◆升压电路
考虑到我们的OWL Micro F1 板子需要适应一些锂电池供电的应用,而标称为3.7V 的锂电池的电压范围实际一般在3.0V-4.2V,而对绝大部分常用的LDO 或者DC-DC 电源芯片来说,如果需要得到稳定的3.3V 输出电压,那么输入电压必须要比3.3V 高出至少100mV以上,这样的话,锂电池电压低于3.4V 的时候就不能得到稳定的3.3V 电压了,可能会造成某些元器件不能正常工作。
因此,我们OWL Micro F1 开发板在电路设计的时候,采用了先升压、再降压的方案。当然咯,也许也有人会有疑问,这里为什么不直接用一款内部集成了同步升压、降压一体的电源芯片,这样岂不是更省事?这样做确实没毛病,也省事,但是,我们之所以选择先升压、再降压的方案,也是为了得到一个常用的电压—5V 电压,这样的话,用户在做别的实验需要用到5V 的时候,就会很方便了有木有?
那么,我们先来看一下锂电池升压到5V 的电路:
升压芯片采用的是SDB628,这款芯片的输入电压范围为2-24V,最高输出电压为28V、最大输出电流为2A,更多详细参数请大家查阅芯片手册。
这款芯片的可调节输出电压的公式为:VOUT=VREF*(1 R1/R7),其中VREF 的典型值为0.6V,那么根据原理图我们可以得到输出电压VOUT=0.6V*(1 88.7K/12K)=5.035V。大家如果需要其他的电压,只需根据公式计算,改变R1 和R7 的值就好了。
另外值得说一下的是,在锂电池的输出端,我们增加了一个P-MOS 管SI2301 用来作为锂电池输出的开关,细心的小伙伴们可能发现了,同样是SI2301,但是用法似乎跟之前传感器电源控制和OLED 电源控制有点不一样了,难道是我们设计错了吗?
其实,我们这里并没有设计错,只是换了一下用法,且听笔者分析一下这部分的工作原理,大家就明白了。
- 当外部USB 插入时,MOS 管SI2301 的1 脚(G 极)和2 脚(S 极)之间的电压差等于SS34 两端的电压,只有零点几伏,并未满足SI2301 的D 极和S 极导通的条件,所以此时锂电池仅处于充电状态,并未放电,后极电路的电源完全由外部USB 提供,也就是说,外部USB 在给锂电池充电的同时,也在为后极电路供电;
- 当外部USB 拔掉时,MOS 管SI2301 的1 脚(G 极)在下拉电阻R33 的作用下,被拉低到了GND,此时MOS 管SI2301 的2 脚(S 极)的电压也几乎为GND 电压,MOS 管SI2301 的D 极和S 极是处于未导通状态的,但是,由于MOS 管SI2301 内部寄生二极管的作用,导致了MOS 管SI2301 的D 极和S 极之间直接形成了通路,这样又使得MOS 管SI2301 的2 脚(S 极)的电压接近了电池的输入电压,而其1 脚(G 极)在下拉电阻的作用下被拉低到了GND 处电压,于是G极和S 极的电压差又产生了,而且这个电压差高于SI2301 的G 极阈值,从而又导致MOS 管SI2301 的D 极和S 极导通了。
看了这个电路的工作原理,相信大家不会再质疑这部分的电路有问题了吧!?另外,图中的J6 实际上是用一个短接帽连起来的,这里主要是为了在做低功耗应用测回路电流的时候提供了方便,其他也没有什么太大的用处。
◆ 降压电路
OWL Micro F1 开发板的降压部分,采用的是ME6211C33M5G 这款LDO,这款LDO的输入最大电压为6V,输出电压为固定3.3V,输出最大电流为500mA。封装采用的是SOT-23-5,也是比较省空间的,应用原理图如下图所示:
PCB 板上的5V 和3.3V 均设置了指示灯,分别为上图中的D7 和D8,在板子上的位置如下:
◆ 电池电量检测
OWL Micro F1 开发板上电池电量的检测主要采用比较粗糙的直接测电池电压的方法,这种方法相对一些专用的电量芯片来说,还是比较简单,但是并不能检测到电池的真实电量,主要应用在对电池电量检测精度要求不高的场合。