嵌入式系统中电源管理电路的设计与实现

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嵌入式系统中电源管理电路的设计与实现

针对大部分嵌入式系统的电池电源管理问题，设计了一种为嵌入式系统——尤其是应用在手持式和便携式设备的嵌入式系统进行电源管理的单元电路模块。该电源管理电路以MAX8903为核心，具有输入范围宽、体积紧凑、外围电路简单、工作效率较高等优点，可以在嵌入式系统中用来管理电池充电、电源选择、电源检测等，很好地满足了电源管理单元的功能需求。
1 系统简介
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6 Y' ^" C* y, W; b4 i; a电子电路集成工艺的飞速发展使计算机系统体积不断缩小，性能不断地提升，同时移动通信技术的发展让这些计算机系统更加的便携，许多便携式计算机开始使用电池供电。高性能运算通常伴随着高功耗，而电池技术的严重滞后和人们环保意识的增加使得性能和功耗之间的问题越发突出。电源管理技术的出现缓和了两者之间的矛盾，通过有效的电源分配降低系统的整体功耗。电源管理技术在桌上型计算机、服务器上十分常见，然而在嵌入式领域，由于嵌入式系统的开发通常是针对特殊的应用场合，电源管理技术发展相对缓慢。本文以一个完整的嵌入式系统手持终端设备为例，对系统的电源管理电路进行了设计，以ARM为控制中心，内部包含256 MBDDR内存和512 MB NandFlash存储器，提供异步串口、USB、WiFi、AC97、显示等电路单元。充电接口包括USB和交流适配器两种接口，其中交流适配器输出电压范围在5～12 V之间，提供大于1 A的输出电流。
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电源部分主要包括：电池检测电路、电池充电电路、电源智能选择器、DC-DC转换、电源控制电路等。
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) ~7 m# \7 k* B/ |) o! o2 电源管理电路分析

8 \- @& t& D, K  s& I/ i5 o1 s3 d2.1 充电管理芯片介绍
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+ k; g) g" U' `) `2 C  ?5 w6 t8 v充电管理芯片选用MAXIM的MAX8903A，基本特性如下：

(1)4.15 V～16 V的高效DC-DC输入范围，不需要设计散热器，有利于设计体积小的设备；

(2)公用或单独的USB和适配器输入，具有高达2 A(可调)的电流上限；

(3)4 MHz开关频率允许使用微小的外部元件；

(4)立即导通：在没有电池或电池过放电时保持工作；
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$ [% h* a- l5 r+ t( _4 z(5)50 mΩ集成负载开关；

* ^; f- T  h/ `6 D(6)高达16 V的输入OVP(过压保护)；
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(7)热敏电阻监测，热调整功能防止过热；

(8)充电定时器；
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' j# A- I/ ?! ?2 s& g2 ?(9)4 mm×4 mm、28引脚TQFN封装。
3 性能测试数据
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, {( J. l  Z- m) V- u1 s电源管理电路主要指标：充电效率、输出工作电压、充电电流等，电路测试连接如图4所示。


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" o1 M8 Q; F  ^) d图4 电源管理电路测试连接图


3.1 外接电源电压固定

外接电源电压固定时，充电电流和电池电压的数据关系测试数据如表3。图5为测试数据关系示意图。

, q4 ~& V( \) k* E/ {0 U" i表3 外接电源电压固定时的测试数据

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' O4 }! ?4 T' V+ r! O图5 外接电源电压固定时。充电电流和电池电压的关系
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3.2外接电源电压变化
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外接电源电压的变化对应于固定工作电流，其输入电流和电源转换效率的测试数据见表4。图6为测试数据关系示意图。
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表4 外接电源电压变化时的测试数据
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8 |8 H: Z: n$ E  j# D0 d3 V$ k图6 外接电源电压变化时的输入电流和


- K) \1 r9 D- M" L- b以上测试数据反映系统正常工作需要的外接电源需求。

: u% Z0 ?4 a# B2 q. k$ @. r4 结论

1 z- s+ V& P9 G% J( a5 n) C" \( d在嵌入式系统中，电源管理单元是系统必需的重要组成部分。在本系统中，以MAX8903为核心的电源管理电路单元以其输入范围宽、体积紧凑、外围电路简单、工作效率较高等优势，很好地实现了电源管理单元的功能需求。
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