嵌入式系統中電源管理電路的設計與實現

針對大部分嵌入式系統的電池電源管理問題，設計了一種為嵌入式系統——尤其是應用在手持式和便攜式設備的嵌入式系統進行電源管理的單元電路模塊。該電源管理電路以MAX8903為核心，具有輸入范圍寬、體積緊湊、外圍電路簡單、工作效率較高等優點，可以在嵌入式系統中用來管理電池充電、電源選擇、電源檢測等，很好地滿足了電源管理單元的功能需求。

1系統簡介

電子電路集成工藝的飛速發展使計算機系統體積不斷縮小，性能不斷地提升，同時移動通信技術的發展讓這些計算機系統更加的便攜，許多便攜式計算機開始使用電池供電。高性能運算通常伴隨著高功耗，而電池技術的嚴重滯后和人們環保意識的增加使得性能和功耗之間的問題越發突出。電源管理技術的出現緩和了兩者之間的矛盾，通過有效的電源分配降低系統的整體功耗。電源管理技術在桌上型計算機、服務器上十分常見，然而在嵌入式領域，由于嵌入式系統的開發通常是針對特殊的應用場合，電源管理技術發展相對緩慢。本文以一個完整的嵌入式系統手持終端設備為例，對系統的電源管理電路進行了設計，以ARM為控制中心，內部包含256 MBDDR內存和512 MB NandFlash存儲器，提供異步串口、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5～12 V之間，提供大于1 A的輸出電流。

電源部分主要包括：電池檢測電路、電池充電電路、電源智能選擇器、DC-DC轉換、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）4.15 V～16 V的高效DC-DC輸入范圍，不需要設計散熱器，有利于設計體積小的設備；

（2）公用或單獨的USB和適配器輸入，具有高達2 A（可調）的電流上限；

（3）4 MHz開關頻率允許使用微小的外部元件；

（4）立即導通：在沒有電池或電池過放電時保持工作；

（5）50 mΩ集成負載開關；

（6）高達16 V的輸入OVP（過壓保護）；

（7）熱敏電阻監測，熱調整功能防止過熱；

（8）充電定時器；

（9）4 mm×4 mm、28引腳TQFN封裝。

2.2電源管理電路分析

系統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，芯片通過內部高效的DC-DC降壓轉換器，單獨或同時提供系統工作電源和電池充電電源。當連接USB外接電源時，充電電流限制小于500 mA，系統負載電源大于USB供電能力時，不足部分由電池電量提供補充。智能電源選擇器在外接電源和電池之間實現自動切換，保證系統的不間斷供電。外接電源檢測和充電檢測連接CPU的GPIO端口用于系統監控電源狀態。

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，在系統工作狀態下，完成充電需要相當長的時間。

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