高效率RFID手持機(jī)電源設(shè)計(jì)

　　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(diǎn)的原因是，一些芯片（ LDO 或者降壓型DC-DC） 的手冊(cè)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(yàn)的設(shè)計(jì)者。手冊(cè)中的輸出電壓范圍，很多都是針對(duì)給出的輸入電壓范圍的，對(duì)于特定的輸入電壓，在很多情況下，實(shí)際的輸出是達(dá)不到給出的輸出電壓的。這一點(diǎn)十分關(guān)鍵，決定系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成敗，應(yīng)引起高度重視。

　　其次，手持設(shè)備的電源設(shè)計(jì)中，要注意芯片的靜態(tài)電流，這一點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)的待機(jī)時(shí)間影響很大，好的電源芯片的靜態(tài)電流在μA 級(jí)，較差的芯片在mA 級(jí)，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(shí)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(shí)，效率都會(huì)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(shí)，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(shí)電荷泵的效率不會(huì)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(shí)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(gè)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(shí)，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(shí)，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(duì)電源紋波要求較高，所以在3. 3V 輸出的后邊增加了一個(gè)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(gè)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(jì)

　　仔細(xì)閱讀芯片手冊(cè)，設(shè)計(jì)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(duì)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(jià)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。