便攜式儀表電源的設計

2019-11-03 09:58:35

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清華大學精儀系　董景新

在微電子技術基礎上發展起來的單片機及其外圍器件，使儀表技術進入了一個嶄新的智能化時代。此外，半導體工藝的發展使器件普遍地采用ＣＭＯＳ技術，ＣＭＯＳ器件不僅器件的體積越來越小，也為實現低電壓、低功耗和功耗管理提供了良好的條件，使便攜式儀表的普及成為可能。便攜式儀表中大量ＣＭＯＳ器件的低功耗的特性，使得普通的電池就能為系統提供充足的電能。因此，利用單一的電池電源，來滿足系統中各部分不同的電源需求，并確保電源正常供電，是便攜式儀表電源處理模塊的基本任務。

便攜式儀表通常是一個由單片機及其外圍器件構成的，具有多種輸入輸出形式的單片機系統。系統中各個模塊對電源的要求是不同的，電源模塊就是要將單一的電池電源轉換成能使系統中的各模塊正常工作的多種電源輸出。便攜式儀表體積雖小，卻是一個很完整的系統，在設計便攜式儀表的硬件時，首先應盡量使各模塊的電源需求一致。比如傳感器模塊有＋５Ｖ的電壓需求，那么在單片機及其接口器件的選擇時，就應盡量選擇＋５Ｖ供電的ＩＣ芯片。

盡管如此，設計時仍不可避免地會遇到兩種甚至兩種以上的電源需求，這就是電源模塊要解決的關鍵問題，其中主要是解決ＬＣＤ顯示器的對比度調節電壓的輸出。設計電源模塊時要根據不同的電源輸入輸出要求選擇相應的集成電源穩壓變換器件，在滿足電源要求的前提下，使外圍電路盡可能的簡單，體積盡可能小。

市場上可供選擇的電池規格多種多樣，除了較常規的１．２Ｖ（或１．２Ｖ整數倍）的鎳鎘充電電池（電池組）、１．５Ｖ和９Ｖ的干電池和３．６Ｖ的鋰電池以外，還有各種特殊的３、４．５、５、６Ｖ和１２Ｖ的電池可供選擇，但從使用者更換或購買備用電池方便性的角度考慮，應盡可能使用互換性更好的普通電池。

便攜式儀表本身的功耗較小，一般要求的電源輸出功率不大，從體積上考慮，與電路中的其他器件一樣選用ＩＣ芯片，而不宜選用傳統的線性穩壓器件；對于電池供電的系統，由于經過一段時間的放電后，電池電壓總會有一定程度的下降，這時電源模塊應仍能保持穩定的輸出電壓，這就要求電源模塊對輸入電壓的要求不能太苛刻，即允許輸入電壓在一定范圍內變化；一般都要求雙電壓輸出。

在各種集成電源器件中，通用開關型集成穩壓器件有較高的電源效率，適應較寬的輸入電壓范圍，容易通過變換，產生多種類型的輸出電壓，非常適合于使用電池供電的系統，因此在便攜式儀表產品中有著廣泛的應用。

脈沖寬度調制式（ＰＷＭ）轉換器工作于固定的開關頻率，其濾波電路的設計較簡單；脈沖頻率調制式（ＰＦＭ）轉換器在小功率輸出時可望獲得較低的靜態電流；開關電容泵式轉換器的外圍電路簡單，適用于小輸出電流的電源變換。

----《通信世界報》