嵌入式系统电源芯片选型与应用

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1、嵌入式系统电源芯片选型与应用来源：维库作者：摘要：对嵌入式系统胡吏用的4类电源芯片-普通线性稳压器、低压差线性稳压器、电容式DC-DC转换器（即电荷泵）、电感式DC-DC转换器-进行了原理介绍和特点分析，提岀了电源芯片选型的原则，最后给出了一个电源设计实例。电源是嵌入式系统中不可缺少的重要组成部分，电源设计的好坏直接决定了系统设计的成败。出现电源设计问题的原因一方面是由于设计者硬件设计经验不足;另一方面是集成稳压芯片品种繁多、手册说明不规范（特别是DC-DC转换器）。电源设计过程中，除了有电压和电流基本要求之外，

2、还需要对效率、噪声、纹波、体积、抗干扰等性能指标有着一定的约束。此外,对于采用电池供电的便携式嵌入式系统的电源来说，还要有电源管理的考虑。1电源技术概述按照调整管的工作状态来分，直流稳压电源可以分为两大类:一类是线性稳压电源；另一类是开关稳压电源［1］。调整管工作在线性状态的称为线性稳压器;调整管工作在开关状态的称为开关型稳压器。线性稳压电源可以细分为两种，一种是普通线性稳压器；另一种是低压差线性稳压器（LowDropOutregulator,LDO）。开关电源稳压器也可以细分为两种，一种是电容式DC-DC转换器

3、，即常说的电荷泵；另一种是电感式DC-DC转换器，即通常所说的DC-DC转换器。1.1线性稳压器在保证输出稳定的前提下,输入电压高出预设输出电压的电压值叫输入/输出电压差。这个参数不仅与稳压器采用的调整管有关，而且与管子的工作状态有关。普通线性稳压器采用的调整管一般是双极型晶体管，管子工作在线性状态，输入输出电压差一般在1〜3V；而低压差线性稳压器采用的管子一般是场效应管，导通电阻在几十〜几百mQ,所以输入输出压降在IV以下，做得比较小的可以达到0IV以下，如美国半导体公司的LP3999和LP3985,最小压差均

4、为006V。妙林隹出壬刍IX腮66H诩女林斷pD的计算公式女口下：其中：Vin为稳压器输入电压；Vout为稳压器输出电压；lout为稳压器输出电流；Iq为稳压器静态电流。PI.VI•VF•,n=―竺一=—乩=竺二x100%vpJ.y(］丄jF八•m*xn▼:灯'*out鼻Q，其中：Vin>Vout>Iout>Iq的含义同式1；Pout为输出功率;Pin为输入功率；Iin为输入电流。根据以上对耗散功率和效率的分析，为了提高效率，必须使输入/输出压差和静态电流尽可能小。如果不考虑负载的话，输入/输出压差是决定效率的关

5、键因素。LDO的工作效率一般在60%〜75%之间，静态电流小的效率会好一些。在忽略LDO静态电流的情况下，可以采用Vout/Vin来估算效率。S1线性稳压器原理图普通线性稳压器的原理图如图1所示，取样电压加在比较器U1的同相输入端，与加在反相输入端的基准电压Uref相比较,两者的差值经放大器U1放大后，控制串联调整管的压降,从而稳定输出电压。当输出电压Uo降低时，基准电压与取样电压的差值增加，比较放大器输出的驱动电流增加，串联调整管压降减小，从而使输出电压升高；若输出电压Uo超过所需要的设定值，比较放大器输出的前

6、驱动电流减小，从而使输出电压降低。在图1中，根据KVL定律可知，UO二Ui-Vce,Vce为管子集电极到发射极的压降，对于普通线性稳压器，这个压降一般为1〜3V,LM7805的输入/输出压差一般在2V以上，当然这个压差是随工作温度和输出电流大小而变化的,不是一个固定值，在选用普通线性稳压器的时候必须满足输入/输出最小压差的要求，否则稳压芯片不能正常工作。如LM7805的输入电压范围是5〜18V,预想输出5V电压，输入电压必须比预期输出5V高出2V,即输入电压必须在7V以上才能保证芯片正常工作。这一点是设计吋需要特

7、别注意的。普通线性稳压器的特点如下：①调整管功耗较大，电源效率低，一般只有45%左右。②体积大，需要占用较大的板子空间。③发热严重，要求较高的场合需要安装散热器。④静态电流较大，一般在mA级。⑤需要外接容量较大的低频滤波电容，增大了电源的体积。普通线性稳压器价格低，静态电流大，效率较低，最小输入/输出电压差较大，只能用于降压且对电源效率和体积没有严格要求的场合，如充电器、实验仪器等。1.1.2低压差线性稳压器低压差线性稳压器的工作原理与普通线性稳压器的原理完全一样，都是通过控制调整管上的压降变化来稳定输出电压。二

8、者的差异在于采用的调整管结构的不同，从而使LDO比普通线性稳压器压差更小，功耗更低。需要说明的是，实际的线性稳压器还应当具有许多其他的功能，比如负载短路保护、过压关断、过热关断、反接保护等,很多芯片的调整管采用MOSFETo当用在降压并且输入/输出电压很接近的场合，选用LDO稳压器是一种不错的选择，根据上文线性稳压器效率的分析可知，当输入/输出压差较小时，LDO可以达到较