電源低功耗設(shè)計(jì)及應(yīng)用

人類的經(jīng)濟(jì)活動已經(jīng)到了工業(yè)經(jīng)濟(jì)時代，并正在轉(zhuǎn)入高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展的時期，“綠色”“低碳”已成為當(dāng)今時代發(fā)展的主旋律，當(dāng)然，電子系統(tǒng)也不會例外，它將順應(yīng)著“綠色”、“環(huán)?！?、“高效”、“節(jié)能”這一主流趨勢，在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)處理速度越來越快，數(shù)據(jù)流量和存儲空間越來越大，系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性越來越高，而電子設(shè)備體積不斷減小，集成度不斷增高，功耗不斷降低。
電源低功耗的發(fā)展趨勢。
①綠色化、小型化。低功耗、低污染、低電流、高效率、高集成已成為現(xiàn)代電源技術(shù)的主流，電源技術(shù)的發(fā)展同時也依賴于電子元器件和集成電路的發(fā)展。
②數(shù)字化、多元化。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展和成熟，現(xiàn)代電源更多地向數(shù)字化方向發(fā)展。采用數(shù)字技術(shù)可減小電源高頻諧波干擾和非線性失真，同時便于CPU數(shù)字化控制。 現(xiàn)代電源具備良好的EMC特性，自身產(chǎn)生的高頻諧波功率逐漸減小，降低了對環(huán)境的“污染”，同時增強(qiáng)了電源本身抗干擾性能。
③模塊化、智能化。電源技術(shù)模塊化包括功率單元模塊化和輸出單元模塊化。新型開關(guān)電源將其功率開關(guān)管和各種輸出保護(hù)模塊集成在一起，使開關(guān)電源的體積進(jìn)一步縮小。輸出穩(wěn)壓電路模塊化，使電源在實(shí)際應(yīng)用中更加靈活、方便、智能。
低功耗集成電路圖
LM7805為固定+5V輸出穩(wěn)壓集成電路(采取特殊方法也可使輸出高于5V)，最大輸出電流為1A，標(biāo)準(zhǔn)封裝形式有TO-220、TO-263。78和79系列集成電路應(yīng)用相對固定，電路形式簡單，只是正負(fù)直流電壓輸出時應(yīng)注意變壓器最小輸出功
率和最小輸出電壓，如圖1所示

根據(jù)能量守恒原則，在理想狀態(tài)下電源輸入輸出功率相等。在實(shí)際中，考慮銅損和其他元器件的損耗，電源的輸出功率小于輸入功率。78系列和79系列穩(wěn)壓前后直流電壓差為2～3V。由于為正負(fù)雙電源輸出，穩(wěn)壓前后直流電壓差應(yīng)為5～6V。 LM1085是一款典型的低壓差線性穩(wěn)壓集成電路，輸入輸出電壓差低至1．5V，輸出電流可達(dá)3A。LM1085可以固定輸出3．3V、5V、12V，也可通過引腳外圍電阻設(shè)置調(diào)整輸出，輸出調(diào)整范圍為1．2～15V。LM1085-3．3、LM1085-5、LM1085-12為三款低壓差(LDO)固定輸出集成電路，固定輸出分別是3．3V、5V、12V，固定輸出方式硬件電路簡單，用法也相對固定，同78系列基本相同。封裝形式有TO-220、TO-263，如圖2和圖圖3所示

LM1085-ADJ為輸出電壓可調(diào)節(jié)低壓差集成電路，輸出調(diào)整范圍為1．2～15V，可以通過調(diào)節(jié)R1和R2阻值比值的大小確定輸出電壓，如圖4所示。

LM1117也是一款低壓差集成電路，可固定輸出電壓也可調(diào)節(jié)輸出電壓，輸出電壓范圍為1．5～15V，封裝形式和用法LM1085基本相同。電源低功耗設(shè)計(jì)：
一、降低功耗從MCU選型開始，一開始選型的時候就應(yīng)該考慮選擇低功耗的MCU比如MSP430一類的為低功耗設(shè)計(jì)的CPU。強(qiáng)烈不建議使用51一方面是因?yàn)?1速度慢，另外一方面是因?yàn)?1的IO是有上拉電阻的，雖然當(dāng)IO為高電平是上拉電阻不費(fèi)電，但是下拉電流的時候卻也有不小的功耗產(chǎn)生。還有一點(diǎn)就是51的運(yùn)算速度實(shí)在是太慢了——很多運(yùn)算用51都需要很高的主頻而主頻高了就意味著高的功耗。
二、選擇器件用電電壓，很明顯降低器件的用電電壓能夠明顯的降低器件的耗電比如說ATmega8和ATmega88雖然芯片大致內(nèi)部結(jié)構(gòu)一致但是后者可以工作在1.8V的超低電壓下而前者就不行綜合考慮下當(dāng)然還是選擇后者。
三、盡量降低器件的工作頻率，大家都知道CMOS電路的工作電流主要來此于開關(guān)轉(zhuǎn)換時對后一級輸入端的電容充放電，如果能夠降低MCU的工作頻率自然耗電也就下來了要知道當(dāng)AVR工作在32.768Hz時和工作在20Mhz時的工作電流差異可不是一般的小啊。
四、盡量使用中斷讓處理器進(jìn)入更深的睡眠，眾所周知睡眠模式和掉電模式能夠大大的降低MCU的工作電流，聰明的單片機(jī)設(shè)計(jì)師能夠充分的利用MCU的中斷功能讓MCU周期性的工作和睡眠從而大大的降低MCU的工作電流。
五、盡量關(guān)閉MCU內(nèi)部不用的資源——這個嗎地球人都知道的好處，我說這個有點(diǎn)像廢話一樣，不用的東西你干嗎開著呢比如ATmega8內(nèi)部的模擬比較器，默認(rèn)是開著的還有ATmega88內(nèi)部的大多數(shù)資源都可以在不用的時候用軟件關(guān)閉。
六、盡量使用VMOS做為外部功率擴(kuò)展器件，道理很簡單VMOS驅(qū)動的時候是電壓行器件驅(qū)動是幾乎不產(chǎn)生功耗，要比普通的晶體管省電多了而且由于VMOS的導(dǎo)通內(nèi)阻低通常只有幾十個毫歐，在小電流的時候器件自身發(fā)熱也小，尤其是小電流是效率遠(yuǎn)比傳統(tǒng)晶體管要高的多的多這里還是建議使用高速VMOS，因?yàn)楦咚賄MOS在開關(guān)速度相當(dāng)高的PWM時效率會更高。
七、片外IC的電源最好都能由MCU的IO控制比如說我們常用的24C02，由于它是掉電記憶的，所以我們完全可以在它不工作的時候?qū)λP(guān)電源以節(jié)約電流還有比如說我們常用的6116的SRAM我們完全可以用單片機(jī)來控制它的片選端口來控制它的工作與休眠從而節(jié)約電流。
八、這招也是最毒辣的一招通常我們驅(qū)動一些LED器件，完全可以通過PWM來控制從而省略限流電阻，要知道當(dāng)器件選定后它的內(nèi)阻也就已經(jīng)確定，而當(dāng)電源電壓也確定的時候，就可以通過占空比來確定器件上的電壓從而節(jié)約了限流電阻同時也就節(jié)約了限流電阻上面的功耗，如果用戶使用的是電池，我們完全還可以不定期的對電池電壓進(jìn)行檢測然后改變占空比，從而恒定負(fù)載上面的電壓，達(dá)到電源的最大利用率。