CN217159351U - 一种便携式无人机地面站双直流电源管理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种便携式无人机地面站双直流电源管理装置，涉及电源管理技术领域，解决当前无人机地面站电源管理系统不支持电池组供电且静态功耗大的问题，电源适配器和电池组分别连接到电源路径管理电路，电源路径管理电路的输出端连接到开关控制器的电源端；电源适配器组还连接到充电电路，充电电路连接到电池组；开关控制器连接到电源输出模块、开机按键模块、或逻辑模块的输出端，或逻辑模块连接可调时间高保持模块的输出端；COM‑Express核心板的第一输出端口连接到或逻辑模块，电源输出模块的输出端输出直流电压且连接到COM‑Express核心板；本实用新型具有拥有双电源管理且静态功耗低的优点。

Description

一种便携式无人机地面站双直流电源管理装置

技术领域

本实用新型涉及直流电源管理技术领域，更具体的是涉及便携式无人机地面站双直流电源管理装置技术领域。

背景技术

随着无人机应用场景的不断丰富，应用领域的不断扩大，产业规模的不断壮大，对于支撑无人机飞行的便携式地面站设备需求越来越紧迫。

当前，商业领域所应用电源管理系统已趋于成熟，各项功能也在不断完善，工业领域也有类似的解决方案，但是大多存在以下缺陷和不足：只支持单直流电源输入，不支持电池组供电模式，缺少电池组充电电路，无法满足外场无AC220V电源的使用场景；电源管理系统完全模拟ATX电源工作模式，将开机键直接连接到COM-Express核心板，导致在设备关机状态下，仍有一部分电路处于工作状态，如5V待机电路、3.3V保持电路，其功率损耗处于毫安级，因此静态功耗较大，对于便携式设备来说，电池组会一直处于缓慢放电状态，对电池寿命、设备周期性维护都带来很大影响和不便。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：解决当前便携式无人机地面站电源管理系统不支持电池组供电且静态功耗大的问题。为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种便携式无人机地面站双直流电源管理装置。

本实用新型为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

一种便携式无人机地面站双直流电源管理装置，包括电源适配器、电池组、开机按键模块、充电电路、电源路径管理电路、开关控制器、电源输出模块、可调时间高保持模块、或逻辑模块和COM-Express核心板；

所述电源适配器的输出端和电池组的输出端分别连接到所述电源路径管理电路的输入端，所述电源路径管理电路的输出端连接到开关控制器的电源端；电源适配器组还连接到所述充电电路的输入端，所述充电电路的输出端连接到电池组的输入端；

所述开关控制器的EN端连接到电源输出模块，PB端连接开机按键模块，Kill端连接或逻辑模块的输出端，或逻辑模块的一个输入端连接可调时间高保持模块的输出端；

所述COM-Express核心板的第一输出端口连接到所述或逻辑模块的另一个输入端，所述电源输出模块的输出端输出直流电压且连接到COM-Express核心板的电源端。

优选地，所述电源路径管理电路包括路径控制器、第一开关管和第二开关管；

所述路径控制器的GND端和CTL端接地，VIN端连接所述电池组的输出端，STAT端连接第一开关管的被控端，GATE端连接第二开关管的被控端；

第一开关管的输入端连接所述电源适配器的输出端，第二开关管的输入端连接到所述电池组的输出端；第一开关管和第二开关管的输出端连接到所述开关控制器的电源端，所述第一开关管的输出端还连接到路径控制器的SENSE端。

优选地，所述第一开关管和第二开关管均采用PMOS管。

优选地，所述充电电路包括充电芯片、第二电阻和第三电阻；

所述充电芯片的SW端连接到所述电池组的输入端，VIN端连接到所述电源适配器的输出端；

所述充电芯片的SW端还连接到第二电阻的一端，第二电阻的另一端连接到充电芯片的FB端和第三电阻的一端，第三电阻的另一端接地。

优选地，所述开机按键模块包括开关、第一电阻和第一电容；

开关的一端接地，开关的另一端连接到第一电阻的一端，第一电阻的另一端连接到第一电容的一端和所述开关控制器的PB端，第一电容的另一端接地。

优选地，所述可调时间高保持模块包括可调高电平保持芯片、第二电容、第三电容和第四电容；

所述可调高电平保持芯片的H_RST端连接到所述或逻辑模块的一个输入端，可调高电平保持芯片的GND端接地；

所述第二电容、第三电容和第四电容并联，其一个并联节点连接到可调高电平保持芯片的CT端，另一个并联节点接地。

优选地，所述电源输出模块包括第一直流转换模块、第二直流转换模块、第三直流转换模块、板载接口模块、第一NMOS控制模块、第二NMOS控制模块、第三NMOS控制模块；

所述开关控制器的EN端连接到第一直流转换模块的输入端，第一直流转换模块的输出端连接到第一NMOS控制模块的输入端和第二直流转换模块的输入端，第二直流转换模块的输出端连接到第二NMOS控制模块的输入端和第三直流转换模块的输入端，第三直流转换模块的输出端连接到第三NMOS控制模块的输入端；

所述第一NMOS控制模块、第二NMOS控制模块、第三NMOS控制模块的被控端分别连接所述COM-Express核心板的第二输出端口、第三输出端口、第二输出端口；第一NMOS控制模块、第二NMOS控制模块、第三NMOS控制模块的输出端分别连接到板载接口模块；

第一直流转换模块、第二直流转换模块的输出端还分别连接到所述COM-Express核心板的两个电源端。

优选地，所述第三直流转换模块的输出端经过第三待机电路连接到所述COM-Express核心板的另一个电源端。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型专利支持外部的电源适配器和电池组组合而成的双直流电源供电，通过充电电路和电源路径管理电路，使得整个电源管理系统方案更可靠；还最大限度降低了地面站设备在关机状态下的静态功耗，确保在电池组供电下，设备关机静置时间达到6个月，在此期间无需对设备进行充电维护，该设计方案有效降低了设备周期性维护带来的人工成本。

附图说明

图1是实施例1中便携式无人机地面站双直流电源管理装置的结构示意图；

图2是实施例2中电源路径管理电路和充电电路的电路示意图；

图3是实施例2中开机按键模块的电路示意图；

图4是实施例3中可调时间高保持模块的电路示意图；

附图标记：U1-或逻辑模块，R1-第一电阻，R2-第二电阻，R3-第三电阻，Q1-第一开关管，Q2-第二开关管，S1-开关，C1-第一电容，C2-第二电容，C3-第三电容，C4-第四电容。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，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。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种便携式无人机地面站双直流电源管理装置，包括电源适配器、电池组、开机按键模块、充电电路、电源路径管理电路、开关控制器、电源输出模块、可调时间高保持模块、或逻辑模块和COM-Express核心板；

所述电源适配器的输出端和电池组的输出端分别连接到所述电源路径管理电路的输入端，所述电源路径管理电路的输出端连接到开关控制器的电源端；电源适配器组还连接到所述充电电路的输入端，所述充电电路的输出端连接到电池组的输入端；

所述开关控制器的EN端连接到电源输出模块，PB端连接开机按键模块，Kill端连接或逻辑模块的输出端，或逻辑模块的一个输入端连接可调时间高保持模块的输出端；

所述COM-Express核心板的第一输出端口连接到所述或逻辑模块的另一个输入端，所述电源输出模块的输出端输出直流电压且连接到COM-Express核心板的另一个电源端。其中，COM-Express核心板的第一输出端口为SUS_S5#输出端口，输出SUS_S5#信号。

本实施例工作原理如下：

充电电路为电池组充电，电源路径管理电路实现对电源适配器和电池组各自的电压的实时监控，并根据电压差值适时切换供电电源，确保系统运行过程不断电。开机按键模块输出一个开机信号，连接到开关控制器，实现整个设备的开机操作，长按开机键可实现强制关机功能；

可调时间高保持模块向或逻辑模块输出Keep_Time信号，COM-Express核心板向或逻辑模块输出SUS_S5#控制信号，COM-Express核心板上电后，在SUS_S5#输出端口的控制信号尚未输出的情况下，开关控制器上kill端的信号无效，而不会使开关控制器的EN端释放；SUS_S5#输出端口的控制信号使得开关控制器上kill端的信号有效时，开关控制器的EN端释放，连通电源输出模块实现电压输出。

另外，本实施例中，所述电源输出模块包括第一直流转换模块、第二直流转换模块、第三直流转换模块、板载接口模块、第一NMOS控制模块、第二NMOS控制模块、第三NMOS控制模块；

所述开关控制器的EN端连接到第一直流转换模块的输入端，第一直流转换模块的输出端连接到第一NMOS控制模块的输入端和第二直流转换模块的输入端，第二直流转换模块的输出端连接到第二NMOS控制模块的输入端和第三直流转换模块的输入端，第三直流转换模块的输出端连接到第三NMOS控制模块的输入端；

所述第一NMOS控制模块、第二NMOS控制模块、第三NMOS控制模块的被控端分别连接所述COM-Express核心板的第二输出端口、第三输出端口、第二输出端口；第一NMOS控制模块、第二NMOS控制模块、第三NMOS控制模块的输出端分别连接到板载接口模块；

第一直流转换模块、第二直流转换模块的输出端还分别连接到所述COM-Express核心板的两个电源端。

具体地，第一直流转换模块采用12V直流转换模块、第二直流转换模块采用5V直流转换模块、第三直流转换模块采用3.3V直流转换模块、第一NMOS控制模块采用12V NMOS控制模块、第二NMOS控制模块采用5V NMOS控制模块、第三NMOS控制模块采用3.3V NMOS控制模块

其中，12V直流转换模块、5V直流转换模块、3.3V直流转换模块依次对直流电压进行降压转换，分别产生12V直流电压、5V直流电压和3.3V直流电压，然后分别经过12V NMOS控制模块、5V NMOS控制模块、3.3V NMOS控制模块输出到板载接口模块；通过12V NMOS控制模块、5V NMOS控制模块、3.3V NMOS控制模块实现对板载接口模块的供电和断电操作，12VNMOS控制模块、5V NMOS控制模块、3.3V NMOS控制模块均为一种包括NMOS管的开关电路，通过控制NMOS管的导通和关断实现开关功能，本实施例分别由COM-Express核心板输出的SUS_S3#信号、SUS_S4#信号、SUS_S3#信号控制信号实现其导通和关断。同时12V直流电压、5V直流电压还输出到COM-Express核心板。

作为优选方案，所述第三直流转换模块的输出端经过第三待机电路连接到所述COM-Express核心板的另一个电源端，也就是3.3V直流转换模块的输出端经过3.3V待机电路连接到所述COM-Express核心板的电源端，3.3V待机电路的功能是：在设备处于休眠状态下，可通过外部设备唤醒系统再次进入工作状态。

实施例2

本实施例基于实施例1的技术方案，在实施例1的基础上，如图2所示，所述电源路径管理电路包括路径控制器、第一开关管Q1和第二开关管Q2；

所述路径控制器的GND端和CTL端接地，VIN端连接所述电池组的输出端，STAT端连接第一开关管Q1的被控端，GATE端连接第二开关管Q2的被控端；

第一开关管Q1的输入端连接所述电源适配器的输出端，第二开关管Q2的输入端连接到所述电池组的输出端；第一开关管Q1和第二开关管Q2的输出端连接到所述开关控制器的电源端，所述第一开关管Q1的输出端还连接到路径控制器的SENSE端。

在本实施例中，所述第一开关管Q1和第二开关管Q2均采用PMOS管。

另外，所述充电电路包括充电芯片、第二电阻R2和第三电阻R3；

所述充电芯片的SW端连接到所述电池组的输入端，VIN端连接到所述电源适配器的输出端；

所述充电芯片的SW端还连接到第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端连接到充电芯片的FB端和第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端接地。

电源路径管理电路和充电电路的工作原理如下：

充电电路中，在电源适配器插入的状态下，电源适配器为电池组充电，第二电阻R2和第三电阻R3构成电压反馈电路，用于辅助充电芯片对充电电压进行调节；

电源路径管理电路包括路径控制器和第一开关管Q1、第二开关管Q2，第一开关管Q1和第二开关管Q2均采用PMOS管，当电源适配器插入后，开关控制器将GATE端拉高，STAT端拉低，此时第一开关管Q1导通，第二开关管Q2关断，由电源适配器为设备提供工作电源；当电源适配器拔出，开关控制器将GATE端拉低，STAT端拉高，第一开关管Q1关断，第二开关管Q2导通，由电池组为设备提供工作电源；另外，当开关控制器的PB端检测到大于19ms小于45ms的低电平脉冲信号后，会将开关控制器的EN端电平拉高，用于触发后级电源输出模块进行转换输出；当开关控制器的PB端检测到大于304ms小于720ms的低电平脉冲信号后，会通过将EN端拉低而使得后级电源输出模块停止电压转换输出，PB端输入的是开机按键模块提供的开机信号。

当电源适配器和电池组同时存在，默认由电源适配器为设备提供工作电源。

最后，参阅图3，所述开机按键模块包括开关S1、第一电阻R1和第一电容C1；

开关S1的一端接地，开关S1的另一端连接到第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端连接到第一电容C1的一端和所述开关控制器的PB端，第一电容C1的另一端接地；

开机键模块输出一个开机信号，第一电阻R1、第一电容C1共同构成一个硬件去抖动电路，防止开关S1因异常抖动而开机或关机。

实施例3

本实施例基于实施例1或实施例2的技术方案。

作为优选方案，参阅图4，所述可调时间高保持模块包括可调高电平保持芯片、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4；

所述可调高电平保持芯片的H_RST端连接到所述或逻辑模块U1的一个输入端，可调高电平保持芯片的GND端接地；

所述第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4并联，其一个并联节点连接到可调高电平保持芯片的的CT端，另一个并联节点接地,；

可调时间高保持模块的工作原理如下：

或逻辑模块U1的第一个输入信号为COM-Express核心板的SUS_S5#输出端口的信号，该信号由COM-Express核心板上电后1.4s产生，第二个输入信号是由可调时间高保持模块提供，该器件在上电后产生可保持大于1.4s的高电平信号，从而确保了开关控制器的kill端的信号在系统上电初期一直保持高电平，开关控制器的EN端信号持续有效，可调时间高保持模块的高电平保持时间可通过第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4的容值来调节，可调范围最大为8.6s。

Claims (8)

1.一种便携式无人机地面站双直流电源管理装置，其特征在于，包括电源适配器、电池组、开机按键模块、充电电路、电源路径管理电路、开关控制器、电源输出模块、可调时间高保持模块、或逻辑模块和COM-Express核心板；

所述电源适配器的输出端和电池组的输出端分别连接到所述电源路径管理电路的输入端，所述电源路径管理电路的输出端连接到开关控制器的电源端；电源适配器组还连接到所述充电电路的输入端，所述充电电路的输出端连接到电池组的输入端；

所述开关控制器的EN端连接到电源输出模块，PB端连接开机按键模块，Kill端连接或逻辑模块的输出端，或逻辑模块的一个输入端连接可调时间高保持模块的输出端；

所述COM-Express核心板的第一输出端口连接到所述或逻辑模块的另一个输入端，所述电源输出模块的输出端输出直流电压且连接到COM-Express核心板的电源端。

2.根据权利要求1所述的一种便携式无人机地面站双直流电源管理装置，其特征在于，所述电源路径管理电路包括路径控制器、第一开关管和第二开关管；

所述路径控制器的GND端和CTL端接地，VIN端连接所述电池组的输出端，STAT端连接第一开关管的被控端，GATE端连接第二开关管的被控端；

第一开关管的输入端连接所述电源适配器的输出端，第二开关管的输入端连接到所述电池组的输出端；第一开关管和第二开关管的输出端连接到所述开关控制器的电源端，所述第一开关管的输出端还连接到路径控制器的SENSE端。

3.根据权利要求2所述的一种便携式无人机地面站双直流电源管理装置，其特征在于，所述第一开关管和第二开关管均采用PMOS管。

4.根据权利要求1所述的一种便携式无人机地面站双直流电源管理装置，其特征在于，所述充电电路包括充电芯片、第二电阻和第三电阻；

所述充电芯片的SW端连接到所述电池组的输入端，VIN端连接到所述电源适配器的输出端；

所述充电芯片的SW端还连接到第二电阻的一端，第二电阻的另一端连接到充电芯片的FB端和第三电阻的一端，第三电阻的另一端接地。

5.根据权利要求1所述的一种便携式无人机地面站双直流电源管理装置，其特征在于，所述开机按键模块包括开关、第一电阻和第一电容；

开关的一端接地，开关的另一端连接到第一电阻的一端，第一电阻的另一端连接到第一电容的一端和所述开关控制器的PB端，第一电容的另一端接地。

6.根据权利要求1所述的一种便携式无人机地面站双直流电源管理装置，其特征在于，所述可调时间高保持模块包括可调高电平保持芯片、第二电容、第三电容和第四电容；

所述可调高电平保持芯片的H_RST端连接到所述或逻辑模块的一个输入端，可调高电平保持芯片的GND端接地；

所述第二电容、第三电容和第四电容并联，其一个并联节点连接到可调高电平保持芯片的CT端，另一个并联节点接地。

7.根据权利要求1所述的一种便携式无人机地面站双直流电源管理装置，其特征在于，所述电源输出模块包括第一直流转换模块、第二直流转换模块、第三直流转换模块、板载接口模块、第一NMOS控制模块、第二NMOS控制模块、第三NMOS控制模块；

所述开关控制器的EN端连接到第一直流转换模块的输入端，第一直流转换模块的输出端连接到第一NMOS控制模块的输入端和第二直流转换模块的输入端，第二直流转换模块的输出端连接到第二NMOS控制模块的输入端和第三直流转换模块的输入端，第三直流转换模块的输出端连接到第三NMOS控制模块的输入端；

所述第一NMOS控制模块、第二NMOS控制模块、第三NMOS控制模块的被控端分别连接所述COM-Express核心板的第二输出端口、第三输出端口、第二输出端口；第一NMOS控制模块、第二NMOS控制模块、第三NMOS控制模块的输出端分别连接到板载接口模块；

第一直流转换模块、第二直流转换模块的输出端还分别连接到所述COM-Express核心板的两个电源端。

8.根据权利要求7所述的一种便携式无人机地面站双直流电源管理装置，其特征在于，所述第三直流转换模块的输出端经过第三待机电路连接到所述COM-Express核心板的另一个电源端。

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