電池基電源管理系統的設計分析
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LDO穩壓器
LDO穩壓器（圖3）是一種線(xiàn)性穩壓器。線(xiàn)性穩壓器使用在其線(xiàn)性區域內運行的晶體管或 FET，從應用的輸入電壓中減去超額的電壓，產(chǎn)生經(jīng)過(guò)調節的輸出電壓。所謂壓降電壓，是指穩壓器將輸出電壓維持在其額定值上下 100mV 之內所需的輸入電壓與輸出電壓差額的最小值。正輸出電壓的 LDO（低壓降）穩壓器通常使用功率晶體管（也稱(chēng)為傳遞設備）作為 PNP。這種晶體管允許飽和，所以穩壓器可以有一個(gè)非常低的壓降電壓，通常為 200mV 左右；與之相比，使用 NPN 復合電源晶體管的傳統線(xiàn)性穩壓器的壓降為 2V 左右。負輸出 LDO 使用 NPN 作為它的傳遞設備，其運行模式與正輸出 LDO 的 PNP設備類(lèi)似。差分放大器的一個(gè)輸入監控輸出比率。差分放大器的第2個(gè)輸入來(lái)自穩定的電壓基準。若輸出電壓相對基準電壓趨向于升高，則加到功率半導體的驅動(dòng)改變，以保持恒定輸出電壓。
LDO借助輸入和輸出電壓之間的差，使IC穩定輸出電壓。LDO調整輸出電壓直到它的輸入和輸出接近于相互之間電壓降為止。理想的電壓降應盡可能的低，以使功耗最小和效率最高。
LDO穩壓器的壓降決定最低可用電源電壓。對于標定的3~5.5V輸入可標定LDO提供3.3V輸出。在150mA，100mV壓降正在變得更標準化。
現有的LDO穩壓器可提供可調或固定輸出電壓。固定輸出型LDO的輸出電壓變化為±2%~±6%，通常提供1~5V范圍的輸出。
輸出噪聲是LDO穩壓器需考慮的另一問(wèn)題。通常在寬范圍內額定指標是微伏rms。
電荷泵
電荷泵稱(chēng)為開(kāi)關(guān)電容式電壓變換器，是一種利用所謂的“快速”（flying）或“泵送”電容（而非電感或變壓器）來(lái)儲能的DC-DC（變換器）。它們能使輸入電壓升高或降低，也可以用于產(chǎn)生負電壓。其內部的FET開(kāi)關(guān)陣列以一定方式控制快速電容器的充電和放電，從而使輸入電壓以一定因數（0.5,2或3）倍增或降低，從而得到所需要的輸出電壓。這種特別的調制過(guò)程可以保證高達80%的效率，而且只需外接陶瓷電容。由于電路是開(kāi)關(guān)工作的，電荷泵結構也會(huì )產(chǎn)生一定的輸出紋波和EMI（電磁干擾 ）
電荷泵可分為：1開(kāi)關(guān)式調整器升壓泵 、2無(wú)調整電容式電荷泵 、3可調整電容式電荷泵。
電荷泵（開(kāi)關(guān)電容器）IC提供dc-dc電壓變換，是用開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò )充電和放電一個(gè)或多個(gè)電容器。開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò )在電容器的充電和放電狀態(tài)之間觸發(fā)。
如圖4所示，電容器C1穿梭充電，電容器C2保持電荷和濾波輸出電壓。
基本的電荷泵缺乏穩壓，通常要增加線(xiàn)性穩壓或電荷泵調制。線(xiàn)性穩壓具有最低的輸出噪聲，所以能提供較好的性能。電荷泵調制（控制開(kāi)關(guān)電阻）對于給定的裸片大?。ɑ虺杀荆┠芴峁╊~外輸出電流，因為穩壓器IC不需要包含串聯(lián)通路晶體管。
電荷泵的主要優(yōu)點(diǎn)是消除了與電感器或變壓器有關(guān)的磁場(chǎng)和EMI。存在的一個(gè)可能的EMI源是在輸入源或另外電容器連接不同電壓時(shí)，高充電電流流到電容器C1。穩定的電荷泵降壓效率大于LDO，但小于電感開(kāi)關(guān)穩壓器。
選擇正確的穩壓器拓撲
合適的電壓穩壓器拓撲選擇從來(lái)自電池的輸入電壓和負載所需的電壓和電流著(zhù)手。在已知這些參數后，就可開(kāi)始選擇最佳電壓穩壓器IC的進(jìn)程。
關(guān)鍵的參數包括：
最大輸出電流：電壓穩壓器必須在所有工作條件下能提供負載所需的最大電流。一些穩壓器可提供高達10A的電流，而另外一些穩壓器僅給出200~300mA。
最大輸出電壓：所需的輸出電壓取決于具體應用。某些拓撲可提供20V或更高電壓，而另外拓撲提供10V以下電壓。來(lái)自電池的輸入電壓也可影響電壓穩壓器所產(chǎn)生的最大電壓。
效率：效率是輸出功率與輸入功率之比，效率主要影響可用的電池壽命。效率越高，壽命越長(cháng)。
大小和重量：物理尺寸和重量主要取決于電壓穩壓器所需的外部元件數，電壓穩壓器會(huì )影響電路板空間和設備尺寸。
EMI：電路板布線(xiàn)或電壓穩壓器中的開(kāi)關(guān)電路可能引起傳導和輻射EMI。
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