嵌入式系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)方案

由于存在很多可用的功率變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所以正確選擇電源變換器并非易事。一般來說，在需求高效率和大輸出電流的場(chǎng)合，必須避免使用線性穩(wěn)壓器。

在采用開關(guān)電源的場(chǎng)合，設(shè)計(jì)人員應(yīng)確保采用適當(dāng)?shù)耐負(fù)洌ń祲?、升壓、降?升壓，電荷泵，SEPIC等），以保證即使在電池電壓下降到最低工作值的情況下，電源也能維持期望的輸出電壓，這有助于延長(zhǎng)設(shè)備的工作時(shí)間。

對(duì)于降壓變換器而言，同步變換器通常具有比異步變換器更高的效率。不過，這種架構(gòu)選擇在很大程度上取決于該變換器工作狀態(tài)下所需的輸出電流以及占空比。因此，采用同步變換器所帶來的少許效率提升并不足以彌補(bǔ)所增加的成本。

用于濾除開關(guān)電源輸出紋波的電感種類的不同通常會(huì)對(duì)變換器效率有不同影響。在各種電感選擇中，低直流阻抗及在工作頻率下具有低磁損耗的電感是首選。

熱設(shè)計(jì)應(yīng)與電氣設(shè)計(jì)須夷不離。各個(gè)IC或無源器件的封裝必須要能處理其正常工作狀態(tài)下的發(fā)熱問題。許多芯片制造商建議采用帶過孔的熱焊盤，并在PCB上采用大焊盤來更好地散熱。緊湊型嵌入式產(chǎn)品通常沒有添加風(fēng)扇的空間，但必須考慮到PCB上的通風(fēng)通道以及足夠的散熱措施。

本文小結(jié)

電源設(shè)計(jì)往往被當(dāng)作純粹的硬件設(shè)計(jì)。但是，為了得到高效的電源方案，設(shè)計(jì)人員需要為電源電路增加軟件智能。軟件控制的一些基本功能包括，檢測(cè)由電源路徑開關(guān)選擇的是哪種電源；在電池供電時(shí)，對(duì)不需要的電路減少供電電流。

更精妙的電源管理軟件還會(huì)包括其它參量，例如：系統(tǒng)運(yùn)行的應(yīng)用種類、最低外設(shè)要求、最慢時(shí)鐘頻率以及運(yùn)行此應(yīng)用所需的最低電壓，并據(jù)此相應(yīng)地控制電源輸出、時(shí)鐘發(fā)生器和接口IC的狀態(tài)。

遵循上述經(jīng)驗(yàn)規(guī)則可以顯著提高便攜式設(shè)備的電源性能。例如，一款典型的30W多輸出電源方案的整體效率可高達(dá)85到90%。目前已多家集成電路制造商可提供一系列高集成度IC，具備上述各種功能。根據(jù)不同電源要求，一些應(yīng)用可能需要單芯片方案，而另一些則可能采用分立模塊。畢竟，在競(jìng)爭(zhēng)激烈的嵌入式產(chǎn)品市場(chǎng)，電池壽命和設(shè)備工作時(shí)間是影響買方選擇的關(guān)鍵因素。

圖：典型便攜嵌入式系統(tǒng)的電源管理方案。