笔记本及嵌入式主板电源供应系统

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  笔记本电脑在日常生活中到处可见,主要是设计一个好的笔记本供电系统,对用户来说显得越来越重要,这里我们简单的介绍一下笔记本供电系统的基本工作工作方式,

简单的说,就是利用适配器或电池提供的电能,为主板提供源源不断的电力。随着CPU的频率越来越高,轻薄型笔记本越来越普及,对高性能,长待机,散热效果好的电脑供电系统愈来愈重要。

主板电源架构

笔记本供电系统相当于一个小型UPS系统,具体工作流程如下

1.         当外部接上电源供应器时,主板电源由外部电源供电,同时多余的电给电池充电,外部电力不足时,电池/外部供应器一起给主板系统供电。

2.         仅电池供电时,电力由电池供应

整个切换过程由主板上的充电管理IC完成,具体怎么切换的,接下来我们来简单的讲一下。

嵌入式主板电源供应系统
笔记本电源架构图

电源适配器

  市场上主流笔记本适配器输出电压19-19.5V左右,外部适配器插拔时会产生较大的浪涌,为了防止对主板造成 伤害,主板上都有相关的延时保护电路,并且检测外部电源插板状态。

充电管理电路

  主板上的充电管理电路是本篇文章需要介绍的重点,电池和外部电源切换的关键所在,后面专门介绍。

电池系统:

   电池作为后备的电力,做成一个密封的电池包,安装在笔记本的底面,我们一般看到笔记本电池有6个以上的引脚,这些引脚除了电力供电之外还要和主板通信。

电池主要由下面几个部分组成:

l  电池保护板+均衡:

电池保护板基本包括过压过流过温欠压等,可能有些保护还带有均衡功能

l  电量计:带有SMBUS接口,和主板通信随时汇报电池的电量等工作状态

l  二级保护:防止初级物理保护失效,造成电池的过热,甚至爆炸,二级保护用来增加设备的安全性能。

l  加密:各个厂家对自己笔记本的配件的保护,否则随便买一个电池就可以用,造成对厂家损害,更影响厂家配件的销售

多路稳压系统:

   电池和外部电源的电力通过充电管理,给主板集中供电。主板上每一个模块需要的电压不尽相同,所有每个模块前端多设计有稳压电源模块,把总电力线上的电压稳定到合适的电压,给自己使用。

充电管理:

  各个电脑厂家使用的充电管理IC各种各样,这里不做叙述,下面主要以TI 的充电管理来系统介绍一下主流的充电架构:

POWER PATH 架构(DPM,

外部接入供电适配器时:

1.         电力充足,多余的电力为电池充电,同时为系统供电。

2.         适配器不可用时,通过开启 S1 开关让电池为系统供电。

3.         主要设计标准就是确保适配器的额定功率足以支持负载功率

切换流程:( Vdc,Vsys,Vbat,分别表示适配器,负载,电池电压

1.         Vdc-Vsys>15mVVdc MOS打开Vdc=Vsys

2.         Vsys-Vdc>25Mv, Vdc MOS关闭,Vsys由电池通过S1 内部二极管续流。

Vbat-Vsys>45Mv, S1打开,电池Vbat=Vsys

注意电池充电管理内部比较器的门限电压,外部MOS开关需要通过这些电压阀值关。

缺点:

输出电压范围变化较大,切换有一定的延时,需后级DC稳压处理。

POWER PATH充电方法
POWER PATH充电架构图

.

代表ICBQ24725A

Turbo Boost架构:

1.         支持DPM架构功能的同时,加入了升压并联供电

2.         适配器电力充足,同时给系统供电和电池充电

3.         电源电力欠缺,和电池一起给系统供电,或者仅给系统供电。

4.         适配器未接,电池直接给系统供电

缺点:

充电电流不能做很大,因为电感需要满足升降压的需求。

优点:

1.         外部电源功率可以小于系统功率,

2.         电池经常有间歇放电的动作,电池电压长期低于充满状态,有利于延长电池的寿命。

Turbo Boost充电方法
Turbo Boost充电架构图

代表IC:BQ24735

NVDC架构:

又叫窄带电压直流充电,架构的特点:

1.         充电器功率足够,同时给电池和系统供电

2.         充电器功率不够,充电器和电池同时给系统供电

缺点:

1.         电池直接接受负载的冲击电流变化,影响电池寿命

2.         总线电压通过开关整流给系统供电,影响系统的效率,所以功率不能做很大。

NVDC充电方法
NVDC充电架构图

 

代表IC: BQ24715

 

常见问题:

1.         笔记本多次可以一边充电一边放电吗?

当然可以了,只要你的适配器功率足够

2.         笔记本电脑在使用时接上电源充电,感觉电池越充越少?

答:两种情况,一种是适配器功率不足,切换为电池供电,或者电池和电源同时给系统供电。

3.         笔记本电池不工作:

可能电池包有单节电池坏了,或者保护器件损坏

 

 

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