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發(fā)布日期:2022-04-17 點擊率:77
引 言 1 電源技術(shù)的發(fā)展趨勢和種類 2 低功耗管理策略
綠色、環(huán)保、高效、節(jié)能,已成為當代電子系統(tǒng)發(fā)展的主流和趨勢。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。特別是現(xiàn)代手持便攜設(shè)備和遠程控制設(shè)備不僅要求電子系統(tǒng)集成度高、體積小,而且要求整個系統(tǒng)功耗低,電池在相同體積和功耗下待機時間更長。電子設(shè)備外形變得越來越簡單,終端產(chǎn)品變得更加小巧,集成電路生產(chǎn)商需要設(shè)計出更加緊湊小巧的封裝。由于系統(tǒng)內(nèi)處理器、存儲器及其他集成電路數(shù)量不斷增加,產(chǎn)生更多熱量,使熱管理在系統(tǒng)設(shè)計中變得非常重要。這些因素給集成電路生產(chǎn)商和電子設(shè)計工程師帶來了更多挑戰(zhàn)。
1.1 電源技術(shù)的發(fā)展趨勢
現(xiàn)代電源起始于20世紀50年代末60年代初的硅整流技術(shù),其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流時代、逆變時代和變頻時代,推動了電源技術(shù)在許多新興領(lǐng)域的應(yīng)用。20世紀80年代末期和90年代初期發(fā)展起來的以功率MOSFET和IGBT為代表的集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導(dǎo)體復(fù)合器件,表明傳統(tǒng)電源技術(shù)已經(jīng)進入現(xiàn)代電源技術(shù)的新興時代。
現(xiàn)代電源技術(shù)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。
③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。
1.2 電源種類
按輸入一輸出狀態(tài)分類:AC-AC、AC—DC、DC—AC、DC—DC。
按工作狀態(tài)分類:線性電源、開關(guān)電源、二極管穩(wěn)壓電源。
按同負載連接穩(wěn)壓方式分類:串聯(lián)型穩(wěn)壓電源、并聯(lián)型穩(wěn)壓電源。
按輸出電壓調(diào)整方式分類:固定輸出電源、可調(diào)電源。隨著電源技術(shù)的發(fā)展,電源分類和界定越來越模糊。例如,LA76810電視接收機集成音頻功放AN5265采用9 V直流供電,而電視接收機并不是采用9 V直流直接輸出或穩(wěn)壓塊7809輸出,而是采用7812輸出后由9 V穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓并給集成電路供電。
對于固定電源與可調(diào)電源,78系列和79系列是電子工程師常用的固定電壓穩(wěn)壓輸出集成電路,317和337是常用可調(diào)電壓輸出集成電路。而現(xiàn)在1085可以是3.3 V輸出,也可以是1.7 V輸出,只需改變集成電路外圍電阻。
開關(guān)電源以其體積小、效率高、環(huán)路PWM控制、輸出短路和過載保護等特性已占領(lǐng)了電源市場,線性電源已經(jīng)完成了使命,逐步退出歷史舞臺。
隨著IT技術(shù)發(fā)展,電子信息行業(yè)從模擬時代過渡到數(shù)字時代,從分離晶體管時代過渡到集成電路時代,從純硬件電路過渡到軟硬件相結(jié)合、操作系統(tǒng)可裁減的嵌入式系統(tǒng)。數(shù)字技術(shù)高速發(fā)展,對電子系統(tǒng)低能耗要求越來越高,電子工程師想出各種解決方法和策略。
(1)OPU低功耗電源策略
現(xiàn)代CPU為降低系統(tǒng)功耗,無論在軟件上還是硬件上都支持電源低功耗管理模塊APM(Advanced Power Management)、高級配置和電源接口ACPI(Advanced Configuration and Power Interface),對多個電源轉(zhuǎn)換模塊和外部元件通過數(shù)字內(nèi)核和內(nèi)部通信接口進行控制,以提供更高的系統(tǒng)性能、可靠性以及更低的功耗;對APM和ACPI進行創(chuàng)新和運用,并引入CPU系統(tǒng)內(nèi)核和I/O中,特別是嵌入式系統(tǒng)和FPGA系統(tǒng)。
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