第17卷第12期
Vol.17No.12
电子设计工程
Electronic Design Engineering
2009年12月Dec. 2009
基于SP6641的手持设备电源设计
文治洪，胡文东，王涛
（第四军医大学航空航天医学系，陕西西安710032）
摘要:根据心理测评数据采集手持设备的低功耗要求，采用SP6641设计高效、升压DC/DC转换电源电路。详细介绍电路设计方案和外围电路元件的选择，实现手持设备使用2节普通碱性电池升压供电。这种电源电路具有很低的启动电压、超低静态电流、高效率电压转换的特点，可用于单或双电池供电的手持设备应用。关
键
词:SP6641；电源；电压转换；手持设备
文献标识码:A
文章编号:1674-6236（2009）12-0001-02
中图分类号:TN86
Design of power supply for handheld device based on SP6641
WEN Zhi -hong ，HU Wen -dong ，WANG Tao
（Faculty of Aerospace Medicine ，The Fourth Military Medical University ，Xi ’an 710032，China ）
Abstract:By the need of low power consume in handheld device of collecting psychometric test data ，a step up DC/DCpower supply circuit is designed based on SP6641.The design scheme of power circuit and the choice principle of periphery circuit component are introduced in detail.The power circuit implements the power supply for handheld device by two cell AA alkaline batteries and has the features of low startup voltage ，ultra -low quiescent current ，high efficiency DC/DCboost converter.It can be used for single or dual -cell battery applications in handheld portable devices. Key words:SP6641；power supply ；DC/DCconverter ；handheld device
1引言
目前，由电池供电的各种电子产品及便携式仪器仪表更
2.1性能特点
该器件的性能特点如下：极低静态电流为10μA ；宽输入
电压范围为0.9~4.5V ；1.3V 输入时，I OUT 可达90mA （SP6641A -
多倾向于低电压、低功耗、微型化设计，其电源管理系统都需3.3V ）；2.6V 输入时，I OUT 可达500mA （SP6641B -3.3V ）；2.0V 输
入时，I OUT 可达100mA （SP6641A -5.0V ）；3.3V 输入时，I OUT 可达
DC/DC转换器。此转换器的核心是输出精度、转换效率、启动
电压等。这里介绍一款结构简单、体积小、效率高、功耗低的升压型PFM 控制DC/DC转换器—SP6641，并详细给出该器件在心理测评手持数据采集系统电源管理中的应用。
500mA （SP6641B -5.0V ）；固定输出电压为3.3V 或5.0V ；电源
转换效率高达87%；0.3ΩNFET R DSon ；0.33A 感应电流保护模块（SP6641A ）；1A 感应电流保护模块（SP6641B ）；逻辑关断控制；SOT -23-5封装。
2SP6641器件简介
SP6641是一款手持式低功耗-低压-升压型DC/DC转换器[1]，
2.2使用方式
SP6641不同版本具有不同的功率和固定的输出电压（3.3V 、5.0V ），在应用时可根据实际使用情况加以选择。SP6641提
供两种不同功率的版本型号，如SP6641A 和SP6641B ，这两者的引脚是一样的，但所提供的最大输出电流不一样，外围元件也不同。输入电压下降时，输出电流也下降，V BATT 为1.3V 时输出电流分别为90mA （SP6641A ），200mA （SP6641B ）。当需要不同的输出电源电压时，只需选择不同后缀的版本型号。图2为SP6641B 电源电路原理图。
能在输入电压动态范围较大时为单片机系统提供稳定的直流电源，其静态电流极低，电池转换效率高，性价比高，多用于电池供电设备SP6641的静态电流为10μA ，有1个0.3Ω的N 通道充电开关，最低启动电压0.9V ，并具有0.33A 或1.0A 感应电流限制模块。SP6641器件采用5引脚SOT -23贴片封装形式，其引脚配置如图1所示。
3
图1SP6641引脚配置
SP6641B 在手持设备中的应用
在设计时，首先根据需要输出的固定电压、最大工作电
3.1手持设备设计方案
流确定相应的电源器件。再根据电源器件确定电源电路和外
收稿日期:2009-07-23稿件编号:200907078
基金项目:国家自然科学基金资助项目（60879007）；军队医药卫生基金（06M256）
作者简介:文治洪（1964-），男，四川盐亭人，博士，副教授。研究方向：生物医学信号检测与处理。
1－
《电子设计工程》2009年第12期
短的肖特基二极管，还应考虑其输出电压和峰值开关电流。因此，这里选取1N4148。
（3）电容的选择
设计时应当依据等效串联电阻（ESR ）
最小的原则选取输出滤波电容，同时应使电容尽量靠近
SP6641B 。因此，这里选取元件参数：C 1、C 2分别为100μF 、330μF 钽电容，C 3为1μF 的陶瓷电容。在调试中，如果省略
电容C 3，电源电压会非常不稳定，因此，在设计时，应将其与
图2SP6641B 电源电路原理图
SP6641B 的尽可能靠近放置。3.4测试结果
经测试，手持设备在动态时（无线模块处于发射和接收状态）的电流仅31.5mA ；静态时的电流仅20μA 。
（1）2节碱性电池输入采用已用的碱性电池，测试不同输入电压情况下的电源稳压值，由于碱性电池电压的离散
围元件。手持设备采用低功耗型单片机（MCU ）MSP430F123A [2]作为主控制器，扫描由0~9数字组成的键盘响应，然后通过
LSD -RF1100-A433无线模
块[3]实现数据的无线传输，该手持设备的原理结构框图如图3所示。
图3手持设备原理结构框图
性，因此只需测量几个离散电压值即可。当V in 分别为3.1V 、
LSD -RF1100-A433无线模块是基于TI 公司的CC1100的
射频模块，该模块工作电压为3~3.6V ，工作电流小于30mA 。单片机MSP430F123的工作电压为1.8~3.6V ，工作电流小于
2.96V 、2.83V 、2.66V 、2.4V 、2.14V 时，V out 为3.3V ，系统工
作正常；但当V in 为2.14V ，静态时V out 为3.3V ，而动态时，V in 下降为1.7V 。
（2）1节碱性电池输入当V in >1.34V 时，V out =3.3V ，系统工作正常；当V in =1.2V 或1.07V 时，V out 为3.3V ，系统不能正常工作，测试发现V in 在系统工作时下降到0.8V 、0.6V 。
由上述测试结果表明：SP6641最低启动电压可达0.9V ，但若使用碱性电池供电，电池自身将消耗更多能量，使用单节电池供电将影响电源的使用时间，而2节碱性电池供电影响会小一些。
2mA 。考虑到实际使用的方便性，采用普通2节5号碱性电
池作为供电电源，为保证系统正常工作，需要设计提供稳定的
3.3V 电源电路，供电电流不小于50mA ，并且在电池电压为1.5V 时仍能保证3.3V 稳定输出。为延长手持设备的工作时
间，这里采用具有升压功能的SP6641B 设计电源电路，为手持设备提供较长时间稳定的3.3V 电源。
3.2电源器件选型
由于手持设备只需一个3.3V 的固定电压，最大工作电流约50mA ，选用SP6641B 作为电源器件。其在V BATT =1.3V 时，输出电流200mA 。如果要求电源具备较低电压纹波，可增加一级滤波电路。
4结束语
基于SP6641B 手持设备电源设计应用效果良好。由于
SP6641器件体积小，输出电压稳定，转换效率高，可方便地在
节能模式下工作，且具有高性价比，因此在便携式电池供电设备领域具有广阔的应用前景。参考文献:
3.3外围电路元件选型
SP6641B 的数据手册提供所需外围电路元件参数：C 1=C 2=100μF （POSCAP ），L 1=10μH （CDRH5D2B ），V D1为ZHCS2000，C 3=1μF 陶瓷电容。电源器件输出电压的稳定性
既取决于电源器件的质量，同时也和外围电路元件的合理取值和质量有直接关系[4-6]。外部元件数值的选择主要由输出电压、最大负载电流和最大最小输入电压决定。首先确定电感值，然后依次选择二极管、电容等值。
（1）电感的选择
电感是决定电源系统稳定度的主要因
素。电感主要参数包括：电感量峰值电流和内阻。电感线圈的电阻应小于0.5Ω，为减小噪音辐射，应选用屏蔽电感。电感
[1]Exar Inc. SP6641Data sheet[EB/OL].2007.http：//www.exar.com/Files/Documents/SP6641A-41B_EBM_071702.pdf.[2]Teaxs Instrument ，Inc.MSP430F123Data sheet [EB/OL].2009.http ：//focus.ti.com/lit/ds/symlink/msp430f123.pdf.
[3]利尔达科技有限公司. LSDRF433A11_V1.0使用说明[EB/OL].2009.http：//www.lierda.com/upload/ftp//RF/LSDRF433A11_V1.0.pdf.
[4]姚锁平. 高可靠DC-DC 变换器的设计[J].电子设计工程，
2008，16（3）：34-37.
[5]李益民，柴贵兰，郭世明. 关于本质安全Boost 变换器的探
讨[J].电子设计工程，2009，17（6）：28-30.
L 1是整个电路的储能元件，必须选择适当的功率元件，因此，
电感选用德国W ürth Elektronik 公司生产的，型号为WE -PD 系列带屏蔽功率电感[7]，其I DC =1.83A ，R DC =0.072Ω。这时电源电路的转换电压稳定、转换效率高，在输入电压低于1.2V 时，仍提供稳定的3.3V 输出。
（2）二极管的选择
工作中，二极管V D1的正向导通压降
对开关电源的效率影响很大，为提高转换器效率，在保证二极管正常工作的同时要选用正向导通压降小，反向恢复时间
[6]赵湘阳，席兵. 基于TPS6211X 的FPGA 高效电源设计[J].
电子设计工程，2009，17（5）：96-98.
[7]W ürth Elektronik GmbH &CoKG.One -click selection guide[EB/OL].2007.http ：//www.we-online.de/katalog/media/pdf/744778910.pdf.
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电子设计工程
Electronic Design Engineering
2009年12月Dec. 2009
基于SP6641的手持设备电源设计
文治洪，胡文东，王涛
（第四军医大学航空航天医学系，陕西西安710032）
摘要:根据心理测评数据采集手持设备的低功耗要求，采用SP6641设计高效、升压DC/DC转换电源电路。详细介绍电路设计方案和外围电路元件的选择，实现手持设备使用2节普通碱性电池升压供电。这种电源电路具有很低的启动电压、超低静态电流、高效率电压转换的特点，可用于单或双电池供电的手持设备应用。关
键
词:SP6641；电源；电压转换；手持设备
文献标识码:A
文章编号:1674-6236（2009）12-0001-02
中图分类号:TN86
Design of power supply for handheld device based on SP6641
WEN Zhi -hong ，HU Wen -dong ，WANG Tao
（Faculty of Aerospace Medicine ，The Fourth Military Medical University ，Xi ’an 710032，China ）
Abstract:By the need of low power consume in handheld device of collecting psychometric test data ，a step up DC/DCpower supply circuit is designed based on SP6641.The design scheme of power circuit and the choice principle of periphery circuit component are introduced in detail.The power circuit implements the power supply for handheld device by two cell AA alkaline batteries and has the features of low startup voltage ，ultra -low quiescent current ，high efficiency DC/DCboost converter.It can be used for single or dual -cell battery applications in handheld portable devices. Key words:SP6641；power supply ；DC/DCconverter ；handheld device
1引言
目前，由电池供电的各种电子产品及便携式仪器仪表更
2.1性能特点
该器件的性能特点如下：极低静态电流为10μA ；宽输入
电压范围为0.9~4.5V ；1.3V 输入时，I OUT 可达90mA （SP6641A -
多倾向于低电压、低功耗、微型化设计，其电源管理系统都需3.3V ）；2.6V 输入时，I OUT 可达500mA （SP6641B -3.3V ）；2.0V 输
入时，I OUT 可达100mA （SP6641A -5.0V ）；3.3V 输入时，I OUT 可达
DC/DC转换器。此转换器的核心是输出精度、转换效率、启动
电压等。这里介绍一款结构简单、体积小、效率高、功耗低的升压型PFM 控制DC/DC转换器—SP6641，并详细给出该器件在心理测评手持数据采集系统电源管理中的应用。
500mA （SP6641B -5.0V ）；固定输出电压为3.3V 或5.0V ；电源
转换效率高达87%；0.3ΩNFET R DSon ；0.33A 感应电流保护模块（SP6641A ）；1A 感应电流保护模块（SP6641B ）；逻辑关断控制；SOT -23-5封装。
2SP6641器件简介
SP6641是一款手持式低功耗-低压-升压型DC/DC转换器[1]，
2.2使用方式
SP6641不同版本具有不同的功率和固定的输出电压（3.3V 、5.0V ），在应用时可根据实际使用情况加以选择。SP6641提
供两种不同功率的版本型号，如SP6641A 和SP6641B ，这两者的引脚是一样的，但所提供的最大输出电流不一样，外围元件也不同。输入电压下降时，输出电流也下降，V BATT 为1.3V 时输出电流分别为90mA （SP6641A ），200mA （SP6641B ）。当需要不同的输出电源电压时，只需选择不同后缀的版本型号。图2为SP6641B 电源电路原理图。
能在输入电压动态范围较大时为单片机系统提供稳定的直流电源，其静态电流极低，电池转换效率高，性价比高，多用于电池供电设备SP6641的静态电流为10μA ，有1个0.3Ω的N 通道充电开关，最低启动电压0.9V ，并具有0.33A 或1.0A 感应电流限制模块。SP6641器件采用5引脚SOT -23贴片封装形式，其引脚配置如图1所示。
3
图1SP6641引脚配置
SP6641B 在手持设备中的应用
在设计时，首先根据需要输出的固定电压、最大工作电
3.1手持设备设计方案
流确定相应的电源器件。再根据电源器件确定电源电路和外
收稿日期:2009-07-23稿件编号:200907078
基金项目:国家自然科学基金资助项目（60879007）；军队医药卫生基金（06M256）
作者简介:文治洪（1964-），男，四川盐亭人，博士，副教授。研究方向：生物医学信号检测与处理。
1－
《电子设计工程》2009年第12期
短的肖特基二极管，还应考虑其输出电压和峰值开关电流。因此，这里选取1N4148。
（3）电容的选择
设计时应当依据等效串联电阻（ESR ）
最小的原则选取输出滤波电容，同时应使电容尽量靠近
SP6641B 。因此，这里选取元件参数：C 1、C 2分别为100μF 、330μF 钽电容，C 3为1μF 的陶瓷电容。在调试中，如果省略
电容C 3，电源电压会非常不稳定，因此，在设计时，应将其与
图2SP6641B 电源电路原理图
SP6641B 的尽可能靠近放置。3.4测试结果
经测试，手持设备在动态时（无线模块处于发射和接收状态）的电流仅31.5mA ；静态时的电流仅20μA 。
（1）2节碱性电池输入采用已用的碱性电池，测试不同输入电压情况下的电源稳压值，由于碱性电池电压的离散
围元件。手持设备采用低功耗型单片机（MCU ）MSP430F123A [2]作为主控制器，扫描由0~9数字组成的键盘响应，然后通过
LSD -RF1100-A433无线模
块[3]实现数据的无线传输，该手持设备的原理结构框图如图3所示。
图3手持设备原理结构框图
性，因此只需测量几个离散电压值即可。当V in 分别为3.1V 、
LSD -RF1100-A433无线模块是基于TI 公司的CC1100的
射频模块，该模块工作电压为3~3.6V ，工作电流小于30mA 。单片机MSP430F123的工作电压为1.8~3.6V ，工作电流小于
2.96V 、2.83V 、2.66V 、2.4V 、2.14V 时，V out 为3.3V ，系统工
作正常；但当V in 为2.14V ，静态时V out 为3.3V ，而动态时，V in 下降为1.7V 。
（2）1节碱性电池输入当V in >1.34V 时，V out =3.3V ，系统工作正常；当V in =1.2V 或1.07V 时，V out 为3.3V ，系统不能正常工作，测试发现V in 在系统工作时下降到0.8V 、0.6V 。
由上述测试结果表明：SP6641最低启动电压可达0.9V ，但若使用碱性电池供电，电池自身将消耗更多能量，使用单节电池供电将影响电源的使用时间，而2节碱性电池供电影响会小一些。
2mA 。考虑到实际使用的方便性，采用普通2节5号碱性电
池作为供电电源，为保证系统正常工作，需要设计提供稳定的
3.3V 电源电路，供电电流不小于50mA ，并且在电池电压为1.5V 时仍能保证3.3V 稳定输出。为延长手持设备的工作时
间，这里采用具有升压功能的SP6641B 设计电源电路，为手持设备提供较长时间稳定的3.3V 电源。
3.2电源器件选型
由于手持设备只需一个3.3V 的固定电压，最大工作电流约50mA ，选用SP6641B 作为电源器件。其在V BATT =1.3V 时，输出电流200mA 。如果要求电源具备较低电压纹波，可增加一级滤波电路。
4结束语
基于SP6641B 手持设备电源设计应用效果良好。由于
SP6641器件体积小，输出电压稳定，转换效率高，可方便地在
节能模式下工作，且具有高性价比，因此在便携式电池供电设备领域具有广阔的应用前景。参考文献:
3.3外围电路元件选型
SP6641B 的数据手册提供所需外围电路元件参数：C 1=C 2=100μF （POSCAP ），L 1=10μH （CDRH5D2B ），V D1为ZHCS2000，C 3=1μF 陶瓷电容。电源器件输出电压的稳定性
既取决于电源器件的质量，同时也和外围电路元件的合理取值和质量有直接关系[4-6]。外部元件数值的选择主要由输出电压、最大负载电流和最大最小输入电压决定。首先确定电感值，然后依次选择二极管、电容等值。
（1）电感的选择
电感是决定电源系统稳定度的主要因
素。电感主要参数包括：电感量峰值电流和内阻。电感线圈的电阻应小于0.5Ω，为减小噪音辐射，应选用屏蔽电感。电感
[1]Exar Inc. SP6641Data sheet[EB/OL].2007.http：//www.exar.com/Files/Documents/SP6641A-41B_EBM_071702.pdf.[2]Teaxs Instrument ，Inc.MSP430F123Data sheet [EB/OL].2009.http ：//focus.ti.com/lit/ds/symlink/msp430f123.pdf.
[3]利尔达科技有限公司. LSDRF433A11_V1.0使用说明[EB/OL].2009.http：//www.lierda.com/upload/ftp//RF/LSDRF433A11_V1.0.pdf.
[4]姚锁平. 高可靠DC-DC 变换器的设计[J].电子设计工程，
2008，16（3）：34-37.
[5]李益民，柴贵兰，郭世明. 关于本质安全Boost 变换器的探
讨[J].电子设计工程，2009，17（6）：28-30.
L 1是整个电路的储能元件，必须选择适当的功率元件，因此，
电感选用德国W ürth Elektronik 公司生产的，型号为WE -PD 系列带屏蔽功率电感[7]，其I DC =1.83A ，R DC =0.072Ω。这时电源电路的转换电压稳定、转换效率高，在输入电压低于1.2V 时，仍提供稳定的3.3V 输出。
（2）二极管的选择
工作中，二极管V D1的正向导通压降
对开关电源的效率影响很大，为提高转换器效率，在保证二极管正常工作的同时要选用正向导通压降小，反向恢复时间
[6]赵湘阳，席兵. 基于TPS6211X 的FPGA 高效电源设计[J].
电子设计工程，2009，17（5）：96-98.
[7]W ürth Elektronik GmbH &CoKG.One -click selection guide[EB/OL].2007.http ：//www.we-online.de/katalog/media/pdf/744778910.pdf.
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