電源管理單元

為(wei)電(dian)源(yuan)電(dian)路(lu)規(gui)定(ding)具(ju)體(ti)的(de)功(gong)能(neng)和(he)架(jia)構(gou)模(mo)塊(kuai)並(bing)非(fei)微(wei)不(bu)足(zu)道(dao)，這(zhe)些(xie)工(gong)作(zuo)直(zhi)接(jie)影(ying)響(xiang)到(dao)電(dian)池(chi)供(gong)電(dian)係(xi)統(tong)的(de)工(gong)作(zuo)時(shi)間(jian)。電(dian)源(yuan)係(xi)統(tong)架(jia)構(gou)會(hui)因(yin)嵌(qian)入(ru)式(shi)產(chan)品(pin)和(he)應(ying)用(yong)領(ling)域(yu)的(de)不(bu)同(tong)而(er)各(ge)異(yi)。下(xia)圖(tu)是(shi)典(dian)型(xing)便(bian)攜(xie)嵌(qian)入(ru)式(shi)係(xi)統(tong)中(zhong)的(de)電(dian)源(yuan)方(fang)案(an)。

下(xia)麵(mian)我(wo)們(men)分(fen)別(bie)定(ding)義(yi)圖(tu)中(zhong)每(mei)個(ge)組(zu)成(cheng)部(bu)分(fen)的(de)要(yao)求(qiu)。假(jia)設(she)該(gai)產(chan)品(pin)由(you)電(dian)池(chi)組(zu)或(huo)外(wai)接(jie)電(dian)源(yuan)供(gong)電(dian)。電(dian)源(yuan)路(lu)徑(jing)控(kong)製(zhi)器(qi)的(de)功(gong)能(neng)是(shi)當(dang)有(you)多(duo)個(ge)電(dian)源(yuan)時(shi)，負(fu)責(ze)切(qie)換(huan)至(zhi)合(he)適(shi)的(de)電(dian)源(yuan)。在(zai)某(mou)些(xie)設(she)計(ji)中(zhong)可(ke)能(neng)需(xu)要(yao)考(kao)慮(lv)包(bao)括(kuo)新(xin)興(xing)的(de)USB和以太網供電（PoE）等供電方式。

電池保護電路保護電池免受過壓、欠壓、過熱
、過流及其它異常狀況的損壞
；專門的電池充電電路應在一旦有其它供電來源的情況就對電池進行充電；電量計電路連續監測電池電量狀況
，並為用戶和電源管理軟件提供電池狀態信息。

係統可能需要多個DC-DC功率變換器。例如開關電源（SMPS）、LDO穩壓器、電荷泵等。這些不同的變換器用於產品設計內所有可能的輸入電源和所需的不同電壓。

數字接口或硬件按鈕控製器負責開啟和關閉係統——有(you)時(shi)也(ye)稱(cheng)軟(ruan)啟(qi)動(dong)。在(zai)一(yi)些(xie)最(zui)近(jin)推(tui)出(chu)的(de)功(gong)率(lv)變(bian)換(huan)器(qi)中(zhong)，數(shu)字(zi)接(jie)口(kou)也(ye)可(ke)被(bei)用(yong)來(lai)微(wei)調(tiao)各(ge)種(zhong)變(bian)換(huan)器(qi)產(chan)生(sheng)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)。在(zai)具(ju)有(you)功(gong)耗(hao)意(yi)識(shi)的(de)電(dian)源(yuan)設(she)計(ji)中(zhong)，這(zhe)種(zhong)微(wei)調(tiao)是(shi)必(bi)需(xu)的(de)。

高效電源的標準

在zai嵌qian入ru式shi應ying用yong中zhong，電dian源yuan效xiao率lv並bing不bu限xian於yu傳chuan統tong的de係xi統tong輸shu出chu功gong率lv與yu係xi統tong輸shu入ru功gong率lv之zhi比bi這zhe樣yang一yi個ge定ding義yi。在zai嵌qian入ru式shi係xi統tong，高gao效xiao電dian源yuan方fang案an應ying滿man足zu以yi下xia標biao準zhun：1. 采用電池供電時，設備可長時間工作

；2. 延長電池壽命（充放電次數）；3. 限製元器件和電池本身的溫升
；4. 提供集成軟件智能，以使效率最大化。

事實上，沒有單一的指導方針可以最大化電源方案的效率。不過，設計人員在開發電源係統時會考慮以下幾點：電池壽命（充放電次數）取決於電池的充電特性；對鋰離子電池來說，製造商通常建議遵循最優充電電流（恒流模式）和終止/預充電電流值。當設計充電器電路時
，必須嚴格遵守這些規範。

電池管理

對於消費類電子產品，電池保護必須被視為基本特性
，因為它與用戶的人身安全息息相關。必須采取充分的措施檢測電池的過壓、欠壓和溫度
；必須選用諸如溫變電阻等合適的器件來確保無論在任何異常條件下，都能自動限製電流的大小；必須使用電量計。除了正常電量檢測功能外
，它還能確保電池安全。大部分電量計安裝於電池上，可用於檢測電池溫度、放電電流等。

對於電源路徑控製器，一個經常被忽略的問題是：當(dang)從(cong)一(yi)個(ge)電(dian)源(yuan)切(qie)換(huan)到(dao)另(ling)一(yi)個(ge)時(shi)，無(wu)論(lun)時(shi)間(jian)多(duo)短(duan)
，都(dou)不(bu)能(neng)在(zai)兩(liang)者(zhe)間(jian)形(xing)成(cheng)回(hui)路(lu)。這(zhe)可(ke)能(neng)需(xu)要(yao)額(e)外(wai)的(de)反(fan)向(xiang)連(lian)接(jie)二(er)極(ji)管(guan)或(huo)開(kai)關(guan)。同(tong)樣(yang)，當(dang)采(cai)用(yong)其(qi)中(zhong)一(yi)個(ge)電(dian)源(yuan)供(gong)電(dian)時(shi)，該(gai)電(dian)源(yuan)的(de)電(dian)壓(ya)不(bu)應(ying)通(tong)到(dao)另(ling)一(yi)個(ge)電(dian)源(yuan)的(de)輸(shu)入(ru)端(duan)。

由you於yu存cun在zai很hen多duo可ke用yong的de功gong率lv變bian換huan器qi拓tuo撲pu結jie構gou
，所suo以yi正zheng確que選xuan擇ze電dian源yuan變bian換huan器qi並bing非fei易yi事shi。一yi般ban來lai說shuo，在zai需xu求qiu高gao效xiao率lv和he大da輸shu出chu電dian流liu的de場chang合he
，必bi須xu避bi免mian使shi用yong線xian性xing穩wen壓ya器qi。

在采用開關電源的場合，設計人員應確保采用適當的拓撲（降壓、升壓、降壓-升壓，電荷泵
，SEPIC等），以保證即使在電池電壓下降到最低工作值的情況下，電源也能維持期望的輸出電壓，這有助於延長設備的工作時間。

對(dui)於(yu)降(jiang)壓(ya)變(bian)換(huan)器(qi)而(er)言(yan)

，同(tong)步(bu)變(bian)換(huan)器(qi)通(tong)常(chang)具(ju)有(you)比(bi)異(yi)步(bu)變(bian)換(huan)器(qi)更(geng)高(gao)的(de)效(xiao)率(lv)。不(bu)過(guo)，這(zhe)種(zhong)架(jia)構(gou)選(xuan)擇(ze)在(zai)很(hen)大(da)程(cheng)度(du)上(shang)取(qu)決(jue)於(yu)該(gai)變(bian)換(huan)器(qi)工(gong)作(zuo)狀(zhuang)態(tai)下(xia)所(suo)需(xu)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)以(yi)及(ji)占(zhan)空(kong)比(bi)。因(yin)此(ci)，采(cai)用(yong)同(tong)步(bu)變(bian)換(huan)器(qi)所(suo)帶(dai)來(lai)的(de)少(shao)許(xu)效(xiao)率(lv)提(ti)升(sheng)並(bing)不(bu)足(zu)以(yi)彌(mi)補(bu)所(suo)增(zeng)加(jia)的(de)成(cheng)本(ben)。

用yong於yu濾lv除chu開kai關guan電dian源yuan輸shu出chu紋wen波bo的de電dian感gan種zhong類lei的de不bu同tong通tong常chang會hui對dui變bian換huan器qi效xiao率lv有you不bu同tong影ying響xiang。在zai各ge種zhong電dian感gan選xuan擇ze中zhong，低di直zhi流liu阻zu抗kang及ji在zai工gong作zuo頻pin率lv下xia具ju有you低di磁ci損sun耗hao的de電dian感gan是shi首shou選xuan。

熱設計應與電氣設計須夷不離。各個IC或無源器件的封裝必須要能處理其正常工作狀態下的發熱問題。許多芯片製造商建議采用帶過孔的熱焊盤，並在PCB上采用大焊盤來更好地散熱。緊湊型嵌入式產品通常沒有添加風扇的空間
，但必須考慮到PCB上的通風通道以及足夠的散熱措施。

電(dian)源(yuan)設(she)計(ji)往(wang)往(wang)被(bei)當(dang)作(zuo)純(chun)粹(cui)的(de)硬(ying)件(jian)設(she)計(ji)。但(dan)是(shi)，為(wei)了(le)得(de)到(dao)高(gao)效(xiao)的(de)電(dian)源(yuan)方(fang)案(an)，設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)需(xu)要(yao)為(wei)電(dian)源(yuan)電(dian)路(lu)增(zeng)加(jia)軟(ruan)件(jian)智(zhi)能(neng)。軟(ruan)件(jian)控(kong)製(zhi)的(de)一(yi)些(xie)基(ji)本(ben)功(gong)能(neng)包(bao)括(kuo)，檢(jian)測(ce)由(you)電(dian)源(yuan)路(lu)徑(jing)開(kai)關(guan)選(xuan)擇(ze)的(de)是(shi)哪(na)種(zhong)電(dian)源(yuan)；在電池供電時，對不需要的電路減少供電電流。

更精妙的電源管理軟件還會包括其它參量，例如：係統運行的應用種類、最低外設要求、最慢時鍾頻率以及運行此應用所需的最低電壓，並據此相應地控製電源輸出、時鍾發生器和接口IC的狀態。

遵循上述經驗規則可以顯著提高便攜式設備的電源性能。例如，一款典型的30W多輸出電源方案的整體效率可高達85到90%。目前已多家集成電路製造商可提供一係列高集成度IC，具(ju)備(bei)上(shang)述(shu)各(ge)種(zhong)功(gong)能(neng)。根(gen)據(ju)不(bu)同(tong)電(dian)源(yuan)要(yao)求(qiu)，一(yi)些(xie)應(ying)用(yong)可(ke)能(neng)需(xu)要(yao)單(dan)芯(xin)片(pian)方(fang)案(an)，而(er)另(ling)一(yi)些(xie)則(ze)可(ke)能(neng)采(cai)用(yong)分(fen)立(li)模(mo)塊(kuai)。畢(bi)竟(jing)
，在(zai)競(jing)爭(zheng)激(ji)烈(lie)的(de)嵌(qian)入(ru)式(shi)產(chan)品(pin)市(shi)場(chang)，電(dian)池(chi)壽(shou)命(ming)和(he)設(she)備(bei)工(gong)作(zuo)時(shi)間(jian)是(shi)影(ying)響(xiang)買(mai)方(fang)選(xuan)擇(ze)的(de)關(guan)鍵(jian)因(yin)素(su)。

圖題：典型便攜嵌入式係統的電源管理方案