低功耗手持式設定器電源設計

摘    要: 本文介紹了電荷泵直流穩(wěn)壓芯片TPS60101在低功耗現場手持設定裝置中的應用實例。
關鍵詞: TPS60101；低功耗；手持裝置
隨著低功耗單片機及輔助芯片應用技術的發(fā)展，各種應用場合對單片機系統(tǒng)有了更加嚴格的要求，便攜式解決方案在系統(tǒng)設計中開始占據越來越大的比重，并越來越多地傾向于低電壓、低功耗、微型化設計。在這些便攜產品的設計中，一般均采用電池作為系統(tǒng)供電方式。在一些使用交流供電?、?#65533;獾緋鼗蚣钚愿傻緋厥保�詰緋氐緦孔刺�浠�©程中得到穩(wěn)定的電源供應。
筆者在設計一種應用于工業(yè)智能儀表的低功耗現場設定裝置時，采用了TPS60101作為系統(tǒng)電源芯片，配合單片機設計出了具有軟電源開關和自動關機功能的系統(tǒng)電源。

TPS60101使用方式
TSP60101芯片在設計上做了許多實際考慮，允許設計者在不同的實際情況下靈活設計，圖1、圖2和圖3，是它的三種典型應用方案。

一般來說，在對實際應用電路的體積沒有嚴格要求的情況下，應當選擇推挽模式以獲得最好的工作性能。但是，由于TPS60101芯片本身體積很小，影響應用電路體積的主要因素是外接元件。若工作于單端模式，則應用電路的體積可以減少一半以上。如果在電壓穩(wěn)定度要求一般，但是對電路體積要求嚴格的情況下，也可以考慮使用單端模式。
通過改變2引腳SYNC的外接電平可以選擇TPS60101的同步時鐘源。SYNC接低電平使用片內振蕩器產生的同步時鐘信號，SYNC接高電平使用外部同步時鐘信號，外部時鐘信號引至3V8引腳。一般場合下只需使用片內時鐘即可。但是，如果TPS60101的供電系統(tǒng)工作于某一個固定頻率時，采用外部時鐘同步方式更加合理。需要注意的是，在使用外部時鐘同步方式時，SKIP引腳應接地以降低輸出噪聲。圖3給出了外同步時鐘方式的應用電路。
通過改變芯片19引腳3V8的外接電平可以選擇芯片的輸出工作方式。3V8接低電平為標準3.3 V輸出，接高電平為預置3.8 V輸出。在一般的應用場合，均應使用第1種方式；只有在對電源性能要求非常嚴格的情況下，才采取第2種方式。TPS60101提供粗略的 3.8 V輸出，后級再外接1個低壓差穩(wěn)壓器，例如TPS7330芯片，以獲得更加精確和穩(wěn)定的3V輸出。
在實際設計應用中需要注意的是，芯片底部和印制版接觸處集成了一散熱片，在印制板上對應的位置需要鋪銅焊接，并和電源地相連，同時所有的PGND和GND引腳應該以盡可能短的粗導線相連。

TSP60101在低功耗現場設定裝置中應用實例
筆者設計的低功耗現場設定用手持裝置是一種具有RS—485通訊功能的手持式設定器，支持MODBUS協(xié)議，通過RS—485現場總線對某公司生產的現場遠程采集控制模塊等儀表設備進行現場參數檢測和設定，如設定遠程終端裝置的系統(tǒng)子站號碼、通訊協(xié)議、波特率等，或者現場檢測模塊的各種設置參數，它作為配套設備提供給用戶。

當系統(tǒng)處于關機狀態(tài)時，按下電源開/關按鈕時，R-S觸發(fā)器翻轉，TPS60101的ENABLE獲得高電平，電源工作，系統(tǒng)復位，進入工作狀態(tài)。當再次按下電源開/關按鈕時，P89LPC932的P0.1通過兩只三極管電平轉換后檢測到低電平，進而產生中斷。在中斷服務程序中，系統(tǒng)判斷出此次操作為關機操作，則控制P0.0輸出高電平，通過一只三極管電平轉換后觸發(fā)觸發(fā)器產生翻轉，TPS60101的ENABLE獲得低電平，電源停止工作，系統(tǒng)進入掉電停機狀態(tài)。MCU在系統(tǒng)工作時對鍵盤輸入進行定時監(jiān)控，如果在5分鐘內沒有鍵盤輸入，則控制P0.0輸出高電平，自動關機。
系統(tǒng)工作時，電源部分消耗的能量主要是供給TPS60101的偏置工作電流，典型約為50mA，系統(tǒng)掉電待機時，三只芯片的最大待機電流小于5mA，可見這是一個比較優(yōu)秀的電源電路。
圖5是實際的手持設定裝置的框圖，整體系統(tǒng)安裝在普通小型數字萬用表大小的殼體內。系統(tǒng)MCU采用了PHILIPS公司最新的89LPC932單片機做控制核心，這只單片機是零外設的MCU，實際使用中也是采用零外設方案。為節(jié)省功耗，在滿足最高38400波特通訊的前提下，軟件設計中使用了MCU的分頻寄存器DIVM對內部RC振蕩器產生的7.3728MHz主頻進行了8分頻。同時，CLKLP置位，使CPU處于低功耗狀態(tài)。顯示器采用了北京青云創(chuàng)新科技發(fā)展有限公司生產的3V供電帶背光中文點陣LCD模塊LCM12832ZK，耗電僅1.2mA。RS—485芯片采用了SIPEX公司的SP3485，這是一款3V供電，低功耗的RSＶな©年內無需更換電池，非常方便使用者，該新型設定器投入使用后獲得了用戶的一致好評。

結語
實驗及應用表明基于TSP60101設計的手持設定器電源具有功耗低、輸出穩(wěn)定及控制靈活的特點。TPS60101芯片具有低功耗、體積小、功能強及操作靈活等特點，可以廣泛應用于各種手持設備、電池供電儀表等場合。■

參考文獻：
1． www.ti.com
2． www.zlgmcu.com