笔记本电脑电源管理系统设计(3)

来源：网络收集时间：2026-02-08

导读： 1）电源设计必须要从成本、性能和产品上市时间等整个系统设计来考虑。 2）便携产品日趋小巧薄型化，必需考虑电源系统体积� ⒅亓壳岬奈侍狻� 3）选用电源管理芯片力求高集成度、高可靠性、低噪声、抗干扰、低功耗、

1）电源设计必须要从成本、性能和产品上市时间等整个系统设计来考虑。

2）便携产品日趋小巧薄型化，必需考虑电源系统体积小、重量轻的问题。

3）选用电源管理芯片力求高集成度、高可靠性、低噪声、抗干扰、低功耗、突破散热瓶颈，延长电池寿命。

4）选用具有新技术的新产品电源芯片，将新的电源芯片应用于新的设计方案中去，是便携产品电源管理的目标。

2.2.2电源管理的途径

笔记本电脑电源管理系统，是笔记本电脑中的小型的嵌入式系统，为笔记本电脑CPU及芯片组平台提供需要的服务。嵌入式系统由于其可移动性及便携性，一般使用电池为其供电。随着更多的人使用便携式设备，对其性能要求越来越高，可使用时间成为用户选择的重要因素之一。因此，通过静态或动态地配置系统合理地关闭某些不在使用的设备或降低其工作的条件电压、频率等，从减少便携式设备电能消耗的角度去延长使用时间，便是电源管理所要解决的根本问题。[7]

随着系统集成技术和无线通信技术的快速发展，嵌入式系统的应用日趋网络化，尤其是无线通信系统中，人们对嵌入式设备提出了更高的要求。除了提供基本的语音、数据通信等基本功能外，还需要事例复杂的多媒体应用，这就要求嵌入式系统在满足必要的实时性前提下，提供更高的计算性能和大容量的存储空间，而这些系统一般都带有电池部件并通过它向整个系统供电。可以从两个方面延长便携式设备的供电时间：一是从增强其使用的电池的储电性能；二是在尽可能少性能损失的前提下，尽量减少便携式设备的电能消耗。在过去的几年中，电池储电性能仅仅提高了几倍，而随着电子系统设计越来越复杂，其进行计算所消耗的能量提高了几个数量级。因此，嵌入式系统的能耗问题成为其发展的最大瓶颈。

大量研究证明，系统处于空闲的时间占整个运行时间的相当大一部分。电源管理就是为了减少系统在空闲时间的能量消耗，使嵌入式系统的有效能量供给率

笔记本电脑电源管理系统第2章笔记本电脑电源管理系统的总体设计最大化，从而延长电池的供电时间。因此，从减少便携式设备电能消耗的角度去延长使用时间将会有更大的发挥空间和潜力。电源管理即是为这一目的而产生的技术[8]。

2.2.3 脉冲宽度调制（PWM）电源简介

由于PWM电源具有高效率等优势，笔记本电脑的电源生成电路中大量的采用了这种设计。故对PWM电源做简介以详细说明其优势及采用这种设计的理由。

最早出现的开关电源是串联型的，其主电路拓扑与线性电源相仿，但是晶体管工作在开关状态。1975年美国Silicon General公司开发出第一款集成了PWM的控制器[9] 。PWM开关电源效率可达65-70%，而线性电源的效率只有30-40%，在发生世界性能源危机的年代，用工作频率为20kHz的PWM开关电源代替线性电源，可大幅度节省能源，从而引起人们的广泛关注，在电源技术发展史上被誉为20kHz革命。[10]

线性电源中功率晶体管工作在线性模式，PWM开关电源中功率晶体管工作在导通和关断状态。在这两种状态中，加在功率晶体管上的伏安乘积总是很小（在导通时，电压低，电流大；关断时，电压高，电流小）。功率器件上的伏安乘积就是功率半导体器件上所产生的损耗。

与线性电源相比，PWM开关电源更为有效的工作过程是通过“斩波”来实现的，即把输入的直流电压斩成幅值等于输入电压幅值的脉冲电压，脉冲的占空比是由开关电源的控制器来调节。一旦输入电压被斩成交流方波，其幅值就可以通过变压器来升高或降低。通过增加变压器的二次绕组数就可以增加输出的电压组数。最后这些交流波形经过整流滤波后，就得到直流输出电压。

PWM控制器的主要目的是保持输出电压稳定，其工作过程与线性形式的控制器很类似。也就是说控制器的功能模块电压参考和误差放大器，可以设计成与线性调节器相同。它们的不同之处在于，误差放大器的输出（误差电压）在驱动功率管之前要经过一个电压脉冲转换单元。

开关电源有两种主要的工作方式：正激式变换和升压式变换。尽管两者各开关电源的工作原理是[11]: 交流电源输入经整流滤波成直流；通过高频部分的本质差别很少，但是工作过程相差很大，在特定的场合下各有优点。

PWM(脉冲宽度调制)信号控制开关管，将直流加到开关变压器初级上；开关变压器次级感应出高频电压，经整流滤波供给负载；输出部分通过一定的电路反馈给控制电路，控制PWM占空比，以达到稳定输出的目的。

第2章笔记本电脑电源管理系统的总体设计笔记本电脑电源管理系统设计

2.3本文设计的电源管理系统介绍

2.3.1 系统框图

本系统主要由3个部分组成，分别是进行主导控制的处理器H8及其配属的传感器与控制电路，进行独立电源管理及分布式控制的各电源管理IC，进行时序控制以及逻辑控制的分布式电路，如图2-2所示。

图2-2 系统整体框图

下面对电源管理系统的各部分进行说明：

1）H8作为主导控制的控制器，其功能主要包括：监控温度；键盘控制；处理器交互；系统状态监控；初始化南桥；开机关机控制；外设开关控制；指示灯控制；电源主时序控制；南桥供电开关等。

2）各电源管理IC其重要功能为按照需要供给各组稳定的具有强带负载能力或抗干扰能力的电源，并提供反馈和断电、过流、过压、低压瞬间保护。

3）延时及逻辑控制电路的主要功能是按照Intel或其他芯片组的要求顺序

笔记本电脑电源管理系统第2章笔记本电脑电源管理系统的总体设计供给电源与控制信号，保证处理器及芯片组正常工作；并对其他需要控制的信号及元件进行智能控制；按照前文所提到的电源管理办法及ACPI标准进行管理。

本系统正常工作时可完成笔记本电脑正常开机、关机、睡眠并唤醒、处理器高速低速运转切换、风扇旋转速度随温度而变化等功能。

2.3.2 系统设计要求

现行市场上各种各样的平台（Platform）和芯片组对正常工作的环境有极高的要求。在电压方面，需要特定的电压以特定的顺序对其供给，同时对电压的稳定性、可变化性、瞬间供载能力都有着很高的要求。

就笔记本电脑而言，需要提供温度控制以及检测系统、状态控制以及检测、输入输出系统、充电放电控制、显示屏亮度控制、多种外设控制等，即需要一个底层的包括控制核心及周边伺服电路的控制系统。要使这样的平台或者芯片组正常工作，就需要有一个特定的、小型的、功能全面的、可信赖的、稳定的、可控制的嵌入式系统来完成这样一个复杂的控制过程。

以上这些功能是本文设计的笔记本电脑电源管理系统必须具备的。本系统基于Intel Cantiga为平台，以Intel Penryn为CPU设计了笔记本电脑电源管理系统，需要提供的功能如下：

静态直流电压：0.75V、1.0V、1.5V、2.5V、1.05V、1.8V、3V、5V。

动态直流电压：CPU-Core、Battery-Charge。

监控的状态：CPU温度、显卡温度、外壳手托部位温度、主要电源IC及Mosfet温度、主板温度分布状态、电池状态、功率消耗状态、风扇转速、供电类型、操作系统电源管理状态。

控制功能包括：南桥初始化；各种指示灯控制；屏幕亮度控制；过功率调整；风扇转速调整；南桥电源管理；充电控制；用户界面输入控制；上层软件交互；外部设备基本控制。

本系统的设计要求是完成可以提供完整的电源产生、输出顺序控制、失效保护、反馈调整的直 …… 此处隐藏：2678字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……

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