CN208782994U - 用于NB-IoT通讯模块的低功耗供电电路 - Google Patents
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Abstract
本实施例提出的用于NB‑IoT通讯模块的低功耗供电电路，属于燃气表领域，包括低压差线性稳压器U1，在U1的电压输入端Vin与接地端GND之间设有并联的电容C1、C2；U1的电压输出端Vout与接地端GND之间设有并联的电容C3、C4、C5，U1的电压输出端Vout上还连接有PMOS管Q1，Q1的源极与U1的电压输出端Vout相连，Q1的栅极与燃气表中控制芯片的控制端相连，Q1的漏极与NB‑IoT通讯模块的供电端相连。在U1的电压输出端Vout与接地端GND之间还设有补偿模块。通过使用LDO元件实现高精度小范围内的压差调节，相对于现有技术能够像NB‑IoT通讯模块提供更为精准的电压，另外结合补偿模块的使用，可以在对LDO元件的输出电流进行优化，使得在降低供电电路整体功耗的同时，满足NB‑IoT通讯模块的电流需求。
Description
技术领域
本实用新型属于燃气表领域，特别涉及用于NB-IoT通讯模块的低功耗供电电路。
背景技术
随着物联网技术的发展，NB-IOT窄带无线技术因其功耗低的特点已经开始取代2G通讯技术成为燃气表所使用的通讯解决方案。
现有技术中在使用NB-IOT窄带无线技术时，由于对新技术的积累较为薄弱，因此对NB-IOT的硬件支持，还基本停留在原先GPRS的设计上。NB-IoT较GPRS的最大区别点在于其具有节能模式(Power Save Mode，PSM)，而传统GPRS模组的电源系统设计上应用于NB的PSM模式是无法满足低功耗需求。
实用新型内容
为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本实用新型提供了用于NB-IoT通讯模块的低功耗供电电路，通过使用LDO元件，能够降低供电电路的损耗。
为了达到上述技术目的，本实用新型提供的用于NB-IoT通讯模块的低功耗供电电路，所述低功耗供电电路，包括：
低压差线性稳压器U1，U1的电压输入端Vin与燃气表系统电源相连，U1的接地端GND接地，在U1的电压输入端Vin与接地端GND之间设有并联的电容C1、C2；
U1的电压输出端Vout与接地端GND之间设有并联的电容C3、C4、C5，U1的电压输出端Vout上还连接有PMOS管Q1，Q1的源极与U1的电压输出端Vout相连，Q1的栅极与燃气表中控制芯片的控制端相连，Q1的漏极与NB-IoT通讯模块的供电端相连；
其中，在U1的电压输出端Vout与接地端GND之间还设有用于对U1的响应速度进行补偿的补偿模块。
可选的，所述补偿模块包括：
相互并联的电解电容C6、C7。
可选的，在所述低功耗供电电路中：
在Q1的栅极与控制芯片的控制端之间设有限流模块。
可选的，所述限流模块为电阻R1。
可选的，所述U1为GM6250-4.0ST89R。
本实用新型提供的技术方案带来的有益效果是：
1、使用带有LDO元件的供电电路为燃气表中的NB-IoT通讯模块进行供电，相对于现有技术中的大功率IC器件，能够显著降低供供电电路的功耗，实现了NB-IoT通讯模块整体的低功耗控制。同时在供电电路中增设有补偿模块，可以调整LDO元件在不同负载下的响应速度。
2、使用相互并联的两个电容作为补偿模块的具体表现形式，便于LDO元件在NB-IoT通讯模块通讯时可能会出现的电流不足进行补偿。
3、由于PMOS的特性导致控制芯片控制端输出电平发生变化时容易产生过冲电平，导致NB-IoT通讯模块的损坏，因此在Q1与控制端之间设有用于延缓栅极电压的建立时间，避免瞬间导通PMOS产生的过冲电平的影响的限流模块，保证NB-IoT通讯模块的的安全。
4、限流模块典型为表现形式为电阻R1，电阻R1的具体阻值由控制端寄生电容与PMOS参数共同决定，以便起到最佳的保护效果。
5、本申请中使用的LDO元件为GM6250-4.0ST89R，能够将燃气表中的4-12V的系统电压降至4.0V输出至NB-IoT通讯模块，并且在降压过程中降低功耗。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型提供的用于NB-IoT通讯模块的低功耗供电电路的结构示意图一；
图2是本实用新型提供的用于NB-IoT通讯模块的低功耗供电电路的结构示意图二。
具体实施方式
为使本实用新型的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的结构作进一步地描述。
实施例一
为了实现降低向NB-IoT通讯模块供电的电路功耗的效果，本实施例提出的低功耗供电电路中使用了LDO元件。这里的LDO是一种线性稳压器，使用在其线性区域内运行的晶体管或场效应管，从应用的输入电压中减去超额的电压，产生经过调节的输出电压，从而完成电压调节。
相对于现有的IC降压方式，本实施例提及的LDO元件可以将输出电压维持在额定值上下100mV之内，能够适应更小范围内的压降调节。
具体的基于LDO的低功耗供电电路的连接关系如图1所示，低压差线性稳压器U1的电压输入端Vin与燃气表系统电源VCC相连，U1的接地端GND接地，在U1的电压输入端Vin与接地端GND之间设有并联的电容C1、C2；U1的电压输出端Vout与接地端GND之间设有并联的电容C3、C4、C5，U1的电压输出端Vout上还连接有PMOS管Q1，Q1的源极与U1的电压输出端Vout相连，Q1的栅极与燃气表中控制芯片的控制端相连，Q1的漏极与NB-IoT通讯模块的供电端NB 4.0V相连。在U1的电压输出端Vout与接地端GND之间还设有用于对U1的响应速度进行补偿的补偿模块。
值得注意的是，在LDO芯片U1的前后端上设有包括C1-C5在内的多个并联电容，上述电容C1-C5为LDO输入输出端的滤波电容，用以调整LDO在不同负载情况下的响应速度。
本实施例中使用的LDO的输出电流为在250mA至300mA，但NB-IoT通讯模块在通讯时瞬时电流可能会到达500mA-1A，因此不可避免的本电路采用的LDO会出现供电不足的情况，为了对输出电流进行补偿，在该LDO后端除了必要的滤波电容(C1-C5)外，还需要添加容值较大的铝电解电容。
例如C6、C7的铝电解电容的容值根据后端所带模块自身电气特性而定，即使用功率分析仪，监测后端模组通讯时电流，测量出其尖峰脉冲的幅值以及脉宽后，根据CU＝IT公式(C为匹配铝电解电容容值，U为LDO输出电压，I为尖峰脉冲幅值，T为尖峰脉冲的脉宽)，并且保证1/3的余量。
本实施例提出的用于NB-IoT通讯模块的低功耗供电电路，包括低压差线性稳压器U1，U1的电压输入端Vin与燃气表系统电源相连，U1的接地端GND接地，在U1的电压输入端Vin与接地端GND之间设有并联的电容C1、C2；U1的电压输出端Vout与接地端GND之间设有并联的电容C3、C4、C5，U1的电压输出端Vout上还连接有PMOS管Q1，Q1的源极与U1的电压输出端Vout相连，Q1的栅极与燃气表中控制芯片的控制端相连，Q1的漏极与NB-IoT通讯模块的供电端相连。在U1的电压输出端Vout与接地端GND之间还设有用于对U1的响应速度进行补偿的补偿模块。通过使用LDO元件实现高精度小范围内的压差调节，相对于现有技术能够像NB-IoT通讯模块提供更为精准的电压，另外结合补偿模块的使用，可以在对LDO元件的输出电流进行优化，使得在降低供电电路整体功耗的同时，满足NB-IoT通讯模块的电流需求。
实施例二
与实施例一不同的是，本实施例中提出的低功耗供电电路还包括限流模块。
如图2所示，在现有技术中所使用的电源系统使用Vgs较大的PMOS，其栅极与S极的压差需要通过在这两极之间串联电阻后栅极到地的压差实现，而此开关上亦会产生功耗。如果在使用NB-IoT通讯模块的燃气表中使用如图2所示的供电电路，会导致PSM模式下需要进行常供电，这样在电阻Rn上会一直产生功耗，因此无法对降低燃气表低功耗设计要求，也与采用NB-IoT通讯模块本身具有的低功耗特性相违背。
为了解决上述问题，在本实施例提出的低功耗供电电路中采用了如图2所示的低Vgs的PMOS管Q1，控制芯片的控制端直接连接至Q1的栅极，但由于Q1在打开瞬间及控制端初始化状态无法不确定，为了避免Q1可能会出现的过冲现象，因此需要在控制端至Q1的栅极中串联一颗电阻R1。
具体的，NB-PWR-CTL网络号表示连接至控制芯片的控制端，此控制端输出高电平时Q1(PMOS)截止(关断)，控制端输出低电平则Q1导通，电压型PMOS不会在栅极上产生功耗。但是由于PMOS自身特性问题导致MCU的I/O口在由高到低变化致使PMOS的截止到导通变化时，此PMOS管后端会有过冲电平，在U1输出电压比较接近模组输入电压范围的上限时，此过冲电平有可能会损坏模组(此过冲电平幅值不确定)，因此在控制端口至PMOS Q1的栅极中间串联一颗电阻R1。
可选的，所述U1为GM6250-4.0ST89R。
本实施例提出的用于NB-IoT通讯模块的低功耗供电电路，在前一实施例提出的电路基础上，在控制芯片的控制端与PMOS管Q1的栅极之间增设限流模块，能够防止Q1在导通瞬间出现的过冲电平对NB-IoT通讯模块的影响，保护NB-IoT通讯模块的正常运行。
上述实施例中的各个序号仅仅为了描述，不代表各部件的组装或使用过程中的先后顺序。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.用于NB-IoT通讯模块的低功耗供电电路，其特征在于，所述低功耗供电电路，包括：
低压差线性稳压器U1，U1的电压输入端Vin与燃气表系统电源相连，U1的接地端GND接地，在U1的电压输入端Vin与接地端GND之间设有并联的电容C1、C2；
U1的电压输出端Vout与接地端GND之间设有并联的电容C3、C4、C5，U1的电压输出端Vout上还连接有PMOS管Q1，Q1的源极与U1的电压输出端Vout相连，Q1的栅极与燃气表中控制芯片的控制端相连，Q1的漏极与NB-IoT通讯模块的供电端相连；
其中，在U1的电压输出端Vout与接地端GND之间还设有用于对U1的响应速度进行补偿的补偿模块。
2.根据权利要求1所述的用于NB-IoT通讯模块的低功耗供电电路，其特征在于，所述补偿模块包括：
相互并联的电解电容C6、C7。
3.根据权利要求1所述的用于NB-IoT通讯模块的低功耗供电电路，其特征在于，在所述低功耗供电电路中：
在Q1的栅极与控制芯片的控制端之间设有限流模块。
4.根据权利要求3所述的用于NB-IoT通讯模块的低功耗供电电路，其特征在于，所述限流模块为电阻R1。
5.根据权利要求1至4任一项所述的用于NB-IoT通讯模块的低功耗供电电路，所述U1为GM6250-4.0ST89R。
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| CN201821524870.9U CN208782994U (zh) | 2018-09-18 | 2018-09-18 | 用于NB-IoT通讯模块的低功耗供电电路 |
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| CN110266403A (zh) * | 2019-06-28 | 2019-09-20 | 京信通信系统（中国）有限公司 | 一种信号功率检测方法、装置及系统 |
| CN110491070A (zh) * | 2019-08-01 | 2019-11-22 | 杭州师范大学 | 一种电阻型火灾远程预警/探测传感器系统 |
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| CN110266403B (zh) * | 2019-06-28 | 2022-03-25 | 京信网络系统股份有限公司 | 一种信号功率检测方法、装置及系统 |
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