CN1309143C - 一种无线终端模块供电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无线终端模块供电系统，用于给无线终端模块供电，包括由一电量可变的蓄电电源和第一电容连接组成的一供电电源回路，所述电容与所述无线终端模块并联，在所述无线终端模块突发负载时该电容可向该无线终端模块提供电能；该供电系统还包括外接电源装置和一控制所述外接电源装置的开关缓慢开启的RC充电电路。本发明由于在供电电路中加入了电容，避免了终端设备在大功率发射时造成的过大的电压跌落，提高了电池的利用效能；该RC充电电路可以解决电容瞬间充电时造成的电流过冲现象。

Description

一种无线终端模块供电系统
技术领域
本发明涉及一种应用于使用无线电技术的移动装置的供电系统，特别涉及一种无线终端模块工作瞬间需要大电流的供电系统。
背景技术
随着GSM/GPRS技术的普及，无线GSM/GPRS模块获得了大量的应用，无线GSM/GPRS模块由GSM/GPRS协议栈、基带处理器和带天线装置的射频电路组成，完成对语音、信令、数据传输的处理，是无线终端的主要组成部分，通过在内部或外部扩展该模块，可以使PDA(掌上电脑)具备无线通讯功能。当GSM/GPRS模块在待机情况下，需要的电流很小，而在无线终端模块突发负载如注册网络、发送数据的瞬间该无线终端模块则需要较大的电流。例如，正常待机情况下无线GSM/GPRS模块需要的供电电流仅为几十毫安，但在发送数据时，无线GSM/GPRS模块需要的突发电流能达到2安培左右，造成较大的电压跌落，若超过GSM/GPRS模块正常工作所允许的电压跌落范围，将导致GSM/GPRS模块不能正常工作，并因此降低了电池的利用效能。
考虑到上述电压跌落的效应，在利用无线GSM/GPRS模块设计产品时往往要考虑到尽量减少电源接插件的阻值和接插线缆的长度，而且模块的设计往往推荐设计者将电池与模块直连，并采用模块内部的充电电路，由此可能带来诸多模块本身的限制，如无充电指示等，充电指示功能往往由上层的软件监测与指示，在开发一些系统时往往带来设计的复杂度和不灵活性。
另外，为了管理的方便和节能的目的，现有技术大多在电路中包含一块独立的电源管理芯片，这种管理芯片在突发负载时通过一组电路对多路电源进行切换管理，识别电压过高、电压过低以及对电流进行钳位限制，增加了设计的复杂度与成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种无线终端模块突发负载时的电源供电系统，用于解决类似于无线GSM/GPRS模块一类的无线终端模块突发负载的电源供电。
根据本发明的方法，一种无线终端模块供电系统，用于给无线终端模块供电，包括由一电量可变的蓄电电源和第一电容连接组成的一供电电源回路，所述电容与所述无线终端模块并联，在所述无线终端模块突发负载时该电容可向该无线终端模块提供电能；该供电系统还包括一外接电源装置，该外接电源装置包括：
一稳压电路，与外接电源输入端相连，用于将外接电源适配成无线终端模块所需的工作电源；
一电压判断电路，也和外接电源输入端相连，检测外接电源输入端的电压信号并根据该电压信号判断是否有外接电源接入，若有，则输出一控制信号；
一开关，由两个MOSFET组成，所述的两个MOSFET的漏极接在一起，源极分别与蓄电电源和电容相连，栅极则合在一起与上述电压判断电路相连，工作时该开关接收所述的电压判断电路发送的控制信号并根据该控制信号在外接电源与蓄电电源之间进行切换；
该系统还包括一控制所述开关缓慢开启的RC充电电路，该RC电路中的第二电容的两端分别接在蓄电电源的正极和所述开关MOSFET的栅极，该电路的电阻通过上述MOSFET的栅极接地。
最好所述的蓄电电源为锂电池。
最好所述的稳压电路为LDO(低输出)稳压电路。
本发明的供电系统，通过设置后端加入的第一电容容值大，ESR值小，避免了终端设备在大功率发射时造成的过大的电压跌落，利用RC电路的软开关技术解决了上述后端加入的第一电容瞬间充电时造成的电流过冲现象，没有用到单独的电源管理芯片。
附图说明
图1是本发明实施方式供电系统原理结构图；
图2是GSM/GPRS模块对GSM/GPRS突发脉冲的控制要求示意图；
图3是本发明实施方式实现限流保障电路的示意图；
具体实施方式
为了本领域的技术人员更好的理解本发明，下面结合附图进一步描述本发明的优选实施方式。
在本发明中，所述蓄电电源可为一锂电池，也可为氢电池或其他的蓄电装置，本实施方式中，统一以电池为例说明本发明的设计思想，在以下描述中不再区分电池是锂电池或氢电池，另外在本发明的优选实施方式中后端加入电路中的电容是一超级电容，优化的电容值在100～400mF之间，ESR值在50～80mΩ之间，下面就以超级电容为例详述本发明的方法，请看图1描述的本发明优选实施方式供电系统结构图，所述的供电系统包括三大部分：1、电池供电电路，由电池连接超级电容对终端模块电路供电；2、外接电源供电电路，连接LDO稳压电路，对终端模块电路供电；3、电源切换、自关断、限流电路，包括一开关和一电压判断电路，用于电源的切换，电池的自保护和防止进行两路电源切换时可能引起的电容供电不足现象。
下面详述各个部分的组成和功能，请再参看图1所示：
电池和一个充电电路连接，该充电电路由外接电源对电池充电，这时对终端模块电路的供电全部由外接电源实现，具体是由一开关实现的，在后详述，另外，所述电池还和超级电容相连，形成一路供电电路，所述电池对超级电容充电，超级电容通过充电储存适量的能量，当突发性负载有突发性电源需要时，由超级电容供出电流，保障系统对突发性电流的要求。具体的，当突发性负载接入时，储能元件超级电容的输出电压是会有电压跌落的，但由于本实施方式中加入的超级电容的容值大，ESR值很低，不仅可以提供突发性的大电流供电，而且由于电容的ESR值很小，能使突发性负载的供电电压的变化脉冲保持在一定范围内，以此保障电压跌落的幅度达到标准要求。
请看图2描述的GSM/GPRS模块对GSM/GPRS突发脉冲的控制要求示意图，无线GSM/GPRS模块对电源的要求一般为电源电压3.3V～4.8V，发送数据时的突发电流(Transmit burst)可达到2A左右，而此时的电压(VBATT+)不能低于3.3V(最小值min.3.3V)、电压跌落应在400mV以内(电压跌落最大值max.400mV)，当电压跌落超过400mV时，无线GSM/GPRS模块将不能正常工作。
本发明通过该超级电容供电电路，在无线终端模块需要电源为其提供突发的电流供应时，可以有效地将跌落电压控制在200mV以内，降低了电压跌落对无线终端模块不利的影响，明显地改善了电池的供电效能，这对于利用电池供电的手持终端设备是非常重要的。
在本发明的实现方案中外接电源也是必不可少的，一方面需要对电池充电，如图1标识的电池充电电路，可由一块集成芯片组成，当电池需要充电时，由外接电源及时对其充电。另外，外接电源以及一稳压电路组成另一路电源供电电路，所述的稳压电路可为常用的LDO(Low dropout，低稳压电路)电路，这比较易于实现，由于通常电源都是和适配器相连，再接入电路的，因此，在本发明中叙述的外接电源均指经过适配器输出的电源，由于现有的经过适配器的电源并不完全适合无线终端模块的电路，在本发明中还加入了一个稳压电路，用于将上述的适配器电源转换成终端电路所需的电源，下面进一步叙述本发明的实施方式，如上述提供了两路可靠的电源，还需要一个电源切换电路在两路电源之间有效切换，同时由于加入了超级电容，必须保证在给电容充电时不引起电池的过流自保护和防止进行两路电源切换时可能引起的电容供电不足现象，本发明中还包括自关断和限流电路，下面具体详述。
参见图1所示电路结构说明电源电路切换，自关断功能的实现：
图1所示的开关可以由P沟道的MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)实现，具体的由两个MOSFET组成，在实现时两个MOSFET的漏极是接在一起的，这样做的好处是防止了外接电源供电时电流回灌到电池，避免充电指示状态出现错误，另外，两个MOSFET的源极分别与电池和电容相连，栅极则合在一起与上述电压判断电路相连，正常供电时不需要有栅极电压控制，电源电路切换由电压判断电路检测是否有外接交流电源接入，如检测到有所述的外接电源接入信号后，该电压判断电路输出一控制信号给所述的开关，控制开关切断电池电源，以保障接入外接电源后电路的供电全部由外部电源实现，由于电池不参与供电，可保证对电池充电的充电电路状态指示的准确。
具体应用中利用增加一个开关器件或采用一个电压比较电路可以控制MOS开关的关断，实现电池的自关断，保证电池不会由于电压过低而引起失效。
本实施方式中由于所述的超级电容的内阻很小，所以在某些时刻会产生由于电容瞬间充电产生的大电流，引起电池的过流自保护，下面结合图3所示电路结构说明实现限流保障电路的工作原理，图3中MOSFET开关和超级电容构成一路RC充电电路，其中RS为电源内阻，R1为MOSFET的RDS(on)，RC为超级电容的ESR，CS为超级电容的容值；限流保障电路由另一路R2，C1充电电路组成，该RC充电电路和开关、超级电容并联，具体的，该RC电路中的电容C1的两端分别接在蓄电电源的正极和所述开关MOSFET的栅极，该电路的电阻R2通过上述MOSFET的栅极接地，其限流保障原理在于根据电池的最大额定功率电流定出开关和超级电容一路的充电电流，使之不会引起电池的自保护，并计算出该超级电容RC充电电路的充电时间；以此时间为标准，设定另一路的R2，C1的值，以控制MOS开关的开启时间，达到在给电容充电时不引起电池的过流自保护的目的。另一方面，为防止进行两路电源切换时可能引起的电容供电不足现象，则要将外接电源的输出调到合适的值，并同时兼顾控制开关的打开时间，控制开关的打开时间是通过调整R2，C1的值实现的，设计时需保证充电的反应时间不要太长，以保障大功率发射且电源切换为电池供电时，电容能提供充足的电流而电压跌落范围不会掉到电路所需的工作电压以下。
本发明应用在无线PDA中或作为单一的无线调制解调装置与PDA或笔记本配合使用，简单、灵活、有效的解决了这一类电路的对供电、电源切换和限流等功能的需求。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明的权利要求范围，任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (3)

1、一种无线终端模块供电系统，用于给无线终端模块供电，其特征在于：包括由一电量可变的蓄电电源和第一电容连接组成的一供电电源回路，所述电容与所述无线终端模块并联，在所述无线终端模块突发负载时该电容可向该无线终端模块提供电能；还包括一外接电源装置，该外接电源装置包括：
一稳压电路，与外接电源输入端相连，用于将外接电源适配成无线终端模块所需的工作电源；
一电压判断电路，也和外接电源输入端相连，检测外接电源输入端的电压信号并根据该电压信号判断是否有外接电源接入，若有，则输出一控制信号；
一开关，由两个MOSFET组成，所述的两个MOSFET的漏极接在一起，源极分别与蓄电电源和电容相连，栅极则合在一起与上述电压判断电路相连，工作时该开关接收所述的电压判断电路发送的控制信号并根据该控制信号在外接电源与蓄电电源之间进行切换；还包括一控制所述开关缓慢开启的RC充电电路，该RC电路中的第二电容的两端分别接在蓄电电源的正极和所述开关MOSFET的栅极，该电路的电阻通过上述开关MOSFET的栅极接地。
2、根据权利要求1所述的无线终端模块供电系统，其特征在于所述的蓄电电源为锂电池。
3、根据权利要求1或2所述的无线终端模块供电系统，其特征在于所述的稳压电路为低稳压电路。
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