便携式仪表电源的设计

3 应用实例

该便携式仪表要求使用两节5号干电池，提供－10V的LCD对比度调节负电压，＋5V传感器驱动电路和其他器件电源，输出工作电流为200mA。根据这个单电源输入双电压输出的电源要求，针对不同的系统硬件条件，给出两种不同电源变换电路的方案。

3.1 使用双电压输出升压DC/DC变换器MAX1677完成

MAX1677适用于需两种可调电源的便携式仪表。其主要性能为：

允许的输入电压范围为0.7～5.5V；

主输出2.5～5.5V（可调电压输出），或工厂预设值3.3V输出，最大输出电流可达350mA；

第二输出可为LCD对比度调节提供＋28～－28V范围内的电压；

电源效率可达95％；

16脚QSOP封装，体积很小，不需要外部场效应管。

其他性能还包括：

20μA静态工作电流；

1μA关断维持电流；

电池欠电压监测。

由于MAX1677输入电压范围（0.7～5.5V）较大，可以依据不同系统提供的安装电池空间和所需的不同电池电压与容量，灵活地选择电池的种类，比如1～3节普通干电池、碱性电池、镍镉充电电池或1节锂电池均可以使系统正常工作。使用MAX1677的电源模块实际电路原理图如图2所示。


图2中的一些电路参数的说明如下：

磁芯电感L1、L2可选用CoilCraft（线艺）的DO1608C-103表贴磁芯电感，电感值为10μH；

肖特基二极管D1、D2也可选用其他型号，只要反向耐压大于16V即可；

电阻R1和R2的比值决定了LCD对比度输出的电压值VLCD（对应图中的VOUT2），关系式为R1=R2×|VLCD|/1.25V，其中R1的取值范围为500kΩ～2MΩ；

电阻R3和R4的比值决定了主输出电压值VOUT(对应图中的VOUT1)，关系式为R3 =R4×[(VOUT/1.25V)－1]，其中R4的取值范围为10～200kΩ；

电阻R5和R6的比值决定了系统欠电压监测的门槛电压值VTRIP，关系式为R5=R6×[(VTRIP/0.614V)－1]，其中R6≤130kΩ。

当电池电压正常时，电池电压过低输出管脚LBO（Low-BatteryOutput）输出保持高电平；一旦电池电压低于门槛电压VTRIP时，LBO管脚输出变为低电平。如果不使用欠电压监测的话，只需将第3管脚（LBI）接地。

使用0805表贴元件，则此电源模块在电路板上实际尺寸只有22mm×17mm。此电源模块的应用比较灵活，可以根据实际系统的需要，按照以上关系式选取相应的电阻值，得到需要的电压输出。

3.2 使用单电压输出的DC/DC变换器从系统中其它器件上借用辅助电源

对于电路中还包括RS-232串行接口的系统来说，还有一种仅使用单输出DC/DC电压变换器件就能满足上述要求的电源处理方法：选用单电压输出DC/DC变换器得到＋5V输出，使用MAX202E完成RS-232串行接口，借用其内部的双路电荷泵电压转换器的负电压输出为LCD提供对比度调节负电压。一般来说，单一的电池电源输入得到单一的＋5V输出的DC/DC升压正电压变换器件品种很多，选择的余地较大，外围电路也更简单一些，这里不作特别说明。以下主要给出借助MAX202E得到－10V电压输出的方法。

MAX202E是＋5V供电的双路RS-232驱动器，它的内部还包含了＋5V及±10V的两个电荷泵电压转换器，其中倍压输出电荷泵使用电容C1，在输出滤波电容C3上得到＋10V输出；倒相电荷泵使用电容C2，在输出滤波电容C4上得到－10V输出；电压输入的旁路电容为C5；正常的使用中，这5个电容都可以使用普通的0.1μF电容，其典型电路连接如图3所示。



MAX202E允许电荷泵产生的±10V作为电源输出，当借用电荷泵的倍压输出或倒相输出作电源使用时，只需增大相应的电荷泵电容C1或C2（10μF以内），就可以维持器件的工作性能；若相应的输出滤波电容C3或C4选用更大的电容值（10μF以内），则可减小电源的输出阻抗。使用这种方法也不失为一种简化外围电路的好办法。

4　结语

便携式仪表是仪表行业的一个发展趋势，它的硬件可以看作是一个完整的单片机系统，包括了多种形式的输入输出，整个系统的电源管理是一个重要的问题，在设计具体的电源模块时要注意如下几个方面：

为降低系统功耗，减小仪表体积，应尽可能地选用CMOS器件；

根据容许的空间和需求的容量合理地选择电池，从互换性角度考虑应尽量选用普通电池作为电源；

选用合适的电源稳压变换器件，在满足电源需求的前提下，使电源模块的外围电路简单，减小占用空间；

当要实现多电压输出时，既可以直接选用具备相应功能的电源稳压变换器件，也可以充分利用电路中已有器件的辅助电压输出，达到简化外围电路的目的。