高效率RFID手持機(jī)電源設(shè)計
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/178735.htm 3. 2 選型注意事項 首先,必須要正確選擇電源芯片類型。要明確輸入電壓和所需要的輸出電壓,進(jìn)而確定是升壓、降壓還是升/降壓。特別要注意的是,普通線性穩(wěn)壓器、LDO和Buck( 或Step-down) 型DC-DC 只能降壓,不能升壓,Boost( 或Step-up) 型DC-DC 只能升壓不能降壓。 強(qiáng)調(diào)這一點的原因是,一些芯片( LDO 或者降壓型DC-DC) 的手冊給出的輸入電壓范圍和輸出電壓范圍都很寬,很容易誤導(dǎo)沒有經(jīng)驗的設(shè)計者。手冊中的輸出電壓范圍,很多都是針對給出的輸入電壓范圍的,對于特定的輸入電壓,在很多情況下,實際的輸出是達(dá)不到給出的輸出電壓的。這一點十分關(guān)鍵,決定系統(tǒng)設(shè)計的成敗,應(yīng)引起高度重視。 其次,手持設(shè)備的電源設(shè)計中,要注意芯片的靜態(tài)電流,這一點對系統(tǒng)的待機(jī)時間影響很大,好的電源芯片的靜態(tài)電流在μA 級,較差的芯片在mA 級,相差上千倍,靜態(tài)電流越小,電池的電能耗散就越少,壽命就越長。 再次,注意要從實際的負(fù)載來考察效率。電源效率與輸出電流是密切相關(guān)的,當(dāng)輸出電流很小或很大時,效率都會變得較差,需要根據(jù)需要的電流來選擇電源芯片,以達(dá)到效率最大化。 4 方案選擇及芯片選型 4. 1 方案選擇 方案1: 3. 3 V 輸出采用LDO,5V 輸出采用電荷泵。 方案2: 3. 3 V 輸出采用Buck /Boost 型DC-DC,5V 輸出采用升壓型DC-DC。 由于鋰離子電池的電壓范圍變化較寬,在2. 5V ~ 4. 2 V( 4. 2 V 是滿充可以達(dá)到的電壓) 之間都應(yīng)該有正常的電源輸出電壓,如果采用3. 3 V 輸出的LDO,由于要滿足輸入輸出的最小壓差的要求,當(dāng)電池電壓降到3. 4 V 左右時,電源可能達(dá)不到輸出3. 3 V 電壓了。采用電荷泵輸出5 V,當(dāng)輸入輸出電壓比較接近時電荷泵的效率不會很高。采用第二種方案可以最大限度地提高電源轉(zhuǎn)化效率,延長電池的使用時間。 綜合考慮以上的比較,選擇第二種方案。 4. 2 芯片選型 通過查詢,決定采用TI 的兩個芯片TPS63031 和TPS61240 分別作為3. 3 V 輸出和5 V 輸出的電壓轉(zhuǎn)換芯片,TPS63031 在輸入電壓在2. 4 ~ 5. 5 V 范圍內(nèi),通過升壓或者降壓工作模式輸出高達(dá)800 mA 的電流,在節(jié)能模式下,當(dāng)輸出電流在100 ~ 500 mA 之間變化時,效率均在80 % 以上。TPS61240 是可以工作在3. 5 MHz 的升壓DC-DC,輸出電流可以達(dá)到450mA,具有PFM/PWM 工作模式,當(dāng)負(fù)載電流在200 mA左右時,可以在電池的電壓范圍內(nèi)提供80 %以上的效率。 由于微處理器對電源紋波要求較高,所以在3. 3V 輸出的后邊增加了一個LDO,以濾除DC-DC 輸出較大的紋波,提高輸出電壓的穩(wěn)壓精度。由于要滿足壓差和處理器可靠工作電壓的要求,選輸出電壓比3. 3V 低的TPS78320,可以輸出3. 2 V 電壓,最大可以輸出150 mA 的電流,這個電壓滿足微處理器LPC2142可靠工作電源電壓范圍( 3. 0 V ~ 3. 6 V) 和電流需求。 此外,該LDO 的靜態(tài)電流僅為500 nA,這正符合電池供電的手持系統(tǒng)節(jié)能的要求。 5 電源電路設(shè)計 仔細(xì)閱讀芯片手冊,設(shè)計并繪制出如圖2 所示的電源電路原理圖。 圖2 中的U2、U3 分別是3. 3 V 輸出和5 V 輸出的DC-DC 穩(wěn)壓器,U4 是LDO,DC-DC 的3. 3 V輸出經(jīng)過該LDO 進(jìn)行有源濾波后為微處理器提供3. 2 V 左右的電源,U1 是Maxim 公司的鋰離子電池充電管理芯片MAX1555,可以通過USB 對鋰離子電池充電。 電路中的電容C1、C5、C7、C3為芯片的輸入濾波電容,作用是改善暫態(tài)響應(yīng),抑制噪聲和紋波。C4、C6、C8、C2為芯片的輸出電容,作用是保持電路穩(wěn)定和濾波。其中C1和C4要采用額定電壓不小于6. 3V 的X7R 陶瓷電容,其他電容采用額定電壓不小于6. 3 V 的X5R 陶瓷電容,當(dāng)然采用X7R 的電容效果或更好,但是價格要貴一些。L1和L2要采用額定電流不小于輸出電流2 倍且直流電阻較小的電感,這樣可以降低電路的損耗。
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