电源管理

将交流市电转换为低压直流的常规方法是采用变压器降压后再整流滤波,当受体积和成本等因素的限制时,最简单实用的方法就是采用电容降压式电源。

采用电容降压时应注意以下几点:
　　1 根据负载的电流大小和交流电的工作频率选取适当的电容,而不是依据负载的电压和功率.
　　2 限流电容必须采用无极性电容,绝对不能采用电解电容.而且电容的耐压须在400V以上.最理想的电容为铁壳油浸电容.
　　3 电容降压不能用于大功率条件,因为不安全.
　　4 电容降压不适合动态负载条件.
　　5 同样,电容降压不适合容性和感性负载.
　　6 当需要直流工作时,尽量采用半波整流.不建议采用桥式整流.而且要满足恒定负载的条件.

电路一,

在日常生活中，人们对电子设备的依赖越来越严重，电子技术的更新换代，也同时意味着人们对电源的技术发展寄予厚望，下面就为大家介绍电源管理芯片的主要分类。

电源管理半导体从所包含的器件来说，明确强调电源管理集成电路 (电源管理 IC，简称电源管理芯片) 的位置和作用。电源管理半导体包括两部分，即电源管理集成电路和电源管理分立式半导体器件。

电源管理集成电路包括很多种类别，大致又分成电压调整和接口电路两方面。电压凋整器包含线性低压降稳压器 (即 LDO)，以及正、负输出系列电路，此外 不有脉宽调制 (PWM) 型的开关型电路等。因技术进步，集成电路芯片内数字电路的物理尺寸越来越小，因而工作电源向低电压发展，一系列新型电压调整器应运 而生。电源管理用接口电路主要有接口驱动器、马达驱动器、功率场效应晶体管 (MOSFET) 驱动器以及高电压/大电流的显示驱动器等等。

电源管理分立式半导体器件则包括一些传统的功率半导体器件，可将它分为两大类，一类包含整流器和晶闸管;另一类是三极管型，包含功率双极性晶体管，含有 MOS 结构的功率场效应晶体管 (MOSFET) 和绝缘栅双极型晶体管 (IGBT) 等。

随着手机的功能越来越多，用户对手机电池的能量需求也越来越高，现有的锂离子电池已经越来越难以满足消费者对正常使用时间的要求。对此，业界主要采取两种方法，一是开发具备更高能量密度的新型电池技术，如燃料电池；二是在电池的能量转换效率和节能方面下功夫。

为手机提供电能的技术在最近几年虽有不少创新和发展，但是还远远不能满足手机功能发展的需要，因此如何提高电源管理技术并延长电池使用寿命，已经成为手机开发设计中的主要挑战之一。

同时，设计者还必须明白消费者对手机的要求，这主要体现在以下几个方面：第一，体积小。这要求提高系统的集成度，缩小元器件的封装体积，减小 PCB板的面积，这可能会增加设计中解决电磁干扰（EMI）的难度。第二，重量轻。要求使用高效能的电池，在有限的体积和重量下，提高电池的能量密度。目前大部分手机都使用单节锂离子或锂聚合物的电池，容量为850-1000mAH。第三，通话时间长。要求提高工作时对电池中电能的转换效率，减少待机时的漏电电流，提高使用效率。第四，价格便宜。要求产品的方案集成度高，分立器件少而且成本低廉。第五，产品更新快。要求元器件简单易用、便于设计使用，硬件软件平台统一，便于增加新的功能和特色。

新能源汽车、无人机、充电桩、LED、身份识别……这些时下最热门的标签集合起来，无疑是一场最酷最炫的应用秀场。然而，这些应用却因慕尼黑上海电子展而集结亮相。小到生活中的照明、汽车、移动终端，大到工业、太阳能、蜂窝基础设施、开关电源等应用，都离不开电源芯片的踪影。随着生活中电子设备越来越多，电源设计的要求也越来越高：包括更严格的技术规格、逐渐缩短的周期、高成本压力以及越来越多需求的差异化高功率电源。

慕尼黑上海电子展(electronica China)作为电子行业的开年大戏，2017年3月将有不少领先电源芯片公司如东芝、ST、安森美、LINEAR，SII精工等集体展示电源管理芯片解决方案，深度窥视分享其发展趋势及未来方向。

<strong>电源IC需“涨姿势”</strong>
据市调机构iSuppli预计，2016年电源管理IC市场预计将达到387亿美元，消费电子、网络通信、移动互联领域都是主要的应用市场，汽车电子、新能源领域也逐渐发力。在应用驱动和技术进步的作用下，对电源IC的技术要求也不断走高。而且随着应用的不断创新，电源IC的市场也呈现出需求多样化，应用细分化，更多高性能电源IC的市场需求也不断深化以及扩展化，更好地为满足系统创新，性能提升而服务。

长期以来，在所有的业界和市场中，我们一直都能看到对于能够长期运作的高能效、电池供电型设备的需求；随着物联网(IoT)的兴起，嵌入式设计人员正把大量精力放在关注「超省电」设备的电源管理。

当考虑到需要某种形式无线连接的电池供电型设备时，无论在简单的点对点无线网络配置，或是更复杂的星型或网状网络中，这都尤为真切。 有许多被认为非常适合超省电设备类型的应用，其中一个典型的例子是无线传感器节点，从功能上看，它是一个需要长期运行(在某些情况下长达几年)同时采用电池供电的相对简单设备。

要为这类应用建构成功的产品，开发人员必须考虑整个设计的诸多方面。 这些设计考虑不仅包括微控制器(MCU)和它的能效等级，而且也包括系统中的其他元素，例如无线接口(不仅仅是物理实现，也包括使用的无线协议)、系统级电源管理(例如，整合到MCU中的低压差调节器或者专用电源管理IC)、传感器、以及需要收集和处理传感器数据的模拟功能。

图1显示了无线传感器节点的关键组成部分。 让我们首先从MCU开始讨论，这是设计的核心。 对于电池供电的无线传感器节点来说，MCU必须具备超高的能效。 RF协议和数据处理的需求(可能用于讯号调节和数字讯号处理)将可能决定32位或者8位MCU的选择，尽管如此，无论MCU如何选择，许多低能耗需求依然是必要的。

<font color="#FF8000">作者：David Guo</font>

在有多个供电电源的系统中，运算放大器电源必须在施加输入信号的同时或之前建立。否则，便可能发生过压和闩锁状况。

然而，在实际应用中，这个要求有时候可能难以满足。本文讨论运算放大器在不同上电时序情况下的行为表现（参见表2），分析可能的问题及原因，并提出一些建议。

<strong>上电时序问题多种多样</strong>

上电时序问题可能出现于多种不同情况。例如，在一个客户应用中，AD8616配置为缓冲器，在电源建立之前输入为0 V（图1），负电源先于正电源上电（负电源有而正电源无）。

为了防止USB电池短路，当USB接口端的电压高于过压阈值时，过电压保护电路必须用来断开系统电源。过电压的场效应晶体管（FET）应具有快速响应时间以尽快断开系统电源，保护上游片上系统（SoC）受到有害电压和电流尖峰的影响。此外，USB 2.0规范要求使用过电流检测电路以自动限制过电流事件中的电流。内部开关可防止过量电池损坏上游设备，保持5V电轨稳定，并合理隔离故障。

在两部分系列之第1部分中；我解释了保护USB电路出现电池短路故障的最佳途径。在这篇博文中，我将扩展优化您的汽车USB防电池短路设计的最佳途径。

由于汽车制造商可能在整个项目过程中改变整体输出电流要求，具有可调电流限制保护的 解决方案可为系统设计人员提供更多灵活性；允许他们容易地调节USB端口的输出电流，而无需限定一个新设备。若您需要保护灵敏电子出现电池短事件，并同时支持高达2.4A的电流，你可能需要一个灵活的防电池短路芯片。

<font color="#FF8000">Chris Schairbaum
德州仪器模拟创新与开发总监
Ramanan Natarajan
德州仪器高压电源解决方案，系统解决方案</font>

如今，为了给新系统供电，我们对电能的需求越来越大，新系统很多是移动的，它们提高了我们的生活水平。与此同时，环保问题要求我们更加高效地使用能源。

虽然这些挑战需要我们使用多种政治和经济手段来有效应对，不过有一种技术手段正日益显示出其重要性。高压创新手段能够使电能的传输和转换更加高效，从而降低电源和终端设备间的功率损耗。

这些创新手段为发电方式带来改变，例如引入可再生能源，并且提升电机和制冷设备等耗电量较大设备的节电性能。这使得能源效率稳步上升，降低成本，并减少温室气体排放。

即使是微小的效率提升也能带来显著的影响。美国能源信息署（EIA）在其2015年中期预测中估测：到2040年美国的发电量将增加24%——每年增加约1%。EIA还预测，美国的发电量中，有大约6%的电能浪费在供电和配置方面——近几年每年浪费的电量超过1400万兆瓦时。通过提高效率，节省一部分浪费电量，便可降低所需的总发电量。

<font color="#FF8000">作者：贸泽电子Landa Culbertson</font>

对噪声敏感应用中的配电系统设计要千万小心谨慎，在电源管理设计中不仅要考虑所有的常用参数，像输入电压、输出电压和电流等，此外，还要考虑如何处理影响音频和视频信号完整性的电源噪声。

<strong>选择低噪声和高PSRR特征的线性稳压器</strong>

只要有可能，选择线性稳压器直接给信号调节和信号处理元件供电。所有的电压调节器都会给系统带来噪声，但是线性稳压器相对于其“近亲”DC-DC转换即开关稳压器产生的噪声更少。线性稳压器可以提供良好的电源纹波抑制（PSRR），也称为音频敏感系数。在任何开关电源的开关频率上的高PSRR规范作为线性稳压器的输入将会有助于减少开关噪声，以至于不会被引进到信号链和引起干扰问题。这种技术叫做后调节。

记住，PSRR在更高频率下最终将下降至0分贝。大多数开关电源在100kHz至2 MHz范围内工作，因此这不是一个问题，因为它涉及到线性稳压器减弱其基本开关频率的能力。不过，可能需要额外的滤波来抑制高频噪声。

<font color="#FF8000">作者：Spencer Chin, Mouser Electronics</font>

有几个电源供应商正在合力搭建一个可以简化数字电源模块内部构造的框架,以提供给设备制造商使用。一套标准可以在不同的供应商模块间确保second sourcing(第二供货源)和兼容性。

近些年中电源的两个流行趋势--分布式操作电源和数字电源--是由三家主要的电源供应商牵头的全方位尝试的核心内容，以使设备制造商的电源系统设计更简单化。去年11月，Ericsson,CUI和Murata三家公司成立了现代电源架构（AMP）联盟，以搭建出符合通用电子和物理规范的数字电源模块的框架，通过第二供货源很容易得到这些规范。

AMP联盟做得不止是先前所讲的标准化工作，这个标准被限定到电源供应规范上来定义模块的监控、控制和通信功能。AMP联盟还期待能创造出即插即用互操作性的通用配置文件来确保每个公司产品间的兼容性。