電池是便攜式電子設備的核心，提供為內部電路供電所需的電能。由于電池的作用如此關鍵，因此有必要對當前便攜式電子設備中的各種電池化學成分以及其中幾種成分的特性進行簡要介紹。目前，便攜式電子設備中的電池化學成分主要有四種類型，分別是堿性、鎳鎘（NiCd）、鎳氫（NiMH）和鋰離子（Li-Ion）。

堿性電池基于鋅與二氧化錳之間的反應。典型的堿性電池在充滿電時可產生約1.5V的電壓。電池的電壓將隨著電能的消耗而降低，當電能消耗90%時電壓約為0.9V。堿性電池的容量相對較大，但內阻也高，因此對于漏電流較大的應用（例如照相機閃光燈、遙控汽車和電動工具），此類電池的效率非常低。

鎳鎘電池仍被用于高電流應用。這種電池非常耐用，而且成本低。鎳鎘電池的標稱電壓為1.2V，在電池壽命結束時電壓將降至0.9V。由于其能量密度相對較低，并且存在有毒金屬，因此越來越多的應用不再使用鎳鎘電池。鎳鎘電池的另外一個缺點是需要定期完全放電。這用來防止電池板上形成大塊晶體，因為這種晶體會影響電池的壽命和性能。

鎳氫電池比鎳鎘電池更為普及，因為鎳氫電池更加環(huán)保，并且能量密度高出約40%。鎳氫電池的標稱電壓約為1.25V，在電池壽命結束時電壓將低于1.0V。但是，鎳氫電池不如鎳鎘電池耐用，在大負載和極端溫度下工作時，電池壽命會縮短。鎳氫電池還有相當高的自放電速率。

鋰離子電池已成為主導，大多數便攜式消費類電子設備均采用這種電池化學成分。單節(jié)鋰離子電池充滿電時的開路電壓約為3.6V，當電量完全耗盡時電壓將降至約2.7V。這種電池化學成分具有多種優(yōu)點，包括重量輕、電壓高以及可塑性強（對于鋰聚合物電池）。此外，鋰離子/鋰聚合物電池的能量密度還在不斷增大（當前大約是標準鎳鎘電池的二倍），而成本在不斷降低。鋰離子電池的缺點是過充有可能會導致爆炸。出于安全考慮，一些制造商在對尺寸和重量要求不是特別嚴格的應用中仍采用鎳氫電池。

便攜式電子設備的不斷涌現(xiàn)迫使系統(tǒng)設計人員越來越關注于電源管理電路的設計，他們需要了解各種直流-直流轉換器的架構，才能使設計的整體性能最優(yōu)化。轉換器的拓撲有多種類型，包括線性穩(wěn)壓器、開關式穩(wěn)壓器和電荷泵。

線性穩(wěn)壓器使用電壓控制的電流源來產生給定的輸出電壓。線性穩(wěn)壓器分為幾種不同類型，但對于電池供電的應用，最常用的是低壓差穩(wěn)壓器（LDO）。此類線性穩(wěn)壓器使用P溝道傳輸晶體管作為具有反饋的可變電阻，以調整輸出電壓。

在開關式穩(wěn)壓器的最基本形式中，使用二極管、電感和開關來傳輸輸入端的能量以提供給定輸出。開關式穩(wěn)壓器可配置為多種不同的拓撲，包括降壓、升壓以及降壓/升壓。降壓開關式穩(wěn)壓器提供的穩(wěn)壓輸出電壓低于輸入電壓，與LDO的功能類似。升壓開關式穩(wěn)壓器提供的輸出電壓高于輸入電壓。LDO無法實現(xiàn)此功能。最后，降壓/升壓拓撲可為一定范圍內高于和/或低于輸出電壓的輸入電壓提供穩(wěn)壓輸出。

電荷泵使用電容作為儲能器件。開關將電容的極板連接到輸入電壓，使其能對輸入電壓進行雙倍、三倍、反相或二等分處理，甚至產生任意的穩(wěn)壓輸出電壓，具體則取決于電路拓撲。由于電荷泵對電容進行充電和放電來傳遞能量，因此與上文所述的其他轉換器相比，此類轉換器可提供的輸出電流總量相對較低：通常不會超過幾百毫安。

上文討論的全部三種直流-直流轉換器均有各自的優(yōu)點和缺點，如表1所示。可根據具體應用以及最重要的參數選擇合適的拓撲。如果優(yōu)先考慮延長電池壽命，則高效的開關式穩(wěn)壓器可能是最佳解決方案。如果噪聲是一大問題，則線性穩(wěn)壓器是不錯的選擇。無論是哪種應用，要實現(xiàn)所需的系統(tǒng)性能，都必須關注于電源管理電路。

目前有一些技術可通過直流/直流轉換來延長電池的運行時間。圖1所示的電路中突出顯示了輸入和輸出電容相對于直流/直流轉換器的放置。開關式穩(wěn)壓器在斷開和閉合輸入開關時會在輸入引腳上產生浪涌電流。采用一個大輸入電容可提供電荷“緩沖器”，從而最大程度地降低電荷注入。那么，最大程度地降低輸入紋波會對電池運行時間有哪些影響？根據電池化學成分的不同，內阻的影響可能很顯著，此時電池的脈沖電流會導致電池中產生很大壓降。在電池和轉換器之間放置一個較大的輸入電容，可降低瞬時電流消耗以及電池上產生的壓降。通過盡可能地減少這些壓降，可在達到最低電池電壓之前延長電池的運行時間。

現(xiàn)在，我們來看一下輸出電容。對于長時間處于待機或休眠模式的低功耗應用，可能不需要穩(wěn)壓器一直運行。在這種情況下，可使用較大的輸出電容來提供負載所需的低電流，從而使應用更加節(jié)能。這樣可根據需要開啟和關閉穩(wěn)壓器來“增加”電容電荷。

另一種常用于最大化電池運行時間的技術是動態(tài)電壓調節(jié)。數字負載（如單片機）需要的電流較低，因此在低電壓下工作時功耗也較低。但是，當單片機在低電壓下工作時，其性能在處理速度和輸出能力方面會受到限制。動態(tài)電壓調節(jié)的理念是：當單片機處于待機或休眠模式時，使其運行在較低電壓下（從而降低功耗）；當需要單片機處理或傳輸信息時，則將電壓升高。

此技術已廣泛應用于計算應用，并可用于許多其他電池供電的應用（其中單片機具有多種工作狀態(tài)）。

一些應用必須“始終工作”，例如一氧化碳檢測器必須對每個微粒進行分析。但是，許多應用不需要連續(xù)工作，而是可以保持在待機或休眠狀態(tài)，需要時才喚醒。這些類型的應用示例包括智能水表（通常狀態(tài)只是等待水流過）、遙控以及基于照片的煙霧探測器（可定期檢測室內是否有煙霧，而不是連續(xù)工作）。

數字器件的功耗有資料記載可以預先了解。比如，單片機有多種工作模式，并且可以開啟和關閉內部外設，以節(jié)省更多功耗。喚醒單片機以及從休眠模式轉換到工作模式的過程也都有詳細記載，有時你會發(fā)現(xiàn)使單片機處于工作狀態(tài)可能比在兩種模式之間轉換更節(jié)能。重申一下，所關注的參數均有記載，通常設計人員可以預先了解。

但是，在模擬方面，這些要關注的參數就不是那么明確了。對于連續(xù)工作的系統(tǒng)，選擇工作電流最低且滿足其他設計要求的模擬IC仍然是關鍵。對于不連續(xù)工作的系統(tǒng)，選擇低電流模擬IC似乎仍然是延長電池運行時間的最佳解決方案。然而，除了所需電流外，還必須考慮器件的穩(wěn)定時間。在許多情況下，選擇電流更高但速度更快的器件從長遠來看可能更節(jié)能。