CN104393629B - 一种数字示波表的智能电源管理电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种数字示波表的智能电源管理电路，包括220V交流电压作为数字示波表智能电源管理电路的输入，3.3V、5V、12V、1V的四路直流电压作为整个系统的输出；所述电源适配器，用于将外部输入的220V的交流电变成19V的直流电压；所述充电管理电路，19V的直流电压为输入端，与电源适配器的输出相连，BAT为输入端，与电池的BAT相连，用于电池的充放电管理控制。采用上述方案采用上述方案具有以下优点：1)集成化程度高，有利于整机的小型化设计；2)转换效率高，选用低失真、高转换率的芯片，电能损耗小，在电池容量不变的情况下，提高整机的工作时间；3)充电时间快，最大充电电流达到2A，可实现数字示波表的快速充电。

Description

一种数字示波表的智能电源管理电路
技术领域
本发明属于测试技术领域，尤其涉及的是一种数字示波表的智能电源管理电路。
背景技术
电源管理电路作为数字示波表的重要组成部分，主要为数字示波表的功能电路提供所需的各种电源。为了数字示波表能在停电或外出时使用，电源管理电路必须具有电池供电电路和充电管理电路。当检测到适配器接入时，适配器对整个数字示波表的功能电路进行供电，同时检测电池的电量，若电池电量未满，则充电电路开始工作，对电池充电，直到电池电压下降到预定设计值。当未检测到适配器接入时，电池对整个数字示波表的功能电路供电，直到电池的电量全部用完。
国内现有的数字示波表的电源管理电路多数采用分离器件的方式实现，集成化程度不高，一般由电源适配器、保护隔离电路、充电管理电路、电池、待机与开机电路、系统功能供电电路等组成，系统框图下图1所示。
数字示波表的供电结构图中各部分作用如下所述。
1.电源适配器110，电源适配器110的作用是“降压”，它将外部输入的220V的交流电变成19伏的直流电。
2.保护隔离电路111，保护隔离电路111的组件比较少，一般由保险管、滤波电容、二极管和场效应管组成。保护隔离电路111是电流的安全运输通道。电流在输送的过程中需要一定的保护措施，保护隔离电路具有保护和隔离两大作用。
3.充电管理电路117，充电管理电路117主要由充电管理芯片MAX1645图中标号为112、供电场效应管P1/P2图中标号为116及115、充电场效应管N1/N2图中标号为124及114、CPU电路113、电阻、电容及电感等电路组成。当充电管理电路117检测到电源适配器110接入时，电源适配器110对整个数字示波表的功能电路进行供电，同时CPU电路113监控电池118的电量，若电池118电量未满，则充电管理电路117开始工作，对电池118充电，直到电池118电压下降到预定设计值。当未检测到电源适配器110接入时，电池118对整个数字示波表的功能电路供电，直到电池的电量全部用完。
4.电池118，为了数字示波表能在停电或外出时使用，电源管理电路122必须具有电池118供电电路。CPU电路113通过SMB总线对电池118的电量进行实时的监控与显示，并将数字示波表系统供电的状态进行直观的显示。
5.待机与开机电路119，待机电路120是通过待机芯片将主供电降压成3.3V的直流电压，该电压在没有开机的时候就具有的，它为开机电路121提供电源。此电压不正常，数字示波表不能开机。开机电路121的电源供应是由待机电路120提供，当按下开机键，触发开机电路121，输出各种开机控制信号，送到各芯片及系统单元电路，各单元电路开始工作，开机电路121出现故障也会造成不能开机，开机电路121采用单片机来实现。
6.系统功能供电电路123，系统功能供电电路123输出3.3V、5V、12V、1V的4路直流电源，为风扇、液晶、示波表模块、CPU电路113等提供稳定的电源。系统功能供电电路123采用DC/DC转换芯片LT1765来实现。
国内现有的数字示波表的充电管理电路多数采用分离器件的方式实现，一般由MAX1645、供电场效应管、充电场效应管及外围的电阻、电容、电感网络组成，集成化程度不高，电路布局占用面积大，不利于数字示波表的小型化设计；同时所采用的开关电源为LT1765，该芯片为单路的DC/DC转换芯片，外围需配合电感及场效应管的电路来实现电源的转换，转换效率比较低，许多电能浪费在电源转换芯片上，不利于锂电池的长时间供电。
因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种数字示波表的智能电源管理电路。
本发明的技术方案如下：
一种数字示波表的智能电源管理电路，其中，包括电源适配器、充电管理电路、电池、待机与开机电路、系统功能供电电路五个部分；220V交流电压作为数字示波表智能电源管理电路的输入，3.3V、5V、12V、1V的四路直流电压作为整个系统的输出；所述电源适配器，用于将外部输入的220V的交流电变成19V的直流电压；所述充电管理电路，19V的直流电压为输入端，与电源适配器的输出相连，BAT为输入端，与电池的BAT相连，用于电池的充放电管理控制；所述电池，用于数字示波表在停电或外出时使用；所述待机与开机电路，用于示波表的待机和开机的管理控制；所述系统功能供电电路，用于降压产生3.3V、5V、12V、1V四种直流电压。
所述的数字示波表的智能电源管理电路，其中，所述电源适配器型号为PA-1650，输入电压范围为100V-240V、频率为50-60Hz，输出电压为19V、输出电流为3.42A。
所述的数字示波表的智能电源管理电路，其中，所述充电管理电路由充电管理芯片、低失真电源控制器、供电场效应管和CPU电路组成；所述充电管理芯片用于电池的充电管理控制，当电池电量未满时，该充电管理芯片控制电源适配器往电池充电；所述低失真电源控制器用于供电场效应管的导通与关闭的控制；所述供电场效应管用于电源适配器或电池供电的选择；所述CPU电路用于电池电量的回读显示；SYS_EN是该模块的输入端，与待机与开机电路的SYS_EN相连；CLK和DAT是该模块的输出端，与电池的CLK和DAT相连；Vsb是该模块的输出端，与待机和开机电路的Vsb相连。
所述的数字示波表的智能电源管理电路，其中，所述充电管理芯片为高集成电池充电管理器LTM8062A，内部集成了反向电压保护电路、电压比较电路、电池充电控制器、电压输出开关电路，提供最大2A的充电电流；所述电压输出开关电路由低失真电源控制器、P沟道MOSFET功率管组成，用于适配器和电池供电的开关切换，当CPU电路的GPIO管脚检测到有适配器插入时，充电管理电路的输出Vsb为电源适配器的19V输出电压，当CPU电路的GPIO管脚未检测到有电源适配器插入时，充电管理电路的输出Vsb为电池的14.8V输出电压。CPU电路的CLK和DAT为SMBus总线的时钟和数据线，通信协议符合SMBus1.1规范要求，用于监控电池的电量，若电池电量未满，则充电电路开始工作，对电池充电，直到电池电压达到预定设计值。
所述的数字示波表的智能电源管理电路，其中，所述电池为锂电池的型号为6417LB-1191，该锂电池标称电压14.8V、额定容量4400mAh，CPU电路通过SMBus总线对电池的电量进行实时的监控与显示，并将数字示波表系统供电的状态进行直观的显示。
所述的数字示波表的智能电源管理电路，其中，所述待机与开机电路由待机电源转换芯片、开机控制单片机、开机键、供电场效应管组成；Vsb为该模块的输入，与充电管理电路的输出相连；Vsys为该模块的输出，与系统功能供电电路的输入相连；SYS_EN为该模块的输出，与充电管理电路的SYS_EN的输入相连；待机电源转换芯片将待机电压Vsb降压成3.3V的直流电压，为开机控制单片机提供电源；当按下开机键，触发开机电路，通过GP4输出开机控制信号SYS_EN，当充电管理电路的CPU电路接收到该信号时，CPU的系统开始运行；通过GP2脚输出开机控制信号Vsys_EN，当供电场效应管N8接收到该使能信号时，输出Vsys，作为系统功能供电电路的电源输入。
所述的数字示波表的智能电源管理电路，其中，所述系统功能供电电路为的高集成度的DC/DC变换器LTM4644，一片DC/DC变换器即可输出4路4A的直流电压，每路电压依次为3.3V、5V、12V、1V；Vsys为该模块的输入信号，与待机和开机电路的输出相连，3.3V、5V、12V、1V为该模块的输出信号，送往外部，用于为外部连接的模块或设备提供稳定的电源。
采用上述方案具有以下优点：1)集成化程度高，有利于整机的小型化设计；2)转换效率高，选用低失真、高转换率的芯片，电能损耗小，在电池容量不变的情况下，提高整机的工作时间；3)充电时间快，最大充电电流达到2A，可实现数字示波表的快速充电。
附图说明
图1为现有技术中数字示波表电源管理电路图。
图2为本发明数字示波器隔离通道原理框图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
实施例1
本发明提出的数字示波表的智能管理电路由电源适配器、充电管理电路、电池、待机与开机电路、系统功能供电电路5部分组成,其电路原理框图如图2所示。
220V交流电压作为数字示波表智能电源管理电路的输入，3.3V、5V、12V、1V的四路直流电压作为整个系统的输出。数字示波表智能电源管理电路中各部分关系如下所述。
所述电源适配器，用于将外部输入的220V的交流电变成19V的直流电压；所述充电管理电路，19V的直流电压为输入端，与电源适配器的输出相连，BAT为输入端，与电池的BAT相连，用于电池的充放电管理控制；所述电池，用于数字示波表在停电或外出时使用；所述待机与开机电路，用于示波表的待机和开机的管理控制；所述系统功能供电电路，用于降压产生3.3V、5V、12V、1V四种直流电压。
方案中，电源适配器220的作用是“降压”，它将外部输入的220V的交流电变成19伏的直流电压，选用的电源适配器220型号为PA-1650，该电源适配器220输入电压范围100V-240V、频率50-60Hz，输出电压19V、输出电流3.42A。方案中，充电管理电路222由充电管理芯片LTM8062AN1、低失真电源控制器LTC4412N2、供电场效应管FDMC6679AZN3/N4和CPU电路224组成。所述充电管理芯片用于电池的充电管理控制，当电池电量未满时，该充电管理芯片控制电源适配器往电池充电；所述低失真电源控制器用于供电场效应管的导通与关闭的控制；所述供电场效应管用于电源适配器或电池供电的选择；所述CPU电路用于电池电量的回读显示；19V是该模块的输入端，与电源适配器220的输出相连；BAT是该模块的输入端，与电池的BAT相连；SYS_EN是该模块的输入端，与待机与开机电路的SYS_EN相连；CLK和DAT是该模块的输出端，与电池的CLK和DAT相连；Vsb是该模块的输出端，与待机和开机电路的Vsb相连。充电管理芯片采用凌特公司高集成电池充电管理器LTM8062A，其内部集成了反向电压保护电路、电压比较电路、电池充电控制器、电压输出开关电路等，可提供最大2A的充电电流。开关控制电路由低失真电源控制器LTC4412N2、P沟道MOSFET功率管FDMC6679N4组成，用于电源适配器220和电池供电的开关切换，当CPU电路224的GPIO管脚检测到有电源适配器220插入时，充电管理电路222的输出Vsb为电源适配器220的19V输出电压，当CPU电路224的GPIO管脚未检测到有电源适配器220插入时，充电管理电路222的输出Vsb为电池的14.8V输出电压。CPU电路224的CLK和DAT为SMBus总线的时钟和数据线，通信协议符合SMBus1.1规范要求，用于监控电池的电量，若电池电量未满，则充电管理电路222开始工作，对电池221充电，直到电池221电压达到预定设计值。
方案中，电池主要为了数字示波表能在停电或外出时使用，选用锂电池的型号为6417LB-1191，该锂电池标称电压14.8V、额定容量4400mAh。CPU电路224通过SMBus总线对电池的电量进行实时的监控与显示，并将数字示波表系统供电的状态进行直观的显示。
方案中，待机与开机电路228由待机电源转换芯片MAX1616TN5、开机控制单片机PIC12F508N6、开机键N7、开机键、供电场效应管FDMC6679AZN8组成。Vsb为该模块的输入，与充电管理电路222的输出相连；Vsys为该模块的输出，与系统功能供电电路的输入相连；SYS_EN为该模块的输出，与充电管理电路的SYS_EN的输入相连。待机电源转换芯片MAX1616T将待机电压Vsb降压成3.3V的直流电压，该3.3V电压在没有开机的时候就具有的，它为开机控制单片机PIC12F508提供电源，此电压不正常，数字示波表不能开机。当按下开机键N7，触发开机电路，通过GP4输出开机控制信号SYS_EN，当充电管理电路的CPU电路接收到该信号时，CPU电路开始运行；通过GP2脚输出开机控制信号Vsys_EN，当供电场效应管N8接收到该使能信号时，输出Vsys，作为系统功能供电电路的电源输入。开机电路出现故障也会造成不能开机。
方案中，系统功能供电电路采用凌特公司的高集成度的DC/DC变换器LTM4644图中标号为N9，一片DC/DC变换器即可输出4路4A的直流电压，每路电压依次为3.3V、5V、12V、1V。Vsys为该模块的输入信号，与待机和开机电路的输出相连，3.3V、5V、12V、1V为该模块的输出信号，送往整个智能电源管理电路的外部，用于数字示波表的功能电路的供电，为风扇、液晶、示波表模块、CPU电路等提供稳定的电源。
采用上述方案具有以下优点：1)集成化程度高，有利于整机的小型化设计；2)转换效率高，选用低失真、高转换率的芯片，电能损耗小，在电池容量不变的情况下，提高整机的工作时间；3)充电时间快，最大充电电流达到2A，可实现数字示波表的快速充电。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种数字示波表的智能电源管理电路，包括电源适配器、充电管理电路、电池、待机与开机电路、系统功能供电电路五个部分；220V交流电压作为数字示波表智能电源管理电路的输入，3.3V、5V、12V、1V的四路直流电压作为整个系统的输出；所述电源适配器，用于将外部输入的220V的交流电变成19V的直流电压；所述充电管理电路，19V的直流电压为输入端，与电源适配器的输出相连，BAT为输入端，与电池的BAT相连，用于电池的充放电管理控制；所述电池，用于数字示波表在停电或外出时使用；所述待机与开机电路，用于示波表的待机和开机的管理控制；所述系统功能供电电路，用于降压产生3.3V、5V、12V、1V四种直流电压,其特征在于，所述充电管理电路由充电管理芯片、低失真电源控制器、供电场效应管和CPU电路组成；所述充电管理芯片用于电池的充电管理控制，当电池电量未满时，该充电管理芯片控制电源适配器往电池充电；所述低失真电源控制器用于供电场效应管的导通与关闭的控制；所述供电场效应管用于电源适配器或电池供电的选择；所述CPU电路用于电池电量的回读显示；SYS_EN是充电管理电路的输入端，与待机与开机电路的SYS_EN相连；CLK和DAT是充电管理电路的输出端，与电池的CLK和DAT相连；Vsb是充电管理电路的输出端，与待机和开机电路的Vsb相连。
2.如权利要求1所述的数字示波表的智能电源管理电路，其特征在于，所述电源适配器型号为PA-1650，输入电压范围为100V-240V、频率为50-60Hz，输出电压为19V、输出电流为3.42A。
3.如权利要求1所述的数字示波表的智能电源管理电路，其特征在于，所述充电管理芯片为高集成电池充电管理器LTM8062A，内部集成了反向电压保护电路、电压比较电路、电池充电控制器、电压输出开关电路，提供最大2A的 充电电流；所述电压输出开关电路由低失真电源控制器、P沟道MOSFET功率管组成，用于适配器和电池供电的开关切换，当CPU电路的GPIO管脚检测到有适配器插入时，充电管理电路的输出Vsb为电源适配器的19V输出电压，当CPU电路的GPIO管脚未检测到有电源适配器插入时，充电管理电路的输出Vsb为电池的14.8V输出电压；CPU电路的CLK和DAT为SMBus总线的时钟和数据线，通信协议符合SMBus1.1规范要求，用于监控电池的电量，若电池电量未满，则充电电路开始工作，对电池充电，直到电池电压达到预定设计值。
4.如权利要求1所述的数字示波表的智能电源管理电路，其特征在于，所述电池为锂电池的型号为6417LB-1191，该锂电池标称电压14.8V、额定容量4400mAh，CPU电路通过SMBus总线对电池的电量进行实时的监控与显示，并将数字示波表系统供电的状态进行直观的显示。
5.如权利要求1所述的数字示波表的智能电源管理电路，其特征在于，所述待机与开机电路由待机电源转换芯片、开机控制单片机、开机键、供电场效应管组成；Vsb为待机与开机电路的输入，与充电管理电路的输出相连；Vsys为待机与开机电路的输出，与系统功能供电电路的输入相连；SYS_EN为待机与开机电路的输出，与充电管理电路的SYS_EN的输入相连；待机电源转换芯片将待机电压Vsb降压成3.3V的直流电压，为开机控制单片机提供电源；当按下开机键，触发开机电路，通过GP4输出开机控制信号SYS_EN，当充电管理电路的CPU电路接收到开机控制信号SYS_EN时，CPU的系统开始运行；通过GP2脚输出开机控制信号Vsys_EN，当供电场效应管N8接收到开机控制信号Vsys_EN时，输出Vsys，作为系统功能供电电路的电源输入。
6.如权利要求1所述的数字示波表的智能电源管理电路，其特征在于，所述系 统功能供电电路为的高集成度的DC/DC变换器LTM4644，一片DC/DC变换器即可输出4路4A的直流电压，每路电压依次为3.3V、5V、12V、1V；Vsys为系统功能供电电路的输入信号，与待机和开机电路的输出相连，3.3V、5V、12V、1V为系统功能供电电路的输出信号，送往外部，用于为外部连接的模块或设备提供稳定的电源。
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