時(shí)域反射儀的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)----關(guān)鍵電路設(shè)計(jì)（四）

在充電狀態(tài)的指示設(shè)計(jì)上，僅僅使用了一個(gè)狀態(tài)指示，即適配器識(shí)別。這里將適配器的識(shí)別放在了軟件處理當(dāng)中，而沒(méi)有采用發(fā)光二極管指示的形式，具體設(shè)計(jì)如圖中所示。當(dāng)沒(méi)有接上適配器時(shí)，PG￣為高阻輸出，則ARM檢測(cè)到的電壓為3.3v，即認(rèn)為檢測(cè)到了高電平(數(shù)字1)，當(dāng)電路街上適配器以后，為低電平，則二極管必然會(huì)導(dǎo)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(cè)到的是低電平(數(shù)字0)，在此狀態(tài)下可在屏幕上顯示充電標(biāo)志。Ts輸入端是溫度保護(hù)輸入，當(dāng)和電池塊放在一起的負(fù)溫度系數(shù)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(dāng)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)?nèi)。

本系統(tǒng)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(yù)充電和補(bǔ)足充電情況下則為500mA，此設(shè)計(jì)方案基本上滿(mǎn)足了充電要求。因?yàn)殡姵胤烹姴⒉皇蔷€性放電，如果負(fù)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(yīng)該停止放電，因?yàn)殓H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(dāng)ARM檢測(cè)到電池電壓低于某個(gè)電壓值時(shí)，就會(huì)自動(dòng)關(guān)機(jī)，同時(shí)為了節(jié)省電池電量，在軟件中了設(shè)計(jì)了定時(shí)關(guān)機(jī)程序，當(dāng)用戶(hù)在一定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有對(duì)儀器做任何操作時(shí)，系統(tǒng)將在設(shè)定時(shí)間內(nèi)自動(dòng)關(guān)閉電源。

3.4.2 DC-DC轉(zhuǎn)換電路

本系統(tǒng)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(xiàn)，常用的電源芯片主要分為三類(lèi)：低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO Linear Regulators)、基于電感儲(chǔ)能的開(kāi)關(guān)式DC/DC升降壓穩(wěn)壓器(Induotor Based switching Regulators)及基于電容器儲(chǔ)能的電荷泵(switched Capacitpr Regulators)。

1.LDO低壓差線性穩(wěn)壓器：應(yīng)用最簡(jiǎn)單的穩(wěn)壓器，由于其本身存在DC無(wú)開(kāi)關(guān)電壓轉(zhuǎn)換，所以它只能把輸入電壓降為更低的電壓輸出。線性低壓差穩(wěn)壓器最大的缺點(diǎn)在熱量管理方面，因?yàn)槠滢D(zhuǎn)換效率近似等于輸出電壓除以輸入電壓的值，所以當(dāng)輸出電壓與輸入電壓相差較大時(shí)，轉(zhuǎn)換效率會(huì)很低，其中一部分能量轉(zhuǎn)換為熱能被消耗掉，但當(dāng)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(dá)到了80%.

2.開(kāi)關(guān)式DC/DC(轉(zhuǎn)換器：當(dāng)輸入與輸出的電壓差較高時(shí)，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器避開(kāi)了所有線性穩(wěn)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(chǔ)能單元實(shí)現(xiàn)了高達(dá)%%的效率，因此極大地降低了轉(zhuǎn)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(wěn)壓器的缺點(diǎn)較少，通常可以用好的設(shè)計(jì)技術(shù)來(lái)克服，但是電感器的頻率外泄干擾較難避免，設(shè)計(jì)應(yīng)用時(shí)對(duì)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(xiàn)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(jié)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(nèi)部開(kāi)關(guān)晶體管的RDS(ON)。電荷泵轉(zhuǎn)換器沒(méi)有使用儲(chǔ)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(zhuǎn)換效率不高。

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

本電源模塊中選用了四片高效的DC/DC轉(zhuǎn)換器，分別產(chǎn)生±5v、﹢3.3v和+22V直流電壓。采用了國(guó)半的高效的LM265DC/DC轉(zhuǎn)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(qū)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(dá)97%的電源轉(zhuǎn)換效率