手持終端測試儀中的兩種供電方式設(shè)計(jì)

手持終端測試儀中的兩種供電方式設(shè)計(jì)

概述

在多功能智能儀器儀表中，在不同的工作現(xiàn)場，有時(shí)需要不同的供電方式。目前來說，在電源的研究方面，冗余電源和多種供電方式是現(xiàn)在的研究熱點(diǎn)。冗余技術(shù)已經(jīng)比較成熟，應(yīng)用也比較廣泛，現(xiàn)在很多儀器儀表都是基于冗余電源設(shè)計(jì)的。多種供電方式應(yīng)用的也比較多，但是把多種供電方式集成于同一電子產(chǎn)品中的還不多。本文實(shí)現(xiàn)了兩種供電方式的設(shè)計(jì)，并使其應(yīng)用于多功能手持測試終端，有效降低產(chǎn)品的成本，并且為設(shè)備維護(hù)帶來了方便。

1 兩種供電方式的設(shè)計(jì)

在電子產(chǎn)品的供電系統(tǒng)中，比較普遍的是基于鋰電池供電，比較新穎的是總線供電系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)集成了總線供電和鋰電池供電兩種方式，并對兩種供電方式進(jìn)行了特殊處理，避免了其中一套供電時(shí)對另一套電源造成的影響。

1．1 總線供電電路

總線供電系統(tǒng)就是通過總線給掛在總線的設(shè)備提供電壓，本設(shè)計(jì)能給設(shè)備提供5 V、3．3 V和1．8 V的電壓。因?yàn)?a target="_blank">RJ45輸出標(biāo)準(zhǔn)的+24 V，為了得到5 V、3．3 V和1．8 V的電壓，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。本設(shè)計(jì)是通過LM2576-5、ASlll7-1．8和ASlll7-3．3電源轉(zhuǎn)換芯片，得到所需的電壓?？偩€供電電路如圖1所示。

RJ45提供的24 V電壓通過電阻熔絲，輸入到電壓轉(zhuǎn)換芯片LM2576-5HV的VIN端，從FOB輸出5 V的電壓VCCl。VCCl經(jīng)過去耦和濾波后，輸入到電壓轉(zhuǎn)換芯片ASlll7-1．8V和ASlll7-3．3V的IN端，得到1．8 V的電壓和3．3 V的電壓DVCC。同時(shí)，總線供電也可以給鋰電池提供充電電壓，鋰電池充電控制芯片的充電電壓是3．5～7 V，所以可以用VCCl為其充電。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，在VCCl和MAXlll5的DC輸入之間設(shè)計(jì)了一個(gè)充電開關(guān)。當(dāng)采用總線充電時(shí)，把開關(guān)打到開的位置；當(dāng)采用充電適配器充電時(shí)，把開關(guān)打到關(guān)的位置。

1．2 鋰電池供電電路設(shè)計(jì)

在鋰電池供電系統(tǒng)中，電池輸出電壓經(jīng)過TPS60110、TPS60l00電源芯片，電平轉(zhuǎn)換后，得到所需的5 V、3．3 V和1．8 V電壓。在充電電路中，MAXl555作為控制芯片。MAXl555通過充電接口和AC適配器電源為單節(jié)鋰離子(Li+)電池充電。它不需要外部FET或二極管，可以接受最高7 V的輸入電壓。片上溫度限制簡化了PCB布局，通過優(yōu)化充電速率，可以在電池狀況和輸入電壓處于最糟糕的情況下不受散熱問題的制約。當(dāng)達(dá)到MAXl555 溫度限制時(shí)，充電器并不關(guān)斷，而是逐漸降低充電電流。電池充電電路如圖2所示。

充電電壓輸入到VCC_PLUG，開始給鋰電池充電，指示燈D1變亮，表明充電完成。

為了得到3種規(guī)格的電壓(5 V、3．3 V和1．8 V)，需要對鋰電池的輸出電壓實(shí)行電平轉(zhuǎn)換，這里選擇TPS601lO和TPS60100兩款集成DC-DC的電荷泵芯片。TPS60110能輸出5 V±0．2 V的電壓，TPS60100能輸出3．3 V±O．132 V的電壓。兩款芯片具有如下特點(diǎn)：

①最高可以輸出300 mA的電流；

②具有較寬的輸入電壓范圍；

③低功耗輸出時(shí)具有能量存儲(chǔ)功能；

④能很好地抑制電磁干擾。

兩款電源轉(zhuǎn)換芯片的外圍電路比較簡單，只需要在外面配置輸入電容、輸出電容及電感，具體電路如圖3所示。

?由于系統(tǒng)還需要1．8 V的電壓，所以通過1片ASlll7-1．8V實(shí)現(xiàn)1．8 V電壓的轉(zhuǎn)換。

2 兩種供電方式的應(yīng)用

基于工業(yè)以太網(wǎng)和工業(yè)無線通信的手持測試終端是一款多功能的測試設(shè)備。該手持測試終端采用的是AT91系列ARM微控制器芯片，它包含了微處理器(AT91R40008)、存儲(chǔ)器、通信模塊、總線供電通信接口、顯示終端、無線通信模塊、手持鍵盤等重要組成部分；其集成EPA(Eth-ernet for Plant Automation)和IEEE 802．15．4(低數(shù)據(jù)率的WPAN標(biāo)準(zhǔn))兩個(gè)協(xié)議。它能實(shí)現(xiàn)有線和無線現(xiàn)場的網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場測試、EPA協(xié)議分析和設(shè)備標(biāo)定。由于其應(yīng)用于兩種工業(yè)現(xiàn)場，因此采用了兩種不同的供電方式，即在工業(yè)以太網(wǎng)中通過總線供電的方式進(jìn)行供電，在工業(yè)無線的傳輸方式應(yīng)用鋰電池供電，在總線供電正常工作的同時(shí)可以對鋰電池充電，也可以用外接的電源適配器鋰電池充電。其硬件框圖如圖4所示。

3 兩種供電方式在手持終端中的電壓特性

在手持測試終端的應(yīng)用中，對兩種供電方式的電壓特性進(jìn)行了多次測量。手持測試終端穩(wěn)定工作時(shí)的電壓情況如表1所列。

結(jié)語

本文較為詳盡地介紹了兩種供電方式的硬件實(shí)現(xiàn)過程，重點(diǎn)突出其在手持測試終端中的應(yīng)用。兩種供電方式的設(shè)計(jì)，能提供5 V、3．3 V和l．8 V的電壓，滿足了一款智能儀器應(yīng)用于多工業(yè)現(xiàn)場所需的兩種供電方式的要求，在多功能智能儀器儀表的設(shè)計(jì)中，有著廣闊的應(yīng)用和市場前景。

引言

在多功能智能儀器儀表中，在不同的工作現(xiàn)場，有時(shí)需要不同的供電方式。目前來說，在電源的研究方面，冗余電源和多種供電方式是現(xiàn)在的研究熱點(diǎn)。冗余技術(shù)已經(jīng)比較成熟，應(yīng)用也比較廣泛，現(xiàn)在很多儀器儀表都是基于冗余電源設(shè)計(jì)的。多種供電方式應(yīng)用的也比較多，但是把多種供電方式集成于同一電子產(chǎn)品中的還不多。本文實(shí)現(xiàn)了兩種供電方式的設(shè)計(jì)，并使其應(yīng)用于多功能手持測試終端，有效降低產(chǎn)品的成本，并且為設(shè)備維護(hù)帶來了方便。

1 兩種供電方式的設(shè)計(jì)

在電子產(chǎn)品的供電系統(tǒng)中，比較普遍的是基于鋰電池供電，比較新穎的是總線供電系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)集成了總線供電和鋰電池供電兩種方式，并對兩種供電方式進(jìn)行了特殊處理，避免了其中一套供電時(shí)對另一套電源造成的影響。

1．1 總線供電電路

總線供電系統(tǒng)就是通過總線給掛在總線的設(shè)備提供電壓，本設(shè)計(jì)能給設(shè)備提供5 V、3．3 V和1．8 V的電壓。因?yàn)镽J45輸出標(biāo)準(zhǔn)的+24 V，為了得到5 V、3．3 V和1．8 V的電壓，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。本設(shè)計(jì)是通過LM2576-5、ASlll7-1．8和ASlll7-3．3電源轉(zhuǎn)換芯片，得到所需的電壓?？偩€供電電路如圖1所示。

RJ45提供的24 V電壓通過電阻熔絲，輸入到電壓轉(zhuǎn)換芯片LM2576-5HV的VIN端，從FOB輸出5 V的電壓VCCl。VCCl經(jīng)過去耦和濾波后，輸入到電壓轉(zhuǎn)換芯片ASlll7-1．8V和ASlll7-3．3V的IN端，得到1．8 V的電壓和3．3 V的電壓DVCC。同時(shí)，總線供電也可以給鋰電池提供充電電壓，鋰電池充電控制芯片的充電電壓是3．5～7 V，所以可以用VCCl為其充電。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，在VCCl和MAXlll5的DC輸入之間設(shè)計(jì)了一個(gè)充電開關(guān)。當(dāng)采用總線充電時(shí)，把開關(guān)打到開的位置；當(dāng)采用充電適配器充電時(shí)，把開關(guān)打到關(guān)的位置。

1．2 鋰電池供電電路設(shè)計(jì)

在鋰電池供電系統(tǒng)中，電池輸出電壓經(jīng)過TPS60110、TPS60l00電源芯片，電平轉(zhuǎn)換后，得到所需的5 V、3．3 V和1．8 V電壓。在充電電路中，MAXl555作為控制芯片。MAXl555通過充電接口和AC適配器電源為單節(jié)鋰離子(Li+)電池充電。它不需要外部FET或二極管，可以接受最高7 V的輸入電壓。片上溫度限制簡化了PCB布局，通過優(yōu)化充電速率，可以在電池狀況和輸入電壓處于最糟糕的情況下不受散熱問題的制約。當(dāng)達(dá)到MAXl555 溫度限制時(shí)，充電器并不關(guān)斷，而是逐漸降低充電電流。電池充電電路如圖2所示。

充電電壓輸入到VCC_PLUG，開始給鋰電池充電，指示燈D1變亮，表明充電完成。

為了得到3種規(guī)格的電壓(5 V、3．3 V和1．8 V)，需要對鋰電池的輸出電壓實(shí)行電平轉(zhuǎn)換，這里選擇TPS601lO和TPS60100兩款集成DC-DC的電荷泵芯片。TPS60110能輸出5 V±0．2 V的電壓，TPS60100能輸出3．3 V±O．132 V的電壓。兩款芯片具有如下特點(diǎn)：

①最高可以輸出300 mA的電流；

②具有較寬的輸入電壓范圍；

③低功耗輸出時(shí)具有能量存儲(chǔ)功能；

④能很好地抑制電磁干擾。

兩款電源轉(zhuǎn)換芯片的外圍電路比較簡單，只需要在外面配置輸入電容、輸出電容及電感，具體電路如圖3所示。

?由于系統(tǒng)還需要1．8 V的電壓，所以通過1片ASlll7-1．8V實(shí)現(xiàn)1．8 V電壓的轉(zhuǎn)換。

2 兩種供電方式的應(yīng)用

基于工業(yè)以太網(wǎng)和工業(yè)無線通信的手持測試終端是一款多功能的測試設(shè)備。該手持測試終端采用的是AT91系列ARM微控制器芯片，它包含了微處理器(AT91R40008)、存儲(chǔ)器、通信模塊、總線供電通信接口、顯示終端、無線通信模塊、手持鍵盤等重要組成部分；其集成EPA(Eth-ernet for Plant Automation)和IEEE 802．15．4(低數(shù)據(jù)率的WPAN標(biāo)準(zhǔn))兩個(gè)協(xié)議。它能實(shí)現(xiàn)有線和無線現(xiàn)場的網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場測試、EPA協(xié)議分析和設(shè)備標(biāo)定。由于其應(yīng)用于兩種工業(yè)現(xiàn)場，因此采用了兩種不同的供電方式，即在工業(yè)以太網(wǎng)中通過總線供電的方式進(jìn)行供電，在工業(yè)無線的傳輸方式應(yīng)用鋰電池供電，在總線供電正常工作的同時(shí)可以對鋰電池充電，也可以用外接的電源適配器鋰電池充電。其硬件框圖如圖4所示。

3 兩種供電方式在手持終端中的電壓特性

在手持測試終端的應(yīng)用中，對兩種供電方式的電壓特性進(jìn)行了多次測量。手持測試終端穩(wěn)定工作時(shí)的電壓情況如表1所列。

結(jié)語

本文較為詳盡地介紹了兩種供電方式的硬件實(shí)現(xiàn)過程，重點(diǎn)突出其在手持測試終端中的應(yīng)用。兩種供電方式的設(shè)計(jì)，能提供5 V、3．3 V和l．8 V的電壓，滿足了一款智能儀器應(yīng)用于多工業(yè)現(xiàn)場所需的兩種供電方式的要求，在多功能智能儀器儀表的設(shè)計(jì)中，有著廣闊的應(yīng)用和市場前景。