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基于单片机控制实现高效电池的MCU产品的设计
作者:admin      发布时间:2019-07-10

  今晚六合开奖结果供电。效率将是实现可接受的电池寿命至关重要因此MCU将需要管理的电池使用更精确地比以往任何时候。许多MCU具有特殊的功能,帮助管理电池电量和使用这些功能优化可能使输赢在市场之间的差异。

  本文将很快回顾一些实现高效电池的MCU产品设计,并说明所需的关键功能,例如使用的设备,这些功能如何提高工作效率和电池寿命。软件工具,帮助估计电池寿命将用于展示如何在您详细的设计实施估计寿命。这极大地有助于设备选择并且是一个关键的技术用于创建电源效率的设计。

  电池的MCU实现时想我们最初可能,前提是有一个单一的MCU电源域,流失的电池,我们的目标是管理这个电源域打造最节能的微控制器实现成为可能。很快我们就会发现这种假设通常是假的,但是,即使是简单的MCU通常具有片上多电源域。事实证明,有多个电源域可以是一个很大的优势,当电源效率是最重要的,以我们的设计。具有多个域可以让我们更有效地管理和控制电源到MCU的是基于我们需要执行为特定实现的功能所需的部分。让我们来看一个具体的MCU,看多电源域怎么可能是有利的一个典型的电池供电的设计。

  所述F0x1系列MCU(例如,STM32F051K8U6)是STM32 MCU系列入门级装置,并且因此是可在基于电池的应用中经常使用的装置的一个很好的例子。下面的图1显示了为STM32F0x1 / X2设备的各种电源域。的VDDA域权力模拟导向块中的装置,并包括用于在A / D转换器,D / A转换器,,复位发生器和时钟的PLL功能。该VDDIO2电源域可在STM32F04x / 7X / 9x的设备,并提供了一个独立的I / O电源轨时,不同的I / O标准需要得到支持(该电源电压范围为1.65~3.6 V,以支付各种I / O标准)。主VDD功率域提供功率,以大量的装置。这包括在非STM32F04x / 7X / 9X设备的I / O环,待机电路和唤醒逻辑通常总是在,它也通过权力1.8 V数字核心(,内存和数字外设)一个片上器。

  最终的电源域,从外部VBAT引脚源,提供电源备份域。备份功能包括一个低能量的32 kHz时钟器,备份保持其值,即使电源中断,给设备的其他部分(方便保存重要的数据,系统复位和电源之间波动),而真正的-e时钟(RTC)的块。一个低可以自动切换到在VBAT输入时在VDD信号低于设定的,以简化电池备份实现。

  这些独立电源域可以很容易地控制和管理传送到MCU根据由应用程序所需的动作时的功率。例如,如果设备正在等待的RTC信号它的时刻开始的模拟 - 数字,大部分装置可以掉电只用电池备份域操作。该RTC超时可以切换的I / O信号,提醒外部件,然后可以打开额外的电源域。这可以是一个非常功率高效的技术,但需要一个外部功率和装置。

  在一些应用中STM32F0x1 / X2器件将通过将装置的各个部分进入低功率模式,管理的时钟频率和源管理电池和电源,以在其自己的密钥块,以检测何时低电压电平可能会影响操作。在这些应用程序的多个片上电压域和工作模式都是关键要求。现在让我们看看在低模式,更详细地了解他们与多个芯片的电源域是如何工作的进一步提高电池的实现方案的电源效率。

  为了帮助工程师设计开发意法半导体提供的STM32F0系列的产品培训模块概述。

  几乎所有的MCU现在提供各种各样的减少通过限制工作频率和/或重点区块的可操作性操作电源的低功耗工作模式。这些模式有各种各样的名字,但它们的功能往往是非常相似的。MCU MCF51QE系列的低功耗工作模式,你应该寻找时,电源效率是您的应用程序的关键类型的一个很好的例子。甲状态转移图和简单的功率调节表示于图2来说明这些模式如何可以用来提高功率效率。该运行模式不限制经营和监管工作在全开状态。在其它模式中的各种块进行操作使用较低的功率通过关闭电源键元件或通过降低工作频率。例如,在等待模式中的CPU关闭以节省电力,但外设在它们的全时钟速率操作。这节省了功率时不需要CPU的运行,但或通信必须继续工作。通常,这些外设可以通过中断刚睡醒的CPU当CPU是必需的。到关闭CPU可以节省一个显著量运行功率的由于CPU,操作时,采用多数所述MCU功率预算。每个低功率模式的更详细的说明在下面的部分中提供。

  LPrun模式 - CPU和外设时钟被限制为250 kHz的CPU时钟和125 kHz的时钟最大的内部供应处于软监管。

  等待模式 - CPU关闭以节省电能;外设时钟正常运行,内部稳压器正常工作。

  LPwait模式 - CPU关闭以节省电能;外设时钟是在低速(125 kHz的最大值)和内部稳压器在宽松的监管模式下运行运行。

  STOP4 - 所有的内部电路供电(全调节模式)和内部时钟源仍处于最高频率最快的恢复。

  停止3 - 所有的内部电路松散的监管和时钟源的最低值(125 kHz的最大值),提供用电和恢复速度之间的良好平衡。

  停止2 - 内部电路的部分电源关闭;RAM内容被保留。在低功耗模式,此设备。需要复位从停止2模式恢复。

  在运行,等待和停止模式普遍存在于现代MCU和非常功耗节能设计提供了依据。尤其是,应用程序,只定期使用主CPU - 也许只进行平均大量读数或管理接收到的数据缓冲器,当缓冲器接近充满 - 可以通过关闭CPU和让智能节省功率的戏剧性量外围设备处理尽可能多的成为可能。等待和停止之间的区别通常体现在响应时间,因为它通常需要更长的时间来块从低功耗状态通电(即减少一个典型的停止模式下,静态),而不是删除一个时钟门控信号一个块(即只减少动态电流在典型等待模式)。

  可以在MCF51QE128的LPrun和LPwait模式提供了另一种技术,通过运行在CPU和/或外围设备,以降低功耗低得多的频率比正常。当操作不容易被周期性地执行,而且必须连续运行,而不必在高速运行时非常有用。例如,通信数据包可能以高速在正常运行模式中接收,但LPrun可以用来处理数据。这是特别有用的,如果处理时间是依赖于数据的,并且不能经由周期性很容易地进行管理。一旦数据被处理时,LPwait状态可以进入等待,直到下一数据分组需要被接收。

  结合使用不同的电源域和低功耗模式允许多种有效实现。寻找各种时钟频率,低功耗模式和状态转换的最佳组合可以是一个艰巨的运动,通常需要事先对具体实施工作要做,或者你可能会发现使用已选定的设备并影响项目进度不能满足你的操作要求显著。理想情况下,你会希望能够模拟各种运行功率水平,估计电池寿命为目标的应用程序。幸运的是(或者也许是因为他们明白这一点的难度)的MCU厂商都创造了一些评估工具,我们可以用它来解决这个难题。

  其中一个使用的工具越容易从MicrochipXLP电池寿命(BLE)1。这个免费下载的工具,与任何XLP工程估算功耗在整个应用程序。它也可以被用于获取的功耗为您的XLP MCU设计内键例程详细估计。下面的图3显示了BLE的图形用户界面(GUI)。您只需选择您的设备,你的电压和温度,然后你的目标电池(步骤1至3的GUI)。然后,您可以指定关键业务应用程序,定义工作频率,该函数使用模式下,时间的功能被激活和各种模块(如ADCUART定时器等)功能时有效。 (在下面的例子中有一个在运行模式在16兆赫,两种功能并在1 MHz的运行模式功能的功能)的软件自动确定在每个功能所使用的电流,然后报告所估计的电池寿命该设计。在这个例子中,电池的寿命估计在不到200天。一个完整的文本文件,报告可以生成保存程序设置和结果。一个例子示于图3的底部。

  使用的电池寿命估算程序可以很容易地找出关键程序和您的应用程序使用最多的功率。这使您可以调整设计,同时尝试不同的设备,以找到合适的实现。这样做之前,详细的编码和电路板设计可以节省你浪费显著努力探索的选项,将无法实现,你需要一个成功的设计的电源效率。

  一旦你有信心,你的选择,你可以再取使用评估套件,如Microchip的PIC24F评估和演示工具包的下一个步骤。通常,这些套件包括了丰富的示例代码,参考设计和丰富的文档,可以很容易编写你的关键程序和测量实际的功率水平,你会在全面实施得到。

  新的低功耗功能。创造低功耗面向MCU的使用新的非易失性存储器的铁电RAM或FRAM,它结合了速度,灵活性一个家庭,和SRAM的耐力与闪光灯的和可靠性,都在较低的总功率消耗。 FRAM存储器具有超低功耗和快速(每字125纳秒)写道。 FRAM可以用作程序,数据,或存储到简化应用开发。 FRAM的超低功耗,非易失性使其成为电池供电的MCU应用需要,如数据汇总和传感器预处理显著存储访问和计算能力的绝佳选择。

  该FR微控制器系列还具有关键的低功耗模式,智能外设,以及先进的处理能力。图4中的显示所有关键MCU功能的MSPFR5731 / 5/9的设备可用。还检查了TI产品培训模块,涵盖了TIMSP430FR MCU系列的特性,并展示了如何在FRAM技术为各种应用显著的低功耗优势。

  很多应用程序将使用电池供电的MCU实现和电源效率将是成功的产品是至关重要的。选择合适的MCU为您实现更容易,当你使用一个功率估计工具来选择合适的设备为您的目标应用程序。

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  LC709511F 带USB Type-C&功率放大器的移动电源控制器Quick Charge™3.0适用于1节锂离子和锂聚合物电池

  信息 LC709511F是一款用于移动电源的锂离子开关充电器控制器。该设备具有控制移动电源应用的所有功能。它包括Type-C端口控制和Quick Charge 3.0 HVDCP。此外,该器件在USB数据线 V电压,用于需要电压的设备。内置开关控制器可输出5 V至12 V的快速充电电压。通过适当的外部MOSFET可实现USB Type-C和快速充电的高功率输出。 使用外部MOSFET轻松实现功率调节 降压充电/升压充电 支持快速充电3.0 HVDCP A类.5 V至12 V 支持无需外部IC的USB C型DRP 在USB数据线 V以满足设备要求 准备好的固件支持各种USB端口组合 支持USB BC1.2 电池电平测量 状态和电池电量显示带有4个LED 提升自动启动 热敏电阻检测功能 过电压/过电流检测 JEITA合规电池管理

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  LC06111TMT 电池保护IC,集成功率MOSFET,单节锂离子电池

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  信息 LC05112CMT是一款用于1节锂离子二次电池的保护IC,内置功率MOS FET。它还集成了高精度检测电路和检测延迟电路,以防止电池过充电,过放电,过电流放电和过电流充电。电池保护系统只能由LC05112CMT和少量外部元件制成。 集成功率MOSSFET 低Rsson11mΩ PKG熔丝熔断器 减少过电流检测的分散 降低电流 电路图、引脚图和封装图

  LC05132C01MT 电池保护控制器,集成MOSFET,1节锂离子电池

  信息 LC05132C01MT是用于带有集成功率MOS FET的1节锂离子二次电池的保护IC。它还集成了高精度检测电路和检测延迟电路,以防止电池过充电,过放电,过电流放电和过电流充电。此外,主系统可以通过关闭充电FET和LC05132C01MT的放电FET一段时间来执行自身的上电复位,并带有复位信号。电池保护系统只能由LC05132C01MT和少量外部元件制成。 集成功率MOSFET 低Rsson11mΩ PKG熔丝熔断器 减少过流检测的分散 复位功能 复位释放时间:5s(典型值)[Ta = 25°C] 电路图、引脚图和封装图...

  LC05132C01NMT 电池保护控制器,集成MOSFET,1节锂离子电池

  信息 LC05132C01NMT是用于带有集成功率MOS FET的1节锂离子二次电池的保护IC。它还集成了高精度检测电路和检测延迟电路,以防止电池过充电,过放电,过电流放电和过电流充电。此外,主系统可以通过关闭LC05132C01NMT的充电FET和放电FET一段时间来执行自身的上电复位,并带有复位信号。电池保护系统只能由LC05132C01NMT和少量外部元件制成。 集成功率MOSFET 低Rsson11mΩ PKG熔丝微调 减少过流消除的分散 复位功能 复位释放时间:1s(典型值)[Ta = 25°C] 电路图、引脚图和封装图...

  LC05711ARA 电池保护IC,集成功率MOSFET,单节锂离子电池

  信息 LC05711ARA是一款带有集成功率MOSFET的单节锂离子二次电池保护IC。它还集成了高精度检测电路和检测延迟电路,以防止电池过充电,过放电,过电流放电和过电流充电。电池保护系统只能由LC05711ARA和少量外部元件制成。 集成了充放电功率MOSFET 导通电阻(充放电总量)4.8mΩ(典型值) ) Ta = 25°C时高精度检测电压/电流,VCC = 3.7 V 过充电检测±25 mV 过放电检测±50 mV 充电过流检测±0.7 A 放电过流检测±0.7 A 放电/充电过流检测得到补偿功率FET的温度依赖性 ECP30 WLP封装 电路图、引脚图和封装图...

  LC05111CMT 电池保护控制器,集成MOSFET,1节锂离子电池

  信息 LC05111CMT是一款电池保护电路,用于带有集成功率MOSFET的1节锂离子二次电池。此外,它集成了高精度检测电路和检测延迟电路,以防止电池过充电,过放电,过电流放电和过电流充电。电池保护系统只能通过LC05111CMT和少量外部元件制造。 集成功率MOSFET 低Rsson11mΩ PKG熔丝熔断器 减少过电流检测的分散 电路图、引脚图和封装图

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  BQ34Z110 用于铅酸电池的采用 Impedance Track™ 技术的宽量程电量测量计

  信息描述 德州仪器 (TI) bq34z110 是一款独立于电池串联配置之外工作的电量计解决方案,此解决方案支持铅酸化学电池。 通过一个外部电压转换电路,可支持 4V 至 64V 的电池,可对此电路进行自动控制以减少系统功耗。bq34z110 器件提供几个接口选项,其中包括一个 I2C 从接口、一个 HDQ 从接口、一个或者四个直接 LED 接口、和一个警报输出引脚。 此外,bq34z110 提供对于外部端口扩展器(支持多于四个 LED)的支持。特性 支持铅酸化学电池 使用获得专利的 Impedance Track 技术,用于电压范围为 4V 至 64V 的电池老化补偿 自放电补偿支持的电池容量超过 65Ahr 支持高于 32A 的充放电电流 外部负温度系数 (NTC) 热敏电阻支持 支持两线C 和与主机系统进行通信的 HDQ 单线制通信接口 安全哈希算法 (SHA)-1,哈希消息认证码 (HMAC) 认证 一个或者四个直接显示控制 五个 LED 和通过端口扩展器的更多显示 精简的功率模式(典型电池组运行范围条件)正常运行:平均值

  信息描述 bq40z50 器件采用已获专利的 Impedance Track 技术,是一款基于电池组的单芯片全集成解决方案,针对 1 节、2 节、3 节和 4 节串联锂离子或锂聚合物电池组提供电量监测、保护及认证等一些列丰富的功能。bq40z50 器件利用其集成的高性能模拟外设,测量锂离子或锂聚合物电池的可用容量、电压、电流、温度和其他关键参数,保留准确的数据记录,并通过 SMBus v1.1 兼容接口将这些信息报告给系统主机控制器。 bq40z50 器件为主机系统提供最大的功率和电流,从而支持 Turbo 升压模式。 该器件还支持电池跳变点,从而在预设的充电阈值状态向主机系统发送 BTP 中断信号。 bq40z50 针对过压、欠压、过流、短路电流、过载和过热情况,以及其他电池组和电池相关故障提供基于软件的 1 级和 2 级安全保护。具有针对认证码密钥的安全内存的 SHA-1 认证能够识别真正的电池组。这个紧凑的 32 导线 QFN 封装在尽可能地提供电池电量测量应用的功能性和安全性的同时,最大限度地降低解决方案成本和智能电池的尺寸。特性全集成 1 节、2 节、3 节和 4 节串联锂离子或锂聚合物电池组管理器及保护 下一代已获专利的 Impedance Track 技术可准确测量锂离子和锂聚合物电池...

  BQ27545-G1 单节、电池组端 Impedance Track 电量监测计

  信息描述bq27545-G1 锂离子电池电量计是一款微控制器外设,此外设能够提供针对单节锂离子电池组的电量计量。此器件只需开发较少的系统微控制器固件即可实现精确的电池电量计量。bq27545-G1 安装于电池组内或者带有一个嵌入式电池(不可拆卸)的系统主板上。 bq27545-G1 使用已经获得专利的 Impedance Track™ 算法来进行电量计量,并提供诸如剩余电量 (mAh)、充电状态 (%)、续航时间(最小值)、电池电压 (mV) 和温度 (°C) 等信息。该器件还提供针对内部短路或电池端子断开事件的检测功能。bq27545-G1 还 具有 针对安全电池组认证(使用 SHA-1/HMAC 认证算法)的集成支持功能。 该器件还采用 15 焊球 Nano-Free™ DSBGA 封装 (2.61 mm × 1.96 mm),非常适合空间受限的 应用。特性适用于 1 节 (1sXp) 锂离子电池的电池电量计 应用 支持高达 14500mAh 的容量 微控制器外设提供:用于电池温度报告的内部或者外部温度传感器安全哈希算法 (SHA)-1 / 哈希消息认证码 (HMAC) 认证使用寿命的数据记录64 字节非易失性暂用闪存 基于已获专利的 Impedance Track™技术的电池电量计量用于电池续航能力精确预测的电池放电模拟曲线针对电池老化、电...

  信息描述The bqJUNIOR™ series are highly accurate stand-alone single-cell Li-Ion and Li-Pol battery capacity monitoring and reporting devices targeted at space-limited, portable applications. The IC monitors a voltage drop across a small current sense resistor connected in series with the battery to determine charge and discharge activity of the battery. Compensations for battery age, temperature, self-discharge, and discharge rate are applied to the capacity measurments to provide available time-to-emptyinformation across a wide range of operating conditions. Battery capacity is automatically recalibrated, or learned, in the course of a discharge cycle from full to empty. Internal registers include current, capacity, time-to-empty, state-of-charge, cell temperature and voltage, status, and more.The bqJUNIOR can operate directly from single-cell Li-Ion and Li-Pol batteries and communicates to the system over a HDQ one-wire or I2C serial interface.特...

  BQ27541-G1 具有集成 LDO 的电池组端 Impedance Track 电池电量监测

  信息 Texas仪器bq27541-G1锂离子电池电量计是一种微控制器外围设备,可为单节锂离子电池组提供电量计量。该器件几乎不需要系统微控制器固件开发来实现精确的电池电量计量bq27541-G1位于电池组内或系统主板上,带有嵌入式电池(不可拆卸)。 bq27541-G1使用获得专利的Impedance Track™算法进行电量计量,并提供剩余电池容量(mAh),充电状态(%)等信息,运行时间为空(最小),电池电压(mV)和温度(°C)。它还提供内部短路或制表断开事件的检测。 bq27541-G1还使用SHA-1 / HMAC认证算法集成了对安全电池组认证的支持 优势特点 用于1系列(1sXp)锂离子电池应用的电池电量计32Ahr容量 微控制器外设提供: 精确的电池电量计支持高达32Ahr 用于电池温度报告的内部或外部温度传感器 SHA-1 / HMAC认证 终身数据记录

  64字节的非易失性划痕垫FLASH 基于专利阻抗跟踪技术的电池电量计量 模型电池放电曲线,用于准确的时间到空预测 自动调整电池老化,电池自放电,&n温度/速率低效 低值检测电阻(5mΩ至20mΩ) 高级电量计功能 内部短暂检测 标签断开检测 ...

  BQ24278 具有电源路径的 2.5A 单输入单节开关模式锂离子电池充电器

  信息描述 bq24278 高度集成的单节锂离子电池充电器和系统电源路径管理器件针对空间有限且带有高容量电池的便携式应用。 单节充电器由一个诸如 AC(交流)适配器或者无线电源的专用充电源供电运行。此电源路径管理特性使得 bq24278 能够在为电池独立充电的同时从一个高效 DC 到 DC 转换器为系统供电。 此充电器一直监视电池电流并在系统负载所需电流超过输入电流限制时减少充电电流。 这样可实现正常的充电终止和定时器运行。 系统电压被调节至电池电压,但不会下降至低于 3.5V。 最小系统电压支持使得此系统能够与一个残次品或者有缺失的电池组一起运行并且即使在电池完全放电或者无电池的情况下也可实现瞬时系统启动。 当适配器不能传送峰值系统电流时,此电源路径管理架构还允许电池补充系统电流需要。 这样可使用较小的适配器。 电池充电经历以下三个阶段:充电,恒定电流和恒定电压。 在所有的充电阶段,一个内部控制环路监视 IC 结温并且在超过内部温度阀值的情况下减少充电电流。 此外,bq24278 提供一个基于电压的电池组热敏电阻器监控输入 (TS) 来监控电池温度以保证安全充电。特性 具有独立电源路径控制的高效开关模式充电器从深度放电电池或者在无电...