浅谈嵌入式系统电源芯片选型与应用(2)

2019-09-01 15:11

需要的外围元件多,电路设计比较繁琐,特别是输出可调的开关电源,需要计算分压电阻、电感、滤波电容的取值。当然也有一些公司的开关稳压芯片外围电路非常简单,只需要一个电感器、一个输入滤波电容、一个输出滤波电容即可,如TI的芯片。

成本相对较高。国外一些厂商的高效率DC-DC批量的价格在2美元以上,零售价一般在20元左右。

电感式DC-DC适用于输出电流较大、要求较高效率的电池供电场合。 各类芯片的优缺点比较 表14种电源芯片的比较

选择电源芯片需要遵循的原则

明确输入电压(或范围)和输出电压,根据输入输出的大小关系决定选择降压、升压或升降压芯片。如果是降压,则可以选择线性稳压器、电容式DC-DC(即电荷泵)或降压DC-DC(当然升/降压DC-DC也可以,考虑到性价比没有必要这样选);如果是升压或者升/降压,则只能选择DC-DC转换器(电容式或者电感式升压DC-DC)。

如果是降压,考虑效率,需要计算输入与输出之间的压差。若这个压差很小(远远小于1 V),则可以考虑选择低压差线性稳压器(LDO);若这个压差在1 V以上,追求更低成本则可以选用普通线性稳压器。

在线性稳压器和DC-DC稳压器都可以的情况下,若把转换效率放在第一位,则可以选择DC-DC稳压器;若对价格限制得很严格,并且要求较小的纹波和噪声,则可以考虑选用线性稳压器。

在使用电池供电时,若要求较长的电池使用时间,需要优先考虑效率,无论是升压、降压、升/降压都可以选用DC-DC转换器。为获得较高的效率,此时需要参照DC-DC转换器芯

片手册里边的效率随负载电流变化曲线,要根据负载电流选择合适的DC-DC转换器,确保稳压器达到较高的效率。

为保证电池供电系统电源负荷变化较大应用的效率,最好选择 PFM/PWM自动切换控制式的 DC-DC变换器。PWM的特点是噪音低、满负载时效率高且能工作在连续导电模式,PFM具有静态功耗小,在低负荷时可改进稳压器的效率。当系统在重负荷时由PWM控制,在低负荷时自动切换到PFM控制,这样能够兼顾轻重负载的效率。在备有待机模式的系统中,采用PFM/PWM切换控制的DC-DC稳压器能够得到较高效率。这样的电源芯片有TPS62110/62111/62112/62113、MAX1705/1706、NCP1523/1530/1550等。

不要“大牛拉小车”或“小牛拉大车”。选用电源芯片时为保证电源的使用寿命,需要留有一定的裕量,较合适的工作电流为电源芯片最大输出电流的70%~90%。如果用一个能输出大电流的稳压块来带动一个小电流的负载,虽然说驱动能力没有问题,但是可能会带来两个问题,一方面成本会提高;另一方面选用DC-DC转换器时效率可能会非常低,因为一般的DC-DC在输出电流非常小或者非常大的时候效率都比较低。当使用线性稳压器(特别是普通线性稳压器)的时候,输出电流要尽量留出较多的裕量,因为线性稳压器的压降都消耗在稳压芯片上了,过大的负载电流会造成较为严重的发热。

对于电池供电的系统,静态电流和效率是需要重点关注的参数,因为这直接关系到电池的使用寿命。静态电流是与负载电流大小几乎无关的消耗,越小越好。效率是能够转为有效利用能量多少的量度,同样容量大小的电池,电源的效率越高,静态电流越小,电池的使用时间就越长。

输出电流大时应采用降压式 DC-DC变换器。便携式电子产品大部分工作电流在300 mA以下,并且大部分采用AA镍镉、镍氢电池,若采用 1~2节电池,升压到3.3 V或5 V并要求输出500 mA以上电流时,电池寿命不长或两次充电间隔时间太短,使用不便。这时采用降压式DC-DC变换器,其效率与升压式差不多,但电池充电间隔时间要长得多。 需要负电源时尽量采用电荷泵。便携式仪器中往往需要负电源,由于所需电流不大,采用电荷泵组成电压反转电路最为简单,若要求噪声小或要求输出稳压时,可采用带 LDO线性稳压器的电荷泵芯片。如MAX1720,可以输出50 mA的电流,关断电流只有0.4 μA,输出负压的绝对值小于输入电压,在此范围内可以外加分压电阻进行调节。MAX868输出电流为30 mA,0.1 μA关断电流,30 μA静态电流,具有可调的输出范围(0~2Vin),具有电源关断控制引脚和450 kHz的开关频率??

从电路设计的复杂程度来说,LDO的设计最简单,电荷泵次之,电感式DC-DC最为复杂。一般来说,LDO(固定输出版本)的设计只需要外接2个陶瓷电容器即可;电荷泵一般需要

3~4个电容;电感式DC-DC的设计需要计算电感值、分压电阻值、输入输出电容的值等,需要的外围元器件最多,为PCB布局、走线、焊接、调试增加了难度。

方便进行电源管理。为满足便携式系统节能的要求,在为便携式系统选择电源芯片时注重选择具有关断控制管脚的芯片。这里需要采取分区供电的方式,在不需要使用这些某些外设时,方便把该部分外设的电源关掉,从而达到节能的目的。


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