可攜式相關應用目前正持續變化中，為了讓使用者體驗全新的使用感受，新功能不斷加入，使得應用日趨複雜，這些新加入的功能總是為電源供應設計帶來許多新的難題。雖然電池容量和尺寸有限，不過電源需求愈來愈高，例如背光極為耗電的較大型顯示器、更多運算功能、更高資料儲存容量、內建閃光燈或是擴充無線連線功能的高性能相機。
全功率/低功耗模式切換自如
為了在不加大電池尺寸的前提下維持或延長電池使用時間，須要在應用區塊閒置時使用低功耗模式。這些區塊必須在必要時切換至全功率運作，以確保應用的使用性不受影響。這會造成電池電流快速大幅變化，這種情況會產生低負載週期的高峰值電流(High Peak Current)，然後產生零電流(Zero Current)，而使得平均輸入電流減少，藉以延長電池使用時間，不過這也表示電池會出現幾乎無法預期的高峰值負載。
電池配置能否處理如此的峰值負載均須視輸出阻抗(Output Impedance)而定，輸出阻抗則會因為電池化學材質及電池連接方式而有所不同。電池開關、防護電路(若需要)、電池連接器及電源管理電路的電池連接，加上電池本身的輸出阻抗形成應用電壓源的來源阻抗。
在應用中，任何的高峰值電流都會造成此輸出阻抗的大幅電壓降幅，因而降低電源管理電路的實際供應電壓。
圖1顯示從三種不同電池技術測得的輸出阻抗。紅色曲線顯示兩顆鹼性電池串聯所產生的輸出阻抗，橘色曲線顯示蓄電池用途的磷酸鐵鋰(LiFePO)電池所產生輸出的阻抗，藍色曲線顯示蓄電池用途的鋰離子(Li-Ion)電池所產生輸出的阻抗。圖中顯示兩種鋰離子技術的結果極為近似。不在此次測量範圍內的鋰離子技術所需的防護電路，至少要能以中斷電池連接所需的電池開關而產生的導通電阻增加輸出阻抗。
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| 圖1 一顆鋰離子電池、一顆磷酸鐵鋰電池及兩顆鹼性電池串聯所產生的輸出阻抗。 |
此範例中的鹼性電池由於尺寸較小(AA，相較於18650)，因此採用兩顆電池串聯的配置。個別電池的阻抗透過串聯相互連接，而且電池之間也透過串聯相互連接。此外，相較於從鋰離子技術觀測而得的常數值，此次測試中使用的鹼性電池，在放電時呈現大幅增加的輸出阻抗。
汲取電流時電池電壓會下降
從這些電池汲取電流時，電池電壓會下降，而且所連接電源管理電路的輸入電壓也會下降，這是由於電池及其連接方式的所有阻抗出現電壓降幅所致。由於電壓降低，因此使得可用電量減少。連接直流對直流(DC-DC)轉換器可以增加輸入電流以補償電量減少的現象，因為DC-DC轉換器所需的輸出電源固定不變，並且由應用電路所定義。對於特定電池電流，增加電池電流並不一定表示可增加從電池汲取的電源。
圖2顯示假設350毫歐姆(mΩ)的恆定來源阻抗進行簡單計算所得到的結果，這相當近似於以上所示的鋰離子電池最不理想的情況。計算所用的斷路(Open Circuit)電池電壓範圍介於1.8～4.5伏特(V)之間。
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| 圖2 350毫歐姆輸出阻抗的電池所提供的可用輸出電源 |
從圖2顯示結果可以看出，在電池電壓提高的情況下，電池電流增加仍會使得電池輸出電量增加，增加的電源並不像0歐姆輸出阻抗的理想電池一般呈現線性。電壓降低則會造成反效果，如果電流高於2安培(A)，則在1.8伏特下，電池電流增加會造成可用電源減少。
如果需要特定電源，則必須詳細分析電池配置及連接方式，其中可能須要將配置改換為多顆電池並聯，才能有效解決高電流的問題，尤其對於電量即將用盡的電池更是如此。峰值輸入電流造成的電壓降幅也會影響電源管理系統必須處理的供應電壓範圍，這個範圍必須擴大才能降低電壓，而且需要不同的DC-DC轉換器拓撲，例如降壓升壓轉換器。
當供應電壓低於電池峰值負載所造成的設定輸出電壓，降壓轉換器(Step-down Converter)將無法調節輸出電壓，而且這會造成系統運作不穩定，此時欠壓封鎖(Undervoltage Lockout)偵測器會觸發部分系統關閉，而且供應電壓不足會造成功能不良。
若要解決這些問題，電壓監控電路可以用來蒐集資訊，進而依據可用電池電源來決定啟用或停用不同部分的相關應用。以行動電話內建相機為例，當電池電量即將用完時，行動電話內建相機的閃光燈便無法閃光，藉以確保行動通訊仍然能夠正常進行。
為了避免不必要耗費的電池運作時間，必須極為精準預測可用的電源，並預測各種不同的使用情況以及最不理想的電源需求。另外，也必須考量電源需求提高的問題，以及由於老化效應與生產製造變異所導致的長時間可用電量減少的問題。
USB電源應用準確控制輸入電源
為了避免系統由於過載而鎖定，須正確控制輸入電流的電源，使用輸入電流限制經過準確控制的裝置即可實現，設計採用通用序列匯流排(USB)電源的應用便是這方面成功的實例，其中從USB連接埠汲取的電流量均經過精確定義，為了有效控制電流量，須要能夠準確限制電流的電源管理電路，而TPS62750是符合這方面需求的降壓轉換器其中一例。
如果如前所述由電池來供應電源，可用的電源須視放電速率而定。如果須要避免系統鎖定，則必須一併控制輸入電流。
然而，由於最大可用電流須視電池的放電速率而定，因此恆定輸入電流限制可能無法確實解決這樣的問題。電流限制的所需目標值是在最不理想狀況下的電池電流最低程度上限。由於這種現象只會在放電結束時發生，因此這個作法能夠有效限制一般運作條件下可用的電源，而且這也會限制可支援的功能。
根據電池狀態大幅調整輸入電流限制，能夠在一般運作條件下，維持較高電量才可使用的完整功能，這也能夠讓系統在電量極為不足的情況下維持最低限度的有限功能。DC-DC轉換器指示可用電源目前受到限制，有助於系統即時決定停用較少的重要功能，以TPS63020降壓升壓轉換器為例，此款DC-DC轉換器能夠以簡易的方式支援如此的設計策略。
如果可用的輸入電流不足以提供應用所需的電源，雖然所需的平均電流相當低，仍然須要預留電源，使用較大型電容通常就能夠達到此目的，電容可支援峰值電流脈衝，而且電容會在脈衝之間暫停時充電，因此需要DC-DC轉換器的平順電流限制運作，一旦輸出電容充電至額定設定電壓，DC-DC轉換器便會閒置。DC-DC轉換器在閒置模式中耗用的電源必須相當低，而且輸出阻抗必須非常高，輸出電容才不致於在等候下一個負載脈衝時放電，而TPS63020降壓升壓轉換器便具備所有這些功能。
(本文作者任職於德州儀器)