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手持終端測(cè)試儀中的兩種供電方式設(shè)計(jì)

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關(guān)鍵詞: 測(cè)試儀,智能儀器

      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。總線供電電路如圖1所示。

    手持終端測(cè)試儀中的兩種供電方式設(shè)計(jì)

      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。

    手持終端測(cè)試儀中的兩種供電方式設(shè)計(jì)

      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。

    手持終端測(cè)試儀中的兩種供電方式設(shè)計(jì)

      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。

    手持終端測(cè)試儀中的兩種供電方式設(shè)計(jì)

      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。

    手持終端測(cè)試儀中的兩種供電方式設(shè)計(jì)

      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。

    (審核編輯: 智匯張瑜)

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