中心議題：

• 便攜嵌入式係統的電源管理方案

解決方案：

• 為電源電路規定具體的功能和架構模塊
• 采取充分的措施檢測電池狀態
• 為電源電路增加軟件智能。軟件控製的一些基本功能包括

圖：典型便攜嵌入式係統的電源管理方案。

對dui於yu電dian池chi供gong電dian的de便bian攜xie設she備bei而er言yan，除chu了le需xu要yao突tu破po處chu理li能neng力li的de限xian製zhi外wai，便bian攜xie式shi係xi統tong電dian源yuan的de性xing能neng也ye需xu要yao不bu斷duan改gai進jin。本ben文wen探tan討tao便bian攜xie嵌qian入ru式shi係xi統tong電dian源yuan設she計ji的de注zhu意yi事shi項xiang以yi及ji設she計ji中zhong應ying遵zun循xun的de準zhun則ze。這zhe些xie原yuan則ze對dui任ren何he具ju有you強qiang大da功gong能neng且qie必bi須xu以yi電dian池chi供gong電dian的de便bian攜xie嵌qian入ru式shi係xi統tong電dian源yuan設she計ji都dou是shi有you幫bang助zhu的de。根gen據ju本ben文wen描miao述shu的de構gou造zao模mo塊kuai
，讀du者zhe可ke以yi為wei特te定ding設she計ji選xuan擇ze合he適shi的de器qi件jian以yi及ji設she計ji策ce略lve。

電源管理單元

為(wei)電(dian)源(yuan)電(dian)路(lu)規(gui)定(ding)具(ju)體(ti)的(de)功(gong)能(neng)和(he)架(jia)構(gou)模(mo)塊(kuai)並(bing)非(fei)微(wei)不(bu)足(zu)道(dao)，這(zhe)些(xie)工(gong)作(zuo)直(zhi)接(jie)影(ying)響(xiang)到(dao)電(dian)池(chi)供(gong)電(dian)係(xi)統(tong)的(de)工(gong)作(zuo)時(shi)間(jian)。電(dian)源(yuan)係(xi)統(tong)架(jia)構(gou)會(hui)因(yin)嵌(qian)入(ru)式(shi)產(chan)品(pin)和(he)應(ying)用(yong)領(ling)域(yu)的(de)不(bu)同(tong)而(er)各(ge)異(yi)。

xiamianwomenfenbiedingyituzhongmeigezuchengbufendeyaoqiu。jiashegaichanpinyoudianchizuhuowaijiedianyuangongdian。dianyuanlujingkongzhiqidegongnengshidangyouduogedianyuanshi
，fuzeqiehuanzhiheshidedianyuan。zaimouxieshejizhongkenengxuyaokaolvbaokuoxinxingdeUSB和以太網供電（PoE）等供電方式。

電池保護電路保護電池免受過壓、欠壓、過熱、過流及其它異常狀況的損壞
；專門的電池充電電路應在一旦有其它供電來源的情況就對電池進行充電；電量計電路連續監測電池電量狀況，並為用戶和電源管理軟件提供電池狀態信息。

係統可能需要多個DC-DC功率變換器。例如開關電源（SMPS）、LDO穩壓器
、電荷泵等。這些不同的變換器用於產品設計內所有可能的輸入電源和所需的不同電壓。

數字接口或硬件按鈕控製器負責開啟和關閉係統——youshiyechengruanqidong。zaiyixiezuijintuichudegonglvbianhuanqizhong，shuzijiekouyekebeiyonglaiweitiaogezhongbianhuanqichanshengdeshuchudianya。zaijuyougonghaoyishidedianyuanshejizhong，zhezhongweitiaoshibixude。
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高效電源的標準

zaiqianrushiyingyongzhong
，dianyuanxiaolvbingbuxianyuchuantongdexitongshuchugonglvyuxitongshurugonglvzhibizheyangyigedingyi。zaiqianrushixitong
，gaoxiaodianyuanfanganyingmanzuyixiabiaozhun：
1.采用電池供電時，設備可長時間工作；
2.延長電池壽命（充放電次數）
；
3.限製元器件和電池本身的溫升；
4.提供集成軟件智能，以使效率最大化。

事實上，沒有單一的指導方針可以最大化電源方案的效率。不過，設計人員在開發電源係統時會考慮以下幾點：電池壽命（充放電次數）取決於電池的充電特性；對鋰離子電池來說，製造商通常建議遵循最優充電電流（恒流模式）和終止/預充電電流值。當設計充電器電路時，必須嚴格遵守這些規範。

電池管理

對於消費類電子產品
，電池保護必須被視為基本特性

，因為它與用戶的人身安全息息相關。必須采取充分的措施檢測電池的過壓
、欠壓和溫度；必須選用諸如溫變電阻等合適的器件來確保無論在任何異常條件下，都能自動限製電流的大小；必須使用電量計。除了正常電量檢測功能外
，它還能確保電池安全。大部分電量計安裝於電池上
，可用於檢測電池溫度
、放電電流等。

對於電源路徑控製器，一個經常被忽略的問題是：當(dang)從(cong)一(yi)個(ge)電(dian)源(yuan)切(qie)換(huan)到(dao)另(ling)一(yi)個(ge)時(shi)，無(wu)論(lun)時(shi)間(jian)多(duo)短(duan)，都(dou)不(bu)能(neng)在(zai)兩(liang)者(zhe)間(jian)形(xing)成(cheng)回(hui)路(lu)。這(zhe)可(ke)能(neng)需(xu)要(yao)額(e)外(wai)的(de)反(fan)向(xiang)連(lian)接(jie)二(er)極(ji)管(guan)或(huo)開(kai)關(guan)。同(tong)樣(yang)
，當(dang)采(cai)用(yong)其(qi)中(zhong)一(yi)個(ge)電(dian)源(yuan)供(gong)電(dian)時(shi)，該(gai)電(dian)源(yuan)的(de)電(dian)壓(ya)不(bu)應(ying)通(tong)到(dao)另(ling)一(yi)個(ge)電(dian)源(yuan)的(de)輸(shu)入(ru)端(duan)。

youyucunzaihenduokeyongdegonglvbianhuanqituopujiegou，suoyizhengquexuanzedianyuanbianhuanqibingfeiyishi。yibanlaishuo，zaixuqiugaoxiaolvhedashuchudianliudechanghe，bixubimianshiyongxianxingwenyaqi。

在采用開關電源的場合，設計人員應確保采用適當的拓撲（降壓、升壓
、降壓-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，這有助於延長設備的工作時間。

對(dui)於(yu)降(jiang)壓(ya)變(bian)換(huan)器(qi)而(er)言(yan)，同(tong)步(bu)變(bian)換(huan)器(qi)通(tong)常(chang)具(ju)有(you)比(bi)異(yi)步(bu)變(bian)換(huan)器(qi)更(geng)高(gao)的(de)效(xiao)率(lv)。不(bu)過(guo)
，這(zhe)種(zhong)架(jia)構(gou)選(xuan)擇(ze)在(zai)很(hen)大(da)程(cheng)度(du)上(shang)取(qu)決(jue)於(yu)該(gai)變(bian)換(huan)器(qi)工(gong)作(zuo)狀(zhuang)態(tai)下(xia)所(suo)需(xu)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)以(yi)及(ji)占(zhan)空(kong)比(bi)。因(yin)此(ci)，采(cai)用(yong)同(tong)步(bu)變(bian)換(huan)器(qi)所(suo)帶(dai)來(lai)的(de)少(shao)許(xu)效(xiao)率(lv)提(ti)升(sheng)並(bing)不(bu)足(zu)以(yi)彌(mi)補(bu)所(suo)增(zeng)加(jia)的(de)成(cheng)本(ben)。

用(yong)於(yu)濾(lv)除(chu)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)輸(shu)出(chu)紋(wen)波(bo)的(de)電(dian)感(gan)種(zhong)類(lei)的(de)不(bu)同(tong)通(tong)常(chang)會(hui)對(dui)變(bian)換(huan)器(qi)效(xiao)率(lv)有(you)不(bu)同(tong)影(ying)響(xiang)。在(zai)各(ge)種(zhong)電(dian)感(gan)選(xuan)擇(ze)中(zhong)，低(di)直(zhi)流(liu)阻(zu)抗(kang)及(ji)在(zai)工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)下(xia)具(ju)有(you)低(di)磁(ci)損(sun)耗(hao)的(de)電(dian)感(gan)是(shi)首(shou)選(xuan)。

熱設計應與電氣設計須夷不離。各個IC或無源器件的封裝必須要能處理其正常工作狀態下的發熱問題。許多芯片製造商建議采用帶過孔的熱焊盤，並在PCB上采用大焊盤來更好地散熱。緊湊型嵌入式產品通常沒有添加風扇的空間，但必須考慮到PCB上的通風通道以及足夠的散熱措施。

電(dian)源(yuan)設(she)計(ji)往(wang)往(wang)被(bei)當(dang)作(zuo)純(chun)粹(cui)的(de)硬(ying)件(jian)設(she)計(ji)。但(dan)是(shi)
，為(wei)了(le)得(de)到(dao)高(gao)效(xiao)的(de)電(dian)源(yuan)方(fang)案(an)，設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)需(xu)要(yao)為(wei)電(dian)源(yuan)電(dian)路(lu)增(zeng)加(jia)軟(ruan)件(jian)智(zhi)能(neng)。軟(ruan)件(jian)控(kong)製(zhi)的(de)一(yi)些(xie)基(ji)本(ben)功(gong)能(neng)包(bao)括(kuo)，檢(jian)測(ce)由(you)電(dian)源(yuan)路(lu)徑(jing)開(kai)關(guan)選(xuan)擇(ze)的(de)是(shi)哪(na)種(zhong)電(dian)源(yuan)
；在電池供電時，對不需要的電路減少供電電流。

更精妙的電源管理軟件還會包括其它參量，例如：係統運行的應用種類
、最低外設要求、最慢時鍾頻率以及運行此應用所需的最低電壓

，並據此相應地控製電源輸出、時鍾發生器和接口IC的狀態。

遵循上述經驗規則可以顯著提高便攜式設備的電源性能。例如，一款典型的30W多輸出電源方案的整體效率可高達85到90%。目前已多家集成電路製造商可提供一係列高集成度IC，jubeishangshugezhonggongneng。genjubutongdianyuanyaoqiu
，yixieyingyongkenengxuyaodanxinpianfangan
，erlingyixiezekenengcaiyongfenlimokuai。bijing，zaijingzhengjiliedeqianrushichanpinshichang，dianchishoumingheshebeigongzuoshijianshiyingxiangmaifangxuanzedeguanjianyinsu。