本帖最后由 青青水草 于 2016-10-24 20:43 编辑
对于一个系统来说，能否正常运行的前提条件是电源系统是否正常，特别是对于跑操作系统的ARM而言，如果电源异常或者不稳定必定会造成一系列的问题，今天我们就来具体探讨一下BBB开发板的电源系统。 我们都知道，电源整体上可分为线性电源和开关电源，线性电源输出的纹波较小但体积大、电流小；开关电源输出的纹波较大但体积小、电流大。随着电源技术的进步，开关电源芯片不断推陈出新，其输出纹波可控制在100mv以下，已满足大部分系统的电源的要求。开关电源芯片包括单路输出和多路输出，对于嵌入式系统而言，往往需要多路电源电压，如3.3v、1.8v、1.2v等，如果采用单路输出的开关电源芯片，不仅增加了成本，而且不利于系统的集成，因此，采用多路输出的开关电源芯片是嵌入式系统的最佳选择。 BBB开发板的电源管理芯片采用的是ti公司的TPS65217C，该PMIC包含四个型号：TPS65217A、TPS65217B、TPS65217C、TPS65217D。其具体区别如下图所示：
该表中的电压值也即是该芯片各个电源通道上电后默认输出的电压大小。在此我们就以TPS65217C为例，共同学习一下该电源管理芯片。 一、芯片概述 TPS65217C是单片集成电源管理芯片，支持锂电池供电，负载电流可达2A；锂电池供电最大输入电压为7v，USB或者AC管脚供电最大输入电压为20v；人体静电防护等级为正负2kv。该芯片具体包括以下几部分： 1.3个同步降压转换器DC-DC1,2,3
- 开关频率2.25Mhz
- 具有轻负载节能模式
- PWM模式下输出电压精度为正负2%
- 单通道静态电流典型值为15uA
- 每个通道都能使能或关闭
2.2个低压差线性稳压器LDO1,2
- 输出电压大小可调
- LDO2可配置成DC-DC3的功能
- 静态电流典型值为15uA
3.2个模拟开关，可配置成LDO
4.1个WLED驱动器
- 集成内部PWM调节器
- 38v亮灯保护
- 单个LED驱动电流为25mA时每组能接10个LED
- 内部低功耗
5.1个温度检测管脚NTC
- 用于监测电池充电时的温度变化，如有异常切断充电
- 支持0°~45°和0°~60°两种温度等级模式
6.1个IIC通讯接口
- 可更改LDO和DC-DC输出电压的大小
- 其他可配置的寄存器的操作
该芯片的系统框图如下图所示：
二、输出电压详述
该芯片总共包含了7路可用输出电压：3路DC-DC，4路LDO,这对于一般的嵌入式系统而言是足够使用的了，下面就来详细探讨一下这部分。 1.DC-DC TPS65217C的DC-DC电源在重负载时工作在PWM模式下，在轻负载时工作在PFM（Pulse Frequency Modulation）模式下，以实现低功耗。推荐使用的条件如下： 输入电压 ：2.7v~5.8v 最大输出电流 ：1.2A 电气特性如下图所示：
从上图可以看出，DC-DC电源MOSFET的低电平导通电阻RDS为120毫欧，高电平导通电阻RDS为170毫欧，输出电压精度为-2%~3%，反馈电压VFB为600mV，续流电感的大小为2.2uH，极限输出电流1.6A。如果输出电压为3.3v，按最大3%的输出电压精度计算，3.3v电压的纹波为66mV，是比较小的数值，足以满足系统电源电压的要求。 其输出电压大小如何设定呢？有两种方式：寄存器调节、外部电阻调节，以DC-DC3为例，如果寄存器XADJ3=0，则其输出电压可通过IIC接口调节；如果寄存器XADJ3=1，则其输出电压由外部电阻分压调节，其输出电压大小的计算公式为：VOUT=VREFX（1+R1/R2）。其中，寄存器调节是系统默认的方式。如下图所示：
在轻负载时，DC-DC电源会进入PFM模式，以减小功耗，但是也可以通过设置寄存器DEFSLEW的PFM_ENx位来强制使其工作在PWM模式下。另外，该PMIC的三个DC-DC电源均具有短路保护功能和软启动，所谓软启动，也即在电源使能管脚EN有效后，DC-DC的输出电压是缓慢上升的，这样能有效防止输入电源端的浪涌，上电输出电压延时如下图所示：
2.LDOs TPS65217C包括两个标准的LDO1,2，另外两个LDO3,4是和模拟开关复用的，均具有过流保护功能。 LDO1支持输出的电压范围为1.0~1.8v，其大小可通过寄存器DEFLDO1设定，输出电流可达100mA；在休眠模式时仍保持正常输出电压，而其他输出电压通道则会关闭。 LDO2支持输出的电压范围为0.9~1.5v，其大小可通过寄存器DEFLDO2设定，输出电流可达100mA，另外，LDO2可通过配置寄存器DEFLDO2的TRACK位实现DC-DC3的功能。 LDO3,4输出电流可达400mA，通过设置寄存器ENABLE的LS1_EN和LS2_EN位控制其关闭和开启，通过设置寄存器DEFLS1、DEFLS2的LS1LDO3、LS2LDO4位来选择是启用模拟开关功能还是LDO功能。
3.上电顺序 TPS65217C有这么多的输出电源电压，那它们的上电先后顺序是怎样的呢？如下图所示：
从图中我们可以清楚的看到，TPS65217C上电后输出的电源电压依次是：LDO1>DC-DC1、LDO3>LDO2、DC-DC2>DC-DC3>LDO4，这也是系统默认的上电顺序，在系统正常工作时该上电顺序是通过寄存器可以更改的，当系统掉电、休眠、复位后依然会恢复该默认顺序。BBB开发板的原理图中TPS65217C的应用原理图如下图所示:
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