CN102545333B - 一种红外热像仪的电源充电管理电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种红外热像仪的电源充电管理电路，包括电源分流模块、电流驱动模块、电池组、电源控制模块、温度控制系统和成像控制系统，所述电池组有两组，分别为电池组Ⅰ和电池组Ⅱ，所述电源分流模块具有三个输出端，第一输出端与电源控制模块连接，第二、第三输出端则分别通过一个电流驱动模块与电池组Ⅰ和电池组Ⅱ连接，电池组Ⅰ和电池组Ⅱ的输出端与电源控制模块连接，由电源控制模块控制温度控制系统和成像控制系统的供电。主要用于红外热像仪的电源充电管理。
Description
技术领域
本发明涉及一种红外手持电子设备的电源管理方案，属于电子技术领域，特别是非制冷手持红外设备电源技术领域。
背景技术
非制冷手持红外热像仪核心部件为非制冷红外焦平面阵列（UFPA），非制冷红外焦平面阵列（UFPA）属于第二代红外成像器件，它具有结构简单、工作稳定、噪声等效温差小、灵敏度高、不需制冷系统等优点。
非制冷红外焦平面阵列（UFPA）基于微测辐射热计原理，是利用红外辐射引起热敏像元温度上升，导致自身阻值变化，改变读出电压值，从而探测目标温度特性。因此，热敏像元的性能将直接影响非制冷红外焦平面的探测灵敏度，只有尽量使用非制冷红外焦平面阵列所有像元温度保持在均匀、恒定的温度下，才能从根本上提高非制冷红外焦平面的探测灵敏度，抑制由此引起的工作点漂移，所以要使测试系统的测试结构精确，温度控制就成了非制冷红外探测器必需的模块。
非制冷红外焦平面阵列（UFPA）的温度平面采用帕尔贴热电制冷器（TEC）模块。由于半导体致冷器是利用半导体材料的珀尔帖效应制成的。TEC的加热与致冷由通过它的电流方向和大小来决定。实际使用中，温度控制系统通常采用的方法是根据PID控制系统，使用开关电源驱动H桥电路，来改变通过TEC的电流达到加热与制冷的效应。但是由于TEC本身存在着温控“死区”，尽管TEC表面处在一个温差极小的平面，通过它的电流也是一直在进行着大小与方向的改变。
开关电源转换频率以及TEC电流控制的振荡都会给非制冷红外探测器带来的模拟噪声将大大影响红外探测器的模拟输出，加大了电路的RMS噪声。同时温度控制器，在初始阶段，将产生极大的电流（0.2A-3A），一方面有可能影响成像系统的电源供应，另一方面在电源保护上，若兼顾TEC电流则有可能对成像系统部分缺乏有效的保护，存在短路无保护的隐患。
发明内容
本发明的目的在于解决非制冷手持红外热像仪的电源降噪以及电源保护的问题。
本发明的技术方案为：一种红外热像仪的电源充电管理电路，包括电源分流模块、电流驱动模块、电池组、电源控制模块、温度控制系统和成像控制系统，所述电池组有两组，分别为电池组Ⅰ和电池组Ⅱ，所述电源分流模块具有三个输出端，第一输出端与电源控制模块连接，第二、第三输出端则分别通过一个电流驱动模块与电池组Ⅰ和电池组Ⅱ连接，电池组Ⅰ和电池组Ⅱ的输出端与电源控制模块连接，由电源控制模块控制温度控制系统和成像控制系统的供电，当第一输出端有电流时，电池组Ⅰ和电池组Ⅱ不输出电流；当第一输出端没有电流时：由电池组Ⅰ对成像控制系统供电，电池组Ⅱ对温度控制系统供电；温度控制系统不需供电时，电池组Ⅰ和电池组Ⅱ同时为成像控制系统供电。
进一步地，所述电池组Ⅰ和电池组Ⅱ之间设置有使电池组Ⅱ单向连通电池组Ⅰ的二极管。
进一步地，所述电池组Ⅰ和电池组Ⅱ上还连接状态控制模块。
进一步地，所述的状态控制模块为滞环比较器。
进一步地，所述电池组Ⅰ和电池组Ⅱ均为内部具有温度传感器的锂电池。
使用时，外接快速充电电源，分别给电流驱动模块IC1、IC2供电，通过IC1、IC2设置充电电流，对电池组I、电池组II进行充电。根据系统使用的电池设置充电电流，且带有锂电池内部温度传感器，保证电池安全。在无外接充电电源的情况下，IC1，IC2不工作，减少系统消耗。为了避免两电池组出现高低电平，产生电池内消耗，两电池组间做了隔离效应。
电源控制模块的工作原理为：正常情况下，电池组I给成像控制系统供电，电池组II给温度控制系统供电，当温度控制系统在进行温控调整的时候，电池组II的输出电压明显低于电池组I，保证了电池组II的输出振荡不会带入成像控制系统。在温度控制系统稳定后，电池组I、电池组II输出电平一致，允许电池组II与电池组I同是给成像控制系统进行供电，但是电池组I始终只给成像控制系统进行供电，保证了成像控制系统的低噪声，高稳定性，又能加大设备储备电量，加强整个系统续航能力。电池电量低时，插上充电器，直接给整个系统供电，同时，通过分流模块分别给两个电池组充电。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明采用组合电池组的方式控制不同部分系统的电源供应。在非制冷手持红外热像仪中，区别地对温度控制系统和成像控制系统供电，并且能够保证不同功耗模块的保护。在系统方面，能够将温度控制系统给成像系统带来的噪声降到最小，同时对电池组能够进行统一充放电，不会造成不同电池组寿命的不一致，也完成了系统对电源模块的统一控制。
附图说明
图1是电源管理方案框架图；
图2是滞环比较器电路图；
图3是滞环比较器工作状态图；
图4是电源上电控制图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
一种红外热像仪的电源充电管理电路，包括电源分流模块、电流驱动模块、电池组、电源控制模块、温度控制系统和成像控制系统，所述电池组有两组，分别为电池组Ⅰ和电池组Ⅱ，所述电源分流模块具有三个输出端，第一输出端与电源控制模块连接，第二、第三输出端则分别通过一个电流驱动模块与电池组Ⅰ和电池组Ⅱ连接，电池组Ⅰ和电池组Ⅱ的输出端与电源控制模块连接，由电源控制模块控制温度控制系统和成像控制系统的供电，当第一输出端有电流时，电池组Ⅰ和电池组Ⅱ不输出电流；当第一输出端没有电流时：由电池组Ⅰ对成像控制系统供电，电池组Ⅱ对温度控制系统供电；温度控制系统不需供电时，电池组Ⅰ和电池组Ⅱ同时为成像控制系统供电。
图1是本方案的框架图。一般的手持设备包括充电部分、电池组、统一用电系统，并没有特别的要求，但是作为非制冷手持红外设备来说，它的温度控制模块与其他用电模块式可以分离的。而且同用电模式来说，非制冷红外探测器的温度控制模式均是要通过开关电源的模式来使TEC保持在一个极小的温度波动范围内。同时，在温度控制器初始工作阶段，TEC电流范围为0.2A~3A，这个过程将对其他低功耗用电系统产生极大的影响，甚至会损坏低功耗元件。本方案通过优化电源模块分离的模式来完成温控模块与其他模块的用电。如图1所示，方案包括两组电池组，并采用分别充电的模式来保证各电池组充分充电。两电池组通过电源控制模块完成分路限流保护，电池组I只给低功耗的主系统供电，电池组II在TEC进入温度稳定后，同时给TEC和主系统供电，达到电池组统一放电，不会出现个别损耗的问题。而两电池组是通过统一的状态控制模块来指示电池电量，电池充电状态或充电完成。
图2是双电池组中充电状态或充电完成的状态控制模块控制器。该控制器是由滞环比较器来完成，通过比较两电池组电量是否低于基准电压来判断两电池组是满电量、低电量、充电中、充电完成。电池满电量电压是8.4V，低电量状态是7.2V（充电电池型号为两节三洋18650锂电池），通过系统取一基准源为3.15V，无论电池处于高电量还是低电量状态均能保证基准源的精准输出。电池组的最高电量通过电阻网络完成分压输入滞环比较器，在无外接电源的情况下，当电池组电量由高向低至低于7.2V时，滞环比较器输出由低变高，指示电量不足；在有外接电源的情况下，当电池电量由低向高增加在达到8.4V前，滞环比较器保持高输出，当电池组电量大于8.4V时，滞环比较器输出由高跳低并一直保持低直到不接外接电源。
图3为本方案中滞环比较器的工作示意图。在外接电源的前提下，滞环比较器的工作方式为虚线箭头向右的工作曲线，即当电池电量为充满，滞环比较器一直输出高，一旦电池电量充满，滞环比较器输出低，并保持；在无外接电源的情况下，滞环比较器的工作方式是沿虚线箭头向左的工作曲线，在电池电量未降到7.2V前，滞环比较器一直输出低，一旦电池电量低于7.2V，滞环比较器输出变高。
图4为本方案的电源控制模块的工作示意图。两电池组间使用二极管的单向导通性防止电池组内消耗。在电池组II输出端单向连通电池组I，当TEC进行温度调节时，电池组II出现压降，电池组I保持平稳电压状态，从而避免电池组II的开关噪声进入成像控制系统。在温度控制进入平稳状态好，电池组II经过滤波单向导通与电池组I向成像控制系统供电，使电池组电量统一消耗。本方案中另外一个特点就是对TEC温度控制模块的控制，在系统达到热平衡的状态下，可以切断TEC供电系统，达到低噪控制。具体实现方式是，初始默认控制信号为低，开关打上路则上电即带温度控制器，控制信号与开关则做双线控制。
Claims (2)
1.一种红外热像仪的电源充电管理电路，包括电源分流模块、电流驱动模块、电池组、电源控制模块、温度控制系统和成像控制系统，其特征在于：所述电池组有两组，分别为电池组Ⅰ和电池组Ⅱ，所述电源分流模块具有三个输出端，第一输出端与电源控制模块连接，第二、第三输出端则分别通过一个电流驱动模块与电池组Ⅰ和电池组Ⅱ连接，电池组Ⅰ和电池组Ⅱ的输出端与电源控制模块连接，由电源控制模块控制温度控制系统和成像控制系统的供电，当第一输出端有电流时，电池组Ⅰ和电池组Ⅱ不输出电流；当第一输出端没有电流时：由电池组Ⅰ对成像控制系统供电，电池组Ⅱ对温度控制系统供电；温度控制系统不需供电时，电池组Ⅰ和电池组Ⅱ同时为成像控制系统供电；所述电池组Ⅰ和电池组Ⅱ之间设置有使电池组Ⅱ单向连通电池组Ⅰ的二极管。
2.根据权利要求1所述的红外热像仪的电源充电管理电路，其特征在于：所述电池组Ⅰ和电池组Ⅱ上还连接有滞环比较器。
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