CN100407101C - 一种基于pcmcia接口的功放供电系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于PCMCIA接口的功放供电系统及其方法，适用于基于PCMCIA接口的具有TDMA工作方式并带有功放负载的功放系统，其中，该攻放供电系统包括：一输入级电路、一电源变换系统及一储能系统，其中所述输入级电路，用于从所述PCMCIA接口引入输入电压至所述电源变换系统，并对所述输入电压是否正常进行判断；所述电源变换系统，用于根据所述功放系统的工作要求进行所述输入电压的变换和限流参数的设置；并在所述功放负载处于关闭状态时，给所述储能系统储存能量；所述储能系统，用于在所述功放负载处于突发模式工作状态时，与所述电源变换系统共同向所述功放负载供电。本发明解决了该功放系统供电不足问题。

Description

一种基于PCMCIA接口的功放供电系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种基于笔记本电脑的PCMCIA接口功放供电的方法，特别是涉及一种为使用TDMA工作方式的功放系统进行供电的系统及其方法。

背景技术

随着笔记本电脑的普及，基于笔记本电脑PCMCIA(Personal ComputerMemory Card International Association，个人计算机存储卡国际协会)接口的产品也越来越多，例如：无线网卡、卡式调制解调器及移动硬盘等。这些产品的一个共同点是，其供电都是取自其中的68管脚的插座。根据PCMCIA接口的供电标准，其3.3V供电时的输出电流的最大值为1000毫安，持续时间为10毫秒，平均电流750毫安，持续时间1秒；5V供电情况下，最大输出电流值只有660毫安，平均电流500毫安，持续时间1秒。可见，该接口的供电电流是有限制的，最大功耗是有限的。随着业务功能的扩展，产品功能越来越强大，随之带来的问题是系统的功耗增大，特别是32位数据卡的出现，对系统的功耗提出了更高的要求，因而对PCMCIA接口的供电问题的要求也越来越高。那些TDMA(Time Division Multiple Access，时分多址)工作方式的发射系统，在发信机处于突发模式的信号发射状态时，功放将瞬间吸取很大的峰值电流，虽然持续时间只有短短的一个时隙或几个时隙，占一帧信号长度很短的时间，但是其所需的瞬间功率将大大超出PCMCIA接口能够提供的功率，由于输入端的供电电流是有限的，如果不采取必要的限流措施，接口输出功率不足将导致PCMCIA端口电压跌落到很低的值，系统将由于供电电压过低而产生复位、死机等故障现象，更严重者，会导致笔记本电脑工作不正常。

目前解决PCMCIA接口的供电不足的问题主要有两种方法：一种是通过采用更先进半导体工艺的芯片，来降低单芯片的功耗；通过不断优化系统方案，来降低整个系统的功耗，特别是功放吸取的电流。另一种方法通常是采用手机电源管理芯片自带的恒流充电功能，在系统中充当恒流源，当功放系统需要大电流时，由于恒流源的恒流功能，使得PCMCIA接口稳定在恒流供电模式下，从而起到限制大电流保护系统的功能。前一种方案不仅导致系统的成本上升，而且技术上要求比较高，实现起来比较困难。后一种方案则存在着以下弊病：一个是充电电压的限制，这种充电系统通常要求工作在一定的充电电压下，只有电压达到一定的阈值才能进行恒流充电；第二个是恒流充电时的电流通常都是一定的，即使能够调节也是按照一定的规律进行调节，其调节范围十分有限，不能够根据系统要求随意设置，第三个是效率问题，采用这种恒流充电电路，其转换效率在某些特定的电流下能够达到很高，但是其它范围转换效率就不能保证了。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于PCMCIA接口的功放供电系统及其方法，用于解决基于PCMCIA接口的具有TDMA工作方式特点的功放系统供电不足的问题。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种基于PCMCIA接口的功放供电系统，适用于基于PCMCIA接口的具有TDMA工作方式并带有功放负载的功放系统，其特征在于，包括：一输入级电路、一电源变换系统及一储能系统，其中

所述输入级电路，用于从所述PCMCIA接口引入一输入电压至所述电源变换系统，并对所述输入电压是否正常进行判断；

所述电源变换系统，用于根据所述功放系统的工作要求进行所述输入电压的变换和限流参数的设置；并在所述功放负载处于关闭状态时，给所述储能系统储存能量；

所述储能系统，用于在所述功放负载处于突发模式工作状态时，与所述电源变换系统共同向所述功放负载供电。

所述的功放供电系统，其中，还包括一输出级电路，用于对所述电源变换系统、储能系统输出的电压进行滤波和/或去噪处理。

所述的功放供电系统，其中，所述输入级电路包括：

一欠压过压保护电路，用于检测所述输入电压，并在所述输入电压过低或过高时，关闭所述电源变换系统；

一软启动保护电路；用于在所述功放负载启动瞬间抑制电流过大。

所述的功放供电系统，其中，所述输入级电路还包括一电源滤波电路，用于去除所述PCMCIA接口处的电源尖峰噪声。

所述的功放供电系统，其中，所述电源变换系统根据所述功放负载处于突发模式所需的最大能量要求并结合所述PCMCIA接口的供电标准进行所述限流参数的设置。

所述的功放供电系统，其中，所述电源变换系统还根据所述电源变换系统的效率进行所述限流参数的设置。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种利用上述功放供电系统实现基于PCMCIA接口的功放供电方法，其中，包括：

步骤710，由PCMCIA接口给出输入电压，进行所述功放系统上电；

步骤720，输入级电路对所述输入电压是否正常进行判断，若正常，则将该输入电压送给电源变换系统，否则，返回步骤710；

步骤730，所述电源变换系统根据所述功放系统的工作要求进行所述输入电压的变换和限流参数的设置；

步骤740，当所述功放负载处于突发模式工作状态时，所述电源变换系统和储能系统共同向所述功放负载供电；当所述功放负载处于关闭状态时，所述电源变换系统给所述储能系统储存储能；及

步骤750，重复所述步骤740直至结束。

所述的基于PCMCIA接口的功放供电方法，其中，所述步骤730之后步骤740之前还包括：一判断所述输入电压经所述电源变换系统变换处理后输出的电压是否满足所述功放系统的工作要求的步骤；若不满足，继续所述步骤730。

所述的基于PCMCIA接口的功放供电方法，其中，所述步骤730之后步骤740之前还包括：一判断经限流参数设置处理后，所述电源变换系统输出的电流是否满足所述功放系统的工作要求的步骤；若不满足，继续所述步骤730。

所述的基于PCMCIA接口的功放供电方法，其中，在步骤730之后所述步骤740之前还包括：一判断所述功放负载是处于突发模式工作状态还是处于关闭状态的步骤。

本发明的有益效果在于：

本发明所述的方法使得功放在某一个时隙或几个时隙工作，其它时间处于关闭状态，并能够根据系统的要求来设置功放最佳工作电压，满足负载的需求；同时又能够按照功放系统及PCMCIA接口的供电要求进行限流调节，设置合理的限流点，在保证功放系统工作的同时，避免PCMCIA接口输出电流过大导致的一系列系统复位、死机等故障。

本发明所提出基于PCMCIA接口的功放供电方法，与以往的设计相比具有以下显著的特点：

1)，通过对PCMCIA接口的输出电流进行限流措施，避免了功放从接口拉出过大的电流造成的系统崩溃问题，提高了系统的可靠性；

2)，充分利用了TDMA的工作方式的特点，把功放关闭期间的能量积累起来，并且在功放需要的时候释放出来，提高了PCMCIA接口电源的效率；

3)，与电源管理芯片充电技术相比，该方法具有限流值和输出电压可以根据系统的要求进行灵活调节，直到满足功放负载的要求特点；及

4)，按照本发明所涉及的方法，系统升级变得很方便，很容易地通过改变储能系统的电容容量和限流参数，输出电压值来满足新系统的需求，同时最大限度的降低了升级成本。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1是与本发明相关的一种工作系统示意图；

图2是本发明所提出的一种基于PCMCIA接口的功放供电方法的工作流程图；

图3是本发明所提出的一种基于PCMCIA接口的供电方法中涉及的功放负载在一帧周期内工作时间示意图。

具体实施方式

请参阅图1所示，是与本发明相关的一种工作系统示意图；其结构总体上由四部分构成：输入级电路110、电源变换系统120及储能系统130；该结构还可以包括输出级电路140。其中

输入级电路110和PCMCIA接口相连，PCMCIA接口通过输入级电路110供给电源变换系统120；输入级电路110包括欠压过压保护电路、软启动保护电路及一些必要的电源滤波电路。输入级电路110作用体现在如下几方面：

第一，将PCMCIA接口的供电引入电源变换系统120，在引入时进行必要的电压检测，如果电压过低，没有达到PCMCIA接口的标准电平值，则关断电源变换系统120，防止电源变换系统120非正常工作；

第二，该输入级电路110能够去除PCMCIA接口处的电源尖峰噪声，保护电源变换系统120和PCMCIA接口不被高压损坏，稳定工作电压；

第三，该输入级电路110能够限制在功放负载启动瞬间时，产生的过大电流，使电流缓慢增加，确保功放负载系统平稳启动。

因此，输入级电路110具有欠压保护和过压保护功能，能够有效保护PCMCIA接口和电源变换系统120。

电源变换系统120，将输入级电路110引入的输入电压按照功放系统的要求进行变换，产生最佳的工作输出电压，成为功放系统所需的电压值；同时电源变换系统120根据功放系统的要求设置必要的限流点，避免PCMCIA接口输出过大的电流；电源变换系统120对输入电流值按照功放突发模式下所需最大能量要求结合PCMCIA接口的供电标准进行限流参数设定，能够确保在功放负载工作在最佳状态，同时，输入级电路110的端口电压和电流在正常的范围内，从而保证整个系统的稳定性；电源变换系统120的另一个作用是给储能系统130存储能量。

储能系统130由一系列储能电容和滤波电容组成，该系统主要在功放负载工作于突发模式时，提供瞬时能量。

储能系统130和电源变换系统120相连，该储能系统130在功放负载工作期间和电源变换系统120共同为功放负载供电，在功放负载关闭期间，该储能系统130处于储能状态，其目的是为下一周期功放的工作做好准备工作；由于储能系统130的存在，极大地弥补了功放在突发模式工作的瞬间能量不足，使得电源变换系统120输出的电压不至于跌落至功放负载的正常工作范围外。

输出级电路140主要是对电源变换系统120和储能系统130来的电压进行滤波，限制尖峰噪声等处理后，送给后级的负载功放系统，保护电源变换系统120、储能系统130和功放负载。

请参阅图2所示，是本发明提出的一种基于PCMCIA接口的功放供电方法的工作流程图。该功放供电方法实现的步骤如下：

步骤210，上电，供电由PCMCIA接口给出；

步骤220，输入级电路对输入端电压的正常与否进行判断，如果输入端电压正常，则将该电压送给电源变换系统，由电源变换系统根据功放系统的工作要求，继续执行步骤231或步骤232；如果输入端电压不正常，则关断电源变换系统，重新上电，执行步骤210。

步骤231，电源变换系统根据功放系统的工作电流要求需进行限流参数的设置，设置限流点，以满足系统供电电流的要求；继续步骤2311；

步骤2311，根据功放负载的工作情况，判断供电电流是否满足系统要求，若满足，则执行步骤240、250；若不满足，则执行步骤231；

步骤232，电源变换系统根据功放系统的工作要求需进行输出电压的变换，则进行输出电压的设置，以满足系统供电电压的要求；继续步骤2321；

步骤2321，根据功放负载的工作情况，判断输出电压是否满足系统要求，若满足，则执行步骤240、250；若不满足，则执行步骤232；

步骤240，进行输出级保护；其中，该输出级电路主要用于通过吸收由于功放负载动态变化时引起的尖峰信号，以保护储能电容。

步骤250，判断功放是处于突发模式工作状态还是处于关闭状态，若处于突发模式工作状态，则电源变换系统和储能系统给功放负载供电；若处于关闭状态，电源变换系统给储能系统储存能量；

步骤260，重复步骤250，直至结束。

下面结合图2来详细说明一种基于PCMCIA接口的功放供电方法的具体实施。

首先，PCMCIA接口的供电通过图1中所示工作系统的输入级电路引入，该部分电路含比较器，能够对接口电压值进行比较判断，如果电压持续过低，比较器将输出一个电平值，施加到电源变换系统的使能端，使其处于关断状态，这样就避免了电源变换系统的非正常工作时间；如果引入的电压持续过高，同样，该电路也将关闭电源变换系统。该电路也包含软启动电路，在功放负载启动的瞬间，抑制电流过大，保证系统的启动电流平稳地变化，顺利启动。该部分电路将一直检测接口电压值，直到电压正常，才送给电源变换系统进行处理。

其次，电源变换系统是一个转换效率很高的转换器，它根据功放负载的要求将输入电压进行变换，调节反馈电阻，直到产生最佳的工作输出电压为止；另一方面，电源变换系统也对输入电流的最大值进行设置，结合PCMCIA接口的供电标准，以及功放负载突发模式工作瞬间所需的最大能量，电源变换器的效率，反复调节限流点，在保证功放最佳工作状态的同时，又不至于导致PCMCIA接口电压跌落过低，保证整个系统的稳定性。基于电源变换系统的两个工作参数：输出电压和限流点，电源变换系统在功放处于关闭状态时，给储能系统储存能量，确保功放处于工作状态时，储能系统能够给功放提供能量。

第三，给功放供电，当功放处于突发模式下的工作状态时，电源变换系统和储能系统将同时给功放供电，保证其瞬间所需的能量。当功放处于关闭状态时，电源变换系统将给储能系统存储能量。由于功放工作的周期性，整个过程将重复进行，直至工作结束。

请参阅图3所示，是本发明所提出的一种基于PCMCIA接口的供电方法中涉及的功放负载在一帧周期内工作时间示意图，下面结合图3来说明如何估算储能系统中的储能电容的容量，该图3中，100代表功放工作时间的长度Ton，101代表帧长，T为一帧周期时间。设PCMCIA接口电压为Vin，输入电流为I，电源变换器的变换效率为η，电源变换器输出电压为Vout，输出电流为Iout，功放的功率为W，效率为ξ，功放所需的峰值电流为Ipeak，储能电容的容量为C，存储的电荷量为Q，等效串联电阻为Rc，作如下的估算：

电源变换器输出电流： $\mathrm{Iout}=\frac{\mathrm{Vin}}{\mathrm{Vout}}\×I\×\mathrm{\η}$

功放所需的峰值电流： $\mathrm{Ipeak}=\frac{W}{\mathrm{Vout}}\×\mathrm{\ξ}$

电容上需要存储的最少电荷：Q＝(Ipeak-Iout)×Ton

由于电容放电过程中，输出电压缓慢下降，电容储存的电荷也在减少，为了便于估算，需要计算电压的跌落值，理想情况下，按照输出电压跌落到输入电压值进行估算。

储能电容的容量： $C=\frac{\mathrm{\ΔQ}}{\mathrm{\ΔU}}=\frac{Q}{(\mathrm{Vout}-\mathrm{Vin})}$

给电容充电的串联电阻： $\mathrm{Rc}=\frac{\mathrm{\ΔT}}{C}=\frac{(T-\mathrm{Ton})}{C}$

上面的公式对于储能电容的选择提供了理论依据，由于是估算考虑一些较理想的因素，实际使用中由于受PCB(Print Circuit Board，印刷电路板)布局走线的影响导致走线电阻改变，Rc越小越好，同时考虑电容长期满负荷下工作容易失效，另一方面，电容放电过程中电压是有跌落的，根据系统的要求，兼顾滤波，电压跌落小的因素，实际选择的电容应该比上述理论计算出的电容要大。

本发明提出的基于PCMCIA接口的功放供电方法，解决了基于PCMCIA接口的产品随着功耗的增大带来的供电不足的问题。同时，由于该方案中限流和输出电压值根据功放负载要求进行调整，确保负载能够工作在最佳的状态。本发明采用的限流措施，使系统在运行过程中更加稳定。且随着系统功能的扩充，而整个工作系统的硬件部分除了与限流参数和输出电压调整相关的电阻需要改变，储能系统中的储能电容需要根据理论估算来重新选择外，其它地方不需要做大的改动，既可以最低的成本完成系统升级，又很容易适应新系统的要求。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于PCMCIA接口的功放供电系统，适用于基于PCMCIA接口的具有TDMA工作方式并带有功放负载的功放系统，其特征在于，包括：一输入级电路、一电源变换系统及一储能系统，其中

所述输入级电路，用于从所述PCMCIA接口引入一输入电压至所述电源变换系统，并对所述输入电压是否正常进行判断，其包括一欠压过压保护电路，用于检测所述输入电压，并在所述输入电压过低或过高时，关闭所述电源变换系统，一软启动保护电路，用于在所述功放负载启动瞬间抑制电流过大；

所述电源变换系统，用于根据所述功放系统的工作要求进行所述输入电压的变换和限流参数的设置；并在所述功放负载处于关闭状态时，给所述储能系统储存能量；

所述储能系统，用于在所述功放负载处于突发模式工作状态时，与所述电源变换系统共同向所述功放负载供电。

2.根据权利要求1所述的功放供电系统，其特征在于，还包括一输出级电路，用于对所述电源变换系统、储能系统输出的电压进行滤波和/或去噪处理。

3.根据权利要求1或2所述的功放供电系统，其特征在于，所述输入级电路还包括一电源滤波电路，用于去除所述PCMCIA接口处的电源尖峰噪声。

4.根据权利要求1或2所述的功放供电系统，其特征在于，所述电源变换系统根据所述功放负载处于突发模式所需的最大能量要求并结合所述PCMCIA接口的供电标准进行所述限流参数的设置。

5.根据权利要求4所述的功放供电系统，其特征在于，所述电源变换系统还根据所述电源变换系统的效率进行所述限流参数的设置。

6.一种利用权利要求1所述功放供电系统实现基于PCMCIA接口的功放供电方法，其特征在于，包括：

步骤710，由PCMCIA接口给出输入电压，进行所述功放系统上电；

步骤720，输入级电路对所述输入电压是否正常进行判断，若正常，则将该输入电压送给电源变换系统，若所述输入电压不正常，则关断所述电源变换系统，返回步骤710；同时所述输入级电路在所述功放负载启动瞬间抑制电流过大；

步骤730，所述电源变换系统根据所述功放系统的工作要求进行所述输入电压的变换和限流参数的设置；

步骤740，当所述功放负载处于突发模式工作状态时，所述电源变换系统和储能系统共同向所述功放负载供电；当所述功放负载处于关闭状态时，所述电源变换系统给所述储能系统储存储能；及

步骤750，重复所述步骤740直至结束。

7.根据权利要求6所述的基于PCMCIA接口的功放供电方法，其特征在于，所述步骤730之后步骤740之前还包括：一判断所述输入电压经所述电源变换系统变换处理后输出的电压是否满足所述功放系统的工作要求的步骤；若不满足，继续所述步骤730。

8.根据权利要求6所述的基于PCMCIA接口的功放供电方法，其特征在于，所述步骤730之后步骤740之前还包括：一判断经限流参数设置处理后，所述电源变换系统输出的电流是否满足所述功放系统的工作要求的步骤；若不满足，继续所述步骤730。

9.根据权利要求6、7或8所述的基于PCMCIA接口的功放供电方法，其特征在于，在所述步骤730之后步骤740之前还包括：一判断所述功放负载是处于突发模式工作状态还是处于关闭状态的步骤。

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