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功率电感:便携产品电源的设计原则

来源:    作者:     发布时间:2015-01-16 19:12:12     点击数:
高效电源的标准

  在嵌入式应用中,电源效率并不限于传统的系统输出功率电感与系统输入功率之比这样一个定义。在嵌入式系统,高效电源方案应满足以下标准:

  1. 采用电池供电时,设备可长时间工作;

  2. 延长电池寿命(充放电次数);

  3. 限制元器件和电池本身的温升;

  4. 提供集成软件智能,以使效率最大化。

  事实上,没有单一的指导方针可以最大化电源方案的效率。不过,设计人员在开发电源系统时会考虑以下几点:电池寿命(充放电次数)取决于电池的充电特性;对锂离子电池来说,制造商通常建议遵循最优充电电流(恒流模式)和终止/预充电电流值。当设计充电器电路时,必须严格遵守这些规范。

   电池管理

  对于消费类电子产品,电池保护必须被视为基本特性,因为它与用户的人身安全息息相关。必须采取充分的措施检测电池的过压、欠压和温度;必须选用诸如温变电阻等合适的器件来确保无论一体电感器在任何异常条件下,都能自动限制电流的大小;必须使用电量计。除了正常电量检测功能外,它还能确保电池安全。大部分电量计安装于电池上,可用于检测电池温度、放电电流等。

  对于电源路径控制器,一个经常被忽略的问题是:当从一个电源切换到另一个时,无论时间多短,都不能在两者间形成回路。这可能需要额外的反向连接二极管或开关。同样,当采用其中一个电源供电时,该电源的电压不应通到另一个电源的输入端。

  由于存在很多可用的功率变换器拓扑结构,所以正确选择电源变换器并非易事。一般来说,在需求高效率和大输出电流的场合,必须避免使用线性稳压器。

  在采用开关电源的场合,设计人员应确保采用适当的拓扑(降压、升压、降压-升压,电荷泵,SEPIC等),以保证即使在电池电压下降到最低工作值的情况下,电源也能维持期望的输出电压,这有助于延长设备的工作时间。

  对于降压变换器而言,同步变换器通常具有比非同步变换器更高的效率。不过,这种架构选择在很大程度上取决于该变换器工作状态下所需的输出电流以及占空比。因此,采用同步变换器所带来的少许效率提升并不足以弥补所增加的成本。电感

  用于滤除开关电源输出纹波的功率电感种类的不同通常会对变换器效率有不同影响。在各种电感选择中,低直流阻抗及在工作频率下具有低磁损耗的电感是首选。

  热设计应与电气设计须夷不离。各个IC或无源器件的封装必须要能处理其正常工作状态下的发热问题。许多芯片制造商一体成型电感器工厂建议采用带过孔的热焊盘,并在PCB上采用大焊盘来更好地散热。紧凑型嵌入式产品通常没有添加风扇的空间,但必须考虑到PCB上的通风通道以及足够的散热措施。

 

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