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發(fā)布日期:2010.09.06
電源起始于20世紀(jì)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(shí)代、逆變時(shí)代和變頻時(shí)代，推動(dòng)了電源技術(shù)在許多新興領(lǐng)域的應(yīng)用。20世紀(jì)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(jìn)入現(xiàn)代電源技術(shù)的新興時(shí)代。
1、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、高集成已成為電源技術(shù)的主流，電源技術(shù)的發(fā)展同時(shí)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(hù)模塊集成在一起，使開關(guān)電源的體積進(jìn)一步縮小。輸出穩(wěn)壓電路模塊化，使電源在實(shí)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(shí)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(shí)增強(qiáng)了電源本身抗干擾性能。
2、電源種類
按輸入一輸出狀態(tài)分類：AC-AC、AC—DC、DC—AC、DC—DC，（AC指的是交流電，DC指的是直流電）。
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(fù)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(jī)集成音頻功放AN5265采用9V直流供電，而電視接收機(jī)并不是采用9V直流直接輸出或穩(wěn)壓塊7809輸出，而是采用7812輸出后由9V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3．3V輸出，也可以是1．7V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(hù)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(tái)。
二、低功耗管理策略
隨著IT技術(shù)發(fā)展，電子信息行業(yè)從模擬時(shí)代過渡到數(shù)字時(shí)代，從分離晶體管時(shí)代過渡到集成電路時(shí)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、CPU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(AdvancedPowerManagement)、高級(jí)配置和電源接口ACPI(AdvancedConfigurationandPowerInteRFace)，對多個(gè)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(jìn)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(jìn)行創(chuàng)新和運(yùn)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)。
例如，F(xiàn)PGA系統(tǒng)電源功耗一般取決于以下因素：內(nèi)部資源使用頻率、工作時(shí)鐘頻率、輸出變化頻率、布線密度、I／O電壓等。不同應(yīng)用電源實(shí)際功耗相差非常大，根據(jù)采用FPGA系列不同、內(nèi)核和I／O供電電壓不同，可能是3．3V、2．5V、1．8V和1．5V。
2、靜態(tài)與動(dòng)態(tài)電源低功耗策略
靜態(tài)電源策略是指系統(tǒng)在初始化過程中的電源低功耗管理技術(shù)，其功能和管理模式隨系統(tǒng)初始化確定。動(dòng)態(tài)電源策略是指CPU運(yùn)行過程中的低功耗技術(shù)。調(diào)整程序運(yùn)行頻率，當(dāng)系統(tǒng)忙時(shí)提高CPU運(yùn)行速度，系統(tǒng)空閑時(shí)使CPU處于睡眠狀態(tài)；降低I／O口的平均電流和電壓，在電流和壓電不變時(shí)降低供電時(shí)間，從而降低系統(tǒng)功耗。
靜態(tài)電源管理策略在初始化過程中確定，在實(shí)際應(yīng)用中局限性很大；而動(dòng)態(tài)電源管理技術(shù)是在程序運(yùn)行過程中動(dòng)態(tài)控制整個(gè)系統(tǒng)能耗，并采用各種措施降低功耗，應(yīng)用更加廣泛。
三、 低功耗集成電路的應(yīng)用
LM1117也是一款低壓差集成電路，可固定輸出電壓也可調(diào)節(jié)輸出電壓，輸出電壓范圍為1．5～15 V，封裝形式和用法LM1085基本相同，其不同點(diǎn)有：
①輸出固定電壓值較多，電壓低，精度高。固定輸出集成電路有LM1117-1．5、LM1117-1．8、LM1117-2．5、LM1l17-2．85、LM1117-3、LM1117-3．3、LM1117-3．5、LM1117-5。
②功耗低，功率小。LM1117的輸出最大電流為800 mA。
③可調(diào)輸出基準(zhǔn)電流IADJ不同。
LM1117輸出可調(diào)原理與圖4所示基本相同，只是IADJ基準(zhǔn)電流不同。LM1117基準(zhǔn)電流為60 μA，而LM1085基準(zhǔn)電流為120 μA，在R1和R2阻值比值計(jì)算過程中都可忽略，其他計(jì)算方法和硬件電路都相同。
根據(jù)LM1117的特點(diǎn)，輸出電壓低、功耗小，特別適合現(xiàn)代CPU供電、穩(wěn)壓。例如，F(xiàn)PGA芯片內(nèi)核和I／O供電不同，甚至I／O之間供電電壓不同，Cyclone芯片采用內(nèi)核供電為1．7 V，I／O供電為3．3 V，通過LM1117-1．8和LM1117-3．3兩款芯片，不需任何外圍電路即可解決。
結(jié) 語
電子技術(shù)的發(fā)展使電源技術(shù)這一多學(xué)科的邊緣交叉技術(shù)突飛猛進(jìn)。電源技術(shù)的創(chuàng)新，推動(dòng)電源技術(shù)迅速發(fā)展，將為生產(chǎn)力的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步做出更大的貢獻(xiàn)。電源技術(shù)和電源設(shè)備即將成為新世紀(jì)電子設(shè)備的主導(dǎo)技術(shù)和主流產(chǎn)品。
