CN216162442U - 物联网装置电压缓冲控制电路 - Google Patents

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CN216162442U CN202122173727.8U CN202122173727U CN216162442U CN 216162442 U CN216162442 U CN 216162442U CN 202122173727 U CN202122173727 U CN 202122173727U CN 216162442 U CN216162442 U CN 216162442U
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申永鹏
王继光
许洁
牛鸿飞
于福星
王世成
刘冰冰
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陈超强
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Henan Zhuozheng Electronic Technology Co ltd
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Abstract

本实用新型公开了一种物联网装置电压缓冲控制电路,包括微控制单元MCU、电阻R1、钳位二极管D1、PMOS Q1、电容C1、电容C2、二极管D2和NB‑IOT模组;微控制单元MCU的AO接口一方面电连接电阻R1,另一方面电连接PMOS Q1的栅极G,PMOS Q1的栅极G通过钳位二极管D1与PMOS Q1的源极S电连接;NB‑IOT模组和电容C1并联,并与PMOS Q1的漏极D电连接;二极管D2和电容C2并联,并均与NB‑IOT模组电连接。本实用新型具有消除或者减小脉冲电流作用,可以实现电压的连续输出,进而达到电流缓慢上升的目的,对物联网装置的通讯模组的正常上线及避免MCU复位起着重要作用。

Description

物联网装置电压缓冲控制电路
技术领域
本实用新型属于物联网、智能仪表技术领域,具体涉及物联网装置电压缓冲控制电路。
背景技术
电池供电方式可杜绝突发自然断电、人为断电造成的工作中断,有效解决户外工作无电源的问题,越来越多的物联网装置采用电池供电方式。为了降低物联网装置的待机功耗,在非通讯时刻,通常将功耗较大的通讯模组电源开关断开。典型的物联网供电装置微控制单元MCU和通讯模组之间的工作流程一般如图1所示。
上述方法存在如下问题:通讯模组电源控制I/O端口输出仅有Vcc和GND两种状态,高低电平之间无缓冲区域。模组内部电路含有电容,上电瞬间可能产生较大的脉冲电流,造成电池内阻分压增大,对外供电电压骤然降低(如图2/图3),进而造成物联网装置不能正常工作,甚至MCU异常复位。
因此,发明一种具有消除模组上电瞬间脉冲电流的电路对延长电池使用寿命,确保物联网装置可靠性至关重要。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种可以实现电压的连续输出,进而达到电流缓慢上升的效果的物联网装置电压缓冲控制电路。
为实现上述目的,本实用新型采用如下技术方案:
物联网装置电压缓冲控制电路,包括微控制单元MCU、电阻R1、钳位二极管D1,、PMOS Q1、电容C1、电容C2、二极管D2和NB-IOT模组;微控制单元MCU的AO接口一方面电连接电阻R1,另一方面电连接PMOS Q1的栅极G,PMOS Q1的栅极G通过钳位二极管D1与PMOS Q1的源极S电连接;NB-IOT模组和电容C1并联,并与PMOS Q1的漏极D电连接;二极管D2和电容C2并联,并均与NB-IOT模组电连接。
优选的,所述微控制单元MCU、电容C1、电容C2、二极管D2均接地。
优选的,所述微控制单元MCU的AO接口、电阻R1、钳位二极管D1、PMOS Q1构成电压缓冲控制系统;所述微控制单元MCU的AO接口为模拟量输出端口,可输出数值连续的电压值,提供电压缓冲区间;R1有弱上拉作用;所述PMOS Q1作为电路的“开关”,影响其导通与否的主要因素之一是AO接口输出的电压值,选型为AO3415,其VGSth=-0.7V;所述钳位二极管为由两个相同的二极管组成,两个二极管的阴极电连接;所述二极管型号为2CW51。
优选的,所述微控制单元MCU、电阻R1、PMOS Q1的源极S均与电源Vcc电连接。所述电源Vcc为整个缓冲控制电路供电。
优选的,所述电容C1、C2为电压缓冲电容;所述电容C1规格为200μF/50V,电容C2规格为100μF/50V;所述二极管D2为TVS二极管,防止电压过高损坏模组等组件;
优选的,NB-IOT模组为通讯模组,用于接收、传输数据。上电后因其结构中包含电容,在传统电路结构模式下会产生较大的脉冲电流。
本实用新型物联网装置电压缓冲控制电路由MCU、电压缓冲控制系统、NB-IOT模组及其周围元器件构成,具有消除或者减小脉冲电流作用,可以实现电压的连续输出,进而达到电流缓慢上升的目的,有效的避免了上电过程中电压过低以及上电瞬间较大脉冲电流的产生,对物联网装置的通讯模组的正常上线及避免MCU复位起着重要作用,进一步确保物联网装置的可靠性。
附图说明
图1为典型物联网装置微控制单元MCU和通讯模组工作流程;
图2为一种上电瞬间对外输出电压下降情况图;
图3为另一种上电瞬间对外输出电压下降图;
图4为本实用新型物联网装置电压缓冲控制电路;
图5为本实用新型PMOS Q1的AO接口电压输出示意图;
图6为RDS随VGS变化曲线图;
图7为ID随VGS变化示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此,以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围,而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。
如图4所示的物联网装置电压缓冲控制电路,包括微控制单元MCU、电阻R1、钳位二极管D1,、PMOS Q1、电容C1、电容C2、二极管D2和NB-IOT模组;微控制单元MCU的AO接口一方面电连接电阻R1,另一方面电连接PMOS Q1的栅极G,PMOS Q1的栅极G通过钳位二极管D1与PMOS Q1的源极S电连接;NB-IOT模组和电容C1并联,并与PMOS Q1的漏极D电连接;二极管D2和电容C2并联,并均与NB-IOT模组电连接。
所述微控制单元MCU、电容C1、电容C2、二极管D2均接地;所述微控制单元MCU、电阻R1、PMOS Q1的源极S均与电源Vcc电连接。所述电源Vcc为整个缓冲控制电路供电;所述电源Vcc的选用型号为ER26500,其额定电压为3.6V。
所述微控制单元MCU的AO接口、电阻R1、钳位二极管D1、PMOS Q1构成电压缓冲控制系统;所述微控制单元MCU的AO接口为模拟量输出端口,可输出数值连续的电压值,提供电压缓冲区间;R1有弱上拉作用,选用规格为51kΩ;所述PMOS Q1作为电路的“开关”,影响其导通与否的主要因素之一是AO接口输出的电压值,选型为AO3415,其VGSth=-0.7V;所述钳位二极管为由两个相同的二极管组成,两个二极管的阴极电连接;所述二极管型号为2CW51。
所述电容C1、C2为电压缓冲电容;所述电容C1规格为200μF/50V,电容C2规格为100μF/50V;所述二极管D2为TVS二极管,选型为PESD5V0S1UB,防止电压过高损坏模组等组件。
所述NB-IOT模组为通讯模组,用于接收、传输数据。上电后因其结构中包含电容,在传统电路结构模式下会产生较大的脉冲电流。
本实用新型物联网装置电压缓冲控制电路的工作原理为:本实施例中PMOS Q1的AO接口输出电压随时间的变化曲线如图5所示,在起始阶段即时间点“0”时,输出电压VAO=3.6V。此后,输出电压轨迹按图5所示的曲线变化,直至VAO=0V。又由电路结构知,门极电压VG=VAO,源极电压VS=VCC=3.6V。根据PMOS的工作原理,VGS(VGS=VG-VS)控制PMOS的导通与否以及导通电阻RDS的值。RDS与VGS的相关性曲线如图6所示,鉴于以上论述及原理图,该缓冲控制电路的电流从0A开始连续增大:
Figure BDA0003254108240000041
RDS=∞,PMOS不导通,电路电流为ID=0A,NB-IOT模组不上线;
Figure BDA0003254108240000042
RDS≈10000mΩ,PMOS导通,
Figure BDA0003254108240000043
Figure BDA0003254108240000044
RDS≈3200mΩ,PMOS导通,
Figure BDA0003254108240000045
Figure BDA0003254108240000046
RDS≈2000mΩ,PMOS导通,
Figure BDA0003254108240000051
综上,本实用新型物联网装置电压缓冲控制电路,可以实现电压的连续输出,进而达到电流缓慢上升的目的。有效的避免了上电瞬间较大脉冲电流的产生,对物联网装置的通讯模组的正常上线及避免MCU复位起着重要作用。

Claims (6)

1.物联网装置电压缓冲控制电路,其特征在于,包括微控制单元MCU、电阻R1、钳位二极管D1、PMOS Q1、电容C1、电容C2、二极管D2和NB-IOT模组;微控制单元MCU的AO接口一方面电连接电阻R1,另一方面电连接PMOS Q1的栅极G,PMOS Q1的栅极G通过钳位二极管D1与PMOSQ1的源极S电连接;NB-IOT模组和电容C1并联,并与PMOS Q1的漏极D电连接;二极管D2和电容C2并联,并均与NB-IOT模组电连接。
2.根据权利要求1所述的物联网装置电压缓冲控制电路,其特征在于,所述微控制单元MCU、电容C1、电容C2、二极管D2均接地。
3.根据权利要求2所述的物联网装置电压缓冲控制电路,其特征在于,所述微控制单元MCU、电阻R1、PMOS Q1的源极S均与电源Vcc电连接。
4.根据权利要求1所述的物联网装置电压缓冲控制电路,其特征在于,所述钳位二极管D1由两个相同的二极管组成,两个二极管的阴极电连接。
5.根据权利要求3所述的物联网装置电压缓冲控制电路,其特征在于,所述电容C1规格为200μF/50V,电容C2规格为100μF/50V;所述二极管D2为TVS二极管;所述PMOS Q1选型为AO3415。
6.根据权利要求4所述的物联网装置电压缓冲控制电路,其特征在于,所述二极管型号为2CW51。
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