嵌入式系统电源芯片选型与应用

时间：01-18 来源：中电网点击：

仍然能够保证电池较长的工作时间，同时噪音较低。

此外，LDO具有极高的信噪抑制比，非常适合用做对噪声敏感的小信号处理电路供电。同时，由于没有开关时大的电流变化所引发的电磁干扰，所以便于设计。很多手机、便携式设备等对干扰敏感的设备很多都采用多路输出的LDO用作系统的电源芯片。

1.2开关电源

1.2.1电容式开关电源

电容式开关电源（即电荷泵）基本工作原理是利用电容的储能的特性，通过可控开关（双极型三极管或者MOSFET等）进行高频开关的动作，将输入的电能储存在电容里，当开关断开时，电能再释放给负载，提供能量。其输出的功率或电压的能力与占空比（由开关导通时间与整个开关的周期的比值）有关。电容式开关电源可以用于升压和降压。

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。

电荷泵的特点有：

① 转换效率与输入电压密切相关。电荷泵的近似效率计算公式：

其中：Vout为输出电压；Vin为输入电压；n为倍率。

由式(3)可以看出，当输出电压和倍率一定时，输入越小，电荷泵的效率越高。电荷泵效率一般可以达到75%以上。

② 输出电压一般是输入电压的倍数，它能使输入电压升高或降低，也可以用于产生负电压，常见的有±0.5倍压、±1倍压、±1.5倍压、±2倍压、±3倍压。当然，一些新型的片子也支持输出电压可调，如MAX1759，输入电压范围是1.6～5.5 V，输出可固定为33 V或在25～55 V内可调，可提供最大100 mA的输出电流。

② 输出电流较小，一般在300 mA以下。

③ 设计简捷，占用印制板面积小，容易使用。

④ 低EMI和输出纹波。

⑤ 价格中等。

对采用电池供电的便携式电子产品来说，采用电荷泵变换器来获得负电源或倍压电源，不仅仅减少电池的数量、减少产品的体积、重量，而且在减少能耗延长电池寿命等方面起到极大的作用。在手机和其他的一些通信设备中，常用电荷泵来驱动白光LED用作LCD背光电源。

1.2.2电感式开关电源

利用电感的储能的特性，通过可控开关进行高频开关的动作，将输入的电能储存在电感里，当开关断开时，电能再释放给负载，提供能量。其输出的功率或电压的能力与占空比（由开关导通时间与整个开关的周期的比值）有关。

电感式DC-DC的特点有：

① 功耗小，效率高。它通过使用低电阻开关和磁存储元件，极大地降低了转换过程中的功率损失，其效率可高达到96%。

② 稳压范围宽。从开关稳压电源的输出电压是由激励信号的占空比来调节的，输入信号电压的变化可以通过调频或调宽来进行补偿，这样，在工频电网电压变化较大时，它仍能够保证有较稳定的输出电压。所以开关电源的稳压范围很宽，稳压效果很好。

③ 滤波的效率大为提高，使滤波电容的容量和体积大为减少。

④ 电路形式灵活多样。有自激式和他激式，有调宽型(PWM)和调频型（PFM），有单端式和双端式等，设计者可以发挥各种类型电路的特长，设计出能满足不同应用场合的开关稳压电源。

⑤ 可以输出大电流，静态电流小。如Linear Technology的LTC3417，其中的一路可以输出最大14 A的电流，停机电流小于1 μA。

⑥ 电感式开关电源存在较大的输出纹波和开关噪音。

⑦ 需要的外围元件多，电路设计比较繁琐，特别是输出可调的开关电源，需要计算分压电阻、电感、滤波电容的取值。当然也有一些公司的开关稳压芯片外围电路非常简单，只需要一个电感器、一个输入滤波电容、一个输出滤波电容即可，如TI的芯片。

⑧ 成本相对较高。国外一些厂商的高效率DC-DC批量的价格在2美元以上，零售价一般在20元左右。

电感式DC-DC适用于输出电流较大、要求较高效率的电池供电场合。

2各类芯片的优缺点比较

表1是以上所述的4种电源芯片的比较。

表14种电源芯片的比较

3选择电源芯片需要遵循的原则

① 明确输入电压（或范围）和输出电压，根据输入输出的大小关系决定选择降压、升压或升降压芯片。如果是降压，则可以选择线性稳压器、电容式DC-DC（即电荷泵）或降压DC-DC（当然升/降压DC-DC也可以，考虑到性价比没有必要这样选）；如果是升压或者升/降压，则只能选择DC-DC转换器（电容式或者电感式升压DC-DC）。

② 如果是降压，考虑效率，需要计算输入与输出之间的压差。若这个压差很小（远远小于1 V），则可以考虑选择低压差线性稳压器（LDO）；若这个压差在1 V以上，则可以考虑选择普通线性稳压器或者电感式降压DC-DC。如果对效率没有要求，两种线性稳压器都可以的情况下，追求更低成本则可以选用普通线性

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