電池基電源管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析
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LDO穩(wěn)壓器
LDO穩(wěn)壓器（圖3）是一種線性穩(wěn)壓器。線性穩(wěn)壓器使用在其線性區(qū)域內(nèi)運(yùn)行的晶體管或 FET，從應(yīng)用的輸入電壓中減去超額的電壓，產(chǎn)生經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)的輸出電壓。所謂壓降電壓，是指穩(wěn)壓器將輸出電壓維持在其額定值上下 100mV 之內(nèi)所需的輸入電壓與輸出電壓差額的最小值。正輸出電壓的 LDO（低壓降）穩(wěn)壓器通常使用功率晶體管（也稱為傳遞設(shè)備）作為 PNP。這種晶體管允許飽和，所以穩(wěn)壓器可以有一個(gè)非常低的壓降電壓，通常為 200mV 左右；與之相比，使用 NPN 復(fù)合電源晶體管的傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器的壓降為 2V 左右。負(fù)輸出 LDO 使用 NPN 作為它的傳遞設(shè)備，其運(yùn)行模式與正輸出 LDO 的 PNP設(shè)備類似。差分放大器的一個(gè)輸入監(jiān)控輸出比率。差分放大器的第2個(gè)輸入來(lái)自穩(wěn)定的電壓基準(zhǔn)。若輸出電壓相對(duì)基準(zhǔn)電壓趨向于升高，則加到功率半導(dǎo)體的驅(qū)動(dòng)改變，以保持恒定輸出電壓。
LDO借助輸入和輸出電壓之間的差，使IC穩(wěn)定輸出電壓。LDO調(diào)整輸出電壓直到它的輸入和輸出接近于相互之間電壓降為止。理想的電壓降應(yīng)盡可能的低，以使功耗最小和效率最高。
LDO穩(wěn)壓器的壓降決定最低可用電源電壓。對(duì)于標(biāo)定的3~5.5V輸入可標(biāo)定LDO提供3.3V輸出。在150mA，100mV壓降正在變得更標(biāo)準(zhǔn)化。
現(xiàn)有的LDO穩(wěn)壓器可提供可調(diào)或固定輸出電壓。固定輸出型LDO的輸出電壓變化為±2%~±6%，通常提供1~5V范圍的輸出。
輸出噪聲是LDO穩(wěn)壓器需考慮的另一問題。通常在寬范圍內(nèi)額定指標(biāo)是微伏rms。
電荷泵
電荷泵稱為開關(guān)電容式電壓變換器，是一種利用所謂的“快速”（flying）或“泵送”電容（而非電感或變壓器）來(lái)儲(chǔ)能的DC-DC（變換器）。它們能使輸入電壓升高或降低，也可以用于產(chǎn)生負(fù)電壓。其內(nèi)部的FET開關(guān)陣列以一定方式控制快速電容器的充電和放電，從而使輸入電壓以一定因數(shù)（0.5,2或3）倍增或降低，從而得到所需要的輸出電壓。這種特別的調(diào)制過(guò)程可以保證高達(dá)80%的效率，而且只需外接陶瓷電容。由于電路是開關(guān)工作的，電荷泵結(jié)構(gòu)也會(huì)產(chǎn)生一定的輸出紋波和EMI（電磁干擾 ）
電荷泵可分為：1開關(guān)式調(diào)整器升壓泵 、2無(wú)調(diào)整電容式電荷泵 、3可調(diào)整電容式電荷泵。
電荷泵（開關(guān)電容器）IC提供dc-dc電壓變換，是用開關(guān)網(wǎng)絡(luò)充電和放電一個(gè)或多個(gè)電容器。開關(guān)網(wǎng)絡(luò)在電容器的充電和放電狀態(tài)之間觸發(fā)。
如圖4所示，電容器C1穿梭充電，電容器C2保持電荷和濾波輸出電壓。
基本的電荷泵缺乏穩(wěn)壓，通常要增加線性穩(wěn)壓或電荷泵調(diào)制。線性穩(wěn)壓具有最低的輸出噪聲，所以能提供較好的性能。電荷泵調(diào)制（控制開關(guān)電阻）對(duì)于給定的裸片大?。ɑ虺杀荆┠芴峁╊~外輸出電流，因?yàn)榉€(wěn)壓器IC不需要包含串聯(lián)通路晶體管。
電荷泵的主要優(yōu)點(diǎn)是消除了與電感器或變壓器有關(guān)的磁場(chǎng)和EMI。存在的一個(gè)可能的EMI源是在輸入源或另外電容器連接不同電壓時(shí)，高充電電流流到電容器C1。穩(wěn)定的電荷泵降壓效率大于LDO，但小于電感開關(guān)穩(wěn)壓器。
選擇正確的穩(wěn)壓器拓?fù)?/P>
合適的電壓穩(wěn)壓器拓?fù)溥x擇從來(lái)自電池的輸入電壓和負(fù)載所需的電壓和電流著手。在已知這些參數(shù)后，就可開始選擇最佳電壓穩(wěn)壓器IC的進(jìn)程。
關(guān)鍵的參數(shù)包括：
最大輸出電流：電壓穩(wěn)壓器必須在所有工作條件下能提供負(fù)載所需的最大電流。一些穩(wěn)壓器可提供高達(dá)10A的電流，而另外一些穩(wěn)壓器僅給出200~300mA。
最大輸出電壓：所需的輸出電壓取決于具體應(yīng)用。某些拓?fù)淇商峁?0V或更高電壓，而另外拓?fù)涮峁?0V以下電壓。來(lái)自電池的輸入電壓也可影響電壓穩(wěn)壓器所產(chǎn)生的最大電壓。
效率：效率是輸出功率與輸入功率之比，效率主要影響可用的電池壽命。效率越高，壽命越長(zhǎng)。
大小和重量：物理尺寸和重量主要取決于電壓穩(wěn)壓器所需的外部元件數(shù)，電壓穩(wěn)壓器會(huì)影響電路板空間和設(shè)備尺寸。
EMI：電路板布線或電壓穩(wěn)壓器中的開關(guān)電路可能引起傳導(dǎo)和輻射EMI。
評(píng)論