在模組的外圍電路設(shè)計(jì)中，合理的供電設(shè)計(jì)是保障模組正常運(yùn)行的前提。本文將從電源電路設(shè)計(jì)、電容設(shè)計(jì)以及供電控制電路設(shè)計(jì)等方面闡述模組外圍電路設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)。

一、電源電路設(shè)計(jì)

要設(shè)計(jì)出合理的電源電路，首先要了解模組對(duì)電源的要求，表1列出了幾款主流模組對(duì)電源的不同要求。

在對(duì)電源芯片選型時(shí)，總的原則是供電能力充足，電壓輸出紋波小，瞬間負(fù)載響應(yīng)快，建議客戶按照模組的電壓典型值進(jìn)行設(shè)計(jì)。

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(diǎn)。

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(huì)出現(xiàn)模組異常重啟等問(wèn)題。圖1為L(zhǎng)DO_MIC29302電路參考設(shè)計(jì)。

圖1 LDO_MIC29302參考設(shè)計(jì)電路圖

其電路元件功能解析如下所述：

(1) 此設(shè)計(jì)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(rèn)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(guò)反饋電阻R38和R43對(duì)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(jìn)行比較，再將比較結(jié)果通過(guò)放大電路放大，放大后的信號(hào)（電流）通過(guò)控制晶體管的導(dǎo)通電壓進(jìn)而控制輸出電壓。

(4) R49是LDO的假負(fù)載，由于此型號(hào)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(gè)阻性假負(fù)載，阻值根據(jù)LDO的最小負(fù)載電流和輸出電壓值計(jì)算得到。（現(xiàn)在部分LDO型號(hào)無(wú)需此假負(fù)載，使用時(shí)請(qǐng)仔細(xì)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(guò)壓損壞模組。

DC/DC常見(jiàn)拓?fù)漕愋陀蠦UCK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(méi)有關(guān)系）和非隔離型，常見(jiàn)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(kāi)關(guān)損耗，同時(shí)提高轉(zhuǎn)換效率。

模組相關(guān)的設(shè)計(jì)中，多為降壓式非隔離的DC/DC方案，以項(xiàng)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(jì)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?yàn)槭峭叫?，所以不需要外部續(xù)流二極管。

圖2 TPS54302參考設(shè)計(jì)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(kāi)關(guān)電源供電，上電瞬間易引起尖峰電壓，因此設(shè)計(jì)D2起過(guò)壓保護(hù)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(jì)時(shí)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(shí)際選擇，此例中必須大于35V。

(4) C13是自舉電容，作用是開(kāi)啟開(kāi)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(huì)阻礙電流的變化，此處作用是儲(chǔ)能并進(jìn)行電能和磁能的相互轉(zhuǎn)換，選型時(shí)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(jì)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(wú)需設(shè)計(jì)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(cè)描述，此引腳內(nèi)部拉高，浮空狀態(tài)默認(rèn)使能。

二、電容設(shè)計(jì)

電容設(shè)計(jì)常見(jiàn)問(wèn)題及解決方法見(jiàn)表3

三、供電控制電路設(shè)計(jì)

在電路設(shè)計(jì)是，如開(kāi)關(guān)芯片功率過(guò)小，不滿足模組峰值電流的供電要求，需更換開(kāi)關(guān)芯片；如自搭PMOS開(kāi)關(guān)控制供電，未設(shè)計(jì)軟啟動(dòng)電路，造成電壓跌落嚴(yán)重，則需要設(shè)計(jì)軟啟動(dòng)電路，如圖3所示。

圖3用PMOS管搭建負(fù)載開(kāi)關(guān)電路圖

此設(shè)計(jì)是用PMOS管搭建的負(fù)載開(kāi)關(guān)電路，通過(guò)PWR_NB輸出低電平來(lái)控制V_NB上電。客戶的問(wèn)題是在控制MOS管導(dǎo)通上電時(shí)，電源電壓跌落嚴(yán)重，導(dǎo)致設(shè)備重啟。經(jīng)分析，是因?yàn)镸OS管導(dǎo)通速度過(guò)快，接了較多容性負(fù)載，在突然上電時(shí)，容性負(fù)載迅速充電，因此瞬時(shí)電流過(guò)大，導(dǎo)致了電源電壓的跌落。后建議客戶按照?qǐng)D中設(shè)計(jì)加上軟啟動(dòng)電路后，問(wèn)題解決。

軟啟動(dòng)電路的實(shí)質(zhì)是利用S和G之間的電容充放電，實(shí)現(xiàn)減緩MOS管的開(kāi)啟速度，從而使得后面的大容性負(fù)載緩慢上電，避免了尖峰電流的產(chǎn)生。

四、電源引腳保護(hù)設(shè)計(jì)

如終端輸入電壓大于5V時(shí)，模組供電電路需要設(shè)計(jì)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(jì)TVS或ESD二極管保護(hù)。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(cuò)誤設(shè)計(jì)示例圖

五、注意事項(xiàng)

5.1電源、GND不可漏接

部分模組有多路供電，在設(shè)計(jì)電路時(shí)，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(guò)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(shí)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