嵌入式系统电源器件及电路设计课件

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1、,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,在便携式应用中，低功耗是产品能否独树一帜的关键所在，其决定着产品的尺寸大小与操作时间。低功耗问题已成为设计研发人员优化系统的关键目标。,电源效率既由硬件设计与组件选择决定，同时也由基于软件的运行时电源管理技术决定。,在便携式应用中，低功耗是产品能否独树一帜的关键所在，其决定着,1,1),基于软件的电源管理技术,系统上电行为,空闲模式,断电,电压与频率缩放（,frequency scaling,）,1)基于软件的电源管理技术 系统上电行为,2,2),电路设计和元件选取考虑的因素,采用低功耗器件,采用高集成度

2、专用器件,降低系统的时钟频率,利用,“,节电,”,工作方式,实行电源管理,2)电路设计和元件选取考虑的因素 采用低功耗器件,3,5.1,常用电池的选择及相关问题,电池选择首先应考虑的问题,：,系统中需要什么电压；,电池需要可再充电吗；,典型使用,/,充电周期；,系统的标准电流及峰值电流；,是否需要方便地更换电池。,5.1常用电池的选择及相关问题 电池选择首先应考虑的问题：,4,为产生工作电压，可利用线性调节稳压器或开关稳压器。如果输入电路板的电压与所需要的电压比较接近，那么低压差（,LDO,）线性稳压器可能是较好的选择，因为：,不在电路板上产生噪声；,元件数量少；,价格不高。,但,LDO,不能

3、输出比输入高的电压，并产生热量。,为产生工作电压，可利用线性调节稳压器或开关稳压器。如,5,使用开关稳压器：,通常效率更高；,不产生那么多的热量；,可从任意输入电压产生任意输出电压；,但开关稳压器噪声大，并且元件数量多。,使用开关稳压器：,6,另一需要考虑的问题是电池电压在使用寿命内可能会跨越所需要的电路板电压。,升压,-,降压器配置,SEPIC,配置,以串联或并联的方式安排电池，使电池电压在整个放电周期中都不再跨越电路板需要的电压,另一需要考虑的问题是电池电压在使用寿命内可能会跨越所需要的电,7,影响单片机系统电池供电时间的几个重要要素：,电池本身电量大小及放电曲线；,单片机最小系统功耗（包

4、含,EPROM,）；,液晶显示器功耗；,存储器功耗；,外围数字电路功耗；,外围模拟电路功耗；,整机供电电源电压的高低；,影响单片机系统电池供电时间的几个重要要素：,8,在进行低功耗嵌入式系统设计时,下面是一些需要考虑的方面,:,充电的可行性,设备大小的要求,设备运行时间,设备需要的功率,需要的,I/O,速度要求,真正需要的上拉电阻值,可关掉的部分,在进行低功耗嵌入式系统设计时,下面是一些需要考虑的,9,5.2,常用电压基准,/,稳压电路的典型应用,基准电压源是一种用来作为电压标准的高稳定度的电压源，与普通集成稳压源比较，基准电压源的特点是更注重输出电压的稳定和准确，而不注重其负载能力。稳压基准

5、源使电压稳定度高，不受环境温度影响，而又能通过电位器等元件做精细调整，可获得高准确度的基准电压,V,REF,。,基准源主要有齐纳二极管、隐埋齐纳二极管和带隙电压基准三种，它们都可以设计成两端并联式电路或者三端串联式电路。,5.2 常用电压基准/稳压电路的典型应用 基准电压源,10,统设计问题和基准源的选择：,作为电路设计的一个关键因素，电压基准源的选择需要考虑很多方面的问题并做出折衷，如精度、受温度的影响程度、电流驱动能力、功率消耗、稳定性、噪声和成本。,功耗,供出和吸入电流,温漂,噪声,输出电压温度迟滞,长期稳定性,统设计问题和基准源的选择：作为电路设计的一个关键因,11,5.2.1,常用电

6、压基准,/,稳压的典型应用电路,微功耗基准电压源,LM385,：,电源电流,15,A,20mA,，即最低可在,15,A,电流下工作；,初始电压精度,1%,或,2%,，电压温度系数为,30ppm,；,典型动态阻抗,0.6,，最大,1,；,采用,T092,或,DIP8,封装；,有相应的工业级、军品级产品,LM285,、,LM185,5.2.1 常用电压基准/稳压的典型应用电路 微功耗基准电,12,（,a,）,LM385,引脚排列,（,b,）,LM385,典型应用,图,5-1,LM385,引脚排列与典型应用,嵌入式系统电源器件及电路设计课件,13,图,5-2,可调输出,LM385,引脚排列与典型应用

7、,嵌入式系统电源器件及电路设计课件,14,基准电压源,ICL8069,：,共分,4,挡：,ICL8069A,、,ICL8069B,、,ICL8069B,、,ICL8069D,，温度系数分别为,10ppm,、,25ppm,、,50ppm,、,100ppm,。,基准电压值为,1.235V,，最小值为,1.20V,，最大值为,1.25V,，工作电流范围为,50,A,5mA,。,稳定性好。当工作电流在,50,A,5mA,范围内变化时，,V,REF,的最小变化小于,20mV,。,低噪声。噪声电压小于,5,V,（有效值），典型动态阻抗为,1,。,A,、,B,挡工作温度范围为,0,70,，,C,、,D,挡工

8、作温度为,-55,125,。,基准电压源ICL8069：,15,图,5-3,（,a,）,ICL8096,的典型应用电路,图,5-3,（,b,）,ICL8096,的数字电压表中应用电路,嵌入式系统电源器件及电路设计课件,16,微功耗基准电压源,TC04/TC05:,输出基准电压分别为,1.25V,、,2.50V,，允许有,2.5%,的偏差,工作电流范围分别是,15,A,20mA,、,20,A,20mA,电压温度系数为,50ppm,，动态阻抗是,1,采用,TO92,、,DIP8,封装,微功耗基准电压源TC04/TC05:,17,图,5-4,（,a,）,TC04,（,TC05,）的典型应用,图,5-

9、4,（,a,）,TC04,（,TC05,）与,ICL7109,连接电路,18,可调式基准电压源,LM336:,基准电压典型值为,2.640V,和,5.000V,，精度,1%,，长期稳定性是,20ppm,。,基准电压值和电压温度系数可通过外部电路调整达到最佳，通常是用精密电位器和两只硅二极管构成温度补偿电路，使其温度系数最小。,动态阻抗低，典型值为,0.25,。工作电流范围宽，典型为,400,A,10mA,。,由于采用的是并联调整式电路，因此可作为正电压基准或负电压基准。,还有相应的工业级、军品级产品，对应型号,LM236,、,LM136,。,可调式基准电压源LM336:,19,图,5-5,LM

10、336,的典型应用,图,5-6,LM336,构成的精密、,低温度系数电源电路,嵌入式系统电源器件及电路设计课件,20,5.3,DC/DC,变换器及其应用,LDO,稳压器可适用于降压变换，,LOD,根据负载电阻的变化情况来调节自身的内电阻，从而保证稳定输出端的电压不变。,电荷泵，也称为开关电容式电压变换器能使输入电压升高或降低，也可以用于产生负电压。其内部的,FET,开关阵列以一定方式控制快速电容器的充电和放电，从而是输入电压以一定因素（,0.5,，,2,或,3,）倍增或降低，从而得到所需的输出电压。,电感型开关式,DC-DC,变换器利用了磁场储能，不论是升压、降压或者两者同时进行，都可以实现最

11、高的电源转换效率。,5.3 DC/DC变换器及其应用 LDO稳压器可适用于降压变,21,图,5-7,采用,SOT-23,封装的电荷泵，用于驱动一个白光,LED,嵌入式系统电源器件及电路设计课件,22,图,5-8,由单格碱性电池供电的升压,DC-DC,变换器和,LDO,组合模块,嵌入式系统电源器件及电路设计课件,23,图,5-9,单离子电池应用中的,DC-DC,降压变换器,嵌入式系统电源器件及电路设计课件,24,5.3.1 DC/DC,变换器的应用举例,XC6371,系列是一种,PWM,的,DC-DC,变换器，其采用,CMOS,处理和激光光刻技术制造，具有低功耗和高精确度。,晶体管外扩电路的元件

12、仅需,3,个：一个电感器、一个二极管和一个电容，外接的晶体管型号取决于所要求的输出电流。,工作电压,0.9V10.0V,；输出电压范围,2.0V7.0V,（,0.1V,步进）；输出电压精度,2.5%,；可选择三种震荡频率：,50kHz,、,100kHz,和,180kHz,；最大输出电流：,100mA,（,Vin=3.0V,，,Vout=5.0V,时）；超小型,SOT-89,封装结构。,5.3.1 DC/DC变换器的应用举例 XC6371系列是一,25,图,5-10 XC6371,引脚图,图,5-11,XC6371A,应用电路 图,5-12,XC6371,应用电路,嵌入式系统电源器件及电路设计课

13、件,26,5.4,AC/DC,变换器及其典型应用,图,5-13,MAX610611612,器件管脚图,5.4 AC/DC变换器及其典型应用,27,MAX610,系列变换器的主要特点是仅需要外接限流电阻、交流降压电容和滤波电容，就能将交流,220V,或,110V,变换为直流稳压输出，无需工频变压器，电源转换效率大,80%,，静态电流仅,70,A,，输出阻抗约,0.6,；稳态性能好，固定电压输出精度,4%,，电压调整率达,0.001%V,，远优于三端集成稳压器；外部电路简单，有过欠压信号输出，以监测,5V,输出电压是否过高或过低，可作为外部电路复位信号等用。,MAX610系列变换器的主要特点是仅需

14、要外接限,28,1.,5V,稳压电源电路,图,5-14,5V,、,100mA,变换电路,图,5-15,5V,、,50mA,变换电路 图,5-16,5V,、,10mA,变换电路,1.5V稳压电源电路,29,2.,输出电压可调电路,图,5-17,输出电压可调电路,2.输出电压可调电路,30,3.,5V,直流输入的稳压电源,图,5-18,直流输入,5V,稳压电路,图,5-19,具有电池接反保护的稳压电源,3.5V直流输入的稳压电源,31,4.,不间断,5V,稳压电源,图,5-20,不间断,5V,稳压电源,4.不间断5V稳压电源,32,5.5,其他,电源技术,图,5-21,标准的线性开关电源稳压电源,5.5 其他电源技术,33,图,5-22,6.5V,基准电源电路,嵌入式系统电源器件及电路设计课件,34,图,5-23 EZ5Z3L-3.0/3.3,管脚图和典型应用,嵌入式系统电源器件及电路设计课件,35,