电源管理原理解析及参考设计集锦

形式损失。LDO效率约为（Vo/Vin）×100%。LDO无法储存大量未使用的能量，因此未输送到负载 的功率以热量形式在LDO内部耗散。例如，连接到3.6V电池的2.6V LDO的效率为72%。此外，当要求LDO最大程度地省电时，必须检查其静态电流和使能功能。当系统处于正常工作模式与休眠模式之间的空闲模式时，低静态 电流（Iq）可以减少系统的功耗，从而提高系统的自主性。使能输入引脚允许LDO关断，使休眠模式下的功耗不到1 μA，从而延长电池使用时间。例如，ADP150就是一款出色的低静态电流LDO。

　　图1. 通用手持便携式系统

　 　当电源电压比工作电压高得多时，开关DC/DC转换器是更好的选择，它能够实现更高的效率，因为在将一个直流电压转换为另一个直流电压时，它能够将能量 临时储存在电感的磁场中，然后释放给负载。便携式开关调节器以500 kHz到3 MHz的频率工作。DC/DC开关转换器有多种拓扑结构。内置开关元件的同步降压型调节器用于输出电压远低于输入电压的场合，在便携式系统中最为常用。用 降压调节器替换LDO可以提高系统效率。例如，当利用LDO将系统电压从3.6 V降至1.2 V，为负载电流为300 mA的微处理器内核供电时，LDO效率约为1.2V/3.6V × 100% = 33%，67%的输入功率以热量形式损失。为了提高效率并降低工作温度，应当用ADP2108等降压转换器取代LDO。降压转换器能将能量储存在电感的磁 场中，因而效率更高。使用ADIsimPower™可知，在相同条件下ADP2108的效率为80%，比LDO提高47%。设计工程师会发 现，ADP2108尺寸较小，仅使用两个去耦电容和一个1 μH芯片电感，几乎可以直接取代LDO。选择降压转换器时需要考虑的其它省电特性包括：低静态电流、使能功能以及负载电流较小情况下的省电模式。

　　图2. LDO和降压转换器的功能框图

　 　为使电池使用时间达到最长，除了优化便携式系统硬件效率以外，还必须优化电源管理软件。运行复杂的专用软件对计算能力提出了更高要求，需要使用高耗电量 的高速微处理器。降低处理器速度可以降低功耗，延长电池运行时间，但软件性能会下降。系统架构师可以通过选择最适合应用的处理器速度来提高系统效率。便携 式系统的另一种省电方法是关断不用的子系统，如微处理器、显示器背光、数据端口和处于测量间隙的传感器，使用调节器的使能输入或 ADP190/ADP195等负载开关来隔离电池，如图1所示。

　　设计便携式电源系统时，并不存在万用的解决方案。延长电池使用时间的方法有许多种，某种方法可能优于其它方法。本文所述的技术同时适用于便携式和市电供电的医疗设备，能够提高系统效率，降低内部温度和运行成本。

　　作者简介

　　Ken Marasco是ADI公司电源管理部便携式电源系统应用经理，负责便携式电源产品的技术支持工作。他毕业于纽约理工学院（NYIT），获得应用物理学学位，拥有35年的系统和器件设计经验。

新兴电源应用的电池管理解决方案

　　1.电池管理系统概述

　　在便携式应用中，空间是极其重要的。TI提供的高级解决方 案采用QFN和晶圆级芯片规模封装并具有很高的集成度，旨在缩减解决方案的外形尺寸。除了减少板级空间占用之外，许多此类解决方案还降低了功率耗散并提高 了总体效率。TI的电池管理解决方案可支持多种电池化学组成和电池单元数量，从普遍使用的锂离子电池（Li-Ion）技术到业界标准的镍氢电池 （NiMH）和铅酸电池等。TI的相关产品支持广泛的应用，例如：移动电话、智能手机、平板电脑、便携式消费设备、便携式导航装置、笔记本电脑以及诸多工 业和医疗应用等。TI拥有与您的设计规范相匹配的电池管理器件，另外，我们还提供了可帮助您的设计更快面市所需的评估板、应用手册、样片和数据表。

　　2.设计因素

　　电池化学组成－ 每种电池化学组成具有不同的工作特性，例如：放电模式和自放电速率。TI的电池电量监测IC是按照电池化学组成开发的，以补偿这些差异，从而准确地显示电 池中的剩余电能。而且，每种电池化学组成对其充电算法都具有独特的要求，这对最大限度地扩充其容量、延长电池使用寿命以及提高安全性至关重要。

　　充电控制拓扑结构－ 简单的线性拓扑结构非常适合于充电电流小于1A的低功率电池组（例如：单节或两节锂离子电池）应用。开关模式拓扑结构则理想适用于依靠USB端口执行的快 速充电或者那些要求充电速率大于1A的大型电池组。开关模式转换可将充电过程中产生的热量减至最少。无线电源拓扑结构采用共有磁场，以提供非接触式功率传 送的优势。无线充电为便携式设备提供了一种