电容器作为基本元件在电子线路中起着重要作用，在传统的应用中，电容器主要用作旁路耦合、电源滤波、隔直以及小信号中的振荡、延时等。以上电路对电容器参数的主要要求有：电容量；额定电压；正切损耗；漏电流等，对其它参数没有过多的要求。
但对于从事电源设计的工程师来说，了解这些远远还不能够满足设计的需要，如开关电源输出端用的滤波电容上，与工频电路中选用的滤波电容并不一样，在开关稳压电源中作为输出滤波用的电解电容器，其上锯齿波电压的频率高达数十千赫，甚至数十兆赫，它的要求和低频应用时不同，电容量并不是主要指标，衡量它好坏的则是它的阻抗一频率特性，要求它在开关稳压电源的工作频段内要有低的等的阻抗，同时，对于电源内部，由于半导体器件开始工作所产生高达数百千赫的尖峰噪声，亦能有良好的滤波作用，一般低频用普通电解电容器在10 千赫左右，其阻抗便开始呈现感性，无法满足开关电源使用要求。
因此，对于电源设计，工程师需要了解更多的关于电容使用和选型的知识，以下的资料专门针对电源设计中电容选型时所遇到的问题，希望对你有所帮助！
现代电源技术中电容器的正确选用
开关电源中选取滤波电容的三个主要参数 电容降压式电源中电容器的选用
音响电源平滑滤波用铝质电解电容选型问答
电子初学者必做（电源类）
学习电子技术，最重要的一点是动手实践，这对提高学习兴趣、掌握电子技术非常有帮助。这对初学电子的朋友来说，这种能力更是不能缺少的，也为今后的深入的学习和发展奠定了基础。同时，一些实用电子制作对我们的日常工作、生活也非常有益。
在网络日益普及发达的今天，我们再也不用独自闭门造车，只要打开电脑，你会发现原来还有很多人与你同行。寻找一个合适的电路、最佳的设计方案对提高制作成功率起着很重要的作用。 那就让我们开始吧！
首先第一步要有电源，买的绝对不如自己做的好，买的电源干扰、内阻等各方面都没考虑，甚至连稳压都没有只有整流和滤波，谁用谁倒霉！做电源很简单也很复杂，那么我们先做简单的吧！一方面锻炼动手能力，另一方面就是自己用起来方便了！电源有两种：开关电源和线性电源，开关电源效率高但干扰大，电路复杂，极力推荐线性电源！
1 ++ 1.5V电源的制作 ++
在有些便携式的电子装置（如随身听、MD等）中经常用到1.5V的电源供电。有时你也可能会需要一个1.5V的电源来替代电池。这里介绍一个用LM317T做的1.5V的电源电路供您参考。其电路简单，性能也不错，照图正确接线无需调试既可工作。
2 ++ 固定式三端稳压器输出电压可调电路 ++
通常我们用固定式三端稳压器件输出稳定的电压值。如果把R1.R2两个去掉之后，就是稳定的5V电源输出了。只是同样也可以用作可调的。
用固定式三端集成稳压电路7805设计制作连续可调直流稳压的实际电路如图所示，图中R1取220Ω，R2取680Ω主要用来调整输出电压。输出电压Uo≈Uxx(1+R2/R1)，该电路可在5～12V稳压范围内实现输出电压连续可调。下图为不同形式封装的固定式三端集成稳压电路的管脚图。
3 ++ 带限流保护的可调稳压电源 ++
虽然现在我们可以用很多集成电路做出各种电源电路，但在有些条件的限制下，有时我们也可考虑用分立元件搭出一些适合我们需要的电源电路。这里我们介绍的电路可以实现从0.7V-24V连续可调，并且可以实现50mA-2A可调整的电流限制。作为实验电源，也许是一种好的选择。其电路见下图。
下面介绍一些制作调试方法。
P1 是用来设置限制最大输出电流，调整它可以在相应的输出电压时，给出50mA-2A的电流限制。
P2 用做输出电压调节。这里必须注意的是要求用对数型的电位器。这样输出电压的可调性和线性会更好些。
电源变压器的输出电压和容量应根据你所需要的输出电压和电流来选区。最佳的方案是：变压器次级电压为36、40、48V或带中间抽头的50、75、80V。容量为100VA。
电容C1可以从2200-6800uF/35-50V之间选择。BC182 为50V/100mA/NPN三极管；BD139为80V/1.5A/NPN三极管；BC212为50V/100mA/PNP三极管；2N3055为60V/15A/NPN三极管。
4 ++ 自适应可调稳压电源 ++
这里介绍的可调稳压电源可以实现从1.25V~30V连续可调，输出电流可到4A左右。它采用最常见的可调试稳压集成电路W317组成电路的核心，关于它的详细指标参数可参阅这里。下面简单介绍一下该电路的特点。
本电路中，由T2、D5、VW1、R5、R6、C10及继电器K构成自适应切换动作电路。当输出电路低于14V时，VW1因击穿电压不够而截止，无电流通过，T2截止，K不吸合，其触点K在常态位置，电路输入电流14V交流电。反之当输出电压高于14V时，VW1击穿导通，T2亦导通，继电器K吸合，28V交流电接入电路。这样可以保证输入电压与输出电压差不会大于15V，此时，W317输出电流典型值为2.2A。图中采用了两块W317供电，整个电路输出电流可在4A以上。由于两块W317参数不可能一样，电路中在W317输出端串接了小阻值电阻R3、R4，用以均分电流。 输出电压调整由RP1、RP2完成。附加晶体管T1的目的在于避免电位器RP1滑动端接触不良，使W317调整公共端对地开路，造成输出电压突然变化，损坏电源及负载。
双色发光二极管作为保险丝熔断指示器（红光）兼电源指示器（橙色光）。当电源正常时，两只发光二极管均加有正向电压，红、绿发光二极管均发光，形成橙色光。当保险丝FU2断开时，仅红色发光管加有正向电压，故此时只发红光。
以保证稳压准确。设计电路板时主电流回路应足够宽，并焊上1mm以上的铜导线或涂锡，以减少纹波电压。C6、C8尽量靠近W317的输入、输出端，并优先采用无感电容。C5如无合适容量，可用几只电容并联。R3、R4可用锰铜丝自制。
调试时，调整RP1、RP2应使继电器在电源输出14V左右时吸合，否则可调换稳压二极管再试。
5 ++ 数显实验电源的制作 ++
电子爱好者在电子制作中使用几率最高的仪器应该要属稳压电源。一台性能可靠、方便实用的实验电源可以给我们的业余制作带来很大的方便。
出于此目的，这里介绍一下笔者此次自制电源的一些经过。为免除寻找元器件和制作的麻烦，这里采用的均为一些普通元器件和常用电路，但对元器件的质量、电路的设计、布局所花的成本和投入的时间比较多。电路原理见下图。
电源变压器采用带静电屏蔽层外壳全封闭的优质变压器。防止出现所谓的“交流声”。整流电路并联电容也可进一步防止交流干扰。主调节电路由大家很熟悉的LM317T（IC1，IC2）构成。它的宽范围调节性能、完善的保护功能、简洁的外围电路、优良的稳压性能，足以胜任一般的业余电子制作实验需要。为方便输出电压调节及保证调节精度，在选择R1和R2时应注意选择质量好的4.7K的线性电位器。
输出部分采用成品经过校准的仪表专用数字电压表和电流表，以同步了解电源输出及负载工作情况。它可以给我们的电路实验带来很大方便。这里由IC3构成5V电源作为数字电压表和电流表的专用工作电源，由于该部分耗电量较大（约100mA），及测量精度等问题，必须保证IC3有足够的散热面积，确保长期可靠工作。
延长锂离子电池寿命的充电和放电方法
身边使用锂离子电池的电子产品越来越多，从手机、MP3到笔记本电脑，而大家都有体会，一款电子产品往往最先损坏的是电池，如一部手机用坏两三块电池也并不罕见。因此，谁都不可能对于锂离子电池的合理使用问题（特别是充放电要求）漠不关心。就笔者来说，查看过不少关于锂离子电池使用的资料，但是得到的信息却是十分零碎，不仅难得看到具有权威性的解答，不同来源的信息甚至相互矛盾，使得用户莫衷一是。本文是由凌力尔特公司提供的，资料翔实、数据丰富，比
较令人信服。
人们一直非常重视提高锂离子电池的容量，以期以物理尺寸最小的电池实现最长的产品工作时间。但是在有些应用中，较长的电池寿命、较多的充电次数或较安全的电池比电池容量更重要。本文介绍几种可以极大延长电池寿命的锂离子电池充电和放电方法。
几乎所有高性能便携式产品都会使用包括锂离子聚合物电池在内的可再充电锂离子电池，这是因为与其他可再充电电池相比，锂离子电池有较高的能量密度、较高的电池电压、自放电少、周期寿命非常长，而且环保，且充电和维护简单。另外，由于其具有相对高的电压(2.9V至4.2V)，因此很多便携式产品都能用单节电池工作，从而简化了产品总体设计。
决定锂离子电池周期寿命或服务寿命的因素
不存在任何延长或缩短电池寿命的单一因素，而常常是几种因素合起来发挥作用。就延长周期寿命而言有以下方法可以延长电池寿命：
1．采用部分放电的做法。在再充电前仅使用20%或30%的电池容量会极大延长周期寿命。作为一个一般性的规则，5至10个浅放电周期等于1个满放电周期。尽管部分放电周期可能达到数千次，但是保持电池处于满充电状态也缩短电池寿命。如果可能，应该避免满放电周期(降至2.5V或3V，取决于化学材料)。
2.避免充电至容量的100%。选择一个较低的浮动电压可以做到这一点。降低浮动电压将提高周期寿命和服务寿命，代价是降低电池容量。浮动电压降低100mV至300mV可以将周期寿命延长2至5倍或更长。与其他化学材料相比，锂离子钴化学材料对较高浮动电压更敏感。磷酸锂离子电池一般比更常见的锂离子电池的浮动电压低。
3． 选择合适的充电终止方法。选择一个采用最小充电电流终止(C/10或C/x)的充电器，通过不充电到容量的100%，也可以延长电池寿命。例如，电流降至C/5时结束充电周期与将浮动电压降至4.1V的效果类似。在这两种情况下，电池都只充电至约为容量的85%，这是决定电池寿命的一个重要因素。
4．限制电池温度。限制电池的极限温度可以延长电池寿命，尤其是禁止在0℃以下充电。在0℃以下充电促进金属在电池阳极上的镀敷，这可能造成内部短路，产生热量并使电池不稳定和不安全。很多电池充电器都有测量电池温度的装置，以确保不会在极限温度时充电。
5．避免大的充电和放电电流，因为这会缩短周期寿命。有些化学材料更适合较大电流，如锂离子锰和磷酸锂离子电池。大电流给电池施加了过大的压力。
6．避免低于2V或2.5V的深度放电，因为这会迅速永久性损坏锂离子电池。可能发生内部金属镀敷，这会引起短路，使电池不可用或不安全。大多数锂离子电池在电池组内部都有电子电路，如果充电或放电时电池电压低于2.5V、超过4.3V或如果电池电流超过预定门限值，该电子电路就会断开电池连接。
锂离子电池充电方法
给锂离子电池充电的推荐方法是，向电池提供一个±1%限压的恒定电流，直到电池充满电，然后停止充电。用来决定电池何时充满电的方法包括：给总的充电时间定时、监视充电电流或兼用这两种方法。第一种方法采用限压恒定电流，变化范围从C/2到1C，持续2.5至3小时，使电池达到100%充电。也可以使用较低的充电电流，但是将需要更长时间。第二种方法与第一种方法类似，只是需要监视充电电流。随着电池的充电，电压上升，这与采用第一种方法时完全相同。电池电压达到编程限压值(也称为浮动电压)时，充电电流开始下降。电流一开始下降时，电池约充电至容量的50%至60%。浮动电压继续提供，直到充电电流降至足够低的水平(C/10至C/20)，这时电池约充电至容量的92%至99%，充电周期终止。目前，要为标准锂离子电池快速充电(不到1小时)至容量的100%，还没有一种安全的方法。 不推荐在电池充满电后仍然给电池加上连续电压，因为这会加速永久性容量损失，而且可能引起内部锂金属镀敷。这种镀敷可能发展成内部短路通路，引起过热，使电池受热时不稳定。所需时间是几个月。
有些锂离子电池充电器允许使用热敏电阻监视电池温度。这么做的主要目的是，如果电池温度超出推荐的0℃至40℃窗口范围，就禁止充电。与镍镉或镍氢金属电池不同，锂离子电池在充电时温度上升非常少。图1是一个典型的锂离子电池充电曲线，图中显示了充电电流、电池电压和电池容量随时间的变化。
图1：显示了电池电流、电压和容量的典型充电曲线。
字母“C”的含义
字母“C”是一个电池术语，用于指示电池制造商规定的电池放电容量，单位是mAHr。例如，一个额定2000mAHr的电池可以为一个2000mA负载供电一小时，之后电池电压才会降至零容量电压。在这个例子中，以C/2的电流给电池充电意味着以1000mA(1A)充电。字母“C”在电池充电器中变得很重要，因为它决定了电池充满电所需的合适充电电流和时间长度。在讨论最低充电电流终止方法
时，采用C/10终止的2000mAHr电池将在充电电流降至低于200mA时终止充电周期。 决定电池浮动电压的因素
主要的决定因素是电池阴极中使用的活性材料的电化学电势，就锂而言约为4V。增加其他化合物将提高或降低这个电压。第二个因素是在电池容量、周期寿命、电池寿命和安全性之间取得平衡。图2所示曲线显示了电池容量和周期寿命之间的关系。
图2：充电器浮动电压与电池容量和周期寿命。
大多数锂离子电池制造商都设置了一个4.2V浮动电压，以此作为容量和周期寿命之间的最佳平衡。用4.2V作为恒定限压值(浮动电压)时，电池一般可以提供约500个充电/放电周期，然后电池容量降至80%。一个充电周期由一个满充电至一个满放电过程组成。多个浅放电过程合起来构成一个满充电周期。
尽管利用降低浮动电压或最低充电电流终止方法充电至低于100%的容量最初会降低电池容量，但是随着周期数增加到超过500次，较低浮动电压的电池容量可以超过较高浮动电压的电池容量。关于容量和充电周期数，图3显示了推荐浮动电压与降低浮动电压的比较情况。
图3：周期寿命和容量与4.1V和4.2V浮动电压。
由于不同的锂离子电池化学材料和其他条件可能影响电池寿命，因此本文显示的曲线只是估计的充电周期数和电池容量值。由于电池材料和制作方法的微小差别，甚至来自不同制造商的类似电池化学材料也可能产生有天壤之别的结果，电池制造商规定最终用户必须使用的充电方法和浮动电压，以满足电池容量、周期寿命和安全规格要求。不建议充电至高于推荐的浮动电压。很多电池含有电池组保护电路，如果超过最高电池电压，该电路暂时断开电池连接。一旦断开，将电池组连接到充电器一般会复位电池组保护电路。电池组上常常印有一个电压值，如单节电池为3.6V。这个电压不是浮动电压，而是电池放电时的平均电池电压。
选择电池充电器以延长电池寿命
尽管电池充电器对电池的深度放电、放电电流和电池温度不加以控制，但是所有这些因素对电池寿命都有影响，很多充电器具有能够延长电池寿命的功能，而且有时可以极大地延长电池寿命。
电池充电器延长电池寿命的作用主要由充电器的浮动电压和充电终止方法决定。凌力尔特公司的很多锂离子电池充电器具有4.2V±1%(或更低)的固定浮动电压，但是有一些产品为4.1V和4.0V以及具有可调浮动电压。图4显示了一些具有较低浮动电压的电池充电器，用来给4.2V锂离子电池充电时可以延长电池寿命。
产品 LTC1730-4.1 LTC1731-4.1 LTC1731-8.2 LTC1732-4.1 LTC1733-4.1 LTC1734-4.1 LTC4050-4.1 LTC4064-4.0 LTC4066-1 LTC4085-1 LTC4008 LTC1980 LTC4089-1 描述 脉冲充电器 线性充电器控制器 两节电池的线性充电控制器 线性充电控制器 线性充电器 线性充电器 线性充电器 线性充电器 线性充电器和USB管理器 线性充电器和USB管理器 开关充电控制器 开关充电控制器 高效/高效率充电器 浮动电压 4.1V 4.1V 8.2V 4.1V 4.1V 4.1V 4.1V 4.0V 4.1V 4.1V 可调 可调 4.1V 图4：提供较低浮动电压以延长电池寿命的电池充电器。
不提供较低浮动电压选项的电池充电器也能延长电池寿命。采用最小充电电流终止方法(C/10或C/x)的充电器通过选择以恰当的充电电流值终止充电周期，可以延长电池寿命。
C/10终止大约仅将电池充电至其容量的92%，但是将提高周期寿命。C/5终止可以将周期寿命延长一倍，但是电池充电量进一步降低至约为容量的85%。图5显示了凌力尔特公司的几款充电器，分别采用C/10(10%电流门限)或C/x(可调电流门限)充电终止模式。
产品 LTC3550/-1 LTC3552/-1 LTC4001 LTC4054/X/L LTC4058/X LTC4061 LTC4062 LTC4063 LTC4068/X LTC4075 LTC4075HVX LTC4076 描述 线性充电器和DC/DC转换器 线性充电器和DC/DC转换器 开关充电器 线性充电器 线性充电器 线性充电器 线性充电器 线性充电器 线性充电器 双输入线性充电器 双输入线性充电器 双输入线性充电器 终止方法 C/X C/X C/X C/10 C/10 C/X或可调定时器 C/X或可调定时器 C/X或可调定时器 C/X C/X C/X C/X LTC4077 LTC4078 LTC4096/X LTC4097 双输入线性充电器 双输入线性充电器 双输入线性充电器 双输入线性充电器 C/10 C/X C/X C/X 图5：用最小充电电流终止方法延长电池寿命的电池充电器。
长工作时间和长电池寿命能兼而有之吗？
如果采用目前的电池技术，而且不增大电池尺寸，那么答案是不能。要实现最长的工作时间，充电器必须将电池充电至容量的100%。这时电池电压接近制造商推荐的浮动电压，一般为4.2V±1%。遗憾的是，将电池充电至接近这个电压值并保持在这个电压值会缩短电池寿命。一个办法是选择较低的浮动电压，禁止电池100%充电，但是这需要较高容量的电池才能实现同样长的工作时间。当然，在很多便携式产品中，也许不选择较大尺寸的电池。
采用C/10或C/x最小充电电流终止方法与采用较低浮动电压一样，也可以对电池寿命有同样的影响。浮动电压降低100mV，容量将降低约15%，但是周期寿命可以延长一倍。同时，充电电流降至20%(C/5)时终止充电周期，容量也降低15%，同样可将周期寿命延长一倍。 放电时典型的锂离子电池输出电压
可以预料，放电时，电池电压会缓慢下降。放电电压曲线随时间的变化取决于几个因素，包括放电电流、电池温度、电池老化程度和电池使用的阳极材料类型。目前，大多数锂离子电池使用焦炭或石墨。每种电池的电压曲线如图6所示。使用比较广泛的石墨材料在容量的20%和80%之间放电电压变化不大，然后在接近结束时迅速下降，而焦炭阳极具有比较陡的电压斜坡和较低的2.5V截止电压。用焦炭材料时剩余电池容量更容易确定，简单测量电池电压就可以了。
图6：采用不同阳极材料的锂离子电池放电电压曲线。
并联或串联连接电池
为了提高容量，锂离子电池常常并联连接。除了电池必须采用相同的化学材料、来自同一制造商和尺寸相同，没有其他特殊要求。串联连接的电池更需要小心，因为常常需要电池容量匹配和电池平衡电路，以确保每节电池达到相同的浮动电压和相同的充电水平。不建议串联连接两节电池(有各自的电池组保护电路)，因为容量失配可能导致一个电池达到过压限值，从而断开电池连接。另外，应该从电池制造商购买已装配了恰当电路的多节电池组。 本文小结
锂离子电池的寿命由很多因素决定，其中最重要的是电池化学材料、放电深度、电池温度和电池容量终止值。给电池充电到制造商建议的100%容量可达到制造商公布的满充电/放电周期数。选择允许充电至低于100%容量的充电器，将使需要延长电池寿命的应用极大受益，这是通过选择具有较低浮动电压或较早终止充电周期的电池充电器实现的。
DC-DC开关稳压器—— 在DSP系统中延长电池寿命
By Sridhar Gurram [sridhar.gurram@analog.com] Oliver Brennan [oliver.brennan@analog.com] Tim Wilkerson [tim.wilkerson@analog.com]
引言
长期以来，MP3播放器、个人媒体播放器、数码相机以及其他便携式消费类应用的设计人员面临的一项挑战是实现产品的高性能和低功耗。这些电池供电系统通常都使用嵌入式数字信号处理器（DSP），当系统处理多媒体应用任务时，DSP能达到最大处理能力，而当系统处于睡眠模式时，DSP具有最小的功耗。电池寿命在手持式产品中是非常重要的指标，产品成功与否与供电系统的效率直接相关。
此类系统中的一个关键部件是降压式DC-DC开关稳压器，它能够高效地从较高电压获得较低的供电电压，如从4.5 V获得1V的供电电压。作为稳压器，其必须保持恒定的电压，而且能够对输入电压的变化以及负载电流的变化迅速做出响应。本文将讨论的架构具有优良的稳压性能以及高效率和快速响应的优点。 开关稳压器剖析
图1示出了ADI公司ADP2102的典型应用电路，这是一款低占空比、3 MHz同步整流降压转换器。ADP2102具有固定输出电压和可调输出电压的多种配置。这里将ADP2102连接成固定输出电压配置，由5.5 V的输入电压产生300mA、0.8 V输出电压。接下来给出输出电压可调的应用示例。
图1. 使用ADP2102由5.5 V输入产生0.8 V输出
这里将简单地解释该电路的工作原理：将DC输出电压的分压与误差放大器中的内部参考源比较，然后将误差放大器的输出与电流采样放大器的输出比较，以驱动单稳态触发器。单稳态触发器在由VOUT/VIN确定的时间周期内处于暂稳态。单稳态触发器使上面的门控晶体管导通，电感L1中的电流逐渐变大。当单稳态触发器的暂稳态结束时，晶体管截止，电感L1中的电流逐渐变小。在由最小关断时间定时器和最小（“谷值”）电流确定的时间间隔之后，单稳态触发器再次被触发。芯片内的单稳态触发定时器使用输入电压前馈，使得稳态时保持恒定的频率。
该振荡以不确定的频率（大约为3MHz）持续进行，但是在必要的情况下可以响应线路和负载的瞬态变化而偏离该频率，以便输出电压保持恒定，并且使电感电流的平均值保持在输出负载所需要的电流值。
上文描述的方法是相对新颖的。多年来，DC-DC变换的主要方法是恒频峰值电流方法，当该方法在降压式DC-DC转换器中实现时，其还被称为后沿调制。有关该方法的详细描述、对其优缺点的评估以及上文描述的恒定导通时间谷值电流模式转换器，请参考其他技术文章。
ADP2012还具有欠压闭锁功能、软启动功能、过热保护功能和短路保护功能，并且具有±1%的反馈精度。该架构能够使主开关的导通时间低至60 ns或更低。
图2示出了不同条件下的典型波形。图2a示出了在ILOAD=600mA，电压从VIN=5.5V减小到VOUT=0.8V时的低占空比。如图中所示，在3MHz的开关频率下，可以获得45 ns的最小导通时间。 图2b示出了负载电流突增300mA时，负载电流和电感电流波形。 图2c示出了负载电流突减300mA时，负载电流和电感电流波形。
图2d示出了在占空比为50%时不存在次谐波振荡，而使用峰值电流模式控制时必须在设计时加以考虑。当占空比大于或小于50％时，同样不存在次谐波振荡。
图 2a. VIN = 5.5 V, VOUT = 0.8 V, 最小导通时间=45 ns
图 2b. 突加负载瞬态响应(ILOAD = 300 mA)
图2c. 突减负载瞬态响应 (ILOAD = 300 mA)
图2d. 占空比 = 50%, VIN = 3.3 V, VOUT = 1.8 V, ILOAD = 300 mA
DSP应用中的动态电压调节
在使用DSP的便携式应用中，通常由开关转换器提供DSP的内核电压和I/O电压，这需要使用电池供电应用的高效率DC-DC转换器。提供内核电压的稳压器必须能够基于处理器的时钟速度动态改变电压或者按照软件的指令动态改变电压。另外，整体解决方案的小尺寸也同样重要。
这里描述的是，在电池供电的应用中将Blackfin®处理器的内部稳压器更换为外部高效率稳压器，以提高系统供电效率。而且，这里还介绍了用于外部稳压器的控制软件。 动态电源管理
处理器的功耗与工作电压（VCORE）的平方成正比，并且与工作频率（FSW）成正比。因此，降低频率能够使动态功耗线性下降，而降低内核电压可以使动态功耗指数下降。
在对功耗敏感的应用中，当DSP仅简单地监视系统活动或者等待外部触发信号时，在保持供电电压不变的情况下改变时钟频率，这对降低功耗是非常有用的。然而，在高性能电池供电的应用中，仅改变频率并不能显著节约电能。Blackfin处理器以及其他的具有高级电源管理功能的DSP可以依次改变内核电压和频率，由此可以在任何情况下均实现最优的电池利用。
ADSP-BF53x系列Blackfin处理器中的动态电压的稳压通常是由内部电压控制器和外部MOSFET实现的。该方法的优点在于，可以将单电压（VDDEXT）施加到DSP子系统，从MOSFET得到的所需的内核电压（VDDINT）。通过内部寄存器可以软件控制内核电压，以便于控制MIPS，并且最终控制能耗，由此实现最优的电池寿命。
为了完整地实现Blackfin内部稳压方案，需要一个外部MOSFET、肖特基二极管、大电感和多个输出电容器，该解决方案价格相对昂贵，效率却很差，而且占用的PCB板面积是相对较大的，这给系统设计人员带来了很大的矛盾，在集成稳压器中需要使用大电感和电容器，不利于消费者所希望的便携式设备尽可能小型化。该集成稳压控制器的效率是相对较低，通常仅为50%~70%，因此该方法不太适用于高性能手持式电池供电应用。 外部稳压
通过新型DC-DC开关转换器设计方法，可以将Blackfin集成方法本身的效率提高到90%或更高。而且，在使用外部稳压器时可以减小外部元件的尺寸。
还可以使用多种动态电压调整（DVS）控制方案，包括开关电阻器（其在某些情况中可由DAC实现）和脉宽调制（PWM）（其可以实现与内部方法相同的精度）。不论使用哪种方案，其必须能够通过软件控制改变稳压电平。上述稳压控制方法在内部稳压器是集成的，而在外部稳压中必须通过外加器件来实现。
本文描述了两种使用ADP2102同步DC-DC转换器调节DSP内核电压的方法，当处理器在低时钟速度下运行时，可动态地将内核电压从1.2 V调节到1.0V。
ADP2102高速同步开关转换器在由2.7V~5.5V的电池电压供电时，可以使内核电压低到0.8 V。其恒定导通时间的电流模式控制以及3MHz开关频率提供了优良的动态响应、非常高的效率和出色的源调整率和负载调整率。较高的开关频率允许系统使用超小型多层电感和陶瓷电容器。ADP2102采用3 mm×3 mm LFCSP封装，节约了空间，仅需要三或四个外部元件。而且ADP2102包括完善的功能，诸如各种安全特征，如欠压闭锁、短路保护和过热保护。
图3示出了实现DVS的电路。ADSP-BF533 EZ-KIT Lite® 评估板上的3.3 V电源为降压转换器ADP2102供电，使用外部电阻分压器R1和R2将ADP2102的输出电压设定为1.2 V。DSP的GPIO引脚用于选择所需的内核电压。改变反馈电阻值可以在1.2 V~1.0 V的范围内调节内核电压。通过与R2并联的电阻R3，N沟MOSFET可以修改分压器。相比于R3，IRLML2402的RDSon 较小，仅为0.25 Ω。3.3 V的GPIO电压用于驱动MOSFET的栅极。为了获得更好的瞬态性能并改善负载调整率，需要加入前馈电容器CFF。
图3. 使用外部MOSFET和Blackfin PWM控制进行ADP2102的动态电压调整
对于双电平开关，一般的应用要求是： DSP内核电压 (VOUT1) = 1.2 V DSP内核电压 (VOUT2) = 1.0 V 输入电压 = 3.3 V 1. 输出电流 = 300 mA
使用高阻值的分压电阻可将功率损失降到
最低。前馈电容在开关过程中降低栅漏电容的影响。通过使用较小的反馈电阻和较大的前馈电容可以使该暂态过程中引起的过冲或下冲最小，但这是以额外的功耗为代价的。
图
4示出了输出电流IOUT、输出电压
VOUT和控制电压VSEL。VSEL为低电平时，输出电压为1.0 V，VSEL为高电平时，输出电压为1.2 V。
图4. 通过MOSFET调节下面的反馈电阻器
一种较简单的方法可生成用于DVS的两个不同的电压，其使用控制电压VC通过另外的电阻将电流注入到反馈网络中。调节控制电压的占空比可以改变其平均DC电平。因此使用一个控制电压和电阻可以调节输出电压。下面的公式用于计算电阻R2、R3的值以及控制电压幅度电平VC_LOW 和
VC_HIGH. (1) (2)
对于VOUT1 = 1.2 V, VOUT2 = 1.0 V, VFB = 0.8 V, VC_LOW = 3.3 V, VC_HIGH = 0 V, 和 R1= 49.9
kohm, R2 and R3可以如下计算
(3) (4)
该方法产生了更加平滑的变换。不同于MOSFET开关方法，能够驱动电阻负载的任何控制电压均可用于该方案，而MOSFET开关方法仅能够用于驱动电容负载的控制信号源。该方法可以适用于任何输出电压组合和输出负载电流。因此，根据需要调整内核电压，便可以降低DSP的功耗。图5示出
了使用该电流注入方法的两个输出电压之间的变换。
图5. 使用控制电压 VC进行ADP2102的动态电压调整
图6. 通过控制电压调节下面的反馈电阻器
参考文献
ADP2102 data sheet. Analog Devices.www.analog.com. Hariman, George and Chris Richardson. “Control Methods Solve Low Duty-Cycle Dilemmas.” Power Electronics Technology. September 2006. Ridley, R. B. “A new continuous-time model for current-mode control with constant frequency, constant on-time and constant off-time in CCM and DCM.” IEEE Power Electron. Spec. Conf. Record. 1990. pp. 382-389.
1. Rossetti, Nazzareno and Seth R. Sanders. “Valley Design Techniques Outperform Peak Current
Mode Approach for CPU Supplies.” Power Electronics Technology. July 2001.
进一步阅读文献
降压式DC-DC转换器中的恒定导通时间谷值电流模式控制方案优点
恒频峰值电流控制方案使用两个环路从高输入电压产生低输出电压，分别是电压外环和电流内环。在控制信号和输出信号之间存在最小相移，由此可以实现简单的补偿。
测量流过NMOS主开关的电感电流的典型方法是，当NMOS主开关导通时检测NMOS主开关
上的压降，或者检测输入端和主开关的漏极之间的串联电阻上的压降。在这两个检测方案中，电感电流检测过程中出现在开关节点上的寄生效应均能引发激振现象，因此在测量电感电流之前必须等待一段时间，即消隐时间。在低占空比操作过程中，这使得主开关建立并保持导通的时间变少。图A示出了主开关上的电感电流和电流感测信号，其由消隐时间和导通时间构成。
图A. 消隐时间指使用固定频率的峰值电流模式控制方案的
降压降转换器中的主开关所能实现的最小导通时间
在低占空比操作过程中，即在输出电压
比输入电压小很多时，主开关的导通总是由内部时钟控制的，而且与反馈回路无关，因此存在最小导通时间，其将电路操作限制在较高的开关频率。而且，由于建立时间的限制，在脉冲不够宽时不能感测电流。消隐时间决定了主开关的导通时间，仅有很少的时间可用于电流感测。在诸如手机和媒体播放器的便携式应用中，DSP内核需要0.9 V的输出电压。为了减小电感的尺寸以及解决方案的整体尺寸，应使用较高的开关频率。但是如果使用该控制方案，则在使用较高的开关频率时，很难由较高的输入电压生成低占空比的电压。
后沿调制控制方案的第二个缺点是其较
差的瞬态响应。图B示出了针对负载电流的正向变化和负向变化的瞬态响应的典型波形。便携式应用中，在降低输出电容器的尺
寸和成本的同时必须能够实现很快的瞬态响应。图B. 峰值电流模式控制的正向和负向负载电流响应 在输出端出现负载电流的正向阶跃增加时，输出响应可能延迟一个时钟周期。在负载电流的负向阶跃减小的情况中，转换器强行给出最小宽度高边导通时间，其由电流控制环的速度确定。因此在负向负载瞬态变化的过程中，不可能实现最小延迟响应，而且还将发生严重的过冲和下冲瞬态现象。为了减少该现象，必须将额外的电容添加到输出端。
在固定频率下操作的峰值电流控制转换器的第三个缺点是，当占空比大于50%时，电路是不稳定
的（图C），导致发生分频谐波振荡，这将使平均输出电流下降并且使输出电流波纹增加。对于大
于50%的占空比，电感电流的增长量（ΔIL1）随着时间变大，导致了I2较大的增长量（ΔIL2）。为了解决这一问题，需要进行斜坡补偿，这增加了设计复杂度。典型的斜坡补偿方法是将外部斜坡信号添加到电感电流信号。
图C. 固定频率峰值电流控制转换器在占空比大于50%时存在不稳定的问题
使用恒定导通时间谷值电流模式控制方案可以解决上面的问题。该方案被称为前沿调制，其中
主开关的导通时间被设计成固定的，基于谷值电流感测信号调制关断时间，并且调节开关周期，使其等于导通时间加上关断时间。该架构能够提供主开关的最小导通时间，有助于在高频下进行操作，因此可以容易地由较高的输入电压产生较低电压输出。
在低电压DC-DC降压转换器中，主开关仅在10%的时间中是导通的，而同步开关在剩余的90%
的时间中导通。这使得低边开关电流比主开关电流更容易进行采样和处理。
与检测电感峰值电流以确定主开关电流不同，在主开关的关断时间中对电感谷值电流采样。谷值电流感测方案加上恒定导通时间设计一起减少了回路延迟，因此能够实现更快的瞬态响应。 Ray Ridley（进一步阅读文献3）提出了这样一种观点，当外部斜坡等于电流信号的下降斜坡时，恒定频率控制的电流回路增益与恒定导通时间系统的电流回路增益相同。因此，对于恒定导通时间控制，回路增益相对于占空比保持不变，可以确保在所有条件下都是稳定的。相反地，在恒定频率峰值电流控制方案中，回路增益随着占空比的增加而增加，如果使用的外部斜坡时间不够，则可能导致系统不稳定。
恒定导通时间可变关断时间转换器能够在不使用斜坡补偿的情况下克服占空比大于50%时使用
固定频率操作不稳定的问题。如果负载电流增加，则周期开始前和周期结束时的干扰是相同的，因此转换器保持在稳定状态，而这与占空比的状态无关。由于该架构中不使用固定的时钟，因此斜坡补偿是多余的。
恒定导通时间谷值电流控制的一个显著优点是限制降压转换器中的短路电流的能力。当降压转
换器的输出短路且高边开关导通时，输出电压变为零，并且电感上的压降等于VIN。电感电流在 tON时间内迅速增加。电感放电时间tOFF由VOUT/L确定，VOUT被短路，因此tOFF也增加，。在电流下降到所需的谷值电流限制之前，高边开关不会再次导通。因此，该控制方案在短路条件下仅能传递固定的最大电流。
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