便攜式儀表中大量CMOS器件的低功耗的特性，使得普通的電池就能為系統提供充足的電能，因此，利用單一的電池電源，來滿足系統中各部分不同的電源需求，并確保電源正常供電，是便攜式儀表電源處理模塊的基本任務。

　　1 便攜式儀表的硬件結構

　　便攜式儀表通常是一個由單片機及其外圍器件構成的，具有多種輸入輸出形式的單片機系統，其硬件的一般結構如圖1所示。將其按照功能模塊劃分并分析各模塊電源需求如下：

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　　圖1 便 攜 式 儀 表 硬 件 的 一 般 結 構

　　——傳感器模塊包括傳感器及其驅動電路和傳感器輸出信號處理電路。傳感器及其驅動電路通常以模擬電路為主，輸出信號處理一般使用V/F轉換器件或模數轉換器件，因此傳感器模塊通常的電壓需求為+5V或±5V。

　　——人機對話的輸入輸出模塊包括LCD顯示和鍵盤輸入驅動電路。LCD顯示輸出除了需要提供+5V工作電壓外，一般還需要提供對比度調節(jié)電壓，LCD顯示器有正、負極性之分，不同的顯示器需要的對比度調節(jié)電壓也不同，一般在±28V之內。

　　——單片機及其接口模塊作為整個系統的核心，單片機要連接和管理其他的模塊，與不同的模塊連接，就會用到不同的接口。例如，不少便攜式儀表提供微型打印機接口，將信息打印出來;很多便攜式儀表上都有非易失存儲單元，即使斷電仍能長時間保留歷史信息;另一些便攜式儀表提供RS-232串行通信接口，可以將保留的數據輸出到PC機中，做更高級的分析和處理，或是實時將測量數據傳遞給上位機，由上位機處理并完成相應的實時控制功能。這一模塊使用到的都是各種IC芯片，一般來說都要求+3.3V或+5V。

　　從以上的分析可以看出，系統中各個模塊對電源的要求是不同的，電源模塊就是要將單一的電池電源轉換成能使系統中的各模塊正常工作的多種電源輸出。便攜式儀表體積雖小，卻是一個很完整的系統，在設計便攜式儀表的硬件時，首先應盡量使各模塊的電源需求一致。比如傳感器模塊有+5V的電壓需求，那么在單片機及其接口器件的選擇時，就應盡量選擇+5V供電的IC芯片。

　　盡管如此，設計時仍不可避免地會遇到兩種甚至兩種以上的電源需求，這就是電源模塊要解決的關鍵問題，其中主要是解決LCD顯示器的對比度調節(jié)電壓的輸出。設計電源模塊時要根據不同的電源輸入輸出要求選擇相應的集成電源穩(wěn)壓變換器件，在滿足電源要求的前提下，使外圍電路盡可能的簡單，體積盡可能小。

　　2 電源穩(wěn)壓變換器件

　　市場上可供選擇的電池規(guī)格多種多樣，除了較常規(guī)的1.2V(或1.2V整數倍)的鎳鎘充電電池(電池組)、1.5V和9V的干電池和3.6V的鋰電池以外，還有各種特殊的3、4.5、5、6V和12V的電池可供選擇，但從使用者更換或購買備用電池方便性的角度考慮，應盡可能使用互換性更好的普通電池。

　　完成電源穩(wěn)壓變換可供選擇的集成電源器件主要有如下幾類：低壓差線性穩(wěn)壓器件、通用開關型穩(wěn)壓器件、多功能或專用的電源器件、電壓基準器件，還有用于確保電源正常供電的各類電源監(jiān)控管理器件[1]。

　　便攜式儀表本身的功耗較小，一般要求的電源輸出功率不大，從體積上考慮，與電路中的其他器件一樣選用IC芯片，而不宜選用傳統的線性穩(wěn)壓器件;對于電池供電的系統，由于經過一段時間的放電后，電池電壓總會有一定程度的下降，這時電源模塊應仍能保持穩(wěn)定的輸出電壓，這就要求電源模塊對輸入電壓的要求不能太苛刻，即允許輸入電壓在一定范圍內變化;一般都要求雙電壓輸出。

　　在各種集成電源器件中，通用開關型集成穩(wěn)壓器件有較高的電源效率，適應較寬的輸入電壓范圍，容易通過變換，產生多種類型的輸出電壓，非常適合于使用電池供電的系統，因此在便攜式儀表產品中有著廣泛的應用。

　　這類DC/DC轉換器件按控制方式不同，可以分為脈沖寬度調制式(PWM)、脈沖頻率調制式(PFM)和開關電容泵式;按輸入電壓不同可以分為升壓式、降壓式和可分別工作于升壓和降壓兩種狀態(tài)的轉換器;按輸出電壓不同可以分為單一固定/可調電壓輸出和多路固定/可調電壓輸出。

　　脈沖寬度調制式(PWM)轉換器工作于固定的開關頻率，其濾波電路的設計較簡單;脈沖頻率調制式(PFM)轉換器在小功率輸出時可望獲得較低的靜態(tài)電流;開關電容泵式轉換器的外圍電路簡單，適用于小輸出電流的電源變換[1]。

　　從外圍電路的復雜程度來看，固定電壓輸出的比可調電壓輸出的簡單，單一電壓輸出的比多路電壓輸出的簡單。以下給出一便攜式儀表電源模塊的設計實例。

　　3 應用實例

　　該便攜式儀表要求使用兩節(jié)5號干電池，提供-10V的LCD對比度調節(jié)負電壓，+5V傳感器驅動電路和其他器件電源，輸出工作電流為200mA。根據這個單電源輸入雙電壓輸出的電源要求，針對不同的系統硬件條件，給出兩種不同電源變換電路的方案。

　　3.1 使用雙電壓輸出升壓DC/DC變換器MAX1677完成

　　MAX1677適用于需兩種可調電源的便攜式儀表。其主要性能為：

　　——允許的輸入電壓范圍為0.7～5.5V;

　　——主輸出2.5～5.5V(可調電壓輸出)，或工廠預設值3.3V輸出，最大輸出電流可達350mA;

　　——第二輸出可為LCD對比度調節(jié)提供+28～-28V范圍內的電壓;

　　——電源效率可達95%;

　　——16腳QSOP封裝，體積很小，不需要外部場效應管。

　　其他性能還包括：

　　——20μA靜態(tài)工作電流;

　　——1μA關斷維持電流;

　　——電池欠電壓監(jiān)測[2]。