CN212726855U - 一种NB-IoT模组供电电路及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种NB‑IoT模组供电电路及系统，包括输入模块、低功耗稳压模块、电压转换模块、监控模块与输出模块，输入模块包括电源，用于给电路系统供电；低功耗稳压模块与所述输入模块连接，用于将输入模块的电压转换为供NB‑IoT模组处于节电模式时所需的工作电压；电压转换模块与所述电池模块连接，用于将输入模块的电压转换为供NB‑IoT模组正常收发数据时所需的工作电压；监控模块分别与所述低功耗稳压模块、电压转换模块连接以及NB‑IoT模组连接，用于连通输入模块与低功耗稳压模块或输入模块与电压转换模块；输出模块分别与低功耗稳压模块和电压转换模块连接，用于向NB‑IoT模组供电，实现了NB‑IoT模组多种应用场景的专用供电电路与系统，供电灵活，应用范围广泛。

Description

一种NB-IoT模组供电电路及系统

技术领域

本实用新型属于电源供电领域，具体涉及一种NB-IoT模组供电电路及系统。

背景技术

随着物联网技术的快速发展，燃气表、水表、热量表与电表等在城市生活中都在快速集成物联网技术，上市各种物联网智能表具，特别是近两年NB-IoT模组的应用，更是火爆；针对燃气表、水表和热量表，只能应用在电池供电的场景，NB-IoT模组供电设计具有很大挑战性。

由于NB-IoT技术还不够成熟，能够同时适合燃气表、水表与热量表等行业的NB-IoT模组的正常数据收发模式与节电模式两种供电工作模式的电源芯片比较少；NB-IoT工作在正常数据收发模式电流峰值500mA，在节电模式也称PSM模式的电流不超过5uA；这个电流消耗和传统的GPRS模组完全是不同的，模组工作电流跨度区间非常大，而燃气表、水表与热量表均为电池供电，对整表功耗要求非常高，因此能满足NB-IoT这样大跨度工作电流的低功耗电源芯片很少，目前的状态市面上的降压DCDC只解决了降压供电方案，不能同时实现NB-IoT模组两种工作模式。

单片机作为一种微控制器，通过多样化数据采集与控制系统能够让单片机完成各项运算，广泛的应用在智能仪表、通讯设备、实时工控、导航系统以及家用电器等中。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于，提供一种NB-IoT模组供电电路及系统，解决现有燃气表、水表与热量表的供电系统不能同时满足NB-IoT模组的正常数据收发模式与节电模式两种供电工作模式所述的电压环境的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案予以实现：

一种NB-IoT模组供电电路，包括低功耗稳压模块、电压转换模块与监控模块，所述低功耗稳压模块包括并联在电源上的芯片U1，所述电压转换模块包括并联在电源上的芯片U2，所述监控模块包括并联在芯片U1或芯片U2上的单片机U3。

所述供电电路还包括与低功耗稳压器芯片U1串联的二极管D1，与电压转换芯片U2串联的二极管D2。

所述电源上还并联有电容C1，所述电压转换芯片U2上并联有电容C2。

一种NB-IoT模组供电系统，包括输入模块、低功耗稳压模块、电压转换模块、监控模块与输出模块，输入模块包括电源，用于给电路系统供电；低功耗稳压模块与所述输入模块连接，用于将输入模块的电压转换为供NB-IoT模组处于节电模式时所需的工作电压；电压转换模块与所述电池模块连接，用于将输入模块的电压转换为供NB-IoT模组正常收发数据时所需的工作电压；监控模块分别与所述低功耗稳压模块、电压转换模块连接以及NB-IoT模组连接，用于连通输入模块与低功耗稳压模块或输入模块与电压转换模块；输出模块分别与低功耗稳压模块和电压转换模块连接，用于向NB-IoT模组供电。

所述NB-IoT模组供电系统还包括稳压模块分别与所述低功耗稳压模块和电压转换模块连接，用于对低功耗稳压模块和电压转换模块输出的电压进行稳压后提供给输出模块。

输入模块为AA碱性干电池或锂电池，所述AA碱性干电池或锂电池上并联有电容C1。

所述低功耗稳压模块包括芯片U1，芯片U1的输入端1与锂电池连接，芯片U1的输出端4与输出模块连接，芯片U1的连接端2与监控模块连接，芯片U1的GND端接地。

所述电压转换模块包括芯片U2，芯片U2的输入端1与锂电池连接，芯片U2的输出端4与输出模块连接，芯片U2的连接端2与切换模块连接，芯片U2的GND端接地，所述芯片U2输出端4与GND端还连接有电容C2。

所述监控模块包括单片机U3，单片机U3的控制端1与芯片U1的开关端2连接，单片机U3的控制端2与芯片U2的开关端2连接，单片机U3的发送数据端4、接受收据端5分别与NB-IoT模组连接，单片机U3的GND端接地。

所述稳压模块包括二极管D1与二极管D2，二极管D1的一端与芯片U1的输出端4连接，另一端与输出模块连接，二极管D2的一端与芯片U2的输出端4连接，另一端与输出模块连接，所述输出模块上还并联有电容C3。

本实用新型与现有技术相比，具有如下技术效果：

(Ⅰ)本实用提供的一种NB-IoT模组供电电路及系统，通过在输入模块上同时连接低功耗稳压模块和电压转换模块，低功耗稳压模块能够将输入模块的电压转换为供NB-IoT模组处于节电模式时所需的工作电压，电压转换模块能够将输入模块的电压转换为供NB-IoT模组正常收发数据时所需的工作电压，并通过控制模块实现低功耗稳压模块和电压转换模块的切换，从而满足了NB-IoT模组在不同工作模式的电压环境。

(Ⅱ)本实用新型提供的一种NB-IoT模组供电电路及系统，电路简单，供电灵活，应用范围广泛，能够满足多种电源供电环境，可维护性高，成本低廉。

(Ⅲ)本实用新型提供的一种NB-IoT模组供电电路及系统，NB-IoT模组在工作时，低功耗稳压模块自身的静态损耗较小，并可以提供NB-IoT模组在节能模式的工作电流，使电流的转换效率高，延长了供电系统的使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型的NB-IoT模组供电系统的电路图；

图2是本实用新型的NB-IoT模组供电系统的整体模块图。

以下结合实施例对本实用新型的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

以下给出本实用新型的具体实施例，需要说明的是本实用新型并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本实用新型的保护范围。

实施例1：

一种NB-IoT模组供电电路，包括低功耗稳压模块、电压转换模块与监控模块，所述低功耗稳压模块包括并联在电源上的芯片U1，所述电压转换模块包括并联在电源上的芯片U2，所述监控模块包括并联在芯片U1或芯片U2上的单片机U3。

如图1所示，本实施例中通过在电池上同时连接芯片U1和芯片U2，芯片U1能够将电池的电压转换为供NB-IoT模组处于节电模式时所需的工作电压，芯片U2能够将输入模块的电压转换为供NB-IoT模组正常收发数据时所需的工作电压，并通过单片机U3实现芯片U1和芯片U2的工作切换，从而满足了NB-IoT模组在不同工作模式的电压环境。

其中，对于NB-IoT工作在PSM即节电模式时，平均电流小于5uA，信令交互不超过300mA(毫秒级)，可选取最大工作电流不小于300mA，静态功耗小于3uA，最高工作电压不小于6V。输出电压可选用电平匹配MCU的3.0V、3.3V以及3.6V，本实例中选用芯片U1的型号为ME6210A33PG。

对于NB-IoT工作在正常收发数据模式，最大电流不超过500mA，可选取最大工作电流不小于500mA，电源转换效率不低于85％；对于降压芯片，最高工作电压不小于5.5V；对于升压芯片，最低工作电压不大于2V；对于升降压一体芯片工作电压范围最低电压不大于2V，最高工作电压不小于5.5V，本实例中选用芯片U2的型号为SY20601DQUC。

可选的，所述供电电路还包括与低功耗稳压器芯片U1串联的二极管D1，与电压转换芯片U2串联的二极管D2。

其中，考虑到市场上绝大多数的芯片U1输出端到输入端因工艺问题都存在寄生二极管，如果从输出端给低功耗稳压芯片施加电压，芯片U1会工作在未知状态下，从而造成电量浪费，甚至芯片U1因异常工作而损坏；同时考虑到芯片U2大部分都是外带调压电路，且输出端和输入端不是全部隔离的，典型的比如升压芯片，输出端通过电感直接和输入端连接，因此芯片U1的输出电压与芯片U2的输出电压也不能直接和输出模块连接；因此借用二极管的单向导电特性，实现芯片U1和芯片U2的输出电压隔离，保证芯片U1和芯片U2的正常工作，最大程度提升电源利用效率，本实施例中二极管D1选用型号为：1N4007，二极管D2选用型号为：1N4007。

可选的，所述电源上还并联有电容C1，所述电压转换芯片U2上并联有电容C2，电容C1与电容C2用于储能与滤波。

其中，电容C1电容容值100nF，耐压25V，电容C2电容容值100nF，耐压25V。

实施例2：

一种NB-IoT模组供电系统，包括输入模块、低功耗稳压模块、电压转换模块、监控模块与输出模块，输入模块包括电源，用于给电路系统供电；低功耗稳压模块与所述输入模块连接，用于将输入模块的电压转换为供NB-IoT模组处于节电模式时所需的工作电压；电压转换模块与所述电池模块连接，用于将输入模块的电压转换为供NB-IoT模组正常收发数据时所需的工作电压；监控模块分别与所述低功耗稳压模块、电压转换模块连接以及NB-IoT模组连接，用于连通输入模块与低功耗稳压模块或输入模块与电压转换模块；输出模块分别与低功耗稳压模块和电压转换模块连接，用于向NB-IoT模组供电。

如图1-图2所示，本实施例的NB-IoT模组供电系统，通过在输入模块上同时连接低功耗稳压模块和电压转换模块，低功耗稳压模块能够将输入模块的电压转换为供NB-IoT模组处于节电模式时所需的工作电压，电压转换模块能够将输入模块的电压转换为供NB-IoT模组正常收发数据时所需的工作电压，并通过控制模块实现低功耗稳压模块和电压转换模块的切换，从而满足了NB-IoT模组在不同工作模式的电压环境。

可选的，所述NB-IoT模组供电系统还包括稳压模块分别与所述低功耗稳压模块和电压转换模块连接，用于对低功耗稳压模块和电压转换模块输出的电压进行稳压后提供给输出模块，保证低功耗稳压模块和电压转换模块的正常工作以及节省电能。

可选的，输入模块为AA碱性干电池或锂电池，所述AA碱性干电池或锂电池上并联有电容C1。

其中，本实施例采用4节AA碱性干电池6V电压。

可选的，所述低功耗稳压模块包括芯片U1，芯片U1的输入端1与锂电池连接，芯片U1的输出端4与输出模块连接，芯片U1的连接端2与监控模块连接，芯片U1的GND端接地。

其中，对于NB-IoT工作在PSM即节电模式，平均电流小于5uA，信令交互不超过300mA(毫秒级)，可选取最大工作电流不小于300mA，静态功耗小于3uA，最高工作电压不小于6V。输出电压可选用电平匹配MCU的3.0V、3.3V以及3.6V，本实例中选用芯片U1的型号为ME6210A33PG。

可选的，所述电压转换模块包括芯片U2，芯片U2的输入端1与锂电池连接，芯片U2的输出端4与输出模块连接，芯片U2的连接端2与切换模块连接，芯片U2的GND端接地，所述芯片U2输出端4与GND端还连接有电容C2。

其中，对于NB-IoT工作在正常收发数据模式，最大电流不超过500mA，可选取最大工作电流不小于500mA，电源转换效率不低于85％；对于降压芯片，最高工作电压不小于5.5V；对于升压芯片，最低工作电压不大于2V；对于升降压一体芯片工作电压范围最低电压不大于2V，最高工作电压不小于5.5V，本实例中选用芯片U2的型号为SY20601DQUC。

可选的，所述监控模块包括单片机U3，单片机U3的控制端1与芯片U1的开关端2连接，单片机U3的控制端2与芯片U2的开关端2连接，单片机U3的发送数据端4、接受收据端5分别与NB-IoT模组连接，单片机U3的GND端接地。

其中，单片机U3的型号为R7FC019。

可选的，所述稳压模块包括二极管D1与二极管D2，二极管D1的一端与芯片U1的输出端4连接，另一端与输出模块连接，二极管D2的一端与芯片U2的输出端4连接，另一端与输出模块连接，所述输出模块上还并联有电容C3。

其中，考虑到市场上绝大多数的芯片U1输出端到输入端因工艺问题都存在寄生二极管，如果从输出端给低功耗稳压芯片施加电压，芯片U1会工作在未知状态下，从而造成电量浪费，甚至芯片U1因异常工作而损坏；同时考虑到芯片U2大部分都是外带调压电路，且输出端和输入端不是全部隔离的，典型的比如升压芯片，输出端通过电感直接和输入端连接，因此芯片U1的输出电压与芯片U2的输出电压也不能直接和输出模块连接；因此借用二极管的单向导电特性，实现芯片U1和芯片U2的输出电压隔离，保证芯片U1和芯片U2的正常工作，最大程度提升电源利用效率，本实施例中二极管D1选用1N4007，二极管D2选用1N4007，电容C3为电容容值100nF，耐压25V。

本实用新型的NB-IoT模组供电电路及系统的工作原理：

输入模块的4节AA碱性干电池6V电压分别提供给低功耗稳压模块与电压转换模块；低功耗稳压模块的芯片U1能够将电6V电压转换为3.3V，并提供50mA的工作电流，提供NB-IoT模组处于节电模式时的工作环境，电压转换模块的芯片U2能够将6V电压转换为3.3V，并提供300mA的工作电流，提供NB-IoT模组处于正常收发数据模式时的工作环境；单片机U3能够实时获取NB-IoT模组的工作状态，NB-IoT模组在正常使用过程中节电模式处于常态，单片机U3控制芯片U1控制端1与芯片U1连接端2连通，芯片U1工作提供电压，当NB-IoT模组需要给监控中心上报数据时，单片机能够获取信息并使芯片U1控制端1与芯片U1连接端2断开，芯片U1控制端2与芯片U2连接端2连通，芯片U2工作提供电压，本实施例实现了NB-IoT模组模组多种应用场景的专用供电电路与系统。

Claims (10)

1.一种NB-IoT模组供电电路，其特征在于，包括低功耗稳压模块、电压转换模块与监控模块，所述低功耗稳压模块包括并联在电源上的芯片U1，所述电压转换模块包括并联在电源上的芯片U2，所述监控模块包括并联在芯片U1或芯片U2上的单片机U3。

2.如权利要求1所述的NB-IoT模组供电电路，其特征在于，所述NB-IoT模组供电电路还包括与芯片U1串联的二极管D1，与电压转换芯片U2串联的二极管D2。

3.如权利要求2所述的NB-IoT模组供电电路，其特征在于，所述电源上还并联有电容C1，所述电压转换芯片U2上并联有电容C2。

4.一种NB-IoT模组供电系统，其特征在于，包括：

输入模块，包括电源，用于给电路系统供电；

低功耗稳压模块，与所述输入模块连接，用于将输入模块的电压转换为供NB-IoT模组处于节电模式时所需的工作电压；

电压转换模块，与所述输入模块连接，用于将输入模块的电压转换为供NB-IoT模组正常收发数据时所需的工作电压；

监控模块，分别与所述低功耗稳压模块、电压转换模块连接以及NB-IoT模组连接，用于连通输入模块与低功耗稳压模块或输入模块与电压转换模块；

输出模块，分别与低功耗稳压模块和电压转换模块连接，用于向NB-IoT模组供电。

5.如权利要求4所述的NB-IoT模组供电系统，其特征在于，所述NB-IoT模组供电系统还包括：

稳压模块，稳压模块分别与所述低功耗稳压模块和电压转换模块连接，用于对低功耗稳压模块和电压转换模块输出的电压进行稳压后提供给输出模块。

6.如权利要求5所述的NB-IoT模组供电系统，其特征在于，输入模块为AA碱性干电池或锂电池，所述AA碱性干电池或锂电池上并联有电容C1。

7.如权利要求6所述的NB-IoT模组供电系统，其特征在于，所述低功耗稳压模块包括芯片U1，芯片U1的输入端1与锂电池连接，芯片U1的输出端4与输出模块连接，芯片U1的连接端2与监控模块连接，芯片U1的GND端接地。

8.如权利要求7所述的NB-IoT模组供电系统，其特征在于，所述电压转换模块包括芯片U2，芯片U2的输入端1与锂电池连接，芯片U2的输出端4与输出模块连接，芯片U2的连接端2与切换模块连接，芯片U2的GND端接地，所述芯片U2输出端4与GND端还连接有电容C2。

9.如权利要求8所述的NB-IoT模组供电系统，其特征在于，所述监控模块包括单片机U3，单片机U3的控制端1与芯片U1的开关端2连接，单片机U3的控制端2与芯片U2的开关端2连接，单片机U3的发送数据端4、接受收据端5分别与NB-IoT模组连接，单片机U3的GND端接地。

10.如权利要求8所述的NB-IoT模组供电系统，其特征在于，所述稳压模块包括二极管D1与二极管D2，二极管D1的一端与芯片U1的输出端4连接，另一端与输出模块连接，二极管D2的一端与芯片U2的输出端4连接，另一端与输出模块连接，所述输出模块上还并联有电容C3。

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