《嵌入式系統(tǒng)電源器件及電路設(shè)計(jì)課件》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《嵌入式系統(tǒng)電源器件及電路設(shè)計(jì)課件（35頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,#,在便攜式應(yīng)用中，低功耗是產(chǎn)品能否獨(dú)樹一幟的關(guān)鍵所在，其決定著產(chǎn)品的尺寸大小與操作時間。低功耗問題已成為設(shè)計(jì)研發(fā)人員優(yōu)化系統(tǒng)的關(guān)鍵目標(biāo)。,電源效率既由硬件設(shè)計(jì)與組件選擇決定，同時也由基于軟件的運(yùn)行時電源管理技術(shù)決定。,在便攜式應(yīng)用中，低功耗是產(chǎn)品能否獨(dú)樹一幟的關(guān)鍵所在，其決定著,1,1),基于軟件的電源管理技術(shù),系統(tǒng)上電行為,空閑模式,斷電,電壓與頻率縮放（,frequency scaling,）,1)基于軟件的電源管理技術(shù) 系統(tǒng)上電行為,2,2),電路設(shè)計(jì)和元件選取考慮的因素,采用低功耗器件,采用高集成度

2、專用器件,降低系統(tǒng)的時鐘頻率,利用,“,節(jié)電,”,工作方式,實(shí)行電源管理,2)電路設(shè)計(jì)和元件選取考慮的因素 采用低功耗器件,3,5.1,常用電池的選擇及相關(guān)問題,電池選擇首先應(yīng)考慮的問題,：,系統(tǒng)中需要什么電壓；,電池需要可再充電嗎；,典型使用,/,充電周期；,系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)電流及峰值電流；,是否需要方便地更換電池。,5.1常用電池的選擇及相關(guān)問題 電池選擇首先應(yīng)考慮的問題：,4,為產(chǎn)生工作電壓，可利用線性調(diào)節(jié)穩(wěn)壓器或開關(guān)穩(wěn)壓器。如果輸入電路板的電壓與所需要的電壓比較接近，那么低壓差（,LDO,）線性穩(wěn)壓器可能是較好的選擇，因?yàn)椋?不在電路板上產(chǎn)生噪聲；,元件數(shù)量少；,價格不高。,但,LDO,不能

3、輸出比輸入高的電壓，并產(chǎn)生熱量。,為產(chǎn)生工作電壓，可利用線性調(diào)節(jié)穩(wěn)壓器或開關(guān)穩(wěn)壓器。如,5,使用開關(guān)穩(wěn)壓器：,通常效率更高；,不產(chǎn)生那么多的熱量；,可從任意輸入電壓產(chǎn)生任意輸出電壓；,但開關(guān)穩(wěn)壓器噪聲大，并且元件數(shù)量多。,使用開關(guān)穩(wěn)壓器：,6,另一需要考慮的問題是電池電壓在使用壽命內(nèi)可能會跨越所需要的電路板電壓。,升壓,-,降壓器配置,SEPIC,配置,以串聯(lián)或并聯(lián)的方式安排電池，使電池電壓在整個放電周期中都不再跨越電路板需要的電壓,另一需要考慮的問題是電池電壓在使用壽命內(nèi)可能會跨越所需要的電,7,影響單片機(jī)系統(tǒng)電池供電時間的幾個重要要素：,電池本身電量大小及放電曲線；,單片機(jī)最小系統(tǒng)功耗（包

4、含,EPROM,）；,液晶顯示器功耗；,存儲器功耗；,外圍數(shù)字電路功耗；,外圍模擬電路功耗；,整機(jī)供電電源電壓的高低；,影響單片機(jī)系統(tǒng)電池供電時間的幾個重要要素：,8,在進(jìn)行低功耗嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)時,下面是一些需要考慮的方面,:,充電的可行性,設(shè)備大小的要求,設(shè)備運(yùn)行時間,設(shè)備需要的功率,需要的,I/O,速度要求,真正需要的上拉電阻值,可關(guān)掉的部分,在進(jìn)行低功耗嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)時,下面是一些需要考慮的,9,5.2,常用電壓基準(zhǔn),/,穩(wěn)壓電路的典型應(yīng)用,基準(zhǔn)電壓源是一種用來作為電壓標(biāo)準(zhǔn)的高穩(wěn)定度的電壓源，與普通集成穩(wěn)壓源比較，基準(zhǔn)電壓源的特點(diǎn)是更注重輸出電壓的穩(wěn)定和準(zhǔn)確，而不注重其負(fù)載能力。穩(wěn)壓基準(zhǔn)

5、源使電壓穩(wěn)定度高，不受環(huán)境溫度影響，而又能通過電位器等元件做精細(xì)調(diào)整，可獲得高準(zhǔn)確度的基準(zhǔn)電壓,V,REF,。,基準(zhǔn)源主要有齊納二極管、隱埋齊納二極管和帶隙電壓基準(zhǔn)三種，它們都可以設(shè)計(jì)成兩端并聯(lián)式電路或者三端串聯(lián)式電路。,5.2 常用電壓基準(zhǔn)/穩(wěn)壓電路的典型應(yīng)用 基準(zhǔn)電壓源,10,統(tǒng)設(shè)計(jì)問題和基準(zhǔn)源的選擇：,作為電路設(shè)計(jì)的一個關(guān)鍵因素，電壓基準(zhǔn)源的選擇需要考慮很多方面的問題并做出折衷，如精度、受溫度的影響程度、電流驅(qū)動能力、功率消耗、穩(wěn)定性、噪聲和成本。,功耗,供出和吸入電流,溫漂,噪聲,輸出電壓溫度遲滯,長期穩(wěn)定性,統(tǒng)設(shè)計(jì)問題和基準(zhǔn)源的選擇：作為電路設(shè)計(jì)的一個關(guān)鍵因,11,5.2.1,常用電

6、壓基準(zhǔn),/,穩(wěn)壓的典型應(yīng)用電路,微功耗基準(zhǔn)電壓源,LM385,：,電源電流,15,A,20mA,，即最低可在,15,A,電流下工作；,初始電壓精度,1%,或,2%,，電壓溫度系數(shù)為,30ppm,；,典型動態(tài)阻抗,0.6,，最大,1,；,采用,T092,或,DIP8,封裝；,有相應(yīng)的工業(yè)級、軍品級產(chǎn)品,LM285,、,LM185,5.2.1 常用電壓基準(zhǔn)/穩(wěn)壓的典型應(yīng)用電路 微功耗基準(zhǔn)電,12,（,a,）,LM385,引腳排列,（,b,）,LM385,典型應(yīng)用,圖,5-1,LM385,引腳排列與典型應(yīng)用,嵌入式系統(tǒng)電源器件及電路設(shè)計(jì)課件,13,圖,5-2,可調(diào)輸出,LM385,引腳排列與典型應(yīng)用

7、,嵌入式系統(tǒng)電源器件及電路設(shè)計(jì)課件,14,基準(zhǔn)電壓源,ICL8069,：,共分,4,擋：,ICL8069A,、,ICL8069B,、,ICL8069B,、,ICL8069D,，溫度系數(shù)分別為,10ppm,、,25ppm,、,50ppm,、,100ppm,。,基準(zhǔn)電壓值為,1.235V,，最小值為,1.20V,，最大值為,1.25V,，工作電流范圍為,50,A,5mA,。,穩(wěn)定性好。當(dāng)工作電流在,50,A,5mA,范圍內(nèi)變化時，,V,REF,的最小變化小于,20mV,。,低噪聲。噪聲電壓小于,5,V,（有效值），典型動態(tài)阻抗為,1,。,A,、,B,擋工作溫度范圍為,0,70,，,C,、,D,擋工

8、作溫度為,-55,125,。,基準(zhǔn)電壓源ICL8069：,15,圖,5-3,（,a,）,ICL8096,的典型應(yīng)用電路,圖,5-3,（,b,）,ICL8096,的數(shù)字電壓表中應(yīng)用電路,嵌入式系統(tǒng)電源器件及電路設(shè)計(jì)課件,16,微功耗基準(zhǔn)電壓源,TC04/TC05:,輸出基準(zhǔn)電壓分別為,1.25V,、,2.50V,，允許有,2.5%,的偏差,工作電流范圍分別是,15,A,20mA,、,20,A,20mA,電壓溫度系數(shù)為,50ppm,，動態(tài)阻抗是,1,采用,TO92,、,DIP8,封裝,微功耗基準(zhǔn)電壓源TC04/TC05:,17,圖,5-4,（,a,）,TC04,（,TC05,）的典型應(yīng)用,圖,5-

9、4,（,a,）,TC04,（,TC05,）與,ICL7109,連接電路,18,可調(diào)式基準(zhǔn)電壓源,LM336:,基準(zhǔn)電壓典型值為,2.640V,和,5.000V,，精度,1%,，長期穩(wěn)定性是,20ppm,。,基準(zhǔn)電壓值和電壓溫度系數(shù)可通過外部電路調(diào)整達(dá)到最佳，通常是用精密電位器和兩只硅二極管構(gòu)成溫度補(bǔ)償電路，使其溫度系數(shù)最小。,動態(tài)阻抗低，典型值為,0.25,。工作電流范圍寬，典型為,400,A,10mA,。,由于采用的是并聯(lián)調(diào)整式電路，因此可作為正電壓基準(zhǔn)或負(fù)電壓基準(zhǔn)。,還有相應(yīng)的工業(yè)級、軍品級產(chǎn)品，對應(yīng)型號,LM236,、,LM136,。,可調(diào)式基準(zhǔn)電壓源LM336:,19,圖,5-5,LM

10、336,的典型應(yīng)用,圖,5-6,LM336,構(gòu)成的精密、,低溫度系數(shù)電源電路,嵌入式系統(tǒng)電源器件及電路設(shè)計(jì)課件,20,5.3,DC/DC,變換器及其應(yīng)用,LDO,穩(wěn)壓器可適用于降壓變換，,LOD,根據(jù)負(fù)載電阻的變化情況來調(diào)節(jié)自身的內(nèi)電阻，從而保證穩(wěn)定輸出端的電壓不變。,電荷泵，也稱為開關(guān)電容式電壓變換器能使輸入電壓升高或降低，也可以用于產(chǎn)生負(fù)電壓。其內(nèi)部的,FET,開關(guān)陣列以一定方式控制快速電容器的充電和放電，從而是輸入電壓以一定因素（,0.5,，,2,或,3,）倍增或降低，從而得到所需的輸出電壓。,電感型開關(guān)式,DC-DC,變換器利用了磁場儲能，不論是升壓、降壓或者兩者同時進(jìn)行，都可以實(shí)現(xiàn)最

11、高的電源轉(zhuǎn)換效率。,5.3 DC/DC變換器及其應(yīng)用 LDO穩(wěn)壓器可適用于降壓變,21,圖,5-7,采用,SOT-23,封裝的電荷泵，用于驅(qū)動一個白光,LED,嵌入式系統(tǒng)電源器件及電路設(shè)計(jì)課件,22,圖,5-8,由單格堿性電池供電的升壓,DC-DC,變換器和,LDO,組合模塊,嵌入式系統(tǒng)電源器件及電路設(shè)計(jì)課件,23,圖,5-9,單離子電池應(yīng)用中的,DC-DC,降壓變換器,嵌入式系統(tǒng)電源器件及電路設(shè)計(jì)課件,24,5.3.1 DC/DC,變換器的應(yīng)用舉例,XC6371,系列是一種,PWM,的,DC-DC,變換器，其采用,CMOS,處理和激光光刻技術(shù)制造，具有低功耗和高精確度。,晶體管外擴(kuò)電路的元件

12、僅需,3,個：一個電感器、一個二極管和一個電容，外接的晶體管型號取決于所要求的輸出電流。,工作電壓,0.9V10.0V,；輸出電壓范圍,2.0V7.0V,（,0.1V,步進(jìn)）；輸出電壓精度,2.5%,；可選擇三種震蕩頻率：,50kHz,、,100kHz,和,180kHz,；最大輸出電流：,100mA,（,Vin=3.0V,，,Vout=5.0V,時）；超小型,SOT-89,封裝結(jié)構(gòu)。,5.3.1 DC/DC變換器的應(yīng)用舉例 XC6371系列是一,25,圖,5-10 XC6371,引腳圖,圖,5-11,XC6371A,應(yīng)用電路 圖,5-12,XC6371,應(yīng)用電路,嵌入式系統(tǒng)電源器件及電路設(shè)計(jì)課

13、件,26,5.4,AC/DC,變換器及其典型應(yīng)用,圖,5-13,MAX610611612,器件管腳圖,5.4 AC/DC變換器及其典型應(yīng)用,27,MAX610,系列變換器的主要特點(diǎn)是僅需要外接限流電阻、交流降壓電容和濾波電容，就能將交流,220V,或,110V,變換為直流穩(wěn)壓輸出，無需工頻變壓器，電源轉(zhuǎn)換效率大,80%,，靜態(tài)電流僅,70,A,，輸出阻抗約,0.6,；穩(wěn)態(tài)性能好，固定電壓輸出精度,4%,，電壓調(diào)整率達(dá),0.001%V,，遠(yuǎn)優(yōu)于三端集成穩(wěn)壓器；外部電路簡單，有過欠壓信號輸出，以監(jiān)測,5V,輸出電壓是否過高或過低，可作為外部電路復(fù)位信號等用。,MAX610系列變換器的主要特點(diǎn)是僅需

14、要外接限,28,1.,5V,穩(wěn)壓電源電路,圖,5-14,5V,、,100mA,變換電路,圖,5-15,5V,、,50mA,變換電路 圖,5-16,5V,、,10mA,變換電路,1.5V穩(wěn)壓電源電路,29,2.,輸出電壓可調(diào)電路,圖,5-17,輸出電壓可調(diào)電路,2.輸出電壓可調(diào)電路,30,3.,5V,直流輸入的穩(wěn)壓電源,圖,5-18,直流輸入,5V,穩(wěn)壓電路,圖,5-19,具有電池接反保護(hù)的穩(wěn)壓電源,3.5V直流輸入的穩(wěn)壓電源,31,4.,不間斷,5V,穩(wěn)壓電源,圖,5-20,不間斷,5V,穩(wěn)壓電源,4.不間斷5V穩(wěn)壓電源,32,5.5,其他,電源技術(shù),圖,5-21,標(biāo)準(zhǔn)的線性開關(guān)電源穩(wěn)壓電源,5.5 其他電源技術(shù),33,圖,5-22,6.5V,基準(zhǔn)電源電路,嵌入式系統(tǒng)電源器件及電路設(shè)計(jì)課件,34,圖,5-23 EZ5Z3L-3.0/3.3,管腳圖和典型應(yīng)用,嵌入式系統(tǒng)電源器件及電路設(shè)計(jì)課件,35,