電源低功耗設(shè)計及應(yīng)用

人類的經(jīng)濟活動已經(jīng)到了工業(yè)經(jīng)濟時代，并正在轉(zhuǎn)入高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展的時期，“綠色”“低碳”已成為當(dāng)今時代發(fā)展的主旋律，當(dāng)然，電子系統(tǒng)也不會例外，它將順應(yīng)著“綠色”、“環(huán)保”、“高效”、“節(jié)能”這一主流趨勢，在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)處理速度越來越快，數(shù)據(jù)流量和存儲空間越來越大，系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性越來越高，而電子設(shè)備體積不斷減小，集成度不斷增高，功耗不斷降低。
電源低功耗的發(fā)展趨勢。
①綠色化、小型化。低功耗、低污染、低電流、高效率、高集成已成為現(xiàn)代電源技術(shù)的主流，電源技術(shù)的發(fā)展同時也依賴于電子元器件和集成電路的發(fā)展。
②數(shù)字化、多元化。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展和成熟，現(xiàn)代電源更多地向數(shù)字化方向發(fā)展。采用數(shù)字技術(shù)可減小電源高頻諧波干擾和非線性失真，同時便于CPU數(shù)字化控制。 現(xiàn)代電源具備良好的EMC特性，自身產(chǎn)生的高頻諧波功率逐漸減小，降低了對環(huán)境的“污染”，同時增強了電源本身抗干擾性能。
③模塊化、智能化。電源技術(shù)模塊化包括功率單元模塊化和輸出單元模塊化。新型開關(guān)電源將其功率開關(guān)管和各種輸出保護模塊集成在一起，使開關(guān)電源的體積進一步縮小。輸出穩(wěn)壓電路模塊化，使電源在實際應(yīng)用中更加靈活、方便、智能。
低功耗集成電路圖
LM7805為固定+5V輸出穩(wěn)壓集成電路(采取特殊方法也可使輸出高于5V)，最大輸出電流為1A，標(biāo)準(zhǔn)封裝形式有TO-220、TO-263。78和79系列集成電路應(yīng)用相對固定，電路形式簡單，只是正負(fù)直流電壓輸出時應(yīng)注意變壓器最小輸出功
率和最小輸出電壓，如圖1所示

根據(jù)能量守恒原則，在理想狀態(tài)下電源輸入輸出功率相等。在實際中，考慮銅損和其他元器件的損耗，電源的輸出功率小于輸入功率。78系列和79系列穩(wěn)壓前后直流電壓差為2～3V。由于為正負(fù)雙電源輸出，穩(wěn)壓前后直流電壓差應(yīng)為5～6V。 LM1085是一款典型的低壓差線性穩(wěn)壓集成電路，輸入輸出電壓差低至1．5V，輸出電流可達3A。LM1085可以固定輸出3．3V、5V、12V，也可通過引腳外圍電阻設(shè)置調(diào)整輸出，輸出調(diào)整范圍為1．2～15V。LM1085-3．3、LM1085-5、LM1085-12為三款低壓差(LDO)固定輸出集成電路，固定輸出分別是3．3V、5V、12V，固定輸出方式硬件電路簡單，用法也相對固定，同78系列基本相同。封裝形式有TO-220、TO-263，如圖2和圖圖3所示

LM1085-ADJ為輸出電壓可調(diào)節(jié)低壓差集成電路，輸出調(diào)整范圍為1．2～15V，可以通過調(diào)節(jié)R1和R2阻值比值的大小確定輸出電壓，如圖4所示。

LM1117也是一款低壓差集成電路，可固定輸出電壓也可調(diào)節(jié)輸出電壓，輸出電壓范圍為1．5～15V，封裝形式和用法LM1085基本相同。電源低功耗設(shè)計：
一、降低功耗從MCU選型開始，一開始選型的時候就應(yīng)該考慮選擇低功耗的MCU比如MSP430一類的為低功耗設(shè)計的CPU。強烈不建議使用51一方面是因為51速度慢，另外一方面是因為51的IO是有上拉電阻的，雖然當(dāng)IO為高電平是上拉電阻不費電，但是下拉電流的時候卻也有不小的功耗產(chǎn)生。還有一點就是51的運算速度實在是太慢了——很多運算用51都需要很高的主頻而主頻高了就意味著高的功耗。
二、選擇器件用電電壓，很明顯降低器件的用電電壓能夠明顯的降低器件的耗電比如說ATmega8和ATmega88雖然芯片大致內(nèi)部結(jié)構(gòu)一致但是后者可以工作在1.8V的超低電壓下而前者就不行綜合考慮下當(dāng)然還是選擇后者。
三、盡量降低器件的工作頻率，大家都知道CMOS電路的工作電流主要來此于開關(guān)轉(zhuǎn)換時對后一級輸入端的電容充放電，如果能夠降低MCU的工作頻率自然耗電也就下來了要知道當(dāng)AVR工作在32.768Hz時和工作在20Mhz時的工作電流差異可不是一般的小啊。
四、盡量使用中斷讓處理器進入更深的睡眠，眾所周知睡眠模式和掉電模式能夠大大的降低MCU的工作電流，聰明的單片機設(shè)計師能夠充分的利用MCU的中斷功能讓MCU周期性的工作和睡眠從而大大的降低MCU的工作電流。
五、盡量關(guān)閉MCU內(nèi)部不用的資源——這個嗎地球人都知道的好處，我說這個有點像廢話一樣，不用的東西你干嗎開著呢比如ATmega8內(nèi)部的模擬比較器，默認(rèn)是開著的還有ATmega88內(nèi)部的大多數(shù)資源都可以在不用的時候用軟件關(guān)閉。
六、盡量使用VMOS做為外部功率擴展器件，道理很簡單VMOS驅(qū)動的時候是電壓行器件驅(qū)動是幾乎不產(chǎn)生功耗，要比普通的晶體管省電多了而且由于VMOS的導(dǎo)通內(nèi)阻低通常只有幾十個毫歐，在小電流的時候器件自身發(fā)熱也小，尤其是小電流是效率遠比傳統(tǒng)晶體管要高的多的多這里還是建議使用高速VMOS，因為高速VMOS在開關(guān)速度相當(dāng)高的PWM時效率會更高。
七、片外IC的電源最好都能由MCU的IO控制比如說我們常用的24C02，由于它是掉電記憶的，所以我們完全可以在它不工作的時候?qū)λP(guān)電源以節(jié)約電流還有比如說我們常用的6116的SRAM我們完全可以用單片機來控制它的片選端口來控制它的工作與休眠從而節(jié)約電流。
八、這招也是最毒辣的一招通常我們驅(qū)動一些LED器件，完全可以通過PWM來控制從而省略限流電阻，要知道當(dāng)器件選定后它的內(nèi)阻也就已經(jīng)確定，而當(dāng)電源電壓也確定的時候，就可以通過占空比來確定器件上的電壓從而節(jié)約了限流電阻同時也就節(jié)約了限流電阻上面的功耗，如果用戶使用的是電池，我們完全還可以不定期的對電池電壓進行檢測然后改變占空比，從而恒定負(fù)載上面的電壓，達到電源的最大利用率。