第三代移动通信(3G)手机来势汹汹，业者无不全力开发新的功能结合到手机上，诸如MP3播放器、数码相机、全球定位系统(GPS)、电视接收系统、广播系统、视讯电话、信用卡功能等。当功能愈多时，对电源需求的质与量就相对愈高。然而，手机在市场上又逐渐发展成消耗性产品，取代性相当高，产品生命周期短。若不在最短的时间内开发最符合消费者需要的产品，则获利必然被压缩。因此工程师必须熟悉各种电源管理IC之优缺点与使用方式，才能在最短的时间内创造最大的利润。本文将针对各种电源管理IC的动作原理作深入浅出的介绍，并说明各大厂商所主推之离散式及整合式电源系统。
1. 发展背景
便携式产品的电源一般是以锂电池和镍氢电池为主，其特性如表1。由此可见，就单位体积或单位重量之蓄电量而言，锂电池优于镍氢电池，因此锂电池便成为便携式电源产品IC的最佳选择。
而移动电话的功耗大部分来自输出电压为1.1V~3.3V之间的电压，若由镍氢电池的低电压转至高电压，则效率较差。一般是以锂电池的3.3V以上之电压转至3.3V以下之低电压，效率较佳。因此当选择锂电池之后，欲设计的转换器大多仍以降压式转换器为主。而降压式转换器常用的电路架构有三种，分别为低压降压转换器(LDO)、电荷泵(Charge pump)、降压转换器(Buck converter)。此外为了设计方便，想在同一个电路上得到升压或降压的作用，可选择单端初级电感转换器(Single-ended Primary Inductor Converter，SEPIC)，以下将针对各种转换器进行介绍。
2. LDO动作原理及特点
低压降转换器(Low-Dropout，LDO)电路架构如图1，其操作原理为：当输入电压VI>Vo时，通过晶体管吸收VI和Vo的电压差Vdropout = VI - Vo，并由反馈控制电路控制，以提供平稳的输出电压Vo。由于晶体管操作于主动区，其作用如同一个可变电阻，即消耗功率为P= I×Vdropout，当电压差Vdropout和电流I愈大，则转换效率愈低。
LDO特点如下：
• 容易使用：只须于输入输出端各加一个外部电容即可。
• 效率低：通常VI =Vout时可达85%，然而VI >Vout时，效率可滑落至25%以下。
• 无EMI或输出纹波，可配合音频(Audio)电路或射频(Radio)电路使用。
• 容易发热，温度问题难解。
• 价钱便宜。
常用的低压降转换器IC如LM317、LM337，TI的110x、TPS6112x、TPS6113x，凌特公司的LT1963、LTC1705、LT1764，美国国家半导体公司的LP398X，或MAXIM的MAX886X/887X/888X等都是。
3. 电荷泵电路动作原理及特点
电荷泵电路通常又称为切换式电容转换器(Switched capacitor converter)包含二极管或切换开关与电容的切换网络，其IC内部具有两个可控式开关与振荡器，其外部接两个电容，此电路亦可由离散元件组成，只要一个振荡器，如NE555与一个逻辑反向，如4009UB及两个二极管和两个电容即可组成简单的电荷泵电路。然而电荷泵的电路除应用于降压外，仍可应用于升压。
电荷泵电路的特点如下：
• 容易使用：除输入输出端各加一个电源外，再加一个泵电容(Cpump)即可。
• 相较于LDO，电路效率较高。
• 低EMI或输出纹波。
• 输出电源的瓦数和VI /Vout电压比值受限。
• 价钱中等。
常用的电荷泵电路IC如TI的TPS601XX~TPS603XX，凌特公司的LTC1682、LTC1516/17，或MAXIM的/1912/1916，ON semiconductor的NCP5603等都是。若欲知更多的零件种类，可连接至TI、凌特公司、或MAXIM的网站查。
4. 降压转换器动作原理及特点
降压转换器(Buck converter)特点如下：
• 使用上需加电感与外部的MOSFET。
• 价钱较高。
• 效率最高，温度问题容易解。
• 高EMI 或输出纹波，在电路板布局(Lay out)时要多注意。
• 适合操作于输出入电压差较大的情况(高Vout/VI)。
常用的降压转换器电路IC如TI的TPS43000、TPS40021，凌特公司的LTC3404、LTC3713、LT1576，或MAXIM的MAX1970、MAX5073等都是。若欲知更多的零件种类，可连接至相关网站查阅。
5. SEPIC电路的动作原理及特点
单端初级电感转换器SEPIC(Single-ended Primary Industry Converter)电路架构较为复杂。电路特点如下：
• 不易使用：需较电荷泵电路多加两个电感、一个电容和晶体管与二极管各一。
• 效率高，但较降压式转换器低。
• 高EMI及输出纹波，在电路板布局时要注意。
• 可当作升压与降压使用。
• 可应用于高输出电流的场合。
• 价钱最高，由于需要搭配的元件数较多所致。
常用的SEPIC电路IC如TI的TPS6113X、UCC39421，凌特公司的LT1512、LT1513、LTC1871，或MAXIM的MAX668、MAX669等都是。若欲知更多的零件种类，可连接至相关网站查阅。
表面上看来，此电路可使电池的供电时间增加，但事实并非如此。根据表2，针对600mAH的电池所作的报告来看，虽然降压转换电路无法引用到电池电压为3.3V~2.7V的区间，然而由于降压式转换电路的效率较高的原因造成电池的寿命周期是几乎相同的。因此市场上的整合性电源管理元件仍以降压式转换器和LDO为主流。
6. 整合电源管理元件
在3G手机中，射频单元的电压控制振荡器(VCO)与锁相回路(PLL)需要低杂波和高电源与杂波的拒斥比，以确保传输效能，故必须用LDO，而DSP和中央处理器之核心电压，可以高效率之降压式转换器执行之，屏幕背光照明所用的白光二极管，可以电荷泵电路或降压式转换器得到，但使用切换式的降压转换器要注意到其切换频率与二次和三次谐波，都保持在接收机的中频频带之外，否则易产生干扰。
以此种多组而复杂的电源输出为了考虑到低成本、小体积与减少设计时间的考虑，一般会将多组的电源整合在一起，如TI的TP65010、TPS5100、PS61130等，或MAXIM的MAX1586A/B、MAX8621等，这些零件具有非常大的方便性，因为它考虑到一般智慧型手机所需要的各组与各种类的电源搭配， 并组合成一个整合性的晶片，但其缺点是一旦使用后，则被取代性不高，当缺料时，会是一大问题。
