远程信息处理控制单元（TCU或T-BOX）是一种嵌入式车载系统，可应用于车辆的无线跟踪与通信等领域。该系统可分为电源轨、充电管理、接口、紧急呼叫单元、无线连接单元、天线等模块。其系统划分如下：
在本系列的文章中会依次对以下主要模块进行详细介绍：
第一节：电源轨；
第二节：充放电管理；
第三节：接口；
第四节：紧急呼叫单元；
第五节：无线连接单元；
第一节 电源轨
第一节先对电源轨展开介绍。
T-BOX电源模块可分为电源轨以及充电管理两个部分。电源轨主要是分析T-BOX的一级电源、二级电源以及估算总体的功率情况；而充电管理主要是针对备用电池。下图为VBAT、备用电池、电源管理以及负载之间的关系。正常情况下，VBAT为负载供电的同时也会为电池充电；当遇到突发状况时（如撞车），VBAT失效，此时由备用电池为负载供电。
1) 一级电源
目前主流的方案有三种，分为只降压，既升压又降压，以及先降压后升压。
方案一：只降压
…您是否盼望能开发像手表、血氧计或血压监测仪这样的可穿戴式设备？智能手表所需的小尺寸和高级功能给系统设计人员带来了两个基本挑战：您将如何在规定的封装内塞进您需要的一切？您如何给设备供电？
这里有三种解决方案，能在可穿戴式电子产品中实现超低功耗运行：
1.尽可能在待机模式下运行
实现较长电池寿命的关键是：通过减少没必要的系统活动让运行时的电流消耗最低。这意味着除关闭某些功能外，还要在微控制器的睡眠或待机模式以及电源的省电模式下运行。例如，当用户不看他（或她）的手表时，关掉手表的显示屏。或当SimpleLink™ Bluetooth®低能耗CC2541无线微控制器（MCU）能只通过睡眠定时器而非定时器1运行时，电源电流从大约90μA降低到仅为0.6μA —— 省电率超过99％！此外，任何后台任务在代码内必须是由中断驱动的…
远程信息处理控制单元（TCU或T-BOX）是一种嵌入式车载系统，可应用于车辆的无线跟踪与通信等领域。
在本系列的文章中会依次对以下主要模块进行详细介绍：
第二节：充放电管理；
第三节：接口；
第四节：紧急呼叫单元；
第五节：无线连接单元；
第二节 充放电管理
正常情况下，VBAT为负载供电的同时也会为备用电池充电；当遇到突发状况时（如撞车），VBAT无法正常供电，此时转换成备用电池为负载供电。如下图蓝色阴影框图所示，备用电池的充放电管理主要分成三个部分：电池组、充电器以及预升压。
图-1
1. 电池组
常用的蓄电池有Ni-MH，LiFePO4以及Li-Lon，其特点列举如下表所示。
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类型 |
Ni-MH |
LiFePO4 |
Li-Lon |
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优点 |
可靠耐用； 过量的充电不会产生高温； 成本较低；
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高额定电流； 寿命长； 热稳定性高； 安全； |
高能量密度； 高电压（3.6V… |
涉及到任何类型的保护时，解决方案都应该很简单。保护应该是设计和设置好后而不必再担心的东西；至少应是如此。但是，当涉及到更多和更好的电池保护，设计人员可能会担心这可能会增加成本。
由于电池保护电路通常位于电池组内部并且看不到，通常不被认为是一个酷或新潮的新应用特征，设计工程师可能不会对其进行太多的思考。但是，从我们从最近的事件中了解到，如果不能做出合适的电池保护，可能会导致严重的问题。
通常，任何保护设备都希望设置简单：保护您的系统的IC，但是在高电流消耗方面没有巨大的“价格标签”。这是TI用于3至5系列等电池的bq77905系列电池保护器，通过最低功耗提供您系统需要的保护。
在电池应用中，总需要有一个主保护器作为第一道防线，任何之后的保护后将具有二次保护的作用。二级保护，简单地说，可以是最后的电池保护类型，这通常是简单的过电压保护…
作者：Robert Taylor1 德州仪器
大多数电源设计人员都知道怎样把较高电压转换到较低电压（降压转换器）或把较低电压转换到较高电压（升压转换器）。但如果要生成不同极性的电压又当如何呢？这类电源设计并不常见，但对各种工业、音频以及 RF 应用来说极为必要。
从正极生成负电压有几种不同方法。您可使用任何类型的隔离转换器（反激、正激等）或升降压转换器。
在使用隔离转换器时，GND 被隔离，设计人员可根据设计需要随意连接负载。在使用非隔离拓扑生成该负电压时，升降压转换器（图 1）最便捷。
图 1：升降压转换器的简单原理图
非隔离拓扑的挑战在于如何在负输出电压和控制信号之间建立关联。可使用放大器或晶体管创建电平转换器，不过还有更低成本、更便捷的方法。您可使用任何通用降压转换器 IC，将该 IC 按一定配置连接起来，就可解决该挑战。
图 2 —
这种配置的思路是把输出电感器连接至 GND（而非降压转换器中的…
有很多拓扑都可用于为 LED 供电。您或许已经知道，在开始选择之前首先要明确设计要求，否则，您最后得到的设计方案可能就不够理想，甚至更糟的是无法确保长期正常工作。例如，在驱动一个或多个 LED 时，LED 的最小及最大正向压降、电流等级以及工作温度可决定所需的转换器输出电压范围。例如，在查看典型红光 LED 产品说明书时，我发现在其理想的驱动器电流下正向压降的变化幅度为 35%。如果 LED 制造商针对正向电压将部件进行“分组”或“收纳”，那么变化幅度将下降到更加合理的 6%。此外，相对正向压降可随工作温度的变化而产生 13% 的相应变化，而为 LED 选择设定电流则有助于将此变化提升 16%。
那么，这都代表什么意思呢？了解完这些信息之后，就需要确定转换器的最小及最大输出电压。这只是将所有 LED 正向压降与传感电阻器电压相加的总数。可根据转换器输入电压范围确定输出电压是否始终保持较大值…
事实上，除了电池充电器以外，一个专门为可穿戴设备而设计的电源解决方案还包括很多其他组件。现在，让我们一起来了解一下当工程师在为系统设计充电解决方案时最常采用的几款器件。
电池充电器前端的输入接口通常可以使用不同的电源，例如目前普遍的USB、AC适配器以及无线电力与能源采集等。通过与无线电源协会（WPC）多年以来的密切合作，目前TI已经推出了多款可同时用于Qi及非Qi认证解决方案的无线充电传输器和接收器。
TI针对低功耗可穿戴应用所推出的微型无线接收器TI Design参考设计是一款采用了低功耗无线接收器bq51003的超小型参考设计，能够为电池充电器提供5V的直流输入电流。整套解决方案的面积还不足30平方毫米，是小巧精致型低功耗应用的理想选择。如果工程师想要设计一个直接充电的解决方案，可以用bq51050B替换bq51003…
今年早些时候，我曾经写过一篇关于可穿戴设备以及如何使它们功能更强、而尺寸更小的文章。嗯，由于电池充电、低静态电流运行、智能电源管理和高集成度方面的创新，可穿戴设备将变得越来越小、功能越来越多、运行的时间越来越长。
由于必须使用尺寸小、容量低的电池作为电源，可穿戴设备的电池充电是具有挑战性的一个难题。例如，在你使用不同容量的电池时，比如40mAh、100mAh或是200mAh的电池，以及为了实现快速充电和充电周期使用寿命的目标，而在0.5C、1C或2C下需要对电池进行充电的话，充电电流会发生很大变化。而其中的关键是在你的设计中包含一个可编程快速充电电流。bq25120电池管理解决方案提供5mA至300mA的充电电流设定功能，以支持多种电池和充电系统配置。
虽然能够对电池快速充电很重要，不过将电能尽可能多的输送到电池中也很重要。为了实现这一目标，终止电流必须非常精确，并且能够在1mA或更低的电流以下可靠地终止充电。
电池必须在两次充电之间为微控制器…
在计划写本篇博客时，我在谷歌趋势中输入了“Type-C”。如图1所示，自2015年以来对这一词语的兴趣一直在上升。
图1：谷歌趋势上的兴趣走势图（关键词：Type-C）
USB Type-C设备在现实世界中也越来越流行，许多流行的手机和平板电脑采用USB Type-C接口。我预计在未来几年采用USB Type-C接口的产品将迅速增加。
为什么功率为15W（5V3A）？
除了具有正反都可插的插头，USB Type-C可提供比以往任何USB版本更大的功率。虽然对于USB 3.1和USB充电，USB Type-C可支持高达100W的功率，但是系统设计者必须仔细选择功能，保持合理的整体成本。
USB Type-C接口采用了15W功率，是标准USB 2.0充电速率的六倍。
对于大多数智能手机和平板电脑，15W已经足够…
生活在科技完善的今日，我们很容易忘记我们几年前那种“原始”的生活状态。那时候我们还会使用电话薄、纸质车票和DVD播放器等过气的产品。如果说电子产品的出现改变了我们的生活方式，那么电池技术的发展则改变了我们所钟爱的电子产品。
电池技术的演变与利用电池供电的设备和系统息息相关。由于人们已经习惯了移动计算和通信设备所带来的便利性，业界对于便携式电源也提出了更高的要求。然而，电池技术的进步反之又催生了各类全新的移动应用，有些应用甚至超出了我们的想象。
虽然电池技术在过去几年中发展相对较快，但其基本概念却没有太大的变化。1936年，考古学家发现了一个2000多年前的手工艺品，外表看起来像是一块电池。那么这个设备是否真的是一块电池呢？当今的大多数专家对这种看法表示质疑，不过也有部分人表示赞同。 如果回顾历史，我们会发现电池技术的发展在17至18世纪得到了飞速提升，最终在19至 20世纪成为了电灯和收音机等新兴电子设备的电源…
在电源系统设计文章“电池管理系统的主动和被动平衡”中，Stefano Zanella描述了多电池系统是如何失去平衡的。在这篇文章中，我想探讨若电池不平衡且稍微扩大对电池容量不匹配的影响时，电池将如何变得不可用。我将专注于汽车锂离子（Li-ion）电池，但一般来说这些原则适用于所有电池。
多单元电池通常构建为串联或并联电池阵列。串联电池过多将导致较高的电池组电压，而并联电池过多将导致较高的总电池容量（表示为安培小时额定值或Ahrs）。然后电池容量将指示并行电池数量，将等于并联电池数量的电池容量乘以系统运行所需的电池容量。根据电池类型，汽车倾向于使用96个串联锂离子电池和24个并联电池。例如，行驶100英里范围的电动车辆将需要20-30kWh的电池，这取决于车辆的重量、预期使用模式和车辆中的各种系统效率。系统的几个方面将决定电池组电压，包括电动机的总体尺寸和类型、电缆尺寸和隔离要求。
多单元电池通过向堆叠顶部的电池的正极端子提供电流来充电…
[情景：Greg Waterfall和Jim Bird在参加完当天的第5次会议后，正在收拾行李去餐厅。]
Greg：Jim，整天背着这些给不同的电子设备充电的充电器和电缆真是让我烦透了。我的家里更是让这些玩意儿弄得一团糟。家里的手机、笔记本电脑、相机和玩具的充电器好像都不相同。
Jim：我也很讨厌这样。我笔记本电脑包里的充电硬件大约有3磅重，我还要整天背着它们到处转。不过，好消息是Type-C就要来了。。。嗯，实际上它已经来到我们身边了。
Greg：Type-C？你是说USB Type-C吗？它不就是一种新型的USB接头儿吗？哼，这真是太棒了。看起来我又得多背一个适配器了。他们为什么要多此一举呢？
Jim：别担心！USB Type-C正在解决这诸多让你头疼的问题呢。作为一项技术规格，Type-C与它的兄弟USB电力传输 (PD) 将用一个或两个适配器满足你的全部充电需求。此外。。。这项技术很值得期待。。。它只使用一条电缆…
几星期前，在机场候机时，我发现登机门前的很多座位上安装了内置的USB端口，这让我既惊讶又高兴。如图1所示，除了两个AC插座外，大多数座位有2个USB端口。
我记得，就在几年前，机场内的USB墙式插座还很少见。而如今，内置USB充电器变得越来越常见，即使在咖啡厅和餐饮连锁店内也能看到它们的身影。目前，新建房屋都有USB墙式充电器，而对现有的房屋进行装修和翻新时，也会用USB充电器取代老式的AC插座。很明显，免适配器充电提供了快速充电的便利性，同时也提高了整洁度。
图1：机场候机楼座椅上的内置USB端口
考虑到USB墙式充电器的采用范围越来越广泛，我想在这里给出一些与基本设计挑战和注意事项相关的观察所得。最不寻常的挑战就是如何满足严格的热性能要求，以符合安全规范。与外部或便携式AC/DC适配器设计不同，一个内置USB墙式充电器只能通过插座的安全盖散热。安全盖后面的一组或双组插座盒被隔热材料所包围。前面板不能超过60oC。图2显示的是一个单组插座盒的示例…
作者: Ryan Manack
许多应用处理器均需要现场可编程门阵列（FPGA）、专用集成电路（ASIC）和其它大功率中央处理器（CPU）等负载的电流快速变化。这些系统的电源要求特别注意控制拓扑结构选择和输出滤波器设计，以支持快速电流阶跃。一旦设计完成，关键的挑战就是测试电源与规定的电流阶跃和转换速率。在本文中，我们举例说明了一个简单电路，可进行超过300安培/微秒（A/us）的电流转换。
用电子负载测试电源的瞬态响应很常见。对许多系统轨（如服务器的3.3V或5V总线）而言，电子负载很容易配置为在2-10A/us的范围内汲入电流的模式。但是，内核电压可能需要转换速率比这些水平高两个数量级。高转换速率测试中的一个主要限制因素是负载路径中的寄生电感。要以300A/us的速率为0.9V输出转换15A的电流，公式1计算出的最高电感是3nH。作为参考，成圈状通过电流探头的16级导线的1英寸片可将20nH的电感添加到负载路径中。很明显，需要另一种电流汲入方法…
作者：John Betten
单端初级电感转换器（SEPIC）在降低或升高输入电压以维持稳定的输出电压方面功不可没。这在汽车应用或可能提供多个输入源的系统中非常有用，但您不一定要更改转换器类型。SEPIC具有许多优势（如极小的有源部件），并且只需要一个低成本的升压型或反激式控制器。但像所有的拓扑结构一样，它在某些性能方面也可能收效不佳。其中的一个不足之处就是二极管整流导致的受限最大输出电流。让我们来看看如何同步输出才能对此有帮助。
图1展示了一个基本的SEPIC电路，图2则详细说明了对应的关键电压和电流波形。当Q2打开时，它导通的电流量是流经L1每个绕组的电流总和。这个总和等于输入电流加上输出电流，且在满载且输入电压最小时达到其最大值。当Q2关闭时，这两种电流通过D1改道至输出电容器和负载。当Q2关闭后电流只能在D1内流动，因为当Q2打开时D1是反向偏置的…
在英语里，“ready”是很有意思的一个词，它在不同的语境下会有完全不同的意思。有一大屋子女儿时，“ready”的意思就是为做好准备而准备；而准备的时间绝不会少于30分钟。在飞机上，“ready”就是把手机收起来的意思；最后，我们终于可以起飞了。
我们的行业发言人已经宣布，“GaN已经为黄金时间做好了准备。”这个声明似乎预示着GaN已经为广泛使用做好准备，或者说在大量的应用中，已经可以使用GaN技术了。这也意味着GaN已经是一项成熟的、不应再受到质疑的技术。对此，我不想妄加评论，由你自己去辨别事情的真伪。
那么，我提到的“GaN已经为数字电源控制做好准备”到底是什么意思呢？验证这一点的方法就是查看一下启用GaN技术的电源是如何开发的？在很多情况下，电源设计人员使用数字控制来展示GaN应用。这么做的原因也许是考虑到数字控制的灵活性，使得设计人员能够精确地控制开关波形…
作者：Wenjia Liu
Deyisupport社区电源管理论坛汇聚八方资源，在那里所有不同级别的工程师和设计人员均可提出问题并从TI专家处获得真知灼见。
当设计可穿戴式应用时，我们已发现了一些与充电器相关的常见问题。在这里，让我们看一些最常被咨询的问题。
问：哪种线性充电器最适合我的应用？
答：当为特定应用选择合适的充电器时，您应该考虑多种因素：功率水平、尺寸、电池类型等。
以TI充电器产品组合中不同的充电器为例。bq24232是一种线性充电器，具有500mA的充电电流和电源路径的特性。该解决方案的体积约为3.5mm × 4.5mm2，包括必要的电阻器和电容器。这对需要系统即时开启功能且空间不受限的应用而言是绝佳的选择。
如果电路板空间是受限的，那么bq24040可提供一个2.5mm ×…
作者：Ian Bower 德州仪器
依本人之见，示波器是调试模拟电源的最好工具，对于数字控制电源而言也是如此。通过代码进行单步执行不是一个可行的办法，因为这很容易烧掉 FET。然而，数字系统的挑战在于很多信号在芯片内部消失。敬请使用 UCD3138 PFC EVM 用户指南，这里有几个可演示固件控制 PFC 的方框图实例。
首先是芯片外部硬件中所发生情况的原理图：
您可以看到固件外部仍有可使用示波器进行监控的模拟信号。另外，您是否注意到方框底部输出的信号？这些信号将进入 UCD3138 数字控制器并由固件处理，请看下图。
方框中的每个箭头都代表一个通过下面所述方法送出到器件引脚并由此送到示波器的内部信号。但始于 COMP_D、E 及 F 这 3 个比较器的信号除外，它们全都是代表变量的“模拟”信号。
用于送出信号的两种简单方法：
Gordon Varney是TI电池管理部门的一名系统工程师，为了庆祝即将来临的万圣节，他动手制作了一个通过无线充电来提供电能的南瓜灯。
具体来说，他在镂空的南瓜底部嵌入一个铜线圈，连上一个无线电源接收器开发板（型号为bq51013B），然后将南瓜放置到一个嵌入桌面的Qi无线充电站上，南瓜灯就被点亮了。
视频：
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或在优酷观看视频 http://v.youku.com/v_show/id_XNjI3NzkxMDEy.html
一起来分享您的万圣节DIY作品吧！
参考资源：
1, bq51013B开发板
作者：Brian King 德州仪器
TL431 并联稳压器或许是隔离式开关电源中最常见的 IC，其可提供低成本的简单方式精确调节输出电压。图 1 是 TL431 及典型应用电路（用于调节隔离式电源输出）的方框图。TL431 在单个三端器件中整合一个内部参考和一个放大器。R3 和 R5 电阻分压器以及 TL431 的内部参考电压可设定输出电压。在 TL431 内部，误差放大器输出可驱动晶体管的基极。晶体管集电器不仅可连接 TL431 的 K （阴极）引脚，而且还可驱动一个光耦合器，其可将隔离边界的误差信号发送至主控制器。反馈环路的频率响应由位于 TL431 阴极与 REF 引脚之间的补偿组件形成。
图 1. 常用于调节隔离式电源输出电压的 TL431 电路。
在转换器输出电压小于 5V 时，该电路开始出现一些局限性。阴极的最小推荐工作电压等于参考电压，标准版 TL431 为 2.5V。光耦合器内部光电发射器支持约…
作者：Timothy Hegarty 德州仪器
鉴于内核、存储器、I/O 以及其它电轨的过多电压电流要求，多核 DSP 实施需要智能电源管理。DSP 内核电压电源的一个重要性能基准就是能够根据DSP 使用情况及环境条件实时调节 VCORE。VCORE 命令一般以数字格式提供，电源应能随时解读。VCORE 电轨一般具有最大的电流规范，而能够平衡效率与尺寸的小型电源解决方案也很重要。关键在于在 DSP 与模拟 PWM 级之间使用低成本接口来实现这一电压识别 (VID) 功能。
因此，下图提供了将内核电轨标示为 CVDD 的多核 DSP 加以说明。同时，我也在《EDN》杂志上发表了一篇题为《通过调节稳压器优化 DSP 功率预算》的文章，深入探讨这一主题。
一个额定电流为 15A 的 500KHz 降压转换器负责为 CVDD 供电。该设计可使用连接至 VID 编程器的 4 线数字接口实现 VID 控制，其可直接连接至任何模拟功率级或控制器…
我经常感到的奇怪的是，我们的行业为什么不在加快氮化镓 (GaN) 晶体管的部署和采用方面加大合作力度；毕竟，大潮之下，没人能独善其身。每年，我们都看到市场预测的前景不太令人满意。通过共同努力，我们能够大大增加这项高能效技术的市场渗透能力。
如果GaN取得胜利，我们都是赢家。世界范围内的能效只需提高1%就足以关闭45个火力发电厂。在我们的日常生活中，我们已经目睹了GaN技术的部署和采用—在几个月之前，有些事情我还不太明白，直到我女儿问我GaN长得什么样子时，我才意识到，在家中的节日彩灯中有数百个GaN：GaN LED。
一个很不错的合作主题就是GaN可靠性。即使GaN晶体管现在通过了传统硅质量检测应力测试，或被称为“qual”，它的部署和采用仍然很慢。由于它是基于硅材料的，“qual”并不能提振低用户对于投入回报的信心。虽然通过“qual”测试对于器件的生产制造、质量和可靠性具有里程碑式的意义，但还不清楚它在器件使用寿命…
术语“准备就绪”竟然有如此多不同的含义，真是有趣。若您儿孙满堂，“准备就绪”是指您需要轮流做许多准备；我们不会离开30分钟。在飞机上，“准备就绪”意味着收起您的手机；这样，飞机最终才能安全起飞。
我们已听到我们的行业代言人宣布，“GaN将迎来黄金发展时间。”这一公告似乎在暗示，GaN已准备好出现在广大听众、用户或为数众多的应用面前。这也表明，GaN技术已经如此成熟，不能认为它是一个有问题的技术。我会让您自己决定哪些东西是正确的。
因此，当我说“GaN已为数字电源控制做好准备”时，您懂我的意思吗？测试GaN的一种方法是查看采用GaN的电源的开发过程。多数情况下，电源设计人员使用数字控制来演示GaN应用。这可能是因为数字化控制的灵活性较好，能够让设计人员精确控制开关波形。也可能是数字控制可以提供克服任意GaN缺点的多个控制回路和保护电路…
LED 正在寻找其扩充产品应用范围的途径。汽车照明、电视背光灯以及平板电脑只是几个需要多个 LED 的应用。使用恒流驱动大量 LED 即可通过长长的串行连接完成，也可通过并行驱动多个 LED 串完成。但是，将大量 LED 连成长串会导致高电压及单点故障问题。同样，以并联形式为多个串供电需要多个电流调节器，每串一个，这可导致更高的复杂度与成本。当前的趋势是让多个串并联工作，本文将探讨实施电路系统达到这一目标的方法和原理。
LED 与标准二极管类似，也是电流驱动型器件。它具有 I-V 曲线，其中电流与电压为非线性，而且正向电压的一个小小变化就会导致一个大的电流变化。由于 LED 电流差不多与 LED 光通量成正比，因此对于电视等应用来说精确控制电流至关重要。但并不是所有应用都必须要求 LED 亮度匹配的高精度。如果 LED 采用单串形式驱动，那么亮度肯定匹配，因为每个 LED 具有相同的电流强度。随着所用 LED 数量的增加，就必须使用并联串…
作者：Jim Bird 德州仪器
如今的普通工作人员常常身兼装配工和安装工两种工作，这就意味着您的设计（无论好坏）需要简单易用，并需要良好的保护。平心而论，所有技术就摆在那里，而我们大多数人却对技术细节一点都不熟悉。这就是说，我们要继续装配我们的最新环绕音响系统、家庭办公网络，甚至在我们钟爱的汽车中装配最新的信息娱乐系统。在这方面与对功率密度、效率、精确度及小型化等不断增长的需求之间，电源保护向导非常繁忙。
在过去几年里，我目睹了电路保护方案需求的增长，其可针对反向连接、浪涌钳位以及反向电流保护进行防御。这些要求主要针对电压绝对值范围介于 12 至 48V 之间的正极 GND 与负极 GND 两种系统。
那么，这些听起来让人害怕的多元素威胁到底是什么呢？！
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