电源低功耗设计及应用

只看该作者 · 2019-6-2 17:13

电源低功耗设计及应用

人类的经济活动已经到了工业经济时代，并正在转入**技术产业迅猛发展的时期，“绿色”“低碳”已成为当今时代发展的主旋律，当然，电子系统也不会例外，它将顺应着“绿色”、“环保”、“高效”、“节能”这一主流趋势，在现代电子系统中，数据处理速度越来越快，数据流量和存储空间越来越大，系统稳定性、可靠性越来越高，而电子设备体积不断减小，集成度不断增高，功耗不断降低。

　　电源低功耗的发展趋势

　　①绿色化、小型化。低功耗、低污染、低电流、高效率、高集成已成为现代电源技术的主流，电源技术的发展同时也依赖于电子元器件和集成电路的发展。

　　②数字化、多元化。随着数字技术的发展和成熟，现代电源更多地向数字化方向发展。采用数字技术可减小电源高频谐波干扰和非线性失真，同时便于CPU数字化控制。现代电源具备良好的EMC特性，自身产生的高频谐波功率逐渐减小，降低了对环境的“污染”，同时增强了电源本身抗干扰性能。

　　③模块化、智能化。电源技术模块化包括功率单元模块化和输出单元模块化。新型开关电源将其功率开关管和各种输出保护模块集成在一起，使开关电源的体积进一步缩小。输出稳压电路模块化，使电源在实际应用中更加灵活、方便、智能。

　　低功耗集成电路图

　　LM7805为固定+5V输出稳压集成电路(采取特殊方法也可使输出高于5V)，最大输出电流为1A，标准封装形式有TO-220、TO-263。78和79系列集成电路应用相对固定，电路形式简单，只是正负直流电压输出时应注意变压器最小输出功率和最小输出电压，如图1所示

　　根据能量守恒原则，在理想状态下电源输入输出功率相等。在实际中，考虑铜损和其他元器件的损耗，电源的输出功率小于输入功率。78系列和79系列稳压前后直流电压差为2～3V。由于为正负双电源输出，稳压前后直流电压差应为5～6V。LM1085是一款典型的低压差线性稳压集成电路，输入输出电压差低至1．5V，输出电流可达3A。LM1085可以固定输出3．3V、5V、12V，也可通过引脚外围电阻设置调整输出，输出调整范围为1．2～15V。LM1085-3．3、LM1085-5、LM1085-12为三款低压差(LDO)固定输出集成电路，固定输出分别是3．3V、5V、12V，固定输出方式硬件电路简单，用法也相对固定，同78系列基本相同。封装形式有TO-220、TO-263，如图2所示。

LM1085-ADJ为输出电压可调节低压差集成电路，输出调整范围为1．2～15V，可以通过调节R1和R2阻值比值的大小确定输出电压，如图3所示。

　　LM1117也是一款低压差集成电路，可固定输出电压也可调节输出电压，输出电压范围为1．5～15V，封装形式和用法LM1085基本相同。

　　电源低功耗设计：

　　一、降低功耗从MCU选型开始，一开始选型的时候就应该考虑选择低功耗的MCU比如MSP430一类的为低功耗设计的CPU。强烈不建议使用51一方面是因为51速度慢，另外一方面是因为51的IO是有上拉电阻的，虽然当IO为高电平是上拉电阻不费电，但是下拉电流的时候却也有不小的功耗产生。还有一点就是51的运算速度实在是太慢了——很多运算用51都需要很高的主频而主频高了就意味着高的功耗。

　　二、选择器件用电电压，很明显降低器件的用电电压能够明显的降低器件的耗电比如说ATmega8和ATmega88虽然芯片大致内部结构一致但是后者可以工作在1.8V的超低电压下而前者就不行综合考虑下当然还是选择后者。

　　三、尽量降低器件的工作频率，大家都知道CMOS电路的工作电流主要来此于开关转换时对后一级输入端的电容充放电，如果能够降低MCU的工作频率自然耗电也就下来了要知道当AVR工作在32.768Hz时和工作在20Mhz时的工作电流差异可不是一般的小啊。

　　四、尽量使用中断让处理器进入更深的睡眠，众所周知睡眠模式和掉电模式能够大大的降低MCU的工作电流，聪明的单片机设计师能够充分的利用MCU的中断功能让MCU周期性的工作和睡眠从而大大的降低MCU的工作电流。

　　五、尽量关闭MCU内部不用的资源——这个吗地球人都知道的好处，我说这个有点像废话一样，不用的东西你干吗开着呢比如ATmega8内部的模拟比较器，默认是开着的还有ATmega88内部的大多数资源都可以在不用的时候用软件关闭。

　　六、尽量使用VMOS做为外部功率扩展器件，道理很简单VMOS驱动的时候是电压行器件驱动是几乎不产生功耗，要比普通的晶体管省电多了而且由于VMOS的导通内阻低通常只有几十个毫欧，在小电流的时候器件自身发热也小，尤其是小电流是效率远比传统晶体管要高的多的多这里还是建议使用高速VMOS，因为高速VMOS在开关速度相当高的PWM时效率会更高。

　　七、片外IC的电源最好都能由MCU的IO控制比如说我们常用的24C02，由于它是掉电**的，所以我们完全可以在它不工作的时候对它关电源以节约电流还有比如说我们常用的6116的SRAM我们完全可以用单片机来控制它的片选端口来控制它的工作与休眠从而节约电流。

　　八、这招也是最毒辣的一招通常我们驱动一些LED器件，完全可以通过PWM来控制从而省略限流电阻，要知道当器件选定后它的内阻也就已经确定，而当电源电压也确定的时候，就可以通过占空比来确定器件上的电压从而节约了限流电阻同时也就节约了限流电阻上面的功耗，如果用户使用的是电池，我们完全还可以不定期的对电池电压进行检测然后改变占空比，从而恒定负载上面的电压，达到电源的最大利用率。