時(shí)域反射儀的硬件設計與實(shí)現----關(guān)鍵電路設計（四）

在充電狀態(tài)的指示設計上，僅僅使用了一個(gè)狀態(tài)指示，即適配器識別。這里將適配器的識別放在了軟件處理當中，而沒(méi)有采用發(fā)光二極管指示的形式，具體設計如圖中所示。當沒(méi)有接上適配器時(shí)，PG￣為高阻輸出，則ARM檢測到的電壓為3.3v，即認為檢測到了高電平(數字1)，當電路街上適配器以后，為低電平，則二極管必然會(huì )導通，輸入到ARM的電壓在0.6v左右，小于高電平判定門(mén)限，因此檢測到的是低電平(數字0)，在此狀態(tài)下可在屏幕上顯示充電標志。Ts輸入端是溫度保護輸入，當和電池塊放在一起的負溫度系數的熱敏電阻受電池溫度影響時(shí)，其阻值發(fā)生變化，通過(guò)分壓電路，在TS上的電壓也會(huì )發(fā)生變化，當電壓范圍超出VVTSB的34%--74%時(shí)，充電被暫停，直到電池溫度回到正常范圍以?xún)取?/P>

本系統所使用的鏗電池塊，最高電壓為8.4v，電量為3000A，為了最大限度的利用好鏗電池，將充電電流最大定為500mA，即在快速充電情況下，而在預充電和補足充電情況下則為500mA，此設計方案基本上滿(mǎn)足了充電要求。因為電池放電并不是線(xiàn)性放電，如果負載功耗為定值，在放電初期，電池的電壓變化不大，直到電池電壓接近6.5v左右時(shí)，電池電壓就會(huì )快速下降，此時(shí)應該停止放電，因為鏗電池過(guò)度放電也會(huì )縮短電池使用壽命。停止放電由軟件來(lái)處理，當ARM檢測到電池電壓低于某個(gè)電壓值時(shí)，就會(huì )自動(dòng)關(guān)機，同時(shí)為了節省電池電量，在軟件中了設計了定時(shí)關(guān)機程序，當用戶(hù)在一定時(shí)間內沒(méi)有對儀器做任何操作時(shí)，系統將在設定時(shí)間內自動(dòng)關(guān)閉電源。

3.4.2 DC-DC轉換電路

本系統中各種直流電源的產(chǎn)生都是經(jīng)過(guò)專(zhuān)用的集成電源芯片來(lái)實(shí)現，常用的電源芯片主要分為三類(lèi)：低壓差線(xiàn)性穩壓器(LDO Linear Regulators)、基于電感儲能的開(kāi)關(guān)式DC/DC升降壓穩壓器(Induotor Based switching Regulators)及基于電容器儲能的電荷泵(switched Capacitpr Regulators)。

1.LDO低壓差線(xiàn)性穩壓器：應用最簡(jiǎn)單的穩壓器，由于其本身存在DC無(wú)開(kāi)關(guān)電壓轉換，所以它只能把輸入電壓降為更低的電壓輸出。線(xiàn)性低壓差穩壓器最大的缺點(diǎn)在熱量管理方面，因為其轉換效率近似等于輸出電壓除以輸入電壓的值，所以當輸出電壓與輸入電壓相差較大時(shí)，轉換效率會(huì )很低，其中一部分能量轉換為熱能被消耗掉，但當電壓差較小時(shí)，情況就有所不同，例如電壓從1.5v降到1.2v，效率達到了80%.

2.開(kāi)關(guān)式DC/DC(轉換器：當輸入與輸出的電壓差較高時(shí)，開(kāi)關(guān)穩壓器避開(kāi)了所有線(xiàn)性穩壓器的效率問(wèn)題。它通過(guò)使用低電阻開(kāi)關(guān)和電感等儲能單元實(shí)現了高達%%的效率，因此極大地降低了轉換過(guò)程中的功率損失。選用開(kāi)關(guān)頻率高的DC心C變換器，可以極大地縮小外部電感器和電容器的尺寸和容量，如超過(guò)ZMHz的高開(kāi)關(guān)頻率。開(kāi)關(guān)穩壓器的缺點(diǎn)較少，通?？梢杂煤玫脑O計技術(shù)來(lái)克服，但是電感器的頻率外泄干擾較難避免，設計應用時(shí)對其EMI輻射需要考慮。

3.電荷泵：電容式電荷泵通過(guò)開(kāi)關(guān)陣列和振蕩器、邏輯電路、比較控制器實(shí)現電壓提升，采用電容器來(lái)貯存能量。電荷泵是無(wú)須電感的，但要外部電容器，由于其工作頻率較高，因此可使用小型陶瓷電容(1uF)，以節省空間和降低成本。電荷泵僅用外部電容即可提供土2倍的輸出電壓。其損耗主要來(lái)自電容器的ESR(等效串聯(lián)電阻)和內部開(kāi)關(guān)晶體管的RDS(ON)。電荷泵轉換器沒(méi)有使用儲能電感，因此其輻射EMI可以忽略，輸入端噪聲可用一只小型電容濾除。電荷泵電路輸出電流較小，且輸出紋波受使用的電容器影響，轉換效率不高。

通過(guò)對上述三種電源芯片的對比，再根據系統的實(shí)際需要，即最主要關(guān)心的是整個(gè)系統在有限電t情況下的延長(cháng)供電時(shí)間，節省板上面積和高的穩定性。電源模塊主要選用了效率最高的開(kāi)關(guān)式DC/DC轉換器和低壓差線(xiàn)性穩壓器相結合電路，這樣既保證了電源的轉換效率，同時(shí)也為系統提供了穩定的直流電源。

本電源模塊中選用了四片高效的DC/DC轉換器，分別產(chǎn)生±5v、﹢3.3v和+22V直流電壓。采用了國半的高效的LM265DC/DC轉換器產(chǎn)生+5V和+3.3V電壓，LM27313升壓芯片產(chǎn)生+22V的液晶背光驅動(dòng)電壓，以及凌特公司的LT1767產(chǎn)生﹣5V電壓。LM2651具有如下特點(diǎn)：

高達97%的電源轉換效率