基于SP6641的手持设备电源设计

2011-03-29 10:46:23来源: 互联网

1 引言

目前,由电池供电的各种电子产品及便携式仪器仪表更多倾向于低电压、低功耗、微型化设计,其电源管理系统都需DC/DC转换器。此转换器的核心是输出精度、转换效率、启动电压等。这里介绍一款结构简单、体积小、效率高、功耗低的升压型PFM控制DC/DC转换器-SP6641,并详细给出该器件在心理测评手持数据采集系统电源管理中的应用。

2 SP6641器件简介

SP6641是一款手持式低功耗-低压-升压型DC/DC转换器,能在输入电压动态范围较大时为单片机系统提供稳定的直流电源,其静态电流极低,电池转换效率高,性价比高,多用于电池供电设备SP6641的静态电流为10μA,有1个0.3Ω的N通道充电开关,最低启动电压0.9V,并具有0.33 A或1.0A感应电流限制模块。SP6641器件采用5引脚SOT-23贴片封装形式,其引脚配置如图1所示。

2.1 性能特点

该器件的性能特点如下:极低静态电流为10μA;宽输入电压范围为0.9~4.5 V;1.3 V输入时,IOUT可达90 mA(SP6641A-3.3 V);2.6 V输入时,IOUT可达500 mA(SP6641B-3.3 V);2.0 V输入时,IOUT可达100 mA(SP6641A-5.0 V);3.3 V输入时,IOUT可达500 mA(SP6641B-5.0 V);固定输出电压为3.3 V或5.0 V;电源转换效率高达87%;0.3Ω NFET RDSon;O.33 A感应电流保护模块(SP6641A);1 A感应电流保护模块(SP6641B);逻辑关断控制;SOT-23-5封装。

2.2 使用方式

SP6641不同版本具有不同的功率和固定的输出电压(3.3 V、5.O v).在应用时可根据实际使用情况加以选择。SP6641提供两种不同功率的版本型号,如SP6641A和SP6641B,这两者的引脚是一样的,但所提供的最大输出电流不一样,外围元件也不同。输入电压下降时,输出电流也下降,VBATT为1.3 V时输出电流分别为90 mA(SP6641A),200 mA(SP6641B)。当需要不同的输出电源电压时.只需选择不同后缀的版本型号。图2为SP6641B电源电路原理图

3 SP6641B在手持设备中的应用

3.1 手持设备设计方案

在设计时,首先根据需要输出的固定电压、最大工作电流确定相应的电源器件。再根据电源器件确定电源电路和外围元件。手持设备采用低功耗型单片机(MCU)MSP430F123A作为主控制器,扫描由0~9数字组成的键盘响应,然后通过LSD-RF1100-A433无线模块实现数据的无线传输,该手持设备的原理结构框图如图3所示。

LSD-RF1100-A433无线模块是基于TI公司的CC1100的射频模块,该模块工作电压为3~3.6 V,工作电流小于30 mA。单片机MSP430F123的工作电压为1.8~3.6 V,工作电流小于2 mA。考虑到实际使用的方便性,采用普通2节5号碱性电池作为供电电源,为保证系统正常工作,需要设计提供稳定的3.3 V电源电路,供电电流不小于50 mA,并且在电池电压为1.5 V时仍能保证3.3 V稳定输出。为延长手持设备的工作时间,这里采用具有升压功能的SP6641B设计电源电路,为手持设备提供较长时间稳定的3.3 V电源。

3.2 电源器件选型

由于手持设备只需一个3.3 V的固定电压,最大工作电流约50 mA,选用SP6641B作为电源器件。其在VBATT=1.3 V时,输出电流200 mA。如果要求电源具备较低电压纹波,可增加一级滤波电路。

3.3 外围电路元件选型

SP6641B的数据手册提供所需外围电路元件参数:C1=C2=100μF (POSCAP),L1=10μH (CDRH5D2B),VD1为ZHCS2000,C3=1μF陶瓷电容。电源器件输出电压的稳定性既取决于电源器件的质量,同时也和外围电路元件的合理取值和质量有直接关系。外部元件数值的选择主要由输出电压、最大负载电流和最大最小输入电压决定。首先确定电感值,然后依次选择二极管、电容等值。

(1)电感的选择 电感是决定电源系统稳定度的主要因素。电感主要参数包括:电感量峰值电流和内阻。电感线圈电阻应小于0.5Ω,为减小噪音辐射,应选用屏蔽电感。电感L1是整个电路的储能元件,必须选择适当的功率元件,因此,电感选用德国Wiirth Elektronik公司生产的,型号为WE-PD系列带屏蔽功率电感,其IDC=1.83 A,RDC=0.072Ω。这时电源电路的转换电压稳定、转换效率高,在输入电压低于1.2 V时,仍提供稳定的3.3 V输出。

(2)二极管的选择 工作中,二极管VD1的正向导通压降对开关电源的效率影响很大,为提高转换器效率.在保证二极管正常工作的同时要选用正向导通压降小,反向恢复时间短的肖特基二极管,还应考虑其输出电压和峰值开关电流。因此,这里选取1N4148。

(3)电容的选择 设计时应当依据等效串联电阻(ESR)最小的原则选取输出滤波电容.同时应使电容尽量靠近SP6641B。因此,这里选取元件参数:C1、C2分别为100μF、330μF钽电容,C3为1μF的陶瓷电容。在调试中,如果省略电容C3,电源电压会非常不稳定,因此,在设计时,应将其与SP6641B的尽可能靠近放置。

3.4 测试结果

经测试,手持设备在动态时(无线模块处于发射和接收状态)的电流仅31.5 mA;静态时的电流仅20μA。

(1)2节碱性电池输入 采用已用的碱性电池,测试不同输入电压情况下的电源稳压值,由于碱性电池电压的离散性,因此只需测量几个离散电压值即可。当Vin分别为3.1 V、2.96 V、2.83 V、2.66 V、2.4 V、2.14 V时,Vout为3.3 V,系统工作正常;但当Vin为2.14 V,静态时Vout为3.3 V,而动态时,Vin下降为1.7 V。

(2)1节碱性电池输入 当Vin>1.34 V时,Vout=3.3 V,系统工作正常;当Vin=1.2 V或1.07 V时,Vout为3.3 V,系统不能正常工作,测试发现Vin在系统工作时下降到0.8 V、0.6 V。

由上述测试结果表明:SP6641最低启动电压可达0.9 V,但若使用碱性电池供电,电池自身将消耗更多能量,使用单节电池供电将影响电源的使用时间,而2节碱性电池供电影响会小一些。

4 结束语

基于SP6641B手持设备电源设计应用效果良好。由于SP6641器件体积小,输出电压稳定,转换效率高,可方便地在节能模式下工作,且具有高性价比,因此在便携式电池供电设备领域具有广阔的应用前景。

关键字:SP6641  电源  电压转换  手持设备

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0329/article_6334.html
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