電池供電應用中的集成電路IC

　　除了系統的主芯片組（如果含有的話）外，現代電池系統設計通常至少含有以下集成電路（integrated circuit，IC）中的一種：

　　1. 電源管理單元（Power Management Unit，PMU）

　　2. 單片機單元（Microcontroller Unit，MCU）

　　3. 電池管理單元（Battery Management Unit，BMU）

　　本部分將討論這些IC以及如何選擇適當拓撲以延長電池運行時間并達到設計目標。

　　PMU在系統中提供調節后的電壓或電流。某些穩壓功能集成在主芯片組內。但是，由于布線復雜性、EMI問題和性能不足（包括電源輸出通道數不夠或負載能力不足等），仍需要單片式轉換器。單片式電壓轉換器可提供單個或多個輸出。

　　電池供電應用常用的功率調節拓撲包括但不限于線性穩壓器、開關電容穩壓器和電感開關穩壓器。所有這些拓撲的功能都是一樣的，即在設計的電流范圍內對輸出電壓進行穩壓（如直流-直流轉換器），或在指定的電壓范圍內調節電流（如LED驅動器）。每種拓撲可能都需要單獨一篇文章來進行介紹。本文重點介紹電源管理設計的基礎知識。

　　在選擇穩壓器時，很容易想到低壓差穩壓器（Low Dropout Regulator，LDO）。LDO的EMI問題最少，并且需要的外部元件數通常也最少。

　　POUT = VOUT x IOUT 公式1

　　PIN = VIN x （IOUT + IQ） 公式2

　　η = POUT / PIN = VOUT x IOUT / VIN x （IOUT + IQ） 公式3

　　IQ 《 IOUT時，

　　η = VOUT / VIN 公式4

　　圖1演示了LDO的效率。如果輸出電流遠大于靜態電流（IQ），則可以忽略IQ.對于線性電路，輸入電流等于輸出電流與靜態電流之和。因此，效率可簡化為輸出電壓除以輸入電壓，如公式4所示。在電池供電設計中，IQ非常重要，因為待機時間將決定更換一次性電池的頻率或對二次電池進行充電的頻率。延長待機時間的方法之一是選擇低IQ器件。

　　圖2展示了兩種LDO（MCP1700與TC1017）的效率比較圖。負載電流很?。ㄈ?00μA）時，MCP1700 LDO的 效率比TC1017高25%.但是，在負載電流超過10 mA后，兩種器件間的差異便不是很明顯了，如圖1所示。此結果也證明了公式4.

　　圖1:LDO效率與輸出電流的關系

　　盡管低IQ可延長待機時間，但也存在與此相關聯的性能下降問題，例如對線路瞬變和負載的響應時間變長，以及對電源噪聲的抑制能力變弱。圖2展示了一個負載響應時間的示例。圖2的結果表明，如果性能對于設計很重要，不容有任何損失，那么在不提高成本的情況下，很難保持較低的IQ.克服此障礙的另一種方法是選擇具有關斷或待機功能的器件。例如，MCP1802 LDO工作在10 kHz時的電源抑制比（Power Supply Rejection Ratio，PSRR）高達70dB，但其只消耗25μA的靜態電流。處于關斷模式時，MCP1802 LDO僅提供10nA的典型待機電流。這一便利的功能有助于在系統關閉時將功耗降至最低。開關穩壓器和MCU等器件可采用相同的理論來延長待機時間。

　　圖2:MCP1700與TC1017的LDO負載階躍響應比較