CN210469355U - 一种小电流供电的LoRa模组电源电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种小电流供电的LoRa模组电源电路，包括限流输入模块以及输出控制模块，其特征在于，还包括连接的储能模块和监控模块，所述的限流输入模块用于限制从电池消耗电流的大小，所述的输出控制模块用于输出所述储能模块的电压，获得输出电压；所述的储能模块用于将所述的限流输入模块电源存储，用于LoRa模组入网注册供电和正常数据通信供电；所述的监控模块用于测量所述的储能模块的电压，根据所述的储能模块的储能判断是否够满足通信供电，如果不满足则需要启动储能模块储能。本实用新型具有成本设计方案，解决一次性锂电池不能长时间提供大电流供电，以及一次性锂电池随着使用内阻变大无法提供大脉冲电流。

Description

一种小电流供电的LoRa模组电源电路

技术领域

本实用新型涉及LoRa模组电源电路，具体涉及一种小电流供电的LoRa模组电源电路。

背景技术

随着物联网技术的发展和普及，特别的LoRa扩频通信技术，三表运营商(燃气公司、热力公司、水务)对基于物联网技术的表具越来越感兴趣，方便三表运营商管理表具，实现远程智能抄表、远程开关阀门以及远程充值等，容易提供附加增值服务；同时用户也非常满意，摆脱了传统的去营业厅冲卡缴费的模式，可以随时随地通过移动支付进行缴费。传统的三表供电方案，特别是热量表和水表，在物联网模式下缺点非常明显：采用一次性高能锂电池供电，而表端99％的时间处于微功耗工作模式(典型值小于50uA)，只有在不到1％的时间工作在开关阀门和无线上报数据这种相对大功耗模式(典型电流小于200mA)。一次性锂电池具有以下特性：长期小电流工作，电池容易钝化，在需要脉冲大电流时无法马上释放电流供应能力，必须要激活电池后才可以。如果贸然启动大电流消耗动作，容易造成系统因电池电压瞬间跌落而崩溃(钝化的电池内阻很大)。

为了解决上述问题，传统的供电的方案是选择更换更大容量的电池，或则额外增加电池激活电路，电源电路可靠性低、性价比不高，电池利用率低。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种小电流供电的LoRa模组电源电路，用以解决现有技术中的电源电路可靠性低、性价比不高，电池利用率低等问题。

为了实现上述任务，本实用新型采用以下技术方案：

一种小电流供电的LoRa模组电源电路，包括限流输入模块以及输出控制模块，还包括连接的储能模块和监控模块，所述的限流输入模块用于限制从电池消耗电流的大小，所述的输出控制模块用于输出所述储能模块的电压，获得输出电压；

所述的储能模块用于将所述的限流输入模块电源存储，用于LoRa模组入网注册供电和正常数据通信供电；

所述的监控模块用于测量所述的储能模块的电压，根据所述的储能模块的储能判断是否够满足通信供电，如果不满足则需要启动储能模块储能。

进一步地，所述的储能模块包括连接的第一储能模块和第二储能模块，所述的第一储能模块用于LoRa模组入网注册供电，所述的第二储能模块用于LoRa模组正常数据通信供电。

进一步地，还包括电压输入模块，所述的限流输入模块包括第一电阻R1以及滤波电容C1；

所述的第一电阻R1一端与电压输入模块连接，另一端与滤波电容C1连接；所述的滤波电容C1还与电压输入模块连接，滤波电容C1的一端连接GND端。

进一步地，所述的第一储能模块包括开关三极管Q1和第一储能电容E1；

所述的开关三极管Q1分别与所述的第一电阻R1、第一储能电容E1的正极和所述的监控模块连接；

所述的第一储能电容E1连接在所述的开关三极管Q1和GND端之间。

进一步地，所述的第二储能模块包括开关三极管Q3和第二储能电容E2；

所述的开关三极管Q3分别与所述的第一电阻R1、第二储能电容E2的正极和所述的监控模块连接；

所述的第二储能电容E2连接在所述的开关三极管Q3和GND端之间。

进一步地，所述的监控模块包括第二电阻R2和第三电阻R3，所述的第二电阻R2与所述的第一储能模块连接，用于测量第一储能模块存储的能量；所述的第三电阻R3与所述的第二储能模块连接，用于测量第二储能模块存储的能量。

进一步地，所述的监控模块控制第一储能模块或第二储能模块启动储能功能，监控模块还包括控制单元，所述的控制单元控制输出控制模块输出电压；

所述的控制单元包括第一输入端M1和第二输入端M2，第一输入端M1与第二电阻R2一端连接；第二输入端M2与第三电阻R3一端连接；

所述控制单元还包括第一输出端K1、第二输出端K2、第三输出端K3和第四输出端K4，所述的第一输出端K1与所述的开关三极管Q1的一端连接，所述的第三输出端K3与所述的开关三极管Q3的一端连接。

进一步地，还包括电压输出模块，所述的输出控制模块包括第一输出控制模块和第二输出控制模块，所述的第一输出控制模块包括开关三极管Q2，所述的开关三极管Q2分别与第二电阻R2、第二输出端K2和电压输出模块连接；

所述的第二输出控制模块包括开关三极管Q4，所述的开关三极管Q4分别与第三电阻R3、第四输出端K4和电压输出模块连接。

具体地，所述的控制单元为单片机。

本实用新型与现有技术相比具有以下技术效果：

1、本实用新型提供的小电流供电的LoRa电源电路，提升了电池的有效利用率，提高系统电源的可靠性；

2、本实用新型提供的小电流供电的LoRa电源电路，采用双储能结构，分别解决LoRa模组入网注册和LoRa模组正常数据收发的供电，进一步减轻LoRa模组工作时的脉冲电流对电池瞬间放电能力的要求，进一步保证了系统电源的可靠性。

附图说明

图1为本实用新型提供的小电流供电的LoRa电源电路电路模块结构图；

图2为本实用新型提供的小电流供电的LoRa电源电路电路图。

图中标号代表：1、限流输入模块；2、第一储能模块；3、第二储能模块；4、监控模块；5、控制单元；6、第一输出控制模块；7、第二输出控制模块；8、电压输入模块；9、电压输出模块。

具体实施方式

本实用新型的小电流供电的LoRa模组电源电路，包括限流输入模块以及输出控制模块，还包括连接的储能模块和监控模块，限流输入模块用于限制从电池消耗电流的大小，输出控制模块用于输出储能模块的电压，获得输出电压；储能模块用于将限流输入模块电源存储，用于LoRa模组入网注册供电和正常数据通信供电；监控模块用于测量所述的储能模块的电压，根据储能模块的储能判断是否够满足通信供电，如果不满足则需要启动储能模块储能。

实施例1：

结合图1～2所示，本实施例中公开了一种小电流供电的LoRa模组电源电路，用于解决传统供电方案因LoRa模组脉冲大电流造成燃气表误触发电池低电故障以及系统电源崩溃重启故障；提升燃气表数据安全。包括限流输入模块1以及输出控制模块，还包括连接的储能模块和监控模块4，限流输入模块1用于限制从电池消耗电流的大小，输出控制模块用于输出储能模块的电压，获得输出电压；

储能模块用于将所述的限流输入模块1电源存储，用于LoRa模组入网注册供电和正常数据通信供电；储能模块包括第一储能模块2和第二储能模块3，第一储能模块2用于LoRa模组入网注册供电；第二储能模块3用于LoRa模组正常数据通信供电。

监控模块4用于测量所述的储能模块的电压，根据所述的储能模块的储能判断是否够满足通信供电，如果不满足则需要启动储能模块储能。

还包括电压输入模块8，限流输入模块1包括第一电阻R1以及滤波电容C1；在本实施例中，电压输入模块8是一个接口J1，该接口可以是一个电池插座，使用一次性高能锂电池给整个系统供电。

第一电阻R1一端与电压输入模块8连接，另一端与滤波电容C1连接；所述的滤波电容C1还与电压输入模块8连接，滤波电容C1的一端连接GND端。滤波电容C1用于存储降压电压，获得存储电压；第一电阻R1起限流作用，根据需要可以灵活设定。如图2所示，限流电阻R1选择0805封装贴片电阻，具体指标电阻值1000Ω，功率0.125W。储能电容E1，选择大容量低漏电锂电容，具体电容指标，容量40F，漏电流小于1uA，耐压3.8V。储能电容E2，选择低内阻超级电容，具体电容指标，容量1.5F，内阻小于0.2Ω，耐压3.8V。

第一储能模块2包括开关三极管Q1和第一储能电容E1；开关三极管Q1分别与第一电阻R1、第一储能电容E1的正极和监控模块4连接；第一储能电容E1连接在开关三极管Q1和GND端之间。第一储能电容E1用于LoRa模组入网注册，考虑到入网注册费时长需要消耗的能量多，选用锂电容，可以预充电，同时因其容量非常大(一般都是几十法拉起)且漏电流非常小(小于2uA)，适合预充电且长时间保存。

第二储能模块3包括开关三极管Q3和第二储能电容E2；开关三极管Q3分别与第一电阻R1、第二储能电容E2的正极和监控模块4连接；第二储能电容E2连接在所述的开关三极管Q3和GND端之间。第二储能电容E2用于LoRa模组正常收发数据，选用普通超级电容，容量根据LoRa模组收发数据量大小确定，20字节数据量对应1F电容量，所选超级电容内阻要小。

监控模块4包括第二电阻R2和第三电阻R3，第二电阻R2与第一储能模块2的第一储能电容E1正极连接，用于测量第一储能模块2存储的能量，第三电阻R3与第二储能模块3的第二储能电容E2正极连接，用于测量第二储能模块3存储的能量。监控模块4具体用于监测第一储能模块2和第二储能模块3电压，根据储能模块的储能判断是否够满足通信供电，进而决定是否对第一储能电容E1或第二储能电容E2进行充电储能；如果不满足则需要启动储能模块储能。

监控模块4控制第一储能模块2或第二储能模块3启动储能功能，监控模块4还包括控制单元5，控制单元5控制输出控制模块输出电压；优选的，控制单元5为单片机。

如图2所示，控制单元5包括第一输入端M1和第二输入端M2，第一输入端M1与第二电阻R2一端连接，第一输入端M1还与控制单元5的5端连接；第二输入端M2与第三电阻R3一端连接，第二输入端M2还与控制单元5的6端连接。

控制单元5还包括第一输出端K1、第二输出端K2、第三输出端K3和第四输出端K4，第一输出端K1与所开关三极管Q1的一端连接，第三输出端K3与开关三极管Q3的一端连接。

本实用新型的小电流供电的LoRa模组电源电路还包括电压输出模块9，电压输出模块9用于输出电压，供LoRa模组工作。输出控制模块包括第一输出控制模块6和第二输出控制模块7，第一输出控制模块6包括开关三极管Q2，开关三极管Q2的一端与第二电阻R2和第一储能电容E1连接，开关三极管Q2的另一端与控制单元5的第二输出端K2连接，开关三极管Q2还与电压输出模块9连接；

第二输出控制模块7包括开关三极管Q4，开关三极管Q4的一端与第三电阻R3和第二储能电容E2连接，开关三极管Q4的另一端与控制单元5的第四输出端K4连接，开关三极管Q4还与电压输出模块9连接.

控制单元5通过监测第一输入端M1和第二输入端M2两点的电压，决定开关三极管Q1和开关三极管Q3的导通以给第一储能电容E1和第二储能电容E2充电储能，达到输入小电流输出大电流的目的。

本实用新型提供的基于超级电容的燃气表电源电路采用闭环控制的监控模块4，通过监测第一输入端M1和第二输入端M2的两点电压，确定第一储能模块2或第二储能模块3的启停，维持系统供电恒定，具有响应速度快，输出电压恒定的特点。本实施例中的小电流供电的LoRa燃气表供电电源电路采用双储能结构，分别解决LoRa模组入网注册和LoRa模组正常数据收发的供电，进一步减轻LoRa模组工作时的脉冲电流对电池瞬间放电能力的要求，进一步保证了系统电源的可靠性。

综上，本实施例提供的小电流供电的LoRa电源电路电路具体工作过程为：

电压输入模块8接口J1上的一次性高能锂电池提供的3.6V电压通过第一电阻R1进行限流及开关三极管Q1或开关三极管Q3分别给第一储能电容E1或第一储能电容E2充电储能，监控模块4定时检测E1和E2的电压，如果E1(入网注册)或E2(正常通信)的电压大于3.3V，则本次LoRa模组工作(入网注册或正常通信)不需要给储能电容充电，直接使用储能电容存储的能量；如果E1或E2电压小于3.3V，监控模块4开启开关Q1或Q3给E1或E2充电，并定时采集E1或E2的电压，直到E1或E2的电压大于3.3V关闭开关Q1或Q3，停止给E1或E2充电储能，使用E1(入网注册)或E2(正常通信)充电后的储能供LoRa模组工作，从而达到输入小电流输出大电流的目的。通过调整限流电阻R1的大小可以实现不同等级的限流要求，其典型值为K欧姆级别，本实施中选择R1为1K欧姆，限定充电电流小于4mA。

Claims (9)

1.一种小电流供电的LoRa模组电源电路，包括限流输入模块(1)以及输出控制模块，其特征在于，还包括连接的储能模块和监控模块(4)，所述的限流输入模块(1)用于限制从电池消耗电流的大小，所述的输出控制模块用于输出所述储能模块的电压，获得输出电压；

所述的储能模块用于将所述的限流输入模块(1)电源存储，用于LoRa模组入网注册供电和正常数据通信供电；

所述的监控模块(4)用于测量所述的储能模块的电压，根据所述的储能模块的储能判断是否够满足通信供电，如果不满足则需要启动储能模块储能。

2.根据权利要求1所述的小电流供电的LoRa模组电源电路，其特征在于，所述的储能模块包括连接的第一储能模块(2)和第二储能模块(3)，所述的第一储能模块(2)用于LoRa模组入网注册供电，所述的第二储能模块(3)用于LoRa模组正常数据通信供电。

3.根据权利要求2所述的小电流供电的LoRa模组电源电路，其特征在于，还包括电压输入模块(8)，所述的限流输入模块(1)包括第一电阻R1以及滤波电容C1；

所述的第一电阻R1一端与电压输入模块(8)连接，另一端与滤波电容C1连接；所述的滤波电容C1还与电压输入模块(8)连接，滤波电容C1的一端连接GND端。

4.根据权利要求3所述的小电流供电的LoRa模组电源电路，其特征在于，所述的第一储能模块(2)包括开关三极管Q1和第一储能电容E1；

所述的开关三极管Q1分别与所述的第一电阻R1、第一储能电容E1的正极和所述的监控模块(4)连接；

所述的第一储能电容E1连接在所述的开关三极管Q1和GND端之间。

5.根据权利要求4所述的小电流供电的LoRa模组电源电路，其特征在于，所述的第二储能模块(3)包括开关三极管Q3和第二储能电容E2；

所述的开关三极管Q3分别与所述的第一电阻R1、第二储能电容E2的正极和所述的监控模块(4)连接；

所述的第二储能电容E2连接在所述的开关三极管Q3和GND端之间。

6.根据权利要求5所述的小电流供电的LoRa模组电源电路，其特征在于，所述的监控模块(4)包括第二电阻R2和第三电阻R3，所述的第二电阻R2与所述的第一储能模块(2)的第一储能电容E1连接，用于测量第一储能模块(2)存储的能量；所述的第三电阻R3与所述的第二储能模块(3)的第二储能电容E2连接，用于测量第二储能模块(3)存储的能量。

7.根据权利要求6所述的小电流供电的LoRa模组电源电路，其特征在于，所述的监控模块(4)控制第一储能模块(2)或第二储能模块(3)启动储能功能，监控模块(4)还包括控制单元(5)，所述的控制单元(5)控制输出控制模块输出电压；

所述的控制单元(5)包括第一输入端M1和第二输入端M2，第一输入端M1与第二电阻R2一端连接；第二输入端M2与第三电阻R3一端连接；

所述控制单元(5)还包括第一输出端K1、第二输出端K2、第三输出端K3和第四输出端K4，所述的第一输出端K1与所述的开关三极管Q1的一端连接，所述的第三输出端K3与所述的开关三极管Q3的一端连接。

8.根据权利要求7所述的小电流供电的LoRa模组电源电路，其特征在于，还包括电压输出模块(9)，所述的输出控制模块包括第一输出控制模块(6)和第二输出控制模块(7)，所述的第一输出控制模块(6)包括开关三极管Q2，所述的开关三极管Q2分别与第二电阻R2、第二输出端K2和电压输出模块(9)连接；

所述的第二输出控制模块(7)包括开关三极管Q4，所述的开关三极管Q4分别与第三电阻R3、第四输出端K4和电压输出模块(9)连接。

9.根据权利要求7所述的小电流供电的LoRa模组电源电路，其特征在于，所述的控制单元(5)为单片机。

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