[实用新型]一种基于外部MOSFET管的嵌入式系统节能装置

说明书

技术领域

 本实用新型涉及一种基于外部MOSFET管调节电源电压的嵌入式系统节能装置。具体指一种通过外部MOSFET管调节DC/DC电源反馈电阻完成降压节能的嵌入式系统的电源管理装置。

背景技术

长期以来，便携式消费电子设备面临高性能和低功耗的挑战。这些电池供电系统通常使用嵌入式处理器，以便在处理多媒体应用时提供最大的处理能力，在睡眠模式时达到最小的功耗。

处理器的功耗与工作电压的平方成正比，并与工作频率也成线性正比关系。因此，降低频率将线性地降低动态功耗，而减小内核电压能使动态功耗呈指数式下降。

在传统的电池供电应用中，处理器内的动态电压调节通常是利用内部电压控制器实现的。内部寄存器允许调整后的内核电压受软件控制，以便降低能耗，最终实现最长的电池寿命。处理器在休眠模式或者等待响应过程中，外部供电电压并没有降低，导致供电系统效率比较低，这种方法对高性能手持式电池供电应用来说并不是最优的。

发明内容

本实用新型是一种基于外部MOSFET管的嵌入式系统节能方案。该方案使用外部MOSFET管，在不影响处理器正常工作的情况下，改变处理器在休眠或等待响应时的供电电压，此方案可在一定程度上提高电源利用效率。

本实用新型的技术方案是：

一种基于外部MOSFET管的嵌入式系统节能装置，包括处理器，与处理器连接的降压转换器，以及用于调节降压转换器的输出电压的外部第一电阻R1 和第二电阻R2，其特殊之处在于 ：所述处理器连接MOSFET管栅极，控制MOSFET管的开关，在外部N 沟道 MOSFET 设置与 R2 并连的第三电阻R3。

上述处理器连接一个额外电阻，控制电压 Vc向反馈网络注入电流，调整控制电压的占空比可以改变平均直流电平。

上述处理器连接有获得更好的瞬态性能和负载调整率的前馈电容 C_f。

上述基于外部MOSFET管调节的DC/DC电源芯片包括LM2574M，LM2883XMY及LTC3839。

本实用新型的实现方法，该方法包括：

1）首先，假设处理器所需内核正常电压为1.2V，最小电压为1V。在处理器板上的系统电源给降压转换器供电，通过外部电阻分压器 R1 和R2 将降压转换器的输出电压设置在1.2V 。

2）用外部N 沟道 MOSFET 插入与 R2 并连的电阻R3。

3）用处理器GPIO电压驱动 MOSFET 管栅极，通过控制MOSFET管的开关，从而改变反馈电阻可以将内核电压从1.2V 调整到 1.0V 。

4） 也可用控制电压 Vc并通过一个额外电阻向反馈网络注入电流。调整控制电压的占空比可以改变平均直流电平。这样，单个控制电压和电阻就可以用来调整输出电压。

5）增加前馈电容 C_f可以用来获得更好的瞬态性能和负载调整率。

2、基于外部MOSFET管调节的DC/DC电源芯片包括：LM2574M，LM2883XMY，LTC3839等。

本实用新型的优点在于：

1、 硬件电路简单稳定，外围电路少，节省PCB面积。

由于使用外部MOSFET管和DC/DC内部电压控制器作为系统动态电压调节，取代传统处理器内部电压控制器调节方法，使硬件电路简单稳定，外围电路少，可有效减小PCB面积，调试方便。

2 、有效降低系统功耗，延长电池使用寿命。

通过改变反馈电阻阻值，从而改变系统供电电压，降低系统功耗，有效延长了电池使用寿命。

3、 可以实现任何输出电压组合和输出负载电流。

利用控制电压向反馈网络输入信号，不仅使外围电路减少，还可以实现任何输出电压组合和输出负载电流，并能驱动除电容负载以外的各种负载。

附图说明

图1为本实用新型实现硬件原理图。

具体实施方式

参见图1，

1）  首先，以STM32F103V8为例，该处理器正常工作电压范围是2.0V至3.6V。

2） 在处理器板上的系统电源给DC/DC电源供电，通过外部电阻分压器 R1 和R2 将降压转换器的输出电压设置在3.6V 。

3） 计算DC/DC电源的反馈电阻R2 和R3 的值, 以及控制电压幅度 V_{C_LOW}和V_{C_HIGH}计算公式是：