VBAT在電源設(shè)計(jì)中扮演著舉足輕重的角色，但其背后的奧秘往往被忽視，導(dǎo)致設(shè)計(jì)過程中陷阱頻現(xiàn)。本文將為您揭秘VBAT的核心知識(shí)，并提供全方位的規(guī)避策略，助您有效避開電源設(shè)計(jì)中絕大多數(shù)常見陷阱。

在物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)中，穩(wěn)定的VBAT供電是設(shè)備可靠性的第一道防線。

VBAT管腳是嵌入式模塊的電源輸入核心，為整個(gè)系統(tǒng)提供能量來源。在Air780EPM等低功耗通信模組中，VBAT供電設(shè)計(jì)直接關(guān)系到系統(tǒng)穩(wěn)定性、通信性能和續(xù)航能力。

本文特別分享VBAT管腳的技術(shù)特性、設(shè)計(jì)要點(diǎn)和實(shí)用技巧，幫助工程師朋友避免常見的電源設(shè)計(jì)陷阱。

01. 模組管腳

VBAT是Air780EPM模組的對(duì)內(nèi)供電輸入管腳，在模組上對(duì)應(yīng)PIN42和PIN43兩個(gè)管腳。

02. 電源特性

電壓范圍：3.3V-4.35V；

電流需求：1A以上，所以通常需要并聯(lián)搭配220μF電解電容或者22μF鉭電容，以用于瞬時(shí)大電流的輸出響應(yīng)。

03. 電池供電

1）常規(guī)型鋰電池：放電范圍是一般是3.2V-4.2V，為了更好地保護(hù)鋰電池，一般將放電截止電壓規(guī)定為3.3V；

2）高壓型鋰電池：放電范圍是一般是3.2V-4.35V，一樣的原因，為了更好地保護(hù)鋰電池，一般將放電截止電壓規(guī)定為3.3V；

3）其它類型的電池：比如鋰錳電池、鋰亞電池，放電截止電壓可能低至2.0V；這種類型的電池需要在系統(tǒng)中增加升壓DCDC，使其在放電期間供給模組的電壓保持在3.3V以上。

用于這種場(chǎng)景下的升壓型DCDC，我們使用過的是ETA1161。

04. 電源供電

這里說的電源，指的是類似于充電器這樣的、通過AC/DC轉(zhuǎn)換器為系統(tǒng)供電的電源形式，后面我們統(tǒng)一稱這種電源形式為直流電源。

直流電源的供電電壓：市場(chǎng)上常見的有5V/9V/12V/18V/24V等，不同的輸入電壓，選擇不同的降壓型DCDC。

DCDC的輸出電壓：建議設(shè)置在3.8V，且需要特別注意的是：有些DCDC在上電初始時(shí)的輸出電壓，有可能會(huì)上竄到超出設(shè)置的輸出電壓值很多。

比如：設(shè)置輸出電壓為3.8V，上電初始時(shí)的輸出電壓高達(dá)6V甚至7V以上。

非常大概率將模組的芯片或射頻PA打壞，務(wù)必特別注意！

用于這種場(chǎng)景下的降壓型DCDC，我們使用過的是JW5357和JW5103。

JW5357：用于輸入電壓低于18V以下的場(chǎng)景；

JW5103：用于輸入電壓低于36V以下的場(chǎng)景。

05. 耐壓特性

1）長(zhǎng)時(shí)間的正常工作：不能高于4.5V，包括偶爾的尖峰電壓；

為了兼容電池和直流電源兩種供電形式，電池電壓一般低于4.35V，直流電源經(jīng)過DCDC降壓后一般設(shè)置為3.8V輸出。因此，模組的正常工作電壓范圍一般規(guī)定為3.3V-4.35V。

2）短時(shí)的浪涌尖峰電壓：不能高于5V，否則有可能將模組損壞。

3）VBAT處使用的TVS選型建議：TVS應(yīng)保證VRWM略大于芯片最大工作電壓(4.5V)，VBR典型值在5.3V左右，最大VBR值建議不超過6V，鉗位電壓VC盡量小，建議浪涌IPP大于160A，IPP=100A (8*20uS脈沖)的鉗位電壓約為7.5V。

06. 特別提醒！！！

1）模組正常工作電壓范圍是3.3V-4.35V

雖然模組正常工作建議的電壓范圍是3.3V-4.35V，但是模組實(shí)際可以開機(jī)運(yùn)行的電壓最低可以到2.1V，請(qǐng)?zhí)貏e注意如下提示：

當(dāng)模組IO電平設(shè)置為1.8V和VBAT供電為2.1V且模組可以開機(jī)運(yùn)行時(shí)：此時(shí)IO電平可以正常保持1.8V——但射頻指標(biāo)，包括發(fā)射功率和接收靈敏度，已經(jīng)嚴(yán)重惡化，甚至無法正常駐網(wǎng)；

當(dāng)模組IO電平設(shè)置為3.3V和VBAT供電為2.1V且模組可以開機(jī)運(yùn)行時(shí)：此時(shí)IO電平實(shí)際輸出為2.0V——且射頻指標(biāo)，包括發(fā)射功率和接收靈敏度，已經(jīng)嚴(yán)重惡化，甚至無法正常駐網(wǎng)。

因此，再次強(qiáng)調(diào)：模組正常工作建議的電壓范圍是3.3V-4.35V，過低電壓會(huì)導(dǎo)致射頻指標(biāo)惡化甚至無法正常駐網(wǎng)。

2）確保VBAT上電時(shí)的起始電壓小于0.5V

模組上電開機(jī)時(shí)，需確保VBAT上電時(shí)的起始電壓小于0.5V，否則可能會(huì)因電壓臨界狀態(tài)造成模組時(shí)序混亂而無法正常開機(jī)；關(guān)于這一點(diǎn)的詳細(xì)介紹，會(huì)在“開機(jī)時(shí)序”章節(jié)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

實(shí)際應(yīng)用中最常見的問題是：

掉電關(guān)機(jī)后短時(shí)間內(nèi)再上電，但是在此期間系統(tǒng)上大電容的電未放完，導(dǎo)致VBAT電壓停留在0.5V至2.0V中間，模組主芯片部分功能無法完全關(guān)閉，導(dǎo)致再上電時(shí)開機(jī)時(shí)序不符合要求而無法正常開機(jī)。

記憶中有做的項(xiàng)目：大電容完全放電完畢用時(shí)需要將近30秒左右，非常容易導(dǎo)致陷入"為何無法開機(jī)、模組是不是壞了"的長(zhǎng)時(shí)間分析中。

這里也分享兩種常見的余電快速放電電路供參考：

▼ 余電快速放電電路 ▼

第一種：優(yōu)勢(shì)是電路簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是功耗較高且會(huì)一直損耗，進(jìn)而導(dǎo)致放電速度無法設(shè)置的太快（放電電阻R4不能使用阻值太小的電阻）。

第二種：優(yōu)勢(shì)是只有在斷電的情況下才會(huì)放電，不會(huì)產(chǎn)生額外的功耗，缺點(diǎn)是電路相對(duì)復(fù)雜，且由于單向?qū)щ婋娐罚?a target="_blank">二極管D1）的存在會(huì)導(dǎo)致工作端電壓有損耗（二極管壓降 0.3V）。

07. VBAT電壓可以檢測(cè)

具體見LuatOS核心庫"ADC"章節(jié)的介紹：https://docs.openluat.com/osapi/core/adc/

adc.CH_VBAT：

常量含義：VBAT供電電壓的通道id；

數(shù)據(jù)類型：number；

常量取值：-2；

示例代碼：adc.open(adc.CH_VBAT)。

示例代碼：

今天的內(nèi)容就分享到這里了~

審核編輯 黃宇