嵌入式技术及应用-6g.ppt

嵌入式技术及其应用 嵌入式系统的电源 电源是嵌入式系统的重要组成部分，性能良好的嵌入式系统电源是在系统设计过程中占有非常重要的地位。随着嵌入式系统应用的日益广泛，嵌入式系统对电源的要求已经不仅仅局限在如何满足系统要求，而是如何在满足嵌入式系统要求的基础上，尽可能延长电源寿命，最大限度的延长工作时间，故嵌入式系统的低功耗开发就如同嵌入式系统电源技术一样，成为嵌入式应用发展的另外一个关键技术，也在近几年成为嵌入式系统的设计中普遍关注的难点与热点。 嵌入式系统的电源系统之组成 具有独立结构和功能的嵌入式系,其电源系统通常包含以下4个子系统： （1）电源稳定子系统； （2）电源管理子系统； （3）充电管理子系统； （4）电源保护子系统。 电源稳定子系统的作用是保证在负载变化和电源电压波动时，为系统提供稳定的供电电压和电流输出，是嵌入式系统电源中最重要的一个子系统。根据不同的工作原理，电源稳定子系统可以大致分为3种类型： （1）线性稳压电源； （2）开关稳压电源； （3）电荷泵电源; 电源稳定子系统 --线性稳压电源 电源调整管工作在线性范围，且输出电流要流过调整管的集电极和发射极，因而输入电压至少要高于调整管的Uces，也就是调整管的饱和结压降。当输出电流较大时，带来的损耗较大 。 线性稳压电源优点 技术成熟； 静态电流小； 纹波小； 输出噪声低； 近年来开发出各种低压差线性稳压器 VLDO 集成稳压电源芯片克服了普通线性稳压电源的缺点，其指标可达到输出100mA电流时，其压差在100mV 左右的水平，某些小电流的低压差线性稳压器其压差仅几十毫伏。 DSP 和 ARM 处理器需要的核心电压和外围设备工作电压不同，多在 1.2V 左右，因而在使用镍氢、镍镉或者普通电池时，非低压差 LDO 由于其内部调整管的结压降要求，不能满足工作条件。采用低压差 LDO 则可以避免这个问题。 开关稳压电源 开关型稳压电源的发展依赖于半导体器件和磁性材料的发展。随着电子工业的发展，高频率、高耐压、大功率开关晶体管问世。70 年代以来，无工频电源变压器的开关型稳压电源在世界个工业化国家中已经普遍成为商品，电路可直接从电网整流供电。 在便携式电子产品中，开关稳压电源则主要指 DC/DC 变换器。按照调整管与负载的连接方式不同，开关稳压电源可以分为串联型和并联型两种。按照稳压的控制方式可以分为脉冲宽度调制型（PWM）、脉冲频率调制型（PFM）和混合型。 开关稳压电源原理 开关稳压电源电路的换能电路将输入的直流电压转换成脉冲电压，再将脉冲电压经过LC滤波网络转换成直流电压， 开关管导通和截止时的等效电路 开关电源改变输出电压的方法 脉冲频率控制法，即保持开关导通时间不变，改变开关转换周期T来调节输出电压 Uo； 脉冲宽度控制法，即保持开关转换周期T不变，改变开关导通持续时间来调节输出电压 Uo； 混合法，即同时改变开关转换周期 T 和开关导通持续时间，以调节输出电压 Uo，便输出电压保持稳定。 电路中的电感 L 其电感量必须足够大，如果在 Ton 期间其储能不足，那么在 Toff还未结束时就已经耗尽能量，导致输出电压为零，这是绝对不允许出现的。同时为了使输出电压的交流分量足够小，电容 C 的取值要足够大。也就是说，只有在电感 L 和电容 C 足够大时，输出电压和负载电流才连续，L 和 C 越大输出波形越平滑。由于开关管和滤波网络轮流提供输出能量，因而开关电路的脉动直流分量较大。 开关稳压电源的优点和缺点 功耗小，效率高 ； 体积小，重量轻 ； 滤波效率高 ； 存在较为严重的开关干扰； 共用地线，底板可能带电； DC/DC变换器 （1）本振－用于产生矩形波。 （2）PWM控制－用于调整矩形波的占空比。 （3）分压电路－用于对输出电压进行采样。 （4）误差放大器－用于对实际输出电压与理想输出电压之间的误差进行放大。 （5）参考电压－提供误差比较基准。 MAX1684的典型电路 电源管理子系统是为了实现嵌入式系统低功耗而产生的用于控制电源动作的控制管理单元。 通过电源控制子系统，可以以编程或随机的方式控制电源的各种行为，如： （1）上电； （2）空闲； （3）断电； （4）睡眠； （5）频率与电压缩放。 充电管理 电池是嵌入式系统中常用的电源。随着嵌入式技术的发展，各种电池供电系统的需求量呈直线上升趋势。因而，针对电池的电源管理系统的设计技术得到了大力发展。本节将针对电池供电系统的电源管理系统作详细的阐述。采用非电池供电的系统仍然可以应用本节原理进行系统的设计。 不同种类电池的充放电原理和特性 NiCd电池的充放电特性 NiMH电池的充放电特