嵌入式系統(tǒng)中電源管理電路的設(shè)計與實現(xiàn)

針對大部分嵌入式系統(tǒng)的電池電源管理問題，設(shè)計了一種為嵌入式系統(tǒng)——尤其是應(yīng)用在手持式和便攜式設(shè)備的嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行電源管理的單元電路模塊。該電源管理電路以MAX8903為核心，具有輸入范圍寬、體積緊湊、外圍電路簡單、工作效率較高等優(yōu)點，可以在嵌入式系統(tǒng)中用來管理電池充電、電源選擇、電源檢測等，很好地滿足了電源管理單元的功能需求。

1系統(tǒng)簡介

電子電路集成工藝的飛速發(fā)展使計算機系統(tǒng)體積不斷縮小，性能不斷地提升，同時移動通信技術(shù)的發(fā)展讓這些計算機系統(tǒng)更加的便攜，許多便攜式計算機開始使用電池供電。高性能運算通常伴隨著高功耗，而電池技術(shù)的嚴(yán)重滯后和人們環(huán)保意識的增加使得性能和功耗之間的問題越發(fā)突出。電源管理技術(shù)的出現(xiàn)緩和了兩者之間的矛盾，通過有效的電源分配降低系統(tǒng)的整體功耗。電源管理技術(shù)在桌上型計算機、服務(wù)器上十分常見，然而在嵌入式領(lǐng)域，由于嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)通常是針對特殊的應(yīng)用場合，電源管理技術(shù)發(fā)展相對緩慢。本文以一個完整的嵌入式系統(tǒng)手持終端設(shè)備為例，對系統(tǒng)的電源管理電路進(jìn)行了設(shè)計，以ARM為控制中心，內(nèi)部包含256 MBDDR內(nèi)存和512 MB NandFlash存儲器，提供異步串口、USB、WiFi、AC97、顯示等電路單元。充電接口包括USB和交流適配器兩種接口，其中交流適配器輸出電壓范圍在5～12 V之間，提供大于1 A的輸出電流。

電源部分主要包括：電池檢測電路、電池充電電路、電源智能選擇器、DC-DC轉(zhuǎn)換、電源控制電路等。

2電源管理電路分析

2.1充電管理芯片介紹

充電管理芯片選用MAXIM的MAX8903A，基本特性如下：

（1）4.15 V～16 V的高效DC-DC輸入范圍，不需要設(shè)計散熱器，有利于設(shè)計體積小的設(shè)備；

（2）公用或單獨的USB和適配器輸入，具有高達(dá)2 A（可調(diào)）的電流上限；

（3）4 MHz開關(guān)頻率允許使用微小的外部元件；

（4）立即導(dǎo)通：在沒有電池或電池過放電時保持工作；

（5）50 mΩ集成負(fù)載開關(guān)；

（6）高達(dá)16 V的輸入OVP（過壓保護(hù)）；

（7）熱敏電阻監(jiān)測，熱調(diào)整功能防止過熱；

（8）充電定時器；

（9）4 mm×4 mm、28引腳TQFN封裝。

2.2電源管理電路分析

系統(tǒng)接成雙輸入外接電源模式（交流適配器和USB）。連接交流適配器時，芯片通過內(nèi)部高效的DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器，單獨或同時提供系統(tǒng)工作電源和電池充電電源。當(dāng)連接USB外接電源時，充電電流限制小于500 mA，系統(tǒng)負(fù)載電源大于USB供電能力時，不足部分由電池電量提供補充。智能電源選擇器在外接電源和電池之間實現(xiàn)自動切換，保證系統(tǒng)的不間斷供電。外接電源檢測和充電檢測連接CPU的GPIO端口用于系統(tǒng)監(jiān)控電源狀態(tài)。

外接電源以交流適配器為主，不推薦使用USB連接，原因是USB供電能力有限，在系統(tǒng)工作狀態(tài)下，完成充電需要相當(dāng)長的時間。

電源管理電路框圖如圖1所示。


圖1電源管理電路框圖

系統(tǒng)電源管理部分電路原理圖如圖2所示。


圖2電源管理部分電路原理圖