4G模组的外部电源供电设计十分重要，对系统稳定、射频性能都有直接影响。

怎么让工程师朋友们在应用开发中少走弯路呢？

我将以Air780E为例，陆续分享系列实用干货。无论你是专家还是菜鸟，无论你是否使用的是4G模组，都值得一看。

今天继续分享——供电设计及其选型推荐

常见的物联网应用场景下，对Air780E的供电方式有：

• LDO供电方式
• DCDC供电方式
• 锂电池供电以及充电方式
• 不可充电锂亚/锂锰电池供电方式

接下来，我们详细讲解四种方式及其选型推荐。

使用LDO电源芯片线性降压的供电方案，原理简单，电路、走线要求都相对较低，而且输出电源干扰小，稳定，对射频、天线等影响较小。

但是由于4G-Cat.1系统的特色性，对LDO的选型要求较高。

一般LDO的电源参考设计如下：

​

对于LDO电源的设计与选型，有几点注意事项：

1. 输入电压和输出电压压差尽量小

由于LDO常用的是MOS半导通的降压特性，输入电压和输出电压差会加在LDO两端，会导致LDO承受耗散功率，造成发热和能量损失。

而4G-Cat.1的工作特性，在射频工作时，最大平均电流（FDD最大发射功率情况下）会达到600~700mA，使得LDO承受的耗散功率尤为严重。

为了最小化电压差，建议LDO输出电压设置为接近4.2V，而输入电压建议不要超过5V，否则不建议采用LDO电源方案。

2. LDO器件封装选择

不少人选择LDO器件，只看器件的最大输出电流是否满足模组的要求电流，这种做法是错误的。LDO选型最重要的参数是热阻ϕJA，表示芯片内部热结点到周围环境的热阻。

通常芯片内部的结温的计算公式为：

​

其中：Tj为芯片结温；RϕJA为热阻；TA为室温；PD为LDO芯片的耗散功率；

对于芯片结温Tj，通常规格书会给出当前芯片的最大允许的工作温度，比如：

​

也就是，计算出来的LDO结温度不能超过125°C。

而通常RϕJA热阻与LDO的封装形式高度相关，具体可以查阅相关LDO芯片规格书。

例如：

​

从上图规格书中我们可以得知SO-8封装的热阻为160°C/W，按照Air780E最大平均功率700mA，LDO压差1V计算，室温25°下：

SO-8封装的LDO结温为：

0.7x1x160+25 = 137 °C

高于规格书要求的125°C的最大工作结温，所以SO-8的封装不满足4G-Cat.1应用要求。

所以，通常推荐选择封装为TO-252、SOT-223等这些带大面积散热PAD的封装。 同时在PCB布局的时候，要在空间允许的情况下，尽量增加散热PAD的铺铜面积以及尽量多的过孔导热到PCB对面层增加散热面积。

3. LDO布局远离热敏感器件

4G-Cat.1模组供电LDO由于是比较大的热源，在热敏感的功能区域要尤其注意要远离。

比如：GPS、晶体振荡器、热敏感传感器。

4. LDO的输出电容的选择

LDO输出电容容值不是越大越好，不合适的容值会导致输出震荡。计算公式相对复杂，这里不再赘述，感兴趣可以查阅反馈回路设计相关资料。

若实际使用中遇到LDO输出震荡问题，调整输出电容即可，一般来说，只要按照LDO规格书推荐的输出电容值就可以。注意靠近LDO输出管脚放置。

5. 推荐的LDO选型

• MIC29302WU TO-263-5
• LM317D2T-TR TO-263-2
• LM317DCYR SOT-223-3

LDO选型不限于以上型号，可按实际需求参考选型。

DC to DC开关电源的供电方式，是4G-Cat.1模组常用的方式。 其输出电流高，输入电压范围广，而且功耗相对LDO要低，发热小，同时不需如LDO的大面积散热覆铜。

但是比较致命的缺点是——容易对射频部分和天线部分造成传导或耦合干扰，从而影响模组的接受性能。不过这个问题，可以通过合理的DCDC电源设计以及PCB布局走线来优化解决。

DCDC参考设计示例如下：

​

1. DCDC功能电路

接下来，以上图杰华特的JW5359M开关电源举例，讲解各个部分的功能电路。

1）C1和C25构成输入电容：

其中C1大电容为可选，主要作用是放置于电源连接器附近，用于消除电源插拔时的尖峰电压；C25 22uf要靠近开关电源的电源输入管脚放置。C25电容选型除了耐压要满足输入电压要求外，还要选用低ESR的电容，建议用陶瓷MLCC电容。

2）C16为自举电容：

用于在DCDC内部下管关闭后能够迅速将上管栅极的电压提高至上管导通，在选型时要注意C16的耐压要大于输入电压。

3）L2为功率电感：

电感的感值范围可以由芯片规格书中公式进行计算得出，这里不做赘述。

功率电感的选型除了关注感值外还需注意下面的几个参数：

​

4）饱和电流（Isat）：

也就是导致功率电感磁饱和时的最大电流。功率电感进入磁饱和后，此时电流的增大不再转换为磁通量的增加，即立刻失去了电感的特性，导致短路大电流。

电感的饱和电流一定要大于DCDC输出的最大峰值电流。

注意，最大峰值电流并不等于输出电流。而是等于输出电流加上最大纹波电流，最大纹波电流可以按照输出电流的50%来估算。

比如DCDC的最大输出电流为1A，则最大纹波电流为0.5A，于是最大峰值电流为1.5A，因此选择功率电感的饱和电流要大于1.5A。

5）温升电流（Irms）：

功率电感的饱和电流不是固定不变的，通常会随着温度的升高而饱和电流降低。通常Irms是指电感温度在40度时的饱和电流。所以温升电流（Irms）通常会小于额定的饱和电流（Isat）。所以在做电感选型时主要Irms也要高于DCDC的最大峰值电流。

6）等效直流阻抗（DCR）：

也就是功率电感的内阻，主要影响电感的发热，较大的内阻会使得功率电感温度更容易升高，从而降低功率电感的感值和饱和电流。

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