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【世健ADI技术分享】低功耗遥控钥匙电源设计

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Allen_Sh
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副总工程师
  • 2023-8-15 14:36:37
分享人:何工
所在行业:电源
应用领域:消费类电子
应用案例名称:低功耗遥控钥匙电源设计
ADI电源产品类型:稳压升压电荷泵
ADI电源产品型号:LTC3221-3.3

在日常生活中,经常用到遥控钥匙,比如电瓶车的锁车钥匙。本次针对电瓶车钥匙控制器的电源进行设计及分析。
基于电瓶车钥匙应用的要求,内部有一颗纽扣电池可长时间提供电能,以便控制电路进行工作。纽扣电池主要是采用常见的CR2032纽扣电池,额定电压为3V,随着钥匙使用,纽扣电池的电压也会降低。
集成蓝牙模块的单片机主要是基于3.3V供电,为了保证单片机的可靠工作及蓝牙信号传输性能,需要将纽扣电池的电压升压至稳定的3.3V 左右(采用的3.3V单片机工作电压范围:2.7V-3.6V),控制器最大工作电流:20mA。
考虑到钥匙使用频率不高,并且不方便频繁更换电池。所以控制电路的电源设计需要采用低功耗方案,尤其待机功耗要低。考虑到钥匙内部空间狭小,所以在选择方案时,需要采用小尺寸,高集成方案。
基于产品应用要求,本次电源方案选用ADI公司的LTC3221-3.3芯片。

选用LTC3221-3.3 的主要优势点为:
1. 输入电压范围:1.8V - 4.4V     
    a.  1.8V ≤ VIN ≤ 4.4V, IOUT ≤ 25mA ;
    b.  2V ≤ VIN < 4.4V, IOUT ≤ 60mA
2. 输出电压:3.3V±4% (3.168V ~ 3.432V)
3. 输出电流:最高60mA
4. 低纹波:VIN = 2V, IOUT = 60mA, COUT = 4.7μF  时,纹波为35mVp-p
5. 高效率:VIN = 2V, IOUT = 60mA 时,效率:82%
6. 低停机电流:<1μA
7. 集成短路保护
8. 小体积封装:2mm×2mm 6-Pin DFN 封装
9. 不需要额外升压电感 (对比boost电路,boost电路需要外部升压电感)

Allen_Sh
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  • 2023-8-15 16:19:18
  • 倒数6
 
针对 LTC3221-3.3 进行电路设计并进行仿真波形测试
1.  1.8V ≤ VIN ≤ 4.4V, IOUT ≤ 25mA ;
     输入端设置为1.8V电压,输出端设置为25mA负载电流。采用startup模式, 0.7ms内即可输出稳定的3.2851V电压
     如图: 输入电压=1.8V

2.  2V ≤ VIN < 4.4V, IOUT ≤ 60mA
    输入端设置为2V电压,输出端设置为60mA负载电流。采用startup模式, 0.9ms内即可输出稳定的3.2298V电压
    如图: 输入电压=2V

    输入端设置为4.4V电压,输出端设置为60mA负载电流。采用startup模式, 0.9ms内即可输出稳定的3.3062V电压
    如图: 输入电压=4.4V

电路设计及仿真总结:
1. 基于 LTC3221-3.3 最小外围电路设计
2. 按照 LTC3221-3.3 极限参数进行仿真验证
3. 仿真结果满足 LTC3221-3.3 参数定义
4. 电路设计及仿真符合电路设计预期
输入电压=1.8V.png
输入电压=2V.png
输入电压=4.4V.png
Allen_Sh
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  • 2023-8-15 16:31:58
  • 倒数5
 
LTC3221-3.3  典型应用框图,内部框图和引脚图,以及引脚功能定义如下:


Pin 1: C+  电荷泵拓扑电路电容+
Pin 2: C+  电荷泵拓扑电路电容-
Pin 3: SHDN  低电压关机,如果不用控制关机时序,直接接到输入引脚即可
Pin 4: GND  电源负极
Pin 5: VIN  电源输入,也就是电池的正极
Pin 6: VOUT  电源输入,也就是输出给控制器供电的电压
LTC3221-3.3 典型应用电路框图.jpg
LTC3221-3.3 内部电路框图.jpg
LTC3221-3.3 引脚图.jpg
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  • 2023-9-5 15:47:55
  • 倒数4
 
PCB layout时,输入电容和电荷泵拓扑电容,尽量的离LTC3221-3.3近一点,降低寄生参数导致的噪声
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  • 2023-9-5 15:56:18
  • 倒数3
 
输入电容和输出电容尽量选择低ESR的MLCC
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  • 2023-9-12 14:55:26
  • 倒数2
 
在一些应用中,LTC3221-3.3 的SHDN引脚有时会同通过上拉电阻接在上一级电源的 PG(power good)引脚。当上一级电源出现异常(PG信号异常)后,通过SHDN引脚关断LTC3221-3.3 。

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  • 2023-9-12 15:11:38
  • 倒数1
 
电荷泵电路不适宜驱动感性负载(比如电磁阀和电动机)
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