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时域反射仪的硬件设计与实现----关键电路设计(四)

作者:时间:2013-04-24来源:网络收藏
x; PADDING-LEFT: 0px; PADDING-RIGHT: 0px; FONT: 14px/22px 宋体, Georgia, verdana, serif; WHITE-SPACE: normal; ORPHANS: 2; LETTER-SPACING: normal; COLOR: rgb(68,68,68); WORD-SPACING: 0px; PADDING-TOP: 0px; -webkit-text-size-adjust: auto; -webkit-text-stroke-width: 0px">固定时间进行充电,则有可能在定时时间到时电池并没有充满,因此本设计采用了动态的充电方式,即不固定充电时间,只要电池没有充满,则它都会先检测电池的电压是否达到快速充电电压,如果没有则先进行预充,此时电池电压会逐渐上升,当电池电压达到快速充电电压时,采用设定的最大充电电流对电池进行充电(恒流充电),当电池电压达到预设值(8.4v)后,自动进入补足充电状态,此时称为恒压充电,充电电流逐渐减小,直到充电结束。这种方式设计可以随时将适配器接入,而系统所需的电量直接由充电管理芯片提供,同时电池也可以充电,两者基本上相互独立,即使是在关机状态下,也可以给电池充电。

在充电状态的指示设计上,仅仅使用了一个状态指示,即适配器识别。这里将适配器的识别放在了软件处理当中,而没有采用发光二极管指示的形式,具体设计如图中所示。当没有接上适配器时,PG ̄为高阻输出,则ARM检测到的电压为3.3v,即认为检测到了高电平(数字1),当电路街上适配器以后,为低电平,则二极管必然会导通,输入到ARM的电压在0.6v左右,小于高电平判定门限,因此检测到的是低电平(数字0),在此状态下可在屏幕上显示充电标志。Ts输入端是温度保护输入,当和电池块放在一起的负温度系数的热敏电阻受电池温度影响时,其阻值发生变化,通过分压电路,在TS上的电压也会发生变化,当电压范围超出VVTSB的34%--74%时,充电被暂停,直到电池温度回到正常范围以内。

本系统所使用的铿电池块,最高电压为8.4v,电量为3000A,为了最大限度的利用好铿电池,将充电电流最大定为500mA,即在快速充电情况下,而在预充电和补足充电情况下则为500mA,此设计方案基本上满足了充电要求。因为电池放电并不是线性放电,如果负载功耗为定值,在放电初期,电池的电压变化不大,直到电池电压接近6.5v左右时,电池电压就会快速下降,此时应该停止放电,因为铿电池过度放电也会缩短电池使用寿命。停止放电由软件来处理,当ARM检测到电池电压低于某个电压值时,就会自动关机,同时为了节省电池电量,在软件中了设计了定时关机程序,当用户在一定时间内没有对仪器做任何操作时,系统将在设定时间内自动关闭电源。

3.4.2 DC-DC转换电路

本系统中各种直流电源的产生都是经过专用的集成电源芯片来实现,常用的电源芯片主要分为三类:低压差线性稳压器(LDO Linear Regulators)、基于电感储能的开关式DC/DC升降压稳压器(Induotor Based switching Regulators)及基于电容器储能的电荷泵(switched Capacitpr Regulators)。

1.LDO低压差线性稳压器:应用最简单的稳压器,由于其本身存在DC无开关电压转换,所以它只能把输入电压降为更低的电压输出。线性低压差稳压器最大的缺点在热量管理方面,因为其转换效率近似等于输出电压除以输入电压的值,所以当输出电压与输入电压相差较大时,转换效率会很低,其中一部分能量转换为热能被消耗掉,但当电压差较小时,情况就有所不同,例如电压从1.5v降到1.2v,效率达到了80%.

2.开关式DC/DC(转换器:当输入与输出的电压差较高时,开关稳压器避开了所有线性稳压器的效率问题。它通过使用低电阻开关和电感等储能单元实现了高达%%的效率,因此极大地降低了转换过程中的功率损失。选用开关频率高的DC心C变换器,可以极大地缩小外部电感器和电容器的尺寸和容量,如超过ZMHz的高开关频率。开关稳压器的缺点较少,通常可以用好的设计技术来克服,但是电感器的频率外泄干扰较难避免,设计应用时对其EMI辐射需要考虑。

3.电荷泵:电容式电荷泵通过开关阵列和振荡器、逻辑电路、比较控制器实现电压提升,采用电容器来贮存能量。电荷泵是无须电感的,但要外部电容器,由于其工作频率较高,因此可使用小型陶瓷电容(1uF),以节省空间和降低成本。电荷泵仅用外部电容即可提供土2倍的输出电压。其损耗主要来自电容器的ESR(等效串联电阻)和内部开关晶体管的RDS(ON)。电荷泵转换器没有使用储能电感,因此其辐射EMI可以忽略,输入端噪声可用一只小型电容滤除。电荷泵电路输出电流较小,且输出纹波受使用的电容器影响,转换效率不高。

通过对上述三种电源芯片的对比,再根据系统的实际需要,即最主要关心的是整个系统在有限电t情况下的延长供电时间,节省板上面积和高的稳定性。电源模块主要选用了效率最高的开关式DC/DC转换器和低压差线性稳压器相结合电路,这样既保证了电源的转换效率,同时也为系统提供了稳定的直流电源。

本电源模块中选用了四片高效的DC/DC转换器,分别产生±5v、﹢3.3v和+22V直流电压。采用了国半的高效的LM265DC/DC转换器产生+5V和+3.3V电压,LM27313升压芯片产生+22V的液晶背光驱动电压,以及凌特公司的LT1767产生﹣5V电压。LM2651具有如下特点:

高达97%的电源转换效率



关键词: 时域 反射仪 硬件设计

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