電源管理模塊技術(shù)方案

王鐵舉

【摘 要】論文對(duì)電源管理模塊的原理功能進(jìn)行了描述，對(duì)產(chǎn)品內(nèi)部的BUCK穩(wěn)壓、鋰電池充電管理、Boost升壓、電源切換、單片機(jī)控制等電路模塊的設(shè)計(jì)原理進(jìn)行介紹。

【Abstract】In this paper， the principle and function of the power management module are described， the design principle of BUCK regulator， lithium battery products for internal charging management， Boost converter， power switch， MCU control circuit module were introduced.

【關(guān)鍵詞】車載產(chǎn)品；供電管理；電源管理模塊

【Keywords】vehicle products； power supply management； power management module

【中圖分類號(hào)】TM863 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）06-0150-02

1 整體方案框圖

本電源管理模塊為車載重量檢測(cè)儀相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，滿足車載產(chǎn)品的電源管理應(yīng)用需求。本產(chǎn)品的主要功能是將車載電瓶的電壓轉(zhuǎn)換成重量檢測(cè)儀系統(tǒng)工作電壓，同時(shí)為車載重量檢測(cè)儀內(nèi)置鋰電池充電；在車載電瓶斷開后無縫切換至鋰電池供電；模塊能夠?yàn)楹蠖说腁RM芯片提供電源輸出控制、電量信息輸出等信息。為滿足客戶的需求，產(chǎn)品主要由以下幾個(gè)部分構(gòu)成：反激穩(wěn)壓、鋰電池充電管理、Boost升壓、電源切換、單片機(jī)控制等電路。

2 各部分詳細(xì)方案

2.1 反激穩(wěn)壓電路

根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)要求，總結(jié)得到反激穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)具體參數(shù)：

輸入電壓：17VDC-36VDC； 輸出電壓：9±0.1VDC；

紋波噪聲：100mVp-p； 輸出功率：最大20W；

輸入與輸出關(guān)系：隔離；

保護(hù)功能：輸入欠壓保護(hù)（17VDC），輸出短路保護(hù)。

根據(jù)反激電路設(shè)計(jì)和調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，該反激電源與普通反激電源相比較并沒有特殊性，不是本產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中的難點(diǎn)。在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注意降低產(chǎn)品成本、提高產(chǎn)品可靠性。反激穩(wěn)壓電路將采用成熟的隔離反激拓?fù)?，可以?shí)現(xiàn)輸入欠壓保護(hù)、輸出短路保護(hù)等功能；而且具有輸入電壓寬，調(diào)試簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。電路基本框圖如圖1和圖2所示：

2.2 鋰電池充電管理電路（BQ2057）（TP5100）

鋰電池充電管理參數(shù)：

輸入電壓：9±0.1VDC ； 電池參數(shù)：7.4V/2AH；

充電電壓：8.4±0.1VDC； 充電電流：0.5A；

充電過熱保護(hù)功能（電池溫度超過45°C）；

防止電池過放電保護(hù)功能（電池輸出電壓低于6±0.1V）。

本產(chǎn)品采用BQ2057鋰電池充電管理芯片，配合較少的外圍器件可實(shí)現(xiàn)低成本的鋰電池充電器，非常適用于低成本的緊湊產(chǎn)品設(shè)計(jì)。BQ2057的充電分為三個(gè)階段：預(yù)充階段、恒流充電和恒壓充電階段。該芯片推薦工作電壓為4.5V-18V，通過配合PNP型三極管或者P溝道MOS管，輔以電池內(nèi)部自帶的NTC溫度采樣電阻，即可實(shí)現(xiàn)鋰電池的三階段充電和過溫充電保護(hù)。圖3是BQ2057配合PMOS管使用的典型電路圖。

2.3 Boost升壓電路

Boost升壓電路參數(shù)：

輸入電壓：6VDC-8.4VDC ； 輸出電壓：9±0.1VDC；

紋波噪聲：100mVp-p ； 輸出功率：最大10W；

外部控制使能； 輸入欠壓保護(hù)，輸出短路保護(hù)。

根據(jù)Boost升壓電路設(shè)計(jì)和調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，該Boost電路沒有特殊性，不是本產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中的難點(diǎn)。在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注意降低產(chǎn)品成本、提高產(chǎn)品可靠性。Boost升壓電路將采用LM5022作為控制芯片，可以實(shí)現(xiàn)輸入欠壓保護(hù)、輸出短路保護(hù)等功能；而且具有輸入電壓寬，調(diào)試簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

2.4 供電切換電路

本產(chǎn)品具有供電切換功能：①當(dāng)外接電源符合模塊輸入要求時(shí)，模塊應(yīng)切換至外接電源供電，同時(shí)對(duì)鋰電池充電；②當(dāng)外接電源電壓低于17VDC（24VDC電瓶）時(shí)，模塊切換至鋰電池供電；③切換時(shí)間少于400μs。由于產(chǎn)品技術(shù)協(xié)議要求切換時(shí)間少于400μs，考慮到設(shè)計(jì)難度和實(shí)現(xiàn)成本，將兩路輸出通過輸出二極管并聯(lián)短接的方式進(jìn)行連接，如圖4。這種方式控制簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)成本低，能夠滿足客戶要求。

2.5 單片機(jī)控制電路

單片機(jī)在本產(chǎn)品中主要實(shí)現(xiàn)以下功能：鋰電池電量信息采集，鋰電池輸出控制功能，產(chǎn)品輸出功能，RS232通信功能。為實(shí)現(xiàn)上述功能，設(shè)計(jì)了單片機(jī)外圍電路，主要有供電電路、模擬信號(hào)處理電路、I/O口輸出驅(qū)動(dòng)電路、RS232電平轉(zhuǎn)換電路，如圖5。

3 總結(jié)

單片機(jī)作為產(chǎn)品的控制核心，通過采集產(chǎn)品的輸入、輸出電壓和電流對(duì)產(chǎn)品輸出端的通斷開關(guān)進(jìn)行控制，從而對(duì)產(chǎn)品的電源進(jìn)行管理；并通過溫度傳感器對(duì)產(chǎn)品環(huán)境溫度進(jìn)行采集，實(shí)現(xiàn)整個(gè)產(chǎn)品的溫度保護(hù)。本產(chǎn)品的設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)方法已經(jīng)經(jīng)過了市場(chǎng)驗(yàn)證，滿足車載產(chǎn)品的電源管理應(yīng)用需求。