當前位置:首頁 > 消費電子 > 消費電子
[導讀]本系統(tǒng)采用電池和適配器供電兩種方式,即插上適配器以后,充電管理芯片開始工作,系統(tǒng)供電由適配器提供,此時電池處于充電狀態(tài),當電池充滿以后電池保持在補足充電狀態(tài),因

本系統(tǒng)采用電池和適配器供電兩種方式,即插上適配器以后,充電管理芯片開始工作,系統(tǒng)供電由適配器提供,此時電池處于充電狀態(tài),當電池充滿以后電池保持在補足充電狀態(tài),因為電池總會漏掉少量的電量。當取下適配器以后,充電管理器處于掉電模式,此時直接由電池為系統(tǒng)提供所需的電量。電源模塊主要完成將電池電壓,按要求轉換為多種電壓形式供給主機板。減少功耗,提高轉換效率是設計電源模塊考慮的首要因素。圖4-34給出了本設計的電源模塊框圖。

 

 

3.4.1鋰電池充電管理

系統(tǒng)采用的是可充電的鏗電池供電萬式,為保證電池的壽命以及使工作時間更長,合理的充電管理十分重要,本設計采用了一款專用的鏗電池充電管理芯片,它根據(jù)檢測到的電池的不同特性,采用不同的充電方式,既有效的完成了充電的任務,同時也盡可能的延長了的電池壽命。圖4-35給出了該充電管理芯片的結構和具體連接電路。

 

 

該芯片是一款理想的為單節(jié)、雙節(jié)、三節(jié)鏗電池或電池包而設計的高效率充電管理器,具有以下優(yōu)良特點:

集成同步開關,1.1MHz的固定頻率PWM控制器

高精度的電壓、電流控制,充電電流最高達2A

多種狀態(tài)識別,如是否插上適配器、充電中、充電完成

可配置的充電時間、充電電流。

電池溫度檢測電路,超過設定范圍時暫停充電。

可同時為系統(tǒng)供電和為電池充電。

無適配器時,自動進入睡眠模式以降低功耗。

采用QPN封裝(3.5mm*4.5mm),占用較小的板上面積。

考慮到用戶對產品使用的隨意性,即電池的充電時間并不是固定的,如果通過外部電容來配置充電時間,則會影響電池的充電狀況,這是因為將充電時間定為一個固定時間以后,每次進行充電時,電池內部所剩的電量并不相同,如果以

固定時間進行充電,則有可能在定時時間到時電池并沒有充滿,因此本設計采用了動態(tài)的充電方式,即不固定充電時間,只要電池沒有充滿,則它都會先檢測電池的電壓是否達到快速充電電壓,如果沒有則先進行預充,此時電池電壓會逐漸上升,當電池電壓達到快速充電電壓時,采用設定的最大充電電流對電池進行充電(恒流充電),當電池電壓達到預設值(8.4v)后,自動進入補足充電狀態(tài),此時稱為恒壓充電,充電電流逐漸減小,直到充電結束。這種方式設計可以隨時將適配器接入,而系統(tǒng)所需的電量直接由充電管理芯片提供,同時電池也可以充電,兩者基本上相互獨立,即使是在關機狀態(tài)下,也可以給電池充電。

在充電狀態(tài)的指示設計上,僅僅使用了一個狀態(tài)指示,即適配器識別。這里將適配器的識別放在了軟件處理當中,而沒有采用發(fā)光二極管指示的形式,具體設計如圖中所示。當沒有接上適配器時,PG ̄為高阻輸出,則ARM檢測到的電壓為3.3v,即認為檢測到了高電平(數(shù)字1),當電路街上適配器以后,為低電平,則二極管必然會導通,輸入到ARM的電壓在0.6v左右,小于高電平判定門限,因此檢測到的是低電平(數(shù)字0),在此狀態(tài)下可在屏幕上顯示充電標志。Ts輸入端是溫度保護輸入,當和電池塊放在一起的負溫度系數(shù)的熱敏電阻受電池溫度影響時,其阻值發(fā)生變化,通過分壓電路,在TS上的電壓也會發(fā)生變化,當電壓范圍超出VVTSB的34%--74%時,充電被暫停,直到電池溫度回到正常范圍以內。

本系統(tǒng)所使用的鏗電池塊,最高電壓為8.4v,電量為3000A,為了最大限度的利用好鏗電池,將充電電流最大定為500mA,即在快速充電情況下,而在預充電和補足充電情況下則為500mA,此設計方案基本上滿足了充電要求。因為電池放電并不是線性放電,如果負載功耗為定值,在放電初期,電池的電壓變化不大,直到電池電壓接近6.5v左右時,電池電壓就會快速下降,此時應該停止放電,因為鏗電池過度放電也會縮短電池使用壽命。停止放電由軟件來處理,當ARM檢測到電池電壓低于某個電壓值時,就會自動關機,同時為了節(jié)省電池電量,在軟件中了設計了定時關機程序,當用戶在一定時間內沒有對儀器做任何操作時,系統(tǒng)將在設定時間內自動關閉電源。

3.4.2 DC-DC轉換電路

本系統(tǒng)中各種直流電源的產生都是經過專用的集成電源芯片來實現(xiàn),常用的電源芯片主要分為三類:低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO Linear Regulators)、基于電感儲能的開關式DC/DC升降壓穩(wěn)壓器(Induotor Based switching Regulators)及基于電容器儲能的電荷泵(switched Capacitpr Regulators)。

1.LDO低壓差線性穩(wěn)壓器:應用最簡單的穩(wěn)壓器,由于其本身存在DC無開關電壓轉換,所以它只能把輸入電壓降為更低的電壓輸出。線性低壓差穩(wěn)壓器最大的缺點在熱量管理方面,因為其轉換效率近似等于輸出電壓除以輸入電壓的值,所以當輸出電壓與輸入電壓相差較大時,轉換效率會很低,其中一部分能量轉換為熱能被消耗掉,但當電壓差較小時,情況就有所不同,例如電壓從1.5v降到1.2v,效率達到了80%.

2.開關式DC/DC(轉換器:當輸入與輸出的電壓差較高時,開關穩(wěn)壓器避開了所有線性穩(wěn)壓器的效率問題。它通過使用低電阻開關和電感等儲能單元實現(xiàn)了高達%%的效率,因此極大地降低了轉換過程中的功率損失。選用開關頻率高的DC心C變換器,可以極大地縮小外部電感器和電容器的尺寸和容量,如超過ZMHz的高開關頻率。開關穩(wěn)壓器的缺點較少,通??梢杂煤玫脑O計技術來克服,但是電感器的頻率外泄干擾較難避免,設計應用時對其EMI輻射需要考慮。

3.電荷泵:電容式電荷泵通過開關陣列和振蕩器、邏輯電路、比較控制器實現(xiàn)電壓提升,采用電容器來貯存能量。電荷泵是無須電感的,但要外部電容器,由于其工作頻率較高,因此可使用小型陶瓷電容(1uF),以節(jié)省空間和降低成本。電荷泵僅用外部電容即可提供土2倍的輸出電壓。其損耗主要來自電容器的ESR(等效串聯(lián)電阻)和內部開關晶體管的RDS(ON)。電荷泵轉換器沒有使用儲能電感,因此其輻射EMI可以忽略,輸入端噪聲可用一只小型電容濾除。電荷泵電路輸出電流較小,且輸出紋波受使用的電容器影響,轉換效率不高。

通過對上述三種電源芯片的對比,再根據(jù)系統(tǒng)的實際需要,即最主要關心的是整個系統(tǒng)在有限電t情況下的延長供電時間,節(jié)省板上面積和高的穩(wěn)定性。電源模塊主要選用了效率最高的開關式DC/DC轉換器和低壓差線性穩(wěn)壓器相結合電路,這樣既保證了電源的轉換效率,同時也為系統(tǒng)提供了穩(wěn)定的直流電源。

本電源模塊中選用了四片高效的DC/DC轉換器,分別產生±5v、﹢3.3v和+22V直流電壓。采用了國半的高效的LM265DC/DC轉換器產生+5V和+3.3V電壓,LM27313升壓芯片產生+22V的液晶背光驅動電壓,以及凌特公司的LT1767產生﹣5V電壓。LM2651具有如下特點:

高達97%的電源轉換效率

1.5A的負載電流,從15mA到1.5A可用

4v~14V輸入電壓范圍

300KHZ的開關頻率

可調節(jié)的軟啟動

7uA關斷電流

圖4-36給出了降壓型LM2651典型的連接電路圖。輸出電壓VOUT通過調節(jié)電阻Rl和R2的比例關系即可實現(xiàn)。由于反饋參考電壓為1.238V,則有

 

 

選擇Rl和R2的范圍在10K到1OOK之間,通過這樣調節(jié)電阻Rl和R2的值即可輸出需要的電壓值。本設計所需要的+5V和+3.3V正是采用該電路形式。

 

 

降壓型LT1767在這里主要用于產生﹣5V的電壓,它本身是一個正向輸出的DC/DC電源,通過將電路的改進,設計出了具有﹣5V電壓輸出的開關電源,它本身具有以下特點:

最大1.5A負載電流,MSOP-8小封裝

1.25MHz的開關頻率

3V-25V寬輸入電壓范圍

90%的轉換效率

6uA的關斷電流

具體電路如圖4一37所示

 

 

LT1767的輸出電壓配置方式和LM2651基本相同,只是它的反饋參考電壓為1.2V,R2的阻值一般取10K,通過設置Rl的大小即可得到想要的輸出電壓。

從三個開關電源輸出的直流電壓在送到模擬電路之前,可以再通過一級低壓差線性穩(wěn)壓器,這樣既保證了電壓轉換效率和輸出電壓的精度,同時也可以有效的抑制電源上的紋波。在本設計中將電源的關閉設計與這兩個DC心C開關電源結合在一起。如果想關閉電源,則只需要將兩圖中所示的ON/OFF輸入端置成低電平即可,只要輸入電壓小于0.6V以下,開關電源就會進入關斷省電模式。

升壓型LM27313 DC/DC開關電源,在本設計中利用其強大的升壓特性,產生﹢22V直流電壓,用來驅動TFT液晶屏的背光LED.LM27313具有下列特點:

最大30V直流DMOSFET輸出

1.6MHz的開關頻率

2.7V~14V寬輸入范圍[!--empirenews.page--]

關斷電流小于luA具體電路如圖4-38所示

 

 

在液晶背光驅動電路設計中,將電源的參考反饋和驅動背光LED相結合,采用了控制電流的方式來驅動液晶的背光。如圖中,三路背光驅動以并聯(lián)的形式處于電源輸出和反饋之間,由于反饋參考電壓為1.23V,為將背光驅動的總電流控制在45mA以內(單路電流15mA),此時轉換效率達到85%,計算電阻R為:

 

 

這樣保證了單路驅動電流不至于過大,避免了不必要的浪費。由于單路驅動電壓并不完全相同,因此在電路中額外的添加了調節(jié)電阻,如圖中的Rl、R2和R3,可將它們取阻值50Ω--100Ω的小型貼片電阻,將三路驅動電壓分離開。在液晶的背光顯示上也考慮了背光的可調節(jié)性,在本設計中將背光的調節(jié)與電源的開關相聯(lián)系起來,通過對

引腳的控制,可實現(xiàn)液晶的背光調。具體方法是采用PWM(脈寬調制)的方式,當選擇最亮情況下時,

被置高電平,此時輸入占空比為100%,通過逐漸減小占空比,來減小背光的亮度。PWM的時鐘信號由FPGA來提供,中間經過了一個三極管轉換電路,時鐘頻率為IKHz,占空比分為四個檔位:40%、60%、80%和100%.當關閉FPGA的供電電源以后,此時

備置低,LM27313進入關閉狀態(tài)。

 

在對上述開關電源做PCB設計時,必須仔細安排PCB的布局,所有的元件必須緊靠開關電源芯片,同時要保證通路在輸入與輸出之間;輸入電容和輸出電容盡可能短的接地,并靠近相應的引腳;反饋控制電阻也要靠近開關電源;采用大面積接地連接電源芯片接地引腳以及各去藕電容接地端。

3.4.3開關機控制

電路開關控制電路對于手持式產品十分重要,因為要做到開關具有防反跳以及識別錯誤按鍵的能力。傳統(tǒng)的防反跳開關設計采用的是分立邏輯器件、觸發(fā)器、電阻器和電容器,其它設計還采用了一個板載微處理器和分立式比較器,它們將連續(xù)消耗電池能量,對于高電壓多節(jié)電池應用,還需要用一個高電壓LDO來驅動低電壓器件。所有這些額外的電路不僅增加了所需要的板級空間和設計復雜性,而且在設備關斷情況下仍將消耗電池電量。為此本設計選用了一款專門用在手持式產品中的按鈕接通/關斷控制器LTC2950,該開關控制器具有以下優(yōu)點:

具有可調型按鈕接通/關斷定時器

低電源電流:6uA

寬工作電壓范圍:3V-26V

EN輸出提供了DC/DC轉換器的控制

簡單的接口提供了適度的微處理器停機

采用8引腳3mm*2mm DFN超小封裝

以上幾點優(yōu)良特性,恰好滿足了本設計的需要,可以利用接通和關斷防反跳時間來消除對關機按鈕的誤操作;利用EN端來控制電源部分的幾個DC/DC轉換器的關閉與打開;通過與處理器的連接,通知處理器在設定時間內完成相應操作,如保存當前設置及狀態(tài)。開關控制具體電路如圖4-39所示。

 

 

在上圖中,按鈕輸入經過了一個簡單的R-C濾波電路,用來防止噪聲禍合到控制器件內部,是因為如果開關按鈕與控制器的

引腳相距較遠時,則寄生電容有可能耦合到高阻抗

輸入端上。此外,寄生串聯(lián)電感還有可能在

引腳上引發(fā)不可預測的振鈴干擾,因此在

引腳和按鈕開關之間布設一個5K電阻器將使寄生電感問題有所緩解,在

引腳上接一個0.luF的電容器到地,可以減輕寄生容性耦合的影響。

 

開關控制電路的工作分為防反跳接通和防反跳斷電兩部分。

防反跳接通:當首次給控制器加電時,器件將對輸出引腳進行初始化,此時與EN引腳相連的DC心C轉換器將被保持在關閉狀態(tài),如果確定要是EN為高電平輸出,來打開DC/DC轉換器,則PB引腳保持低電平的最小時間必須為32ms(TON),并可通過在ONT引腳上布設一個任選電容器來提供額外的接通防反跳時間(CONT),下面的式子給出了電容CONT,與TONT的關系:

 

 

一旦使能輸出EN被確定,則任何連接到該引腳的DC心C轉換器均被接通。

來自處理器的

輸入在隨后的512ms消隱時間

里被忽略。該消隱時間表示完成DC心C轉換器和處理器上電操作所需的最大時間,如果

引腳未在該slZms時間窗口里被拉至高電平,則使能輸出將被釋放,前提是slZms為系統(tǒng)的上電操作提供了足夠的時間。

 

防反跳斷電:如果要啟功斷電操作,則

引腳保持于低電平的最小時間也必須為32ms(幾即),同樣可以利用在OFFT引腳上增加電容器的方式來增加額外的關斷防反跳時間(幾腳),電容幾阿與幾腳的關系和開機設置采用的關系式一致。一旦尸召被拉低,則

引腳將被轉換至低電平,用來提醒處理器執(zhí)行其斷電和內務處理任務,留給處理器的斷電時間為1024ms,如果處理器提前完成上述任務的處理,則可提前

拉低,以釋放使能輸出,否則1024ms時間到以后,使能輸出將被強制釋放。圖4礴0給出了簡單的開關控制器在執(zhí)行上電和斷電任務時的時序圖。

 

 

 

在關機控制上也可以采用軟件關機,即當軟件檢測到定時關機時間到或者是電池電量不夠時,可在完成相關的內務處理以后,將

置成低電平,則輸出使能被主動釋放,隨即關閉了DC心C轉換器。當供電被切短以后,控制器非常低的靜態(tài)電流(6uA)對電池電量的消耗是微不足道的,有效的延長了電池的使用時間。

本站聲明: 本文章由作者或相關機構授權發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點,本站亦不保證或承諾內容真實性等。需要轉載請聯(lián)系該專欄作者,如若文章內容侵犯您的權益,請及時聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或將催生出更大的獨角獸公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

加利福尼亞州圣克拉拉縣2024年8月30日 /美通社/ -- 數(shù)字化轉型技術解決方案公司Trianz今天宣布,該公司與Amazon Web Services (AWS)簽訂了...

關鍵字: AWS AN BSP 數(shù)字化

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國汽車技術公司SODA.Auto推出其旗艦產品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時1.5...

關鍵字: 汽車 人工智能 智能驅動 BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務能7×24不間斷運行,同時企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務中斷的風險,如企業(yè)系統(tǒng)復雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務連續(xù)性,提升韌性,成...

關鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報道,騰訊和網易近期正在縮減他們對日本游戲市場的投資。

關鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國國際大數(shù)據(jù)產業(yè)博覽會開幕式在貴陽舉行,華為董事、質量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關鍵字: 華為 12nm EDA 半導體

8月28日消息,在2024中國國際大數(shù)據(jù)產業(yè)博覽會上,華為常務董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語權最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關鍵字: 華為 12nm 手機 衛(wèi)星通信

要點: 有效應對環(huán)境變化,經營業(yè)績穩(wěn)中有升 落實提質增效舉措,毛利潤率延續(xù)升勢 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務引領增長 以科技創(chuàng)新為引領,提升企業(yè)核心競爭力 堅持高質量發(fā)展策略,塑強核心競爭優(yōu)勢...

關鍵字: 通信 BSP 電信運營商 數(shù)字經濟

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺與中國電影電視技術學會聯(lián)合牽頭組建的NVI技術創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產業(yè)鏈發(fā)展研討會上宣布正式成立。 活動現(xiàn)場 NVI技術創(chuàng)新聯(lián)...

關鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會上,軟通動力信息技術(集團)股份有限公司(以下簡稱"軟通動力")與長三角投資(上海)有限...

關鍵字: BSP 信息技術
關閉
關閉