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VBAT电源设计避坑指南：物联网模组供电关键要点

发表于 5 小时前 | 查看: 5| 回复: 0

在物联网开发中，稳定的VBAT供电是设备可靠性的第一道防线。VBAT管脚作为嵌入式模块的电源输入核心，为整个系统提供能量来源。在合宙Air780EPM等低功耗通信模组中，VBAT供电设计直接关系到系统稳定性、通信性能和续航能力。本文分享VBAT管脚的技术特性、设计要点和实用技巧，帮助工程师朋友避免常见的电源设计陷阱。

科技风格VBAT电路板

手持Air780EPM模组

Air780EPM引脚功能图

01. 模组管脚

VBAT是Air780EPM模组的对内供电输入管脚，在模组上对应PIN42和PIN43两个管脚。

02. 电源特性

电压范围：3.3V – 4.35V
电流需求：1A以上，所以通常需要并联搭配220μF电解电容或者22μF钽电容，以用于瞬时大电流的输出响应。

03. 电池供电

1）常规型锂电池
放电范围一般是3.2V – 4.2V，为了更好地保护锂电池，一般将放电截止电压规定为3.3V。

2）高压型锂电池
放电范围一般是3.2V – 4.35V，同样为了保护电池，放电截止电压规定为3.3V。

3）其它类型的电池
比如锂锰电池、锂亚电池，放电截止电压可能低至2.0V。这种类型的电池需要在系统中增加升压DCDC，使其在放电期间供给模组的电压保持在3.3V以上。用于这种场景下的升压型DCDC，我们使用过的是ETA1161。

04. 电源供电

这里说的电源，指的是类似于充电器这样的、通过AC/DC转换器为系统供电的电源形式，后面统一称为直流电源。

直流电源的供电电压
市场上常见的有5V / 9V / 12V / 18V / 24V等，不同的输入电压选择不同的降压型DCDC。

DCDC的输出电压
建议设置在3.8V，且需要特别注意的是：有些DCDC在上电初始时的输出电压，有可能会上窜到超出设置的输出电压值很多。比如：设置输出电压为3.8V，上电初始时的输出电压高达6V甚至7V以上。非常大概率将模组的芯片或射频PA打坏，务必特别注意！

用于这种场景下的降压型DCDC，我们使用过的是JW5357和JW5103：

JW5357：用于输入电压低于18V以下的场景
JW5103：用于输入电压低于36V以下的场景

05. 耐压特性

1）长时间的正常工作
不能高于4.5V，包括偶尔的尖峰电压。为了兼容电池和直流电源两种供电形式，电池电压一般低于4.35V，直流电源经过DCDC降压后一般设置为3.8V输出。因此，模组的正常工作电压范围一般规定为3.3V – 4.35V。

2）短时的浪涌尖峰电压
不能高于5V，否则有可能将模组损坏。

3）VBAT处使用的TVS选型建议
TVS应保证VRWM略大于芯片最大工作电压(4.5V)，VBR典型值在5.3V左右，最大VBR值建议不超过6V，钳位电压VC尽量小，建议浪涌IPP大于160A，IPP=100A (8*20uS脉冲)的钳位电压约为7.5V。建议型号：芯禾微 XESD317D-4V5。

06. 特别提醒！！！

1）模组正常工作电压范围是3.3V – 4.35V
虽然模组正常工作建议的电压范围是3.3V – 4.35V，但模组实际可以开机运行的电压最低可以到2.1V。请特别注意如下提示：

当模组IO电平设置为1.8V且VBAT供电为2.1V时，模组可以开机运行，此时IO电平可以正常保持1.8V，但射频指标（包括发射功率和接收灵敏度）已经严重恶化，甚至无法正常驻网。
当模组IO电平设置为3.3V且VBAT供电为2.1V时，模组可以开机运行，此时IO电平实际输出为2.0V，且射频指标（包括发射功率和接收灵敏度）已经严重恶化，甚至无法正常驻网。

因此，再次强调：模组正常工作建议的电压范围是3.3V – 4.35V，过低电压会导致射频指标恶化甚至无法正常驻网。

2）确保VBAT上电时的起始电压小于0.5V
模组上电开机时，需确保VBAT上电时的起始电压小于0.5V，否则可能会因电压临界状态造成模组时序混乱而无法正常开机。关于这一点的详细介绍，会在“开机时序”章节进行说明。

实际应用中最常见的问题是：掉电关机后短时间内再上电，但是在此期间系统上大电容的电未放完，导致VBAT电压停留在0.5V至2.0V之间，模组主芯片部分功能无法完全关闭，导致再上电时开机时序不符合要求而无法正常开机。
记忆中有客户做的项目：大电容完全放电完毕用时需要将近30秒左右，非常容易导致陷入“为何无法开机、模组是不是坏了”的长时间分析中。

这里也分享两种常见的余电快速放电电路供参考：

▼ 余电快速放电电路 ▼

第一种：
优势是电路简单，缺点是功耗较高且会一直损耗，进而导致放电速度无法设置得太快（放电电阻R4不能使用阻值太小的电阻）。

余电快速放电电路一

第二种：
优势是只有在断电的情况下才会放电，不会产生额外的功耗，缺点是电路相对复杂，且由于单向导电电路（二极管D1）的存在会导致工作端电压有损耗（二极管压降0.3V）。

余电快速放电电路二

07. VBAT电压可以检测

具体见LuatOS核心库“ADC”章节的介绍：
https://docs.openluat.com/osapi/core/adc/

adc.CH_VBAT：

常量含义：VBAT供电电压的通道id
数据类型：number
常量取值：-2
示例代码：adc.open(adc.CH_VBAT)

示例代码：

ADC代码截图

今天的内容就分享到这里。合宙LuatOS提供一站式物联网高效解决方案，集成高速通信、外设驱动、UI交互及视觉处理，助力行业客户快速落地产品，同时实现极致低功耗——相较于传统的“串口屏+DTU方案”或安卓方案，功耗减半，成本不足三分之一。

更多开发资料，详见合宙资料中心：
docs.openluat.com

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VBAT, 电源设计, 物联网, 嵌入式, 低功耗