CN112271343A - 一种tbox中备用电池的省电模块及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种TBOX中备用电池的省电模块及方法，通过所述省电模块减少了TBOX及类似TBOX电子产品，在存放或运输过程中的电池损耗，延长备用电池的使用寿命，减少了备用电池的容量，降低了电池的维护及返修成本。

Description

一种TBOX中备用电池的省电模块及方法
技术领域
本发明涉及电子领域，具体涉及一种TBOX中备用电池的省电模块及方法。
背景技术
Tbox及类似于Tbox的电子设备产品，有备用电池、必须外接线束才能使用的电子设备产品，任何使用此电路及其使用方式作为省电方式的电子设备产品，在仓库存放或者运输的过程中，存在备用电池电量耗尽导致备用电池形成过放保护或者后续使用不良的情况，目前行业内采用的解决方式，不能从根本上解决电池耗损、馈电带来的产品不良率偏高的问题。
目前电子设备备用电池馈电的解决方案为：
1.不加任何控制，在整机系统中做低功耗处理(3mA@12V)，缺点是：存在电池需要给整机供电的情况，有时候低功耗做的不好，在仓库堆放或海运时间超过一个月，电池电量就会被消耗完，导致需要激活备用电池或者备用电池损坏的情况发生；
2.采用开关控制，在备用电池和主板之间增加开关，存放或运输时(在使用之前)断开开关，在客户使用时打开开关；缺点是结构难以设计、结构防护等级低，开关中的弹片较轻薄，持续大电流的情况下，容易损坏，且客户使用不方便，需提前进行说明。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供一种TBOX中备用电池的省电模块及方法，减少在存放或运输过程中的电池损耗，延长备用电池的使用寿命，备用电池的容量可以相对减少，且降低电池维护及返修成本。
本发明公开一种TBOX中备用电池的省电模块，所述模块包括第一电源VCC_EXTERNAL，与第一电源VCC_EXTERNAL连接的二极管D1,所述模块还包括第二电源VCC_BATTARY，与第二电源VCC_BATTARY连接的二极管D2，与二极管D1和二极管D2连接的MOS管Q1，与MOS管Q1连接的电阻R1,与电阻R1连接的电阻R2，所述电阻R2与使能端EN及电容C1连接；
所述模块还包括第三电源VCC_SYSTEM，所述第三电源VCC_SYSTEM连接MOS管Q1后与电容C2连接。
在上述技术方案中，MOS管Q1的源极S连接二极管D1和二极管D2，MOS管Q1的栅极G连接电阻R1，MOS管Q1的漏极D连接第三电源VCC_SYSTEM。
在上述技术方案中，所述第一电源VCC_EXTERNAL为TBOX外部输入主电源，通过TBOX内部电源模块DC-DC转换后的电源，所述第二电源VCC_BATTARY为TB OX内部备用电池供电电源。
在上述技术方案中，所述第一电源VCC_EXTERNAL与所述第二电源VCC_BAT TARY通过二极管D1和二极管D2隔断，两个电源互不影响。
在上述技术方案中，所述第三电源VCC_SYSTEM通过所述MOS管Q1控制通断，选择转换所述第一电源VCC_EXTERNAL或所述第二电源VCC_BATTARY为TBOX主电路供电。
在上述技术方案中，所述MOS管Q1的开启电压为Vth，Vgs＞Vth时，MOS管导通，Vgs＜Vth时，MOS管不导通，其中，Vgs为栅源电压。
在上述技术方案中，所述使能端EN与TBOX主连接器中GND端连接。
本发明还公开一种TBOX中备用电池的省电方法，所述方法包括以下步骤：
1)TBOX在运输过程中，所述第一电源VCC_EXTERNAL未与外部电源连接，所述TBOX通过第二电源VCC_BATTARY供电，根据第二电源VCC_BATTARY供电电压，调整电阻R1和电阻R2的值，控制MOS管Q1的栅源电压＜Vth，此时MOS管不导通，第三电源VCC_SYSTEM无电压输出，TBOX主电路电流消耗为零，因此，第二电源VCC_BATTARY无消耗；
2)TBOX在工作中，所述第一电源VCC_EXTERNAL与外部电源连接，外部电源未输入或中断供电时，所述第一电源VCC_EXTERNAL为0V，使能端EN与TBOX主电路中GND连接，调整电阻R1和电阻R2的值，控制MOS管Q1的栅源电压Vgs＞V th，此时MOS管Q1导通，第三电源VCC_SYSTEM转换第二电源VCC_BATTARY为T BOX主电路供电。
3)TBOX在工作中，所述第一电源VCC_EXTERNAL与外部电源连接，第二电源V CC_BATTARY低电压或未接入时，使能端EN与TBOX主电路中GND连接，调整电阻R1和电阻R2的值，控制MOS管Q1的栅源电压Vgs＞Vth，此时MOS管Q1导通，第三电源VCC_SYSTEM转换第一电源VCC_EXTERNAL为TBOX主电路供电。
4)TBOX在工作中时，所述第一电源VCC_EXTERNAL与外部电源连接，第二电源VCC_BATTARY稳定输入时，使能端EN与TBOX主电路中GND连接调整电阻R1和电阻R2的值，控制MOS管Q1的栅源电压Vgs＞Vth，此时MOS管Q1导通，第三电源VCC_SYSTEM转换第一电源VCC_EXTERNAL为TBOX主电路供电，第二电源VC C_BATTARY无消耗。
在上述技术方案中，所述第一电源VCC_EXTERNAL与第二电源VCC_BATTARY同时接入时，所述第一电源VCC_EXTERNAL电压比第二电源VCC_BATTARY电压大，不会消耗第二电源VCC_BATTARY
本发明一种TBOX中备用电池的省电模块及方法，具有以下有益效果：相对于不使用任何控制方式1.减少在存放或运输过程中的电池损耗；2.延长备用电池的使用寿命；3.备用电池的容量可以相对减少；4.降低电池维护及返修成本。相对于使用开关控制方式1.不用单独预留开关使用空间，简化结构设计；
2.结构防护级别可以做到更高；3.成本更加低廉；4.实施方式相对简单，无需额外向客户说明。
附图说明
图1为本发明一种TBOX中备用电池的省电模块电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
本发明公开一种TBOX中备用电池的省电模块，所述模块包括第一电源VCC_EXTERNAL，与第一电源VCC_EXTERNAL连接的二极管D1,所述模块还包括第二电源VCC_BATTARY，与第二电源VCC_BATTARY连接的二极管D2，与二极管D1和二极管D2连接的MOS管Q1，与MOS管Q1连接的电阻R1,与电阻R1连接的电阻R2，所述电阻R2与使能端EN及电容C1连接；
所述模块还包括第三电源VCC_SYSTEM，所述第三电源VCC_SYSTEM连接MOS管Q1后与电容C2连接。
其中，所述第一电源VCC_EXTERNAL为TBOX外部主电源供电，通过TBOX内部电源模块DC-DC转换后的电源，电压范围3.8V～4.3V，所述第二电源VCC_BA TTARY为TBOX内部备用电池供电电源，电压范围3.0V～4.2V。
其中，MOS管Q1的源极S连接二极管D1和二极管D2，MOS管Q1的栅极G连接电阻R1，MOS管Q1的漏极D连接第三电源VCC_SYSTEM。
其中，所述第一电源VCC_EXTERNAL与所述第二电源VCC_BATTARY通过二极管D1和二极管D2隔断，两个电源互不影响。
具体的，二极管D1、D2型号为S2A，品牌为ON，关键参数为VRRM＝50V、IF＝2A、IR＝1uA，二极管的作用为防电压反灌，将VCC_EXTERNAL和VCC_BATTARY两种供电电源相互隔离开，都能给VCC_SYSTEM提供电源，且相互独立，互不影响。
其中，所述第三电源VCC_SYSTEM通过所述MOS管Q1控制通断，选择转换所述第一电源VCC_EXTERNAL或所述第二电源VCC_BATTARY为TBOX主电路供电。
其中，所述MOS管Q1的开启电压为Vth，Vgs＞Vth时，MOS管导通，Vgs＜Vth时，MOS管不导通，其中，VgsMOS管Q1的为栅源电压。
具体的，MOS管Q1型号为NTGS3443T1G，品牌为ON，关键参数为VDSS＝-20V、ID＝-3.7A、VGS(Min)＝-0.6V、IGS＝0.1uA、IDS＝1uA，作用为高边开关，控制电源的通断，由VGS的电压来决定MOS管的导通和断开，VGS<-0.6V时MOS管导通，VGS>-0.6V时MOS管断开。
其中，所述使能端EN与TBOX主连接器中GND端连接。
具体的，无论何种模式，只有EN为低电平(<0.7V)时，VCC_SYSTEM才有输出；EN的控制方式为：外部主连接器的线束，接EN的接头和GND相连接，插上线束EN为低电平(<0.7V)，不插线束时为高电平(>2.7V)。
具体的，电阻R1，型号为RC0402FR-07100K，品牌为YAGEO，关键参数为0402封装、1/16W功率、1％精度、100K阻值，作用为上拉电阻，给VG一个稳定的状态，在EN管脚悬空时，此电压和VS相同，即VG＝VS，此时VGS＝VG-VS＝0>-0.6V，MOS管关断
电阻R2，型号为RC0402FR-071KL，品牌为YAGEO，关键参数为0402封装、1/16W功率、1％精度、1K阻值，作用为限流电阻，连接至EN管脚，当EN和GND短接时(正常使用情况)VGS<-0.6V，此时MOS导通；当EN和电源短接(异常使用情况)，限制IG电流，保护MOS管；
电容C1，型号为CC0402JRNPO9BN101，品牌为YAGEO，关键参数为0402封装、50V耐压、NPO类型、100pF容值，作用为静电防护，防止EN管脚在外部接入时引入静电，导致MOS管或二极管损坏；
电容C2，型号为CC0603KRX7R8BB105，品牌为YAGEO，关键参数为0603封装、25V耐压、X7R类型、1uF容值，作用为旁路电路，给VCC_SYSTEM提供滤波作用，防止VCC_SYSTEM电压突变。
本发明还公开一种TBOX中备用电池的省电方法，所述方法包括以下步骤：
1)TTBOX在运输过程中，所述第一电源VCC_EXTERNAL未与外部电源连接，所述TBOX通过第二电源VCC_BATTARY供电，根据第二电源VCC_BATTARY供电电压，调整电阻R1和电阻R2的值，控制MOS管Q1的栅源电压Vgs＜Vth，此时M OS管不导通，第三电源VCC_SYSTEM无电压输出，TBOX主电路电流消耗为零，因此，第二电源VCC_BATTARY无消耗；
具体的，VCC_BATTARY＝4.2V(外部主电源空接，VCC_EXTERNAL＝0)，此时设备未接线束(电子设备和线束分开运输)；经过二极管D2和上拉电阻R1压降0.3V，Vs＝Vg＝3.9V，Vgs＝0V，根据P型MOS管NTGS3443T1G的特性要求,Vgs最小的开启电压为-0.6V，此时P型MOS管不导通，VCC_SYSTEM无电压输出，主板电流消耗为0；电池消耗仅在于D2、D1、R1、R2、Q1，根据手册数据及实测<5uA，可以忽略不计；即在此模式下，备用电池无放电，根据各种电池的特性，至少可以使用半年，这种场景适合于陆运、空运、海运的各种场景。
2)TBOX在工作中，所述第一电源VCC_EXTERNAL与外部电源连接，外部电源未输入或中断供电时，所述第一电源VCC_EXTERNAL为0V，使能端EN与TBOX主电路中GND连接，调整电阻R1和电阻R2的值，控制MOS管Q1的栅源电压Vg s＞Vth，此时MOS管Q1导通，第三电源VCC_SYSTEM转换第二电源VCC_BATTARY为TBOX主电路供电；
具体的，TBOX工作时，必须连接线束才能工作；主电源未接或外部突然中断供电，仅备用电池供电；此时VCC_BATTARY＝4.2V，VCC_EXTERNAL＝0，EN为低电平0V(外部总线束EN连接线和GND连接线短接)，Vg＝3.9*1/101≈0.04V，Vs＝3.90V，Vgs＝0.04V-3.90V＝-3.86V，此时Vgs远小于开启电压-0.6V，P型MOS管打开，VCC_SYS_TEM＝3.9V，正常给TBOX主电路供电。
3)TBOX在工作中，所述第一电源VCC_EXTERNAL与外部电源连接，第二电源VCC_BATTARY低电压或未接入时，使能端EN与TBOX主电路中GND连接，调整电阻R1和电阻R2的值，控制MOS管Q1的栅源电压Vgs＞Vth，此时MOS管Q1导通，第三电源VCC_SYSTEM转换第一电源VCC_EXTERNAL为TBOX主电路供电；
具体的，备用电池低电或未接，仅主电源接入；此时VCC_BATTARY＝0V，VCC_EXTERNAL＝4.3V，EN为低电平0V(外部总线束EN连接线和GND连接线短接)，V g＝4.0*1/101≈0.04V，Vs＝3.90V，Vgs＝0.04V-3.90V＝-3.86V，此时Vgs远小于开启电压-0.6V，P型MOS管打开，VCC_SYS_TEM＝4.0V，正常给TBOX主电路供电。
4)TBOX在工作中时，所述第一电源VCC_EXTERNAL与外部电源连接，第二电源VCC_BATTARY稳定输入时，使能端EN与TBOX主电路中GND连接调整电阻R1和电阻R2的值，控制MOS管Q1的栅源电压Vgs＞Vth，此时MOS管Q1导通，第三电源VCC_SYSTEM转换第一电源VCC_EXTERNAL为TBOX主电路供电，第二电源VCC_BATTARY无消耗；
其中，所述步骤4)中，所述第一电源VCC_EXTERNAL与第二电源VCC_BATT ARY同时接入时，所述第一电源VCC_EXTERNAL电压比第二电源VCC_BATTARY电压大，不会消耗第二电源VCC_BATTARY。
具体的，外部主电源接入，备用电池正常电压，两者同时接入，VCC_EXTE RNAL稳定在4.3V，在和备用电池同时接入的情况下，比VCC_BATTARY大0.1V，即这种情况下，永远不会消耗备用电池的电量；
此时VCC_BATTARY＝4.2V，VCC_EXTERNAL＝4.3V，EN为低电平0V(外部总线束EN连接线和GND连接线短接)，Vg＝4.0*1/101≈0.04V，Vs＝3.90V，Vgs＝0.04V-3.90V＝-3.86V，此时Vgs远小于开启电压-0.6V，P型MOS管打开，VCC_SYS_T EM＝4.0V，正常给主板供电。
类似于Tbox的电子设备中，主电路板增加省电模块，VCC_EXTERNAL连接输入主电源，VCC_BATTARY连接备用电池，VCC_SYSTEM连接输出主电源给主板供电，EN连接Tbox主连接器的任一引脚。其中，备用电池能选用锂电池3.0～4.2V，或镍氢电池3.0～3.6V，Vth为MOS开启的门限电压，是器件固有特性，所以，省电模块根据不同的电池类型，只要调整R1与R2的值，分压让Vgs能够在需要的时候，大于Vth，从而开启MOS管给后面电路供电，Vgs小于Vth时，MOS管都可以实现物理上关断，达到未运输节省电量的目的。可以使用在各种类似防止漏放电的需求应用，适合各种不同类型的电池。
制作线束时，将对插至EN管脚的连接线和对插至GND管脚的连接线在外部进行短接；
仓库存放或者运输途中(即在使用之前)，Tbox和线束分开；
在使用时，插上线束，即可正常使用。
说明书中未阐述的部分均为现有技术或公知常识。本实施方式仅用于说明该发明，而不用于限制本发明的范围，本领域技术人员对于本发明所做的等价置换等修改均认为是落入该发明权利要求书所保护范围内。

Claims (9)

1.一种TBOX中备用电池的省电模块，其特征在于：所述模块包括第一电源VCC_EXTERNAL，与第一电源VCC_EXTERNAL连接的二极管D1,所述模块还包括第二电源VCC_BATTARY，与第二电源VCC_BATTARY连接的二极管D2，与二极管D1和二极管D2连接的MOS管Q1，与MOS管Q1连接的电阻R1,与电阻R1连接的电阻R2，所述电阻R2与使能端EN及电容C1连接；
所述模块还包括第三电源VCC_SYSTEM，所述第三电源VCC_SYSTEM连接MOS管Q1后与电容C2连接。
2.根据权利要求1所述一种TBOX中关于备用电池在运输过程中的省电模块，其特征在于，MOS管Q1的源极S连接二极管D1和二极管D2，MOS管Q1的栅极G连接电阻R1，MOS管Q1的漏极D连接第三电源VCC_SYSTEM。
3.根据权利要求1所述一种TBOX中关于备用电池在运输过程中的省电模块，其特征在于，所述第一电源VCC_EXTERNAL为TBOX外部输入主电源，通过TBOX内部电源模块DC-DC转换后的电源，所述第二电源VCC_BATTARY为TBOX内部备用电池供电电源。
4.根据权利要求1所述一种TBOX中关于备用电池在运输过程中的省电模块，其特征在于，所述第一电源VCC_EXTERNAL与所述第二电源VCC_BATTARY通过二极管D1和二极管D2隔断，两个电源互不影响。
5.根据权利要求1所述一种TBOX中关于备用电池在运输过程中的省电模块，其特征在于，所述第三电源VCC_SYSTEM通过所述MOS管Q1控制通断，选择转换所述第一电源VCC_EXTERNAL或所述第二电源VCC_BATTARY为TBOX主电路供电。
6.根据权利要求5所述一种TBOX中关于备用电池在运输过程中的省电模块，其特征在于，所述MOS管Q1的开启电压为Vth，Vgs＞Vth时，MOS管导通，Vgs＜Vth时，MOS管不导通，其中，Vgs为栅源电压。
7.根据权利要求1所述一种TBOX中关于备用电池在运输过程中的省电模块，其特征在于，所述使能端EN与TBOX主连接器中GND端连接。
8.一种TBOX中备用电池的省电方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
1)TBOX在运输过程中，所述第一电源VCC_EXTERNAL未与外部电源连接，所述TBOX通过第二电源VCC_BATTARY供电，根据第二电源VCC_BATTARY供电电压，调整电阻R1和电阻R2的值，控制MOS管Q1的栅源电压Vgs＜Vth，此时MOS管不导通，第三电源VCC_SYSTEM无电压输出，TBOX主电路电流消耗为零，因此，第二电源VCC_BATTARY无消耗；
2)TBOX在工作中，所述第一电源VCC_EXTERNAL与外部电源连接，外部电源未输入或中断供电时，所述第一电源VCC_EXTERNAL为0V，使能端EN与TBOX主电路中GND连接，调整电阻R1和电阻R2的值，控制MOS管Q1的栅源电压Vgs＞Vth，此时MOS管Q1导通，第三电源VCC_SYSTEM转换第二电源VCC_BATTARY为TBOX主电路供电；
3)TBOX在工作中，所述第一电源VCC_EXTERNAL与外部电源连接，第二电源VCC_BATTARY低电压或未接入时，使能端EN与TBOX主电路中GND连接，调整电阻R1和电阻R2的值，控制MOS管Q1的栅源电压Vgs＞Vth，此时MOS管Q1导通，第三电源VCC_SYSTEM转换第一电源VCC_EXTERNAL为TBOX主电路供电；
4)TBOX在工作中时，所述第一电源VCC_EXTERNAL与外部电源连接，第二电源VCC_BATTARY稳定输入时，使能端EN与TBOX主电路中GND连接调整电阻R1和电阻R2的值，控制MOS管Q1的栅源电压Vgs＞Vth，此时MOS管Q1导通，第三电源VCC_SYSTEM转换第一电源VCC_EXTERNAL为TBOX主电路供电，第二电源VCC_BATTARY无消耗。
9.根据权利要求6所述一种TBOX中备用电池的省电方法，其特征在于：所述步骤4)中，所述第一电源VCC_EXTERNAL与第二电源VCC_BATTARY同时接入时，所述第一电源VCC_EXTERNAL电压比第二电源VCC_BATTARY电压大，不会消耗第二电源VCC_BATTARY。
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