一种基于外部MOSFET管的嵌入式系统节能装置制造方法及图纸

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，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。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。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种基于外部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。技术背景·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。
技术实现思路
本技术是一种基于外部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。本技术的技术方案是: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Rl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Cf。上述基于外部MOSFET管调节的DC/DC电源芯片包括LM2574M，LM2883XMY及LTC3839。本技术的实现方法，该方法包括:I)首先，假设处理器所需内核正常电压为1.2V，最小电压为IV。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Rl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Cf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坐寸ο本技术的优点在于: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为本技术实现硬件原理图。具体实施方式参见图1，I)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Rl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HIGH计算公式是 F/'/i F/*/# — 11 Vm — Vi* Law n —+...............................................................................................................................................................+...........................................................................................................................:.......................................................=0MzIhi 3(I) Ρ . Fffi — Ffff 7^2 Vffi — IIH,! I Λ—+.............................................................................................................................................................+.........................................................................................................................:................................................................= OR: Rii 3⑵当 Voun = 3.6 V、Vout2 = 2.0 V、Vfb = 0.8 V、Vc low= 3.3 V、Vc high = O V 和Rl= 50.1 kQ时，可以得到R2和R3的值为:权利要求1.一种基于外部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Rl和第二电阻R2，其特征在于: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。2.根据权利要求1所述基于外部MOSFET管的嵌入式系统节能装置，其特征在于:所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。3.根据权利要求1所述基于外部MOSFET管的嵌入式系统节能装置，其特征在于:所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Cf。4.根据权利要求1 3任一所述基于外部MOSFET管的嵌入式系统节能装置，其特征在于:所述基于外部MOSFET管·调节的DC/DC电源芯片包括LM2574M，LM2883XMY及LTC3839。专利摘要一种基于外部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，处理器连接MOSFET管栅极，控制MOSFET管的开关，在外部N沟道MOSFET设置与本文档来自技高网...

【技术保护点】
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，其特征在于?：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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘升，陆音，
申请(专利权)人：西安奇维科技股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：