W88 > 期刊 > 2008-06 > 技术专题 > 详细内容
电源选择浅析
技术分类:嵌入式系统 作者:C.G.Masi 发表时间:2008-06-30

  嵌入式系统选择哪种类型的电源要视具体的应用场合而定。在此,我们为你的选择提供一些指导。

  为一套嵌入式系统选择电源就像是在一本中餐菜谱上点菜,有些菜式属于第一类,有些属于第二类,另一些属于第三类。对一个要选择电源的人来说,他要点的可不是“开胃菜”、“汤”和“主食”,而是“主电源”、“充电电源”和“备用电源”。
  

  典型的嵌入式系统线性电源利用现成的变压器/整流器输入端把公用电转换为适用于嵌入式系统的电能。
RC滤波器把残余的波动电压滤除。廉价的线性调节芯片可以稳定输出电压。如果再加入一个电压分配器,
就可以通过反馈方式将电压抬高到需要的输出电位。右图显示的是一个与接地无关的15V单端电源和一个+/-15V双端电源。

  你所选择的主电源应该能够在绝大部分时间内为嵌入式系统供电。在大部分的嵌入式应用中,在线公用电源——最有可能是120V交流电——是一个最理想的选择。其次,可以选择一些诸如锂离子(Li-ion)电池之类的可充电干电池。如今,在越来越多的联网应用中,网络接口(例如USB接口)可以直接为嵌入式设备提供主电源。相应的,采用普通的不可充电型干电池作为主电源的嵌入式系

统正在急剧减少。
  充电电源是一种用来维持主电源连续工作的供电设备。许多对可靠性要求较高的系统,例如医疗监控系统,都有内建的持久电源。车内系统的主电源无一例外是由一块电池构成的,汽车发动后,一台工作中的交流电机会为该电池充电。
  备用电源能够在其他电源无法供电时发挥作用。一般来说,备有电源只能维持最基本的运行。例如,当我们为移动设备更换主电源时,备用电源会为其中的易失性存储器供电。大多数的个人电脑内都装有一块不可充电的锂电池(不是那种可充电的锂离子电池)。当计算机没有连接主电源时,它可以维持BIOS工作。
  哪种形式的电源应该归入哪一大类完全由应用上的要求决定。举例来说,在偏远、偏僻位置安装无线传感器是一个正在不断发展的应用项目。如果要为这些无线传感器选择电源,那么长效的不可充电锂电池就是首选。锂离子电池不适合在高温环境下使用,因为高温会使它的使用寿命急剧缩短。

  电池电源
  在以下三类应用中,采用电池供电是最佳的选择:功耗要求较低的应用、功耗要求较高的应用以及作为备用。安置在偏远地区的无线传感器必须是低功耗的。混合动力汽车势必要消耗大量电能,但出于其他原因,它们必须采用电池作为主电源。在可靠性要求较高的应用方面,例如医疗监控设备,即使设备采用公用电源作为主电源供电,其内部也必须装有一块备用电池。
  在电能供给并不充足时,嵌入式系统设计者必须在设计时充分考虑如何将系统的功耗降至最低以及如何最有效地利用电能。
  在降低功耗方面,首先要做的是选择合适的器件以及电路类型。例如,微处理器的时钟频率对它的功耗有很大影响。对同一款处理器而言,功耗与时钟频率之间成非线性关系。同样,字长较大的处理器的功耗比字长较小的处理器大一些(例如,字长为32位处理相对于16位处理器而言)。同样,有些类型的电路本身对电能的利用效率就比较高。例如,开关型电源的效率比线性电源的效率高很多。当然,直接利用电池电压可以达到更大的利用效率。因此,如果你想使系统功耗最小化,最好把时钟频率设置到最低、采用字长最小的微处理器并且在满足要求的情况下,采用最高效的电路形式。
  在设计者对电路本身进行了降低能耗的优化之后,接下来可以采取的最有效的节能方案就是设置休眠模式以及看门狗定时器,这也可能是整套节能方案中最有效的一个环节。在休眠模式下,所有的附加功能都处于关闭状态,只有一个独立的低功耗定时电路在运行。设置定时器是为了让系统在接受到一连串的激活事件后从休眠模式中“苏醒”过来。
  相对言,在对功耗要求较高的应用中,很少采用电池作为主电源。这并不是因为电池无法提供大电流(它们可以做到这一点),而是因为在一般情况下,它们无法长时间提供大电流。通常情况下,只有当工程师认为其他选择都不适用时,才会考虑采用电池作为主电源。
  例如,我常会设计一些小装置用来做短期实验。几年前,我利用一块μa741双运算放大器芯片设计了一个超低频(ELF)的振荡发生器作为负载,希望测试一款数字存储式示波器的性能。这一振荡发生器只需要工作几个小时,而我身边又没有一个理想的供电电源。
  我有的只是两节9V的收音机电池和电池盒。于是,我把两节电池串联起来,让中心点接地。然后,把第一节电池的正极连接到运放器的正供电端,把第二节电池的负极连接到运放器的负供电端。由于这款运放器可以在±9V的电压范围内工作,我不费吹灰之力就完成了这一供电设计。
  电池还被广泛用来为汽车发动机供电,这要求电池有极大的电流输出。混合动力型以及全电动型汽车一般采用电池驱动的马达提供动力,而其他形式的能源可以对电池反复充电。  


  开关型供电器(或者称之为

1】【2】【3
您可能感兴趣的文章
最新文章
此文涉及的厂商信息
相关作者文章
相关厂商
热门文章
CEC博客

W88