時域反射儀的硬件設計與實現----關鍵電路設計(四)
在充電狀態的指示設計上,僅僅使用了一個狀態指示,即適配器識別。這里將適配器的識別放在了軟件處理當中,而沒有采用發光二極管指示的形式,具體設計如圖中所示。當沒有接上適配器時,PG ̄為高阻輸出,則ARM檢測到的電壓為3.3v,即認為檢測到了高電平(數字1),當電路街上適配器以后,為低電平,則二極管必然會導通,輸入到ARM的電壓在0.6v左右,小于高電平判定門限,因此檢測到的是低電平(數字0),在此狀態下可在屏幕上顯示充電標志。Ts輸入端是溫度保護輸入,當和電池塊放在一起的負溫度系數的熱敏電阻受電池溫度影響時,其阻值發生變化,通過分壓電路,在TS上的電壓也會發生變化,當電壓范圍超出VVTSB的34%--74%時,充電被暫停,直到電池溫度回到正常范圍以內。
本系統所使用的鏗電池塊,最高電壓為8.4v,電量為3000A,為了最大限度的利用好鏗電池,將充電電流最大定為500mA,即在快速充電情況下,而在預充電和補足充電情況下則為500mA,此設計方案基本上滿足了充電要求。因為電池放電并不是線性放電,如果負載功耗為定值,在放電初期,電池的電壓變化不大,直到電池電壓接近6.5v左右時,電池電壓就會快速下降,此時應該停止放電,因為鏗電池過度放電也會縮短電池使用壽命。停止放電由軟件來處理,當ARM檢測到電池電壓低于某個電壓值時,就會自動關機,同時為了節省電池電量,在軟件中了設計了定時關機程序,當用戶在一定時間內沒有對儀器做任何操作時,系統將在設定時間內自動關閉電源。
3.4.2 DC-DC轉換電路
本系統中各種直流電源的產生都是經過專用的集成電源芯片來實現,常用的電源芯片主要分為三類:低壓差線性穩壓器(LDO Linear Regulators)、基于電感儲能的開關式DC/DC升降壓穩壓器(Induotor Based switching Regulators)及基于電容器儲能的電荷泵(switched Capacitpr Regulators)。
1.LDO低壓差線性穩壓器:應用最簡單的穩壓器,由于其本身存在DC無開關電壓轉換,所以它只能把輸入電壓降為更低的電壓輸出。線性低壓差穩壓器最大的缺點在熱量管理方面,因為其轉換效率近似等于輸出電壓除以輸入電壓的值,所以當輸出電壓與輸入電壓相差較大時,轉換效率會很低,其中一部分能量轉換為熱能被消耗掉,但當電壓差較小時,情況就有所不同,例如電壓從1.5v降到1.2v,效率達到了80%.
2.開關式DC/DC(轉換器:當輸入與輸出的電壓差較高時,開關穩壓器避開了所有線性穩壓器的效率問題。它通過使用低電阻開關和電感等儲能單元實現了高達%%的效率,因此極大地降低了轉換過程中的功率損失。選用開關頻率高的DC心C變換器,可以極大地縮小外部電感器和電容器的尺寸和容量,如超過ZMHz的高開關頻率。開關穩壓器的缺點較少,通常可以用好的設計技術來克服,但是電感器的頻率外泄干擾較難避免,設計應用時對其EMI輻射需要考慮。
3.電荷泵:電容式電荷泵通過開關陣列和振蕩器、邏輯電路、比較控制器實現電壓提升,采用電容器來貯存能量。電荷泵是無須電感的,但要外部電容器,由于其工作頻率較高,因此可使用小型陶瓷電容(1uF),以節省空間和降低成本。電荷泵僅用外部電容即可提供土2倍的輸出電壓。其損耗主要來自電容器的ESR(等效串聯電阻)和內部開關晶體管的RDS(ON)。電荷泵轉換器沒有使用儲能電感,因此其輻射EMI可以忽略,輸入端噪聲可用一只小型電容濾除。電荷泵電路輸出電流較小,且輸出紋波受使用的電容器影響,轉換效率不高。
通過對上述三種電源芯片的對比,再根據系統的實際需要,即最主要關心的是整個系統在有限電t情況下的延長供電時間,節省板上面積和高的穩定性。電源模塊主要選用了效率最高的開關式DC/DC轉換器和低壓差線性穩壓器相結合電路,這樣既保證了電源的轉換效率,同時也為系統提供了穩定的直流電源。
本電源模塊中選用了四片高效的DC/DC轉換器,分別產生±5v、﹢3.3v和+22V直流電壓。采用了國半的高效的LM265DC/DC轉換器產生+5V和+3.3V電壓,LM27313升壓芯片產生+22V的液晶背光驅動電壓,以及凌特公司的LT1767產生﹣5V電壓。LM2651具有如下特點:
高達97%的電源轉換效率

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