基于嵌入式系统电源设计方案

本文探讨便携嵌入式系统电源设计的注意事项以及设计中应遵循的准则。这些原则对任何具有强大功能且必须以电池供电的便携嵌入式系统电源设计都是有帮助的。根据本文描述的构造模块，读者可以为特定设计选择合适的器件以及设计策略。
　为电源电路规定具体的功能和架构模块并非微不足道，这些工作直接影响到电池供电系统的工作时间。电源系统架构会因嵌入式产品和应用领域的不同而各异。下图是典型便携嵌入式系统中的电源方案。

下面我们分别定义图中每个组成部分的要求。假设该产品由电池组或外接电源供电。电源路径控制器的功能是当有多个电源时，负责切换至合适的电源。在某些设计中可能需要考虑包括新兴的USB和以太网供电（PoE）等供电方式。

电池保护电路保护电池免受过压、欠压、过热、过流及其它异常状况的损坏；专门的电池充电电路应在一旦有其它供电来源的情况就对电池进行充电；电量计电路连续监测电池电量状况，并为用户和电源管理软件提供电池状态信息。

系统可能需要多个DC-DC功率变换器。例如开关电源（SMPS）、LDO稳压器、电荷泵等。这些不同的变换器用于产品设计内所有可能的输入电源和所需的不同电压。

数字接口或硬件按钮控制器负责开启和关闭系统——有时也称软启动。在一些最近推出的功率变换器中，数字接口也可被用来微调各种变换器产生的输出电压。在具有功耗意识的电源设计中，这种微调是必需的。

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。