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硬禾实战营项目展示——YH USB_POWER总结报告
2015年05月20日
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硬禾实战营

一.简介:

本次调试的产品为基于USB供电带锂电池充电管理的多路电源输出小系统板。板载MicroUSB接口、LTC4055USB电池管理芯片、MC34063和LTC1117-5构成的+5V电源、BD90571EFJ-C实现的1.2V电源、LTC1117-3.3实现的+3.3V电源和LTC1983-5实现的-5V电源。

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系统框图如下:整个系统由USB输入供电,中间经过一个锂电池充电管理芯片,可以管理对外接锂电池的充电和对后级的供电,后面四路并行供电分别输出+5V,-5V,3.3V和1.2V的电压,基本能满足一般嵌入式产品的电源需求。

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各路输出的带负载能力预期参数如下:

 

参数分类 电压 带负载能力 纹波 其它
LTC1117-5 +5V 100mA
LTC1983-5 -5V 100mA
LTC1117-3.3 +3.3V 300mA
BD90571EFJ-C +1.2V 1A

 

二.原理图部分

1.锂电池充电管理部分:

采用Linear公司的LTC4055芯片,对锂电池的充电电流和向外输送的负载电流均可通过引脚配置,当USB断电后,充满电能的锂电池此时可以继续向后面的负载输出功率。

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2.升压部分:

此升压部分是为了实现能将LTC4055输出的近5V电压能线性稳压到+5V,故采用升压部分,先将电压升高,再经过LDO降到+5V输出。

选用TI公司生产的升压/降压变换/反转芯片MC34063,宽输入电压范围:3V-40V,输出电流最高可达1.5A,输出电压可调。

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3.+5V电源输出:

选用芯片:LTC1117,高效率线性低压差降压芯片,可最大输出800mA电流,可调输出电压或固定输出电压3.3v或5V。

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4.+3.3V电源输出:

同上的+5V输出原理。

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5.-5V电源部分:

选用Linear公司的LTC1983-5,能输出-5V电压,100mA电流。

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6.+1.2V电源部分:

选用芯片:BD90571EFJ-C,输入电压2.69-5.5V,输出电压1.2V,最大输出电流1A。

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三.PCB布局与布线部分

1.布局

主要考虑信号流方向和芯片的外围滤波电容,散热,焊接调试方便。

布局完成后效果如下:

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2.布线

布线主要考虑宽度,信号流走向。

布线完成后效果如下:

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四.焊接部分

(1)USB充电管理芯片LTC4055的封装为QFN16,体积很小,引脚间距极小,是刘宇翔帮助焊接,焊接第一次后,发现第三脚为电源输出脚和地信号短路了,取下后重新在另一块板子上焊接成功。

(2)焊上MicroUSB接口后,通电测试后发现由于引脚太窄,经常容易接触不良,解决办法是将附近的不用的数据引脚焊接,已用于固定。

(3)我们选用NPN9013来实现1.2V的电源指示灯电路,发现电压正常但LED灯不亮,检验原理图库和PCB封装库后发现没有对应好引脚标号,将基极与发射极交换了位置,翻转元器件后焊接发现正常。

(4)考虑到功耗原因,将板子上电源指示灯的限流电阻阻值由750欧姆换成1k欧姆。

 

五.各模块调试与测试:

(1)USB电池管理芯片:

电压:USB供电输入电压为4.57V,输出电压为4.56V。

带负载能力:150mA

纹波:NA

(2)升压模块MC34063:

电压:输入电压为4.56V,输出电压为6.87V。

带负载能力:NA

纹波:NA

(3)线性降压模块LTC1117-5:

电压:输入电压为6.87V,输出电压为4.98V。

带负载能力:70mA(4.75V)

纹波参数:

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平均纹波电压为2.26mV,峰值为16.0mV。

(4)降压模块LTC1117-3.3:

电压:输入电压为4.56V,输出电压为3.27V。

带负载能力:304mA(3.13V)

纹波参数:

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平均纹波电压为2.30mV,纹波峰值为17.6mV。

(5)降压模块BD90571EFJ-C:

电压:输入电压为4.56V,输出电压为1.18V。

带负载能力:1A(1.14V)

纹波:

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纹波均值为971uV,纹波峰值为16mV。

(6)反转模块LTC1983-5:

电压:输入电压为4.56V,输出电压为-4.48V。

带负载能力:18mA(-4.75V)

纹波:

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纹波均值为569uV,纹波峰值为36mV。

 

 

锂电池供电时情况:

线性降压模块LTC1117-5:输出4.98V;

反转模块LTC1983-5:输出-4.03V;

降压模块LTC1117-3.3:输出3V;

降压模块BD90571EFJ-C:1.19V

 

六.总结

(一)这款基于USB供电的多路输出电源基本实现了如下功能:

 

① 能从USB供电,电池管理芯片能实现电池充电和向后级电路供电;

② 后级各路电压输出基本能满足电压要求;

③ +3.3V输出电流能达到300mA,+1.2V输出电流能达到1A,能达到预期目标。

 

(二)有如下一些缺陷和目标没有实现:

 

① 锂电池充电管理芯片的充电指示灯工作不正常,不充电或充电未充满时都会发光,未能实现未充电时不亮和充满电后能自动熄灭的功能;

② -5V输出电压为-4.48V,带负载能力很弱,未能达到预期目标;

③ +5V带负载能力不足,未能达到预期目标。

(硬禾实战营学员:周思阳)

 

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