基于max8903的电源管理电路的设计与实现

基于基于 max8903max8903 的电源管理电路的设计与实现的电源管理电路的设计与实现 1 系统简介 电子电路集成工艺的飞速发展使计算机系统体积不断缩小 性能不断地提升 同时移动 通信技术的发展让这些计算机系统更加的便携 许多便携式计算机开始使用电池供电 高性 能运算通常伴随着高功耗 而电池技术的严重滞后和人们环保意识的增加使得性能和功耗之 间的问题越发突出 电源管理技术的出现缓和了两者之间的矛盾 通过有效的电源分配降低 系统的整体功耗 电源管理技术在桌上型计算机 服务器上十分常见 然而在嵌入式领域 由于嵌入式系统的开发通常是针对特殊的应用场合 电源管理技术发展相对缓慢 本文以一 个完整的嵌入式系统手持终端设备为例 对系统的电源管理电路进行了设计 以 arm 为控制 中心 内部包含 256 mbddr 内存和 512 mb nandflash 存储器 提供异步串口 usb wifi ac97 显示等电路单元 充电接口包括 usb 和交流适配器两种接口 其中交流 适配器输出电压范围在 5 12 v 之间 提供大于 1 a 的输出电流 电源部分主要包括 电池检测电路 电池充电电路 电源智能选择器 dc dc 转换 电 源控制电路等 2 电源管理电路分析 2 1 充电管理芯片介绍 充电管理芯片选用 maxim 的 max8903a 基本特性如下 1 4 15 v 16 v 的高效 dc dc 输入范围 不需要设计散热器 有利于设计体积小的设 备 2 公用或单独的 usb 和适配器输入 具有高达 2 a 可调 的电流上限 3 4 mhz 开关频率允许使用微小的外部元件 4 立即导通 在没有电池或电池过放电时保持工作 5 50 m 集成负载开关 6 高达 16 v 的输入 ovp 过压保护 7 热敏电阻监测 热调整功能防止过热 8 充电定时器 9 4 mm 4 mm 28 引脚 tqfn 封装 2 2 电源管理电路分析 系统接成双输入外接电源模式 交流适配器和 usb 连接交流适配器时 芯片通过内部 高效的 dc dc 降压转换器 单独或同时提供系统工作电源和电池充电电源 当连接 usb 外接 电源时 充电电流限制小于 500 ma 系统负载电源大于 usb 供电能力时 不足部分由电池 电量提供补充 智能电源选择器在外接电源和电池之间实现自动切换 保证系统的不间断供 电 外接电源检测和充电检测连接 cpu 的 gpio 端口用于系统监控电源状态 外接电源以交流适配器为主 不推荐使用 usb 连接 原因是 usb 供电能力有限 在系统 工作状态下 完成充电需要相当长的时间 电源管理电路框图如图 1 所示 图 1 电源管理电路框图 系统电源管理部分电路原理图如图 2 所示 图 2 电源管理部分电路原理图 1 充电电流控制 充电电流受 r8p 和 r9p 控制 充电电流的最大值为 1200 r8p 同时充电电流小于 6000 r9p 其中 6000 r9p 直流电源限流设置 如图 2 所示 当 r8p 1 5 k r9p 3 k 时 直流电源限流为 6000 3000 2 a 充电限流 1200 1500 0 8 a 如果 r8p 1 2 k r9p 5 k 直流电源限流为 6000 5000 1 2 a 充电限流 1200 1200 1 a 本系统选用 r8p 1 5 k r9p 3 k 2 系统电压切换 当 dcin 和 usb 同时接人系统电源输入时 dcin 输入优先 usb 输人自动关闭 dcin 同 时供给电池充电和 mbat 系统供电电源 电池还可以起到减少 mbat 电压波动的作用 电池充电完成后 充电电路部分关闭 dcin 供给 mbat 系统电源 mbat 电压稳定在 4 4 v 3 充电指示 max8903 管脚 dok 是直流电源连接指示输出 低电平有效 指示灯 d2p 用于指示直流电 源连接状态 同时信号连接到 cpu 的 gpio 管脚 用于软件检测此状态 max8903 管脚 chg 是正在充电指示输出 低电平有效 指示灯 d3p 用于指示充电状态 同时信号连接到 cpu 的 gpio 管脚 用于软件检测充电状态 max8903 管脚 flt 是故障指示输出 低电平有效 指示灯 d1p 用于指示故障状态 如充 电超时等 4 电池温度保护 max8903 管脚 thm 到 gnd 连接 10 k 的负温度系数热敏电阻 用于检测充电过程中电池 的温度变化 当电池温度超过设定极限温度时 暂时停止给电池充电 直到电池温度下降到 安全温度范围 5 dc dc 降压转换器电感选择 dc dc 降压转换器采用开关频率值为 4 mhz 的控制架构 通过调整占空比实现降压转换 推荐的电感选择如表 1 表 1 dc dc 降压转换器电感推荐值 本系统充电电流在不到 1 a 附近 输入电压在 12v 左右 选择电感 2 2 h 6 pcb 布局 pcb 布局 局部 如图 3 所示 本文引用地址 图 3 pcb 布局 局部 系统电路 pcb 布局为十层板设计 图中只显示顶层 pcb 布线 pcb 布局原则 大电流部 分采用短而宽的布线连接 裸焊盘采用多个过孔连接散热地 以利于散热 电流设置电阻直接 接地 减少电流偏差 减小功率电流对稳压部分的影响等 3 性能测试数据 padding 0px outline style none color rgb 0 51 153 text decoration none 电源管理电路主要指标 充电效率 输出工作电压 充电电流等 电路测试连接如 图 4 所示 图 4 电源管理电路测试连接图 3 1 外接电源电压固定 外接电源电压固定时 充电电流和电池电压的数据关系测试数据如表 3 图 5 为测试数据 关系示意图 表 3 外接电源电压固定时的测试数据 图 5 外接电源电压固定时 充电电流和电池电压的关系 3 2 外接电源电压变化 外接电源电压的变化对应于固定工作电流 其输入电流和电源转换效率的测试数据见表 4 图 6 为测试数据关系示意图 表 4 外接电源电压变化时的测试数据 图 6 外接电源电压变化时的输入电流和 以上测试数据反映系统正常工作需要的外接电源需求 4 结论 在嵌入式系统中 电源管理单元是系统必需的重要组成部分 在本系统中 以 max8903 为核心的电源管理电路单元以其输入范围宽 体积紧凑 外围电路简单 工作效率较高等优 势 很好地实现了电源管理单元的功能需求 图 5 外接电源电压固定时 充电电流和电池电压的关系 3 2 外接电源电压变化 外接电源电压的变化对应于固定工作电流 其输入电流和电源转换效率的测试数据见表 4 图 6 为测试数据关系示意图 表 4 外接电源电压变化时的测试数据 图 6