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电池基电源管理系统设计
发布时间:2016-09-18 阅读：次 [打印文章] [关闭窗口]
电压稳压器与电池的匹配
电池输出连接到电压稳压器IC的输入，电压稳压器系统负载提供稳定的电压。稳压器芯片在电池电压下降时能使电池基系统工作正常。
有3种电压稳压IC拓扑用于电池基系统：开关模式，低压降(LDO)和电荷泵。没有单个电压稳压器IC拓扑适合所有电池基应用。因此，对具体的应用应选择合适的电压稳压器拓扑。
开关稳压器
开关稳压器IC接收dc输入并用脉宽调制(PWM)来控制功率半导体开关(通常是功率MOSFET)的导通和截止时间。然后大功率电感贴片电感器，整流和滤波开关输出，从而提供dc输出电压。dc输出部分与稳压的基准电压进行比较，而任何相应的误差信号导致PWM电路来保持恒定的输出电压。
图1示出通常用于便携系统电压稳压的一个简化、隔离开关电源。此电源是隔离的，这是因为从输入到输出无直通的dc通路，图中的变压器提供隔工字电感离。开关电源也可以是非隔离式的，这意味着输入和输出间存在直通的通路。开关稳压器的效率是一个重要的特性，特别是对于电池基系统而言更是这样。对效率有主要影响的是相关的功率半导体开关，它的导通电阻、工作电流和开关速度决定效率。
影响效率的另一因素是输出整流器配置。一些电压稳压器IC采用外部肖特基整流器。应由快速开关功率MOSFET构成的同步整流器(图2)替代肖特整流器，这可改善效率。
现在开关稳压器IC工作在100KHz~2MHz，这会产生影响效率的另外因素变压器电感器。稳压器所采用的磁元件(电感器和变压器 )在开关频率必须有最小的功耗。更快的开关频率考虑采用物理尺寸更小的外部元件，较高的开关频率可导致较大的磁芯材料损耗。LDO稳压器
LDO稳压器(图3)是线性IC，其主要元件是功率半导体和差分放大器(误差放大器)。差分放大器的一个输入监控输出比率。差分放大器的第2个输入来自稳定的电压基准。若输出电压相对基准电压趋向于升高，则加到功率半导体的驱动改变，以保持恒定输出电压。
LDO借助输入和输出电压之间的差，使IC稳定输出电压。LDO调整输出电压直到它的输入和输出接近于相互之间电压降为止。理想的电压降应尽可能的低，以使功耗最小和效率最高。
LDO稳压器的压降决定最低可用电源电压。对于标定的3~5.5V输入可标定LDO提供3.3V输出。在150mA，100mV压降正在变得更标准化。
现有的LDO稳压器可提供可调或固定输出电压。固定输出型LDO的输出电贴片电感器压变化为±2%~±6%，通常提供1~5V范围的输出。可调LDO稳压器允许设计人员采用外部电阻器来设置输出电压。
输出噪声是LDO稳压器需考虑的另一问题。通常在宽范围内额定指标是微伏rms。例如，一个LDO稳压器在1~100KHz 范围可产生100mVrms。
电荷泵
电荷泵(开关电容器)IC提供dc-dc电压变换，是用开关网络充电和放电一个或多个电容器。开关网络在电容器的充电和放电状态之间触发。
如图4所示，电容器C1穿梭充电，电容器C2保持电荷和滤波输出电压。
基本的电荷泵缺乏稳压，通常要增加线性稳压或电荷泵调制。线性稳压具有最低的输出噪声，所以能提供较好的性能。电荷泵调制(控制开关电阻)对于给定的裸片大小(或成本)能提供额外输出电流，因为稳压器IC不需要包含串联通路晶体管。
电荷泵的主要优点是消除了与电感器或变压器有关的磁场和EMI。存在的一个可能的EMI源是在输入源或另外电容器连接不同电压时，高充电电流流到电容器C1。稳定的电荷泵降压效率大于LDO，但小于电感开关稳压器。另外，电荷泵所需空间较小。
选择正确的稳压器拓扑合适的电压稳压器拓扑选择从来自电池的输入电压和负载所需的电压和电流着手。在已知这些参数后，就可开始选择最佳电压稳压器IC的进程。
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