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在模組的外圍電路設(shè)計中，合理的供電設(shè)計是保障模組正常運行的前提。本文將從電源電路設(shè)計、電容設(shè)計以及供電控制電路設(shè)計等方面闡述模組外圍電路設(shè)計的注意事項。
一、電源電路設(shè)計
要設(shè)計出合理的電源電路，首先要了解模組對電源的要求，表1列出了幾款主流模組對電源的不同要求。
在對電源芯片選型時，總的原則是供電能力充足，電壓輸出紋波小，瞬間負載響應(yīng)快，建議客戶按照模組的電壓典型值進行設(shè)計。
供電方式可選擇LDO、DC/DC或直接由電池供電。其中LDO適用于輸入輸出壓差較小、電流較小的情況；DC/DC則適用于輸入輸出壓差較大、需求電流較大的情況。具體選型應(yīng)從效率、成本、噪聲、散熱、低功耗要求等多方面綜合考慮。表2列出了LDO與DC/DC的優(yōu)缺點。
在模組的工作期間內(nèi)，需保證電源跌落在模組供電范圍之內(nèi)，否則可能會出現(xiàn)模組異常重啟等問題。圖1為LDO_MIC29302電路參考設(shè)計。
圖1 LDO_MIC29302參考設(shè)計電路圖
其電路元件功能解析如下所述：
(1) 此設(shè)計輸入電壓是5V，在輸入上并聯(lián)了470uF和0.1uF的電容，起到穩(wěn)壓、濾波及旁路作用。
(2) EN是使能引腳，高電平有效，此處直接連接到VIN，默認不控制，上電即使能LDO工作。
(3) ADJ是LDO的反饋引腳，此引腳通過反饋電阻R38和R43對輸出電壓采樣，將采集的電壓輸入到比較器反向輸入端，與正向輸入端的基準(zhǔn)電壓進行比較，再將比較結(jié)果通過放大電路放大，放大后的信號（電流）通過控制晶體管的導(dǎo)通電壓進而控制輸出電壓。
(4) R49是LDO的假負載，由于此型號的LDO內(nèi)部調(diào)整管需要一定的電流才能正常工作，所以在空載的情況下，LDO將不能輸出正確的電壓，故在VOUT串接一個阻性假負載，阻值根據(jù)LDO的最小負載電流和輸出電壓值計算得到。（現(xiàn)在部分LDO型號無需此假負載，使用時請仔細閱讀器件規(guī)格書。）
(5) C109、C110、C111同樣起到濾波穩(wěn)壓和去耦的作用。
(6) D45是TVS或者穩(wěn)壓管，反向擊穿電壓為5V，可起到防止尖峰電壓或者過壓損壞模組。
DC/DC常見拓撲類型有BUCK降壓式、BOOST升壓式、BUCK-BOOST升降壓式。
電源類型可分為隔離型（輸入地與輸出地沒有關(guān)系）和非隔離型，常見為非隔離型。根據(jù)續(xù)流元件不同可分為同步型與異步型，同步整流采用通態(tài)電阻極低的MOSFET管替代二極管續(xù)流，降低開關(guān)損耗，同時提高轉(zhuǎn)換效率。
模組相關(guān)的設(shè)計中，多為降壓式非隔離的DC/DC方案，以項目中用到的一顆TPS54302DDCR為例，下面介紹一下DC/DC外圍元件功能及相關(guān)設(shè)計要求。
由規(guī)格書可知，TPS54302是低EMI干擾的同步整流降壓轉(zhuǎn)換器，它的輸入電壓范圍是4.5V至28V，最大可持續(xù)輸出電流為3A。因為是同步型，所以不需要外部續(xù)流二極管。
圖2 TPS54302參考設(shè)計電路圖
此電路輸入電壓VIN是24V，應(yīng)用于ML307A模組，設(shè)置的電壓輸出是4V。其中各元件解析如下所述：
(1) D2是TVS管，客戶的VIN是由AC/DC開關(guān)電源供電，上電瞬間易引起尖峰電壓，因此設(shè)計D2起過壓保護作用。
(2) D6是肖特基二極管，起防止電源反接作用，肖特基二極管導(dǎo)通壓降較小。
(3) C24是芯片的輸入濾波電容，與LDO中輸入電容功能相同，設(shè)計時不可省略，且需注意此電容的耐壓值，應(yīng)根據(jù)輸入電壓實際選擇，此例中必須大于35V。
(4) C13是自舉電容，作用是開啟開關(guān)電源芯片內(nèi)部high-side MOSFET管。
(5) L1是功率電感，電感基本作用是隔交通直，它會阻礙電流的變化，此處作用是儲能并進行電能和磁能的相互轉(zhuǎn)換，選型時需注意電感值、飽和電流和溫升電流參數(shù)。
(6) R13、R16是輸出電壓調(diào)節(jié)的反饋電阻，調(diào)整它們的比值，可以改變輸出電壓的值，輸出電壓計算公式為：VOUT=Vref*(R13/R16 + 1)，Vref是FB引腳的反饋參考電壓，不同芯片Vref不同，此芯片的Vref為0.596V。
(7) C2是預(yù)留的一顆前饋電容，可改善響應(yīng)速度，提升控制性能，一般無需設(shè)計此電容。
(8) C14、C23是輸出濾波電容，與電感組成低通濾波器，濾除高頻干擾，穩(wěn)定輸出電壓，減小紋波作用。
(9) EN引腳是使能腳，根據(jù)手冊描述，此引腳內(nèi)部拉高，浮空狀態(tài)默認使能。
二、電容設(shè)計
電容設(shè)計常見問題及解決方法見表3
三、供電控制電路設(shè)計
在電路設(shè)計是，如開關(guān)芯片功率過小，不滿足模組峰值電流的供電要求，需更換開關(guān)芯片；如自搭PMOS開關(guān)控制供電，未設(shè)計軟啟動電路，造成電壓跌落嚴重，則需要設(shè)計軟啟動電路，如圖3所示。
圖3用PMOS管搭建負載開關(guān)電路圖
此設(shè)計是用PMOS管搭建的負載開關(guān)電路，通過PWR_NB輸出低電平來控制V_NB上電?？蛻舻膯栴}是在控制MOS管導(dǎo)通上電時，電源電壓跌落嚴重，導(dǎo)致設(shè)備重啟。經(jīng)分析，是因為MOS管導(dǎo)通速度過快，接了較多容性負載，在突然上電時，容性負載迅速充電，因此瞬時電流過大，導(dǎo)致了電源電壓的跌落。后建議客戶按照圖中設(shè)計加上軟啟動電路后，問題解決。
軟啟動電路的實質(zhì)是利用S和G之間的電容充放電，實現(xiàn)減緩MOS管的開啟速度，從而使得后面的大容性負載緩慢上電，避免了尖峰電流的產(chǎn)生。
四、電源引腳保護設(shè)計
如終端輸入電壓大于5V時，模組供電電路需要設(shè)計防尖峰電壓的二極管，防止模組被燒壞。如圖4案例，終端采用24V供電，模組VBAT_引腳未設(shè)計TVS或ESD二極管保護。若DC/DC芯片損壞，24V電源將直接灌到模組的VBAT，燒壞模組。
圖4 VBAT引腳錯誤設(shè)計示例圖
五、注意事項
5.1電源、GND不可漏接
部分模組有多路供電，在設(shè)計電路時，需要將每一路電源都接上，保障供電穩(wěn)定；其次是需要將GND全部接上，可起到散熱、固定模組的作用。
圖5電源、GND漏接示例圖
5.2網(wǎng)絡(luò)名不一致
在原理圖中，網(wǎng)絡(luò)名相同表示已連接，網(wǎng)絡(luò)名不同則未連接。
圖6中，客戶的VCC_BAT是供電網(wǎng)絡(luò)名，+5V經(jīng)過SS34和1N4007降壓到VCC_BAT，再接了C8、C9、C10、C11，正確的方式應(yīng)該接到模組的供電引腳上，但圖中模組的VBAT引腳網(wǎng)絡(luò)名是VCC_3.3V，與VCC_BAT網(wǎng)絡(luò)名不同，因此VCC_BAT實際未供電給模組，此種情況下，將網(wǎng)絡(luò)名修改為相同即可。
圖6網(wǎng)絡(luò)名不一致示例圖
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