手持終端測(cè)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(chǎng)，有時(shí)需要不同的供電方式。目前來(lái)說(shuō)，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(cè)試終端，有效降低產(chǎn)品的成本，并且為設(shè)備維護(hù)帶來(lái)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(duì)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(duì)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(kāi)關(guān)。當(dāng)采用總線充電時(shí)，把開(kāi)關(guān)打到開(kāi)的位置；當(dāng)采用充電適配器充電時(shí)，把開(kāi)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(guò)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(guò)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(jiǎn)化了PCB布局，通過(guò)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(wèn)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(kāi)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(duì)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(jiǎn)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(guò)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(wú)線通信的手持測(cè)試終端是一款多功能的測(cè)試設(shè)備。該手持測(cè)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(wú)線通信模塊、手持鍵盤(pán)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(wú)線現(xiàn)場(chǎng)的網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)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(chǎng)，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(guò)總線供電的方式進(jìn)行供電，在工業(yè)無(wú)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(duì)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(cè)試終端的應(yīng)用中，對(duì)兩種供電方式的電壓特性進(jìn)行了多次測(cè)量。手持測(cè)試終端穩(wěn)定工作時(shí)的電壓情況如表1所列。

結(jié)語(yǔ)

本文較為詳盡地介紹了兩種供電方式的硬件實(shí)現(xiàn)過(guò)程，重點(diǎn)突出其在手持測(cè)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(chǎng)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(chǎng)前景。

引言

在多功能智能儀器儀表中，在不同的工作現(xiàn)場(chǎng)，有時(shí)需要不同的供電方式。目前來(lái)說(shuō)，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(cè)試終端，有效降低產(chǎn)品的成本，并且為設(shè)備維護(hù)帶來(lái)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(duì)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(duì)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(kāi)關(guān)。當(dāng)采用總線充電時(shí)，把開(kāi)關(guān)打到開(kāi)的位置；當(dāng)采用充電適配器充電時(shí)，把開(kāi)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(guò)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(guò)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(jiǎn)化了PCB布局，通過(guò)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(wèn)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(kāi)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(duì)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(jiǎn)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(guò)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(wú)線通信的手持測(cè)試終端是一款多功能的測(cè)試設(shè)備。該手持測(cè)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(wú)線通信模塊、手持鍵盤(pán)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(wú)線現(xiàn)場(chǎng)的網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)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(chǎng)，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(guò)總線供電的方式進(jìn)行供電，在工業(yè)無(wú)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(duì)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(cè)試終端的應(yīng)用中，對(duì)兩種供電方式的電壓特性進(jìn)行了多次測(cè)量。手持測(cè)試終端穩(wěn)定工作時(shí)的電壓情況如表1所列。

結(jié)語(yǔ)

本文較為詳盡地介紹了兩種供電方式的硬件實(shí)現(xiàn)過(guò)程，重點(diǎn)突出其在手持測(cè)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(chǎng)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(chǎng)前景。