PDA、智慧型手機與數位相機等小型可攜式設備與其他以電池作為主要電源的產品在電源處理上擁有比較特別的要求，雖然效率仍相當重要，但是在嚴格的尺寸與成本壓力下，就需要採用與筆記型電腦不同的設計考量，除了相當明顯的尺寸與重量限制外，手持式產品還有嚴重的溫度控制問題，它們不能裝散熱風扇，也不能忍受太高的機殼溫度，在這些限制以外，零件尺寸上的限制也使得電源難以達到合適的效率，同時更小的電池更帶來嚴格的電源管理需求，這些方面的問題在設計時都需要以整個系統為出發點來加以全盤考量。

大部份的可攜式產品都需要多個不同電源電壓，常見的電壓為輸出入邏輯使用的3.3V、記憶體的2.5V以及CPU核心使用的1.5V，而這些都必須要能夠有效率地提供，因此降壓式直流──直流轉換器為不錯的選擇，將幾個轉換器整合到一顆單晶片上，如(圖一)，雖然可以節省空間，但除非是專用的ASIC，否則在整合上還是必須考慮到設計的彈性問題。

《圖一　多重輸出電源是PDA的一個良好選擇，可以在節省空間的同時還能夠提供隨設計改變更動的彈性》

可攜式電子產品的電源管理

在較低成本的設計考量下，如果電池電壓比穩壓輸出高不了多少，同時負載電流也低到不會造成散熱問題的情況下，低壓降線性穩壓器（Low Dropout linear regulator；LDO）就可以勝任。當由離鋰子電池產生3.3V電壓時，可用的電池電壓會在4.2V到約3.3V間變動，在4.2V輸入時，LDO的效率為79％，但當電池電壓降到3.6V，也就是鋰離子電池正常的電壓時，效率則提升為92％，雖然良好的直流──直流轉換器效率可以超過95％，但LDO所能夠提供的也不算差，另一方面，雖然如果系統電壓可以由3.3V降到3V，直流─直流轉換的優勢會提高，但LDO的電池使用時間還是會因為負載的降低而有所改善，不受效率降低的影響。

在小型可攜式產品中另一個重要的考量特性為穩壓器的工作或者靜態電流，手持式產品基本上大多數時間會在僅有數mA耗電的待機狀態下運作，因此如何將電池的待機時間最佳化以便維持資料並避開讓使用者常常需要更換電池就變得相當重要，甚至是在不使用設備的情況下。

顯示功能對任何運算設備來說都是相當關鍵的部份，在手持式產品上，2到4吋間的小型彩色TFT螢幕相當普遍，顯示器很可能是產品耗電的最大元兇，以TFT來說，大部份的耗電都在背光上，在小型TFT應用中，白光LED由於具有卓越的效率與較簡單的驅動電路，因此比CCFL與EL背光還受歡迎，由於白光LED擁有3到4V相對較高的前向電壓，因此通常會採用升壓驅動電路，可能是使用充電泵或者是採用電感器的設計，對背光效率的考量則會因顯示器的實際使用頻率而有所不同，(圖二)提供了兩種選擇，採用電感器的設計擁有最佳的效率，同時能夠在電池接近耗盡時還維持穩定的亮度，而採用充電泵元件則可以在犧牲部份效率下降低成本。

《圖二　推動白光LED作為TFT背光的兩種常見方式》

電池充電設計

雖然電池充電是小型手持式產品設計面臨的一項挑戰，但離鋰子電池技術的改進可在小型化設備上加入高品質的可充電電源，離鋰子電池充電晶片也可以採用低成本的方式設計，原因是它只需精確的截止電壓而不像鎳氫電池需要複雜的電壓變化感測，這在晶片設計上相當容易達成。

內含充電器的一個考量是散熱問題，這可以用交換式充電器，或者在充電電流等於或低於750mA時，採用線性充電器來解決，特別是它包含一個可以在溫度或電壓過高時限制充電電流的溫度控制迴路時。

成功的電源管理會以整體考量的方式來作平衡思考，但這並代表整個電源系統必須整合到一顆單晶片內，雖然如圖一所示，如此做法將有所幫助，但亦必須考慮到電源管理是整體產品的一部份，電源的設計選擇只要決定通常就不輕易變更，因此這些最佳化的動作如果能夠注意避免以下的問題，成功機率就會更高。

電源管理在其他設計完成後才考量的因素

行銷規劃、日程安排以及需求變更都可能會讓這個目標難以達成，正確的解決方法是儘可能地在設計的初期就與功率晶片的供應商合作，可以讓硬體設計工程師能夠提出問題，最少能夠瞭解重要的問題，並提供不同設計組合來考量工程與零件成本。假若可以影響韌體設計的話，那麼電壓監測、負載控制、電池量測等功能都可減少使用，甚至沒有硬體成本的情況完成，帶來更佳的成本效益，例如較佳的韌體設計可以以順序控制的方式來啟動系統的不同電路區塊，因此可在電池電量較低時避免較大的電池負載以及意外的系統重置動作。

缺乏仔細思考使用者的電源情況

深入了解設備的使用情況是避免浪費或不合適電池效能設計的關鍵。設備是不是在大部份時間都處於待機情況？負載是連續式或是脈衝式？在設備關閉時是處在什麼樣的狀態等，皆為考量的重點，如果負載為脈衝式，那麼可能就會提高電池的最低運作電壓要求，因此會降低可用的電量，同樣地，透過韌體的協助可以避免系統的不同區塊同時使用電源，特別是在離開重置狀態時。此外，必須儘量地清楚先後優先次序，雖然成本相當重要，但較高效率的設計可能可以搭配較便宜的電池，另一方面，電池是不是一定要在一小時內充電完成，或者是可以隔夜？

每個運作狀態，如關機、待機與使用中以及在不同運作狀態下使用的時間比例必須要事先加以考量，這樣做可以找出電源消耗至何處，因此更可決定要把成本花費在哪。如果產品大部份時間都在關機狀態，但還是會啟動低耗電電路，那麼花在高負載效率上的成本就有些浪費，而是要將焦點放在低負載情況下，以便將耗費大部份電池能量的負載範圍最佳化，同時如果一個電源只耗費整體的10％，那麼它就不應該是效率最佳化的優先考量。

高於或低於負載電流

要避免這個情況相當困難，特別是犯了以上第一個錯誤，同時沒有儘早考量電源設計時，如果電流不夠而導致需要重新設計電源系統，這樣的情形應該要避免，但通常也容易超出真正需求太多，這就像委員會定義的規格通常會比較廣，後果則是會提高尺寸、重量與成本，同時還可能會損耗效率，原因是較大的MOSFET擁有較高的電容與切換耗損，大部份手持式產品中的直流─直流轉換器大都以500kHz或更快的速度運作以降低元件尺寸，因此MOSFET的動態耗損可能會逼進或超過阻抗耗損，較大的FET可以供應較多的電流，但是它們也可能會將電源的效率峰值提升到系統很少達到的電流值，因此反而可能會為較短的電池使用時間而花掉更多的成本。（作者任職於Maxim Integrated Products）