【原創】一種高效的手持機電源管理方案


1.1         電源管理電路

1.1.1    方案選擇

  在使用手持機時候必須對電源進行有效的管理,節約電源,降低功耗,延長電池的壽命,常用電源管理方案有低功耗管理方案和系統斷電管理方案。

1.    低功耗管理方案

  低功耗方案即為在系統不需要測量的時候,讓MCU處於深度睡眠,並且關閉FPGA的PLL時鍾輸出,並且采用三極管關閉液晶以及一些外圍電路的電源,這樣系統總電流理論上能小於1mA。但是激光測距儀長時間是處於未測量狀態,即使電流非常小,時間累計也會消耗很多電流,造成電池使用時間縮短,這種方式顯然不是最好的方式。

2.    系統斷電管理方案

  系統斷電管理方案即為對整個系統電源進行自動控制,當系統未測距時間超過10s,那整個系統的供電系統就會關閉,這樣整個系統消耗的電流幾乎為0mA(電源管理的開關MOS管需要消耗微小的靜態電流)。

  綜合上述兩種因素,采用系統斷電管理方案顯得更加省電,更適合激光測距儀這種手持機。

1.1.2    總電源控制方案分析

  整個電源管理電路由核心供電開關電路和電源轉換電路組成,核心供電開關電路如圖3.1所示。主要負責總電源的開啟和關斷,整個電路通過外部按鍵K3和MCU的管腳對電源實現控制。

  電路分析主要分析整個電路工作流程,以及K3按鍵按下與彈起各個電路動作等。以及器件選型方法。

                                            圖3.1  9V電源管理電路

  整個電路工作分為四個個階段:K3按鍵未按下、K3按鍵按下、K3按鍵彈起、MCU續電10s。

1.    K3按鍵未按下

  當K3未按下時候,電池電源未導通,如圖3.1所示,在圖中標注點2的電壓由於電阻R17下拉,此時為低電平,因此N溝道MOS管Q2處於關斷狀態,此時標注點3的電壓由於電阻R14的上拉,此時為9V高電平,P溝道MOS管Q1處於關斷狀態,因此總電源SW_9V此時電壓為0V,整個系統處於斷電狀態。

2.    K3按鍵按下

  當K3按鍵按下的時候,電池電源導通,標注點2的電壓由於R16和R17分壓,此時電壓為4.5V,VGS=4.5V滿足Q2管的導通電壓,Q2管導通后,標注點3相當於接地,電壓為0,VGS=-9V滿足Q1管的導通電壓,因此,當Q1管導通后SW_9V獲得電池電源的9V電壓,整個系統上電。

3.    K3按鍵彈起

  當系統上電后,MCU初始化完成后,立即對電路進行續電,即MCU輸出PWR_CTL為高電平,當K3彈起后,電池通路斷開,由於PWR_CTL為高電平,VGS=3V因此Q2管還是處於導通狀態,Q1管也處於導通狀態,因此,整個系統進入MCU續電狀態。

4.    MCU續電10s

  MCU續電過程中通過MEAS_KEY持續檢測K3是否按下,如果K3按下,開啟新一次測量,那定時10s關機時間清零,重新定時10s。當10s內沒有再次按下K3那MCU輸出PWR_CTL為低電平,Q2管的VGS=0V,Q2管關斷,此時標注點3由於上拉變回9V,Q3管的VGS=0V,Q3管也關斷,SW_9V為0V,整個系統斷電。

  通過以上的4個步驟完成對總電源的智能管理,當整個系統斷電的情況下,只有MOS管Q1和9V相接,由於Q1此時處於關斷狀態,整個系統耗電等於Q1此時的靜態關斷電流,由2SJ355數據手冊得知,現在消耗電流小於10uA,因此,整個系統消耗電流是非常微小的,實現了超低功耗管理方案。

5.    關鍵器件選型

  總電源開關電路中,最重要的為二極管D3,MOS管Q2選型,由於本設計中需要MCU輸出高電平對Q2管進行續電,為了防止K3按鍵按下時候的4.5V高電平損害到MCU的IO口,因此需要加上二極管D3,當MCU需要輸出高電平3.3V對Q2進行續電情況下,如果采用普通二極管,經過二極管后壓降為0.7V,這樣造成VGS=2.6V,不能完全打開一般的MOS管,因此,在本設計中,采用的是低壓降0.3V的二極管MBR0520以及VGS=2.5V導通的MOS管2N7002。


免責聲明!

本站轉載的文章為個人學習借鑒使用,本站對版權不負任何法律責任。如果侵犯了您的隱私權益,請聯系本站郵箱yoyou2525@163.com刪除。



 
粵ICP備18138465號   © 2018-2025 CODEPRJ.COM