压/低功耗亚微米CMOS DSP或微处理器。大多数便携式设备也有一些低压内存和低功耗音频和/或射频子系统。最后，大多数设备的输入电源是锂离子电池或一组碱性或镍氢电池，或一个低功耗输出范围为2.5到5.0 VDC的交流－直流适配器。因此，很多设备的功率转换要求可以是相似的。  

典型便携式系统电源要求
本文就移动设备中的典型例子来探讨功率转换器的替代方案。首先，考虑一个系统处理器，它在正常工作时要求输出电压为1.8V，并且在高峰处理模式时最多消耗400mA。用于便携式应用的处理器一般有几个不同的工作状态，以便尽可能的节省电池电源。实际上，许多DSP/嵌入式处理器有一系列不同的节电模式 （空闲、睡眠，深度睡眠等）以节省电池容量。因此，如果系统（用户）不需要最大处理能力，DSP会进入消耗电流较少的较低功耗模式。代表性的工作电流负载特性曲线如下图1所示。

图1中，x-轴表示时间。在此例中，处理器的负载可能随设备的工作模式变化很大。比如在“高需量”任务，如文件访问、高速数据传输、JPEG图象处理或繁忙的用户输入中，处理器可能需要消耗最大功率。在其他情况中，如等待用户输入时，耗电量较小。实际移动DSP设备的负载曲线可能随具体应用情况而变化很大，但是所示的例子对于常见的许多种便携式设备来说是典型的。它用于说明设计最优功率转换电路的流程。

在上例中，处理器的高峰负载在1.8V时为400mA。瞬时负载电平随着时间变化，这取决于处理器的能耗需求量，可能是20mA、50mA或200 mA。在长期运行中，平均负载电平大约为121mA， 这是对不同电流电平按它们的典型运行占空比进行加权平均得到的。因此，功率转换电路必须设计成能处理最少400 mA的高峰负载，而且要在20~400 mA 的负载电平范围内提供良好的效率，并且在待机模式中有最小的静态电流（通常小于1mA， 例如处理器进入“深度睡眠”模式时）。

功率转换电路替代方案
一般来说，便携式系统设计师会用三种基本的方法解决功率转换器架构的问题。首先，用一个完全集成的系统电源管理单元 （PMU），如 NCP4115，可能是合适的。这是一个多功能的混合模式芯片，提供多个独立功率转换和功率排序电路，以覆盖系统的全部需要。此器件的框图如图2所示。

这个 64引脚的器件包括一个完整的锂离子电池充电器，一个开关模式直流－直流转换器，七个电压范围从1.5到3.0V的输出电压数字可编程、低噪声LDO，两个用于振动电机和LED指示灯的通用 LDO，及各种其他系统控制和接口模块。

如果系统要求和PMU器件的功能相匹配，这个单芯片电源管理方案工作良好。此例的目标应用是CDMA手机。但是对于不同的应用，NCP4115 可能不是最优的解决方案。可以考虑为特定的应用开发定制的PMU器件，但是由于这种器件的复杂性，目标应用必须有很高的需求，而且生命周期要相对长，才能使开发费用物有所值。

更通用的替代方案是采用一个独立的开关式直流－直流转换器，如图3所示的NCP1510 集成电路。
上面所示的NCP1510 器件是安森美半导体开关模式直流－直流降压转换器NCP15xx 系列的 一员。通过集成以下一些特性，它为便携式应用进行了优化:
· 最小的芯片级封装（1.55 x 1.55mm）；
·内部功率开关；
·内部补偿和反馈电路；
·用于高低功率系统要求的多个运行模式 ；
·最高 2MHz 开关频率；
·1.0、1.3、1.5和1.8V的数控输出电平。
这些特性可以构成一种功率转换解决方案，解决便携式系统的特别需求，如:
·最小的 PCB面积；
·最少的元件数量；
·所有运行模式下的高系统效率；
·小尺寸外部电感和电容；
·和系统控制处理器的简单接口。

最后，系统设计师可以考虑使用传统的低压降（LDO） 线性稳压器，把电池电压转换为适合于DSP 或内存子系统的更低电压电平。这是许多低功耗应用的通用方法，因为它简单、成本低，而且尺寸比以前的开关模式转换器解决方案要小。

以下两部分将考虑使用LDO解决方案和为便携式应用优化的开