基于max8903的電源管理電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、基于max8903的電源管理電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)i系統(tǒng)簡介電子電路集成工藝的飛速發(fā)展使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)體積不斷縮小，性能不斷地提升，同時(shí)移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展讓這些計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更加的便攜，許多便攜式計(jì)算機(jī)開始使用電池供電。高性能運(yùn)算通常伴隨著高功耗，而電池技術(shù)的嚴(yán)重滯后和人們環(huán)保意識(shí)的增加使得性能和功耗之間的問題越發(fā)突出。電源管理技術(shù)的出現(xiàn)緩和了兩者之間的矛盾，通過有效的電源分配降低系統(tǒng)的整體功耗。電源管理技術(shù)在桌上型計(jì)算機(jī)、服務(wù)器上十分常見，然而在嵌入式領(lǐng)域，由于嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)通常是針對(duì)特殊的應(yīng)用場合，電源管理技術(shù)發(fā)展相對(duì)緩慢。本文以一個(gè)完整的嵌入式系統(tǒng)手持終端設(shè)備為例，對(duì)系統(tǒng)的電源管理電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)，以

2、arm為控制中心，內(nèi)部包含256mbddr內(nèi)存和512mbnandflash存儲(chǔ)器，提供異步用口、usb、wifi、ac97、顯示等電路單元。充電接口包括usb和交流適配器兩種接口，其中交流適配器輸出電壓范圍在512v之間，提供大于1a的輸出電流。電源部分主要包括：電池檢測(cè)電路、電池充電電路、電源智能選擇器、dc-dc轉(zhuǎn)換、電源控制電路等。2電源管理電路分析2.1充電管理芯片介紹充電管理芯片選用maxim的max8903a基本特性如下：(1)4.15v16v的高效dc-dc輸入范圍，不需要設(shè)計(jì)散熱器，有利于設(shè)計(jì)體積小的設(shè)備；(2)公用或單獨(dú)的usb和適配器輸入，具有高達(dá)2a(可調(diào))的電流上限；

3、(3)4mhz開關(guān)頻率允許使用微小的外部元件；(4)立即導(dǎo)通：在沒有電池或電池過放電時(shí)保持工作；(5)50m集成負(fù)載開關(guān)；(6)高達(dá)16v的輸入ovp(過壓保護(hù));(7)熱敏電阻監(jiān)測(cè)，熱調(diào)整功能防止過熱；(8)充電定時(shí)器；(9)4mmx4mm28引腳tqfn封裝。2.2電源管理電路分析系統(tǒng)接成雙輸入外接電源模式(交流適配器和usb)。連接交流適配器時(shí)，芯片通過內(nèi)部高效的dc-dc降壓轉(zhuǎn)換器，單獨(dú)或同時(shí)提供系統(tǒng)工作電源和電池充電電源。當(dāng)連接usb外接電源時(shí)，充電電流限制小于500ma,系統(tǒng)負(fù)載電源大于usb供電能力時(shí)，不足部分由電池電量提供補(bǔ)充。智能電源選擇器在外接電源和電池之間實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換，保

4、證系統(tǒng)的不間斷供電。外接電源檢測(cè)和充電檢測(cè)連接cpu的gpio端口用于系統(tǒng)監(jiān)控電源狀態(tài)。外接電源以交流適配器為主，不推薦使用usb連接，原因是usb供電能力有限，在系統(tǒng)工作狀態(tài)下，完成充電需要相當(dāng)長的時(shí)間。電源管理電路框圖如圖1所示。圖1電源管理電路框圖系統(tǒng)電源管理部分電路原理圖如圖2所示圖2電源管理部分電路原理圖(1)充電電流控制充電電流受r8P和r9P控制，充電電流的最大值為1200/r8P，同時(shí)充電電流小于6000/r9p,其中6000/r9p直流電源限流設(shè)置。如圖2所示，當(dāng)r8P=1.5k、r9p=3k時(shí)，直流電源限流為6000/3000=2a,充電限流1200/1500=0.8a.如

5、果r8P=1.2k、r9p=5kco,直流電源限流為6000/5000=1.2a,充電限流1200/1200=1a.本系統(tǒng)選用r8P=1.5k、r9p=3k。(2)系統(tǒng)電壓切換當(dāng)dcin和usb同時(shí)接人系統(tǒng)電源輸入時(shí)，dcin輸入優(yōu)先，usb輸人自動(dòng)關(guān)閉。dcin同時(shí)供給電池充電和mbat(系統(tǒng)供電電源)，電池還可以起到減少mbat電壓波動(dòng)的作用。電池充電完成后，充電電路部分關(guān)閉，dcin供給mbat系統(tǒng)電源，mbat電壓穩(wěn)定在4.4v.(3)充電指示max8903管月卻dok是直流電源連接指示輸出，低電平有效，指示燈d2P用于指示直流電源連接狀態(tài)，同時(shí)信號(hào)連接到cpu的gpio管腳，用于軟件

6、檢測(cè)此狀態(tài)。max8903管月卻chg是正在充電指示輸出，低電平有效，指示燈d3P用于指示充電狀態(tài)，同時(shí)信號(hào)連接到cpu的gpio管腳，用于軟件檢測(cè)充電狀態(tài)。max8903管月卻flt是故障指示輸出，低電平有效，指示燈dip用于指示故障狀態(tài)，如充電超時(shí)等。(4)電池溫度保護(hù)max8903管月卻thm至Ugnd連接10k的負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，用于檢測(cè)充電過程中電池的溫度變化，當(dāng)電池溫度超過設(shè)定極限溫度時(shí)，暫時(shí)停止給電池充電，直到電池溫度下降到安全溫度范圍。(5)dc-dc降壓轉(zhuǎn)換器電感選擇dc-dc降壓轉(zhuǎn)換器采用開關(guān)頻率值為4mhz的控制架構(gòu)，通過調(diào)整占空比實(shí)現(xiàn)降壓轉(zhuǎn)換。推薦的電感選擇如表1.表

7、1dc-dc降壓轉(zhuǎn)換器電感推薦值本系統(tǒng)充電電流在不到1a附近，輸入電壓在12V左右，選擇電感2.2h.(6)pcb布局pcb布局(局部)如圖3所示。本文引用地址：圖3pcb布局(局部)系統(tǒng)電路pcb布局為十層板設(shè)計(jì)，圖中只顯示頂層pcb布線。pcb布局原則：大電流部分采用短而寬的布線連接；裸焊盤采用多個(gè)過孔連接散熱地，以利于散熱；電流設(shè)置電阻直接接地，減少電流偏差；減小功率電流對(duì)穩(wěn)壓部分的影響等。3性能測(cè)試數(shù)據(jù);padding:0px;outline-style:none;color:rgb(0,51,153);text-decoration:none;"電源管理電路主要指標(biāo)：充電效

8、率、輸出工作電壓、充電電流等，電路測(cè)試連接如圖4所圖4電源管理電路測(cè)試連接圖3.1 外接電源電壓固定外接電源電壓固定時(shí)，充電電流和電池電壓的數(shù)據(jù)關(guān)系測(cè)試數(shù)據(jù)如表3.圖5為測(cè)試數(shù)據(jù)關(guān)系小意圖。表3外接電源電壓固定時(shí)的測(cè)試數(shù)據(jù)圖5外接電源電壓固定時(shí)。充電電流和電池電壓的關(guān)系3.2 外接電源電壓變化外接電源電壓的變化對(duì)應(yīng)于固定工作電流，具輸入電流和電源轉(zhuǎn)換效率的測(cè)試數(shù)據(jù)見表4.圖6為測(cè)試數(shù)據(jù)關(guān)系示意圖。表4外接電源電壓變化時(shí)的測(cè)試數(shù)據(jù)圖6外接電源電壓變化時(shí)的輸入電流和以上測(cè)試數(shù)據(jù)反映系統(tǒng)正常工作需要的外接電源需求。4結(jié)論在嵌入式系統(tǒng)中，電源管理單元是系統(tǒng)必需的重要組成部分。在本系統(tǒng)中，以max8903為核心的電源管理電路單元以其輸入范圍寬、體積緊湊、外圍電路簡單、工作效率較高等優(yōu)勢(shì)，很好地實(shí)現(xiàn)了電源管理單元的功能需求。圖5外接電源電壓固定時(shí)。充電電流和電池電壓的關(guān)系3.2外接電源電壓變化外接電源電壓的變化對(duì)應(yīng)于固定工作電流，具輸入電流和電源轉(zhuǎn)換效率的測(cè)試數(shù)據(jù)見表4.圖6為測(cè)試數(shù)據(jù)關(guān)系示意圖。表4外接電源電壓變化時(shí)的測(cè)試數(shù)據(jù)圖6外接電源電壓變化