电池基电源管理系统的设计分析

决定最低可用电源电压。对于标定的3~5.5V输入可标定LDO提供3.3V输出。在150mA，100mV压降正在变得更标准化。

　　现有的LDO稳压器可提供可调或固定输出电压。固定输出型LDO的输出电压变化为±2%~±6%，通常提供1~5V范围的输出。

　　输出噪声是LDO稳压器需考虑的另一问题。通常在宽范围内额定指标是微伏rms。

电荷泵

　　电荷泵称为开关电容式电压变换器，是一种利用所谓的“快速”（flying）或“泵送”电容（而非电感或变压器）来储能的DC-DC（变换器）。它们能使输入电压升高或降低，也可以用于产生负电压。其内部的FET开关阵列以一定方式控制快速电容器的充电和放电，从而使输入电压以一定因数（0.5,2或3）倍增或降低，从而得到所需要的输出电压。这种特别的调制过程可以保证高达80%的效率，而且只需外接陶瓷电容。由于电路是开关工作的，电荷泵结构也会产生一定的输出纹波和EMI（电磁干扰 ）

　　电荷泵可分为：1开关式调整器升压泵 、2无调整电容式电荷泵 、3可调整电容式电荷泵。

　　电荷泵（开关电容器）IC提供dc-dc电压变换，是用开关网络充电和放电一个或多个电容器。开关网络在电容器的充电和放电状态之间触发。

　　如图4所示，电容器C1穿梭充电，电容器C2保持电荷和滤波输出电压。

　　基本的电荷泵缺乏稳压，通常要增加线性稳压或电荷泵调制。线性稳压具有最低的输出噪声，所以能提供较好的性能。电荷泵调制（控制开关电阻）对于给定的裸片大小（或成本）能提供额外输出电流，因为稳压器IC不需要包含串联通路晶体管。

　　电荷泵的主要优点是消除了与电感器或变压器有关的磁场和EMI。存在的一个可能的EMI源是在输入源或另外电容器连接不同电压时，高充电电流流到电容器C1。稳定的电荷泵降压效率大于LDO，但小于电感开关稳压器。

　　选择正确的稳压器拓扑

　　合适的电压稳压器拓扑选择从来自电池的输入电压和负载所需的电压和电流着手。在已知这些参数后，就可开始选择最佳电压稳压器IC的进程。

　　关键的参数包括：

　　最大输出电流：电压稳压器必须在所有工作条件下能提供负载所需的最大电流。一些稳压器可提供高达10A的电流，而另外一些稳压器仅给出200~300mA。

　　最大输出电压：所需的输出电压取决于具体应用。某些拓扑可提供20V或更高电压，而另外拓扑提供10V以下电压。来自电池的输入电压也可影响电压稳压器所产生的最大电压。

　　效率：效率是输出功率与输入功率之比，效率主要影响可用的电池寿命。效率越高，寿命越长。

　　大小和重量：物理尺寸和重量主要取决于电压稳压器所需的外部元件数，电压稳压器会影响电路板空间和设备尺寸。

　　EMI：电路板布线或电压稳压器中的开关电路可能引起传导和辐射EMI。

　　电源管理

　　不同负载需要不同的电池和不同的方法来管理电池电源和负载。表1给出3个主要应用的关键要求。

　　关键的设计折衷考虑

　　电池基系统性能低的最佳化需要折衷考虑电池、电压稳压器和负载。

　　电池能量（安培一小时）与电池大小和重量的关系。

　　一次与二次电池比较。

　　热量与处理器控制的电池监控器的关系。

　　电池类型与充电要求的关系。

　　电池类型与保护要求的关系。

　　电压稳压器拓扑与负载要求的关系。

　　电压稳压器拓扑与效率的关系。

　　电压稳压器拓扑（功率输出）与热管理的关系。

　　电压稳压器拓扑（功率输出）与半导体封装大小的关系。

　　线性与开关稳压器的比较。

　　开关频率与EMI的关系。

　　开关频率与电路板大小/空间要求的比较