用于海底原位觀測的電源智能管理電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型屬于海洋觀測技術的電源分配與管理【技術領域】,具體涉及一種基于智能芯片控制多個電池為多個電子設備提供選擇性供電的電路。一種用于海底原位觀測的電源智能管理電路,本實用新型包括電池選擇開關電路、供電選擇開關電路、降壓穩(wěn)壓電路、備用電源切換電路、主控電路。本實用新型運用智能芯片控制四個電池有選擇的為多個電子設備提供電源,一方面是電池的效能得到了提高,另一方面也避免了單電池供電安全性低的特點;本電路的設計采用了MOS管控制電源的開關即提高了安全性也降低了電路的功耗;與【背景技術】相比,該電路為海洋長期觀測的電池供應提供了新的方法,使海洋探測設備能長期運轉,為科學研究提供大量、有效的數據。
【專利說明】用于海底原位觀測的電源智能管理電路
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于海洋觀測技術的電源分配與管理【技術領域】,具體涉及一種基于智能芯片控制多個電池為多個電子設備提供選擇性供電的電路。
【背景技術】
[0002]為了更深入的調查海洋環(huán)境參數,越來越多的海洋探測設備被部署在海面、水體、海底進行長期觀測,而限制電子設備長期運轉的主要瓶頸就是電能,所以如何高效地運用電能顯得越來越突出。對于部署在海底的海洋探測設備而言,在潮汐能電池、氫燃料電池、海水電化學原電池等技術尚不成熟完善的情況下,一次性干電池仍是首要選擇。如果采用目前商業(yè)化產品中最大儲能的一次性干電池,對于某些耗能較大的探測設備而言,電池密封倉的體積會非常大,這對整體設備的加工、安裝以及布放、回收,會造成很大程度的影響。
[0003]目前的一種新思路是采用多桶電池分布式供電,既在機械設計上解決了重量分布問題,又避免了電池一旦出現故障對系統(tǒng)的致命性影響。但目前尚缺乏一種專門的水下電源管理電路,對多組電源輸入進行智能化判斷、選擇、分配,并控制多路探測設備或傳感器的供電。這一技術空白限制了海洋長期觀測技術的發(fā)展。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的在于提供一種基于智能控制芯片的多個電池輪換為多個電子設備提供選擇性供電的電路,以克服海洋長期觀測平臺所用水下電池不能高效、長期供應的難題。
[0005]本實用新型的用于海底原位觀測的電源智能管理電路,包括電池選擇開關電路、供電選擇開關電路、降壓穩(wěn)壓電路、備用電源切換電路、主控電路,電池選擇開關電路、供電選擇開關電路、降壓穩(wěn)壓電路、備用電源切換電路分別與主控電路之間電連接;電池選擇開關電路通過MOS管電路來實現對供電電池組的選擇,同時對電池的電壓進行分壓,供主控電路采集;供電選擇開關電路通過MOS管電路對電子設備的供電進行管理;降壓穩(wěn)壓電路給其他電路及其外圍設備供電;備用電源切換電路的當備用電池電壓大于主電池電路電壓時,備用電池給本電路系統(tǒng)供電,當備用電池電壓小于主電池電路電壓時,主電池給本系統(tǒng)供電,進行主電源與備用電源的自動切換,實現系統(tǒng)的無縫供電;主控電路采集電池組的電壓獲得電池組電壓,控制電池的供電開關和電子設備的供電開關,與上位機通過串口進行通訊獲得上位機指令。
[0006]電池選擇開關電路的主要功能是通過MOS管電路來實現對供電電池組的選擇,同時對電池的電壓進行分壓,供主控電路采集。所述的電池選擇開關電路包括電池PowerUP溝道增強型M0SFETQ1、發(fā)光二極管LEDUNPN三級管Q2、電解電容C13、二極管D1、瓷片電容Cl、五個電阻R28、R34、R44、R2和R-1 ;電池Powerl的正極串接電阻R28、R34接地;Powerl的正極與電阻R28的公共端連接電解電容C13的正極,電解電容C13的負極接地;Powerl的正極、電阻R28與電解電容C13的正極的公共端串接電阻R2連接到NPN三級管Q2的集電極,電阻R2與NPN三級管Q2的集電極的公共端連接到M0SFETQ1的柵極,Powerl的正極、電阻R28、電解電容C13的正極與電阻R2的公共端連接到Ql的源極,NPN三級管Q2的基極串接瓷片電容Cl接地,NPN三級管Q2的基極與瓷片電容Cl的公共端連接電阻R44,NPN三級管Q2的發(fā)射極接地;M0SFETQ1的漏極連接二極管Dl的陽極,M0SFETQ1的漏極與Dl陽極的公共端連接到電阻R-l,R-1的另一端連接到LEDl的陽極,LEDl的陰極接地;Powerl的負極接地。
[0007]供電選擇開關電路的主要功能是通過MOS管電路對電子設備的供電進行管理;降壓穩(wěn)壓電路的主要功能是通過一級電源轉換芯片ICl輸出一個+5V電壓給其他電路供電,通過二級電源芯片IC2輸出一個+3.3V電壓給單片機及其外圍設備供電。所述的供電選擇開關電路模塊包括P溝道增強型M0SFETQ9、NPN三級管Q20、瓷片電容C5、兩個電阻RlO和R43 ;Q9的源極串接電阻RlO連接到Q20的集電極,電阻RlO與Q20的集電極的公共端連接到Q9的柵極,Q9的漏極連接到OUTl的I腳連接,OUTl的2腳接地;Q20的發(fā)射極接地,Q20的基極串接瓷片電容C5接地,Q20的基極與瓷片電容C5的公共端連接到電阻R43的一端。
[0008]降壓穩(wěn)壓電路的主要功能是通過一級電源轉換芯片ICl輸出一個+5V電壓給其他電路供電,通過二級電源芯片IC2輸出一個+3.3V電壓給單片機及其外圍設備供電。所述的降壓穩(wěn)壓電路包括電源p0wer5V、一級電源轉換芯片IC1、二級電源轉換芯片IC2、四個電解電容C17、C18、C19和C20、穩(wěn)壓管D5、發(fā)光二極管D0、瓷片電容C21、電感LI和電阻R25 ;電源power5V的2腳接地,電源power5V的I腳并接到一級電源轉換芯片ICl的4腳、電感LI的一端、電解電容C18的正極、電解電容C19的正極和二級電源轉換芯片IC2的輸入端3腳,電感LI的另一端并接到一級電源轉換芯片ICl的輸出端2腳和穩(wěn)壓管D5的負極,D5的正極、電解電容C18的負極、電解電容C19的負極接地,二級電源轉換芯片IC2的輸出端2腳并接到二級電源轉換芯片IC2的輸出端4腳,電解電容C20的正極,瓷片電容C21的一端,和電阻R25的一端,電阻R25的另一端連接發(fā)光二極管DO陽極連接,發(fā)光二極管DO陰極、電解電容C20的負極、瓷片電容C21的另一端和二級電源轉換芯片IC2的I腳接地,一級電源轉換芯片ICl的I腳為輸入端連接到電解電容C17的正極,電解電容C17的負極、一級電源轉換芯片ICl的5腳和3腳接地。
[0009]備用電源切換電路的主要功能是當備用電池電壓大于主電池電路電壓時,備用電池給本電路系統(tǒng)供電,當備用電池電壓小于主電池電路電壓時,主電池給本系統(tǒng)供電,即進行主電源與備用電源的自動切換,實現系統(tǒng)的無縫供電。所述的備用電源切換電路包括備用電池BT、自動電源切換芯片IC3、P溝道增強型MOSFET Q、二極管D6、電阻R0、電阻Rl和瓷片電容C31 ;備用電池BT的正極連接到二極管D6的陽極,二極管D6的陰極連接到自動電源切換芯片IC3的7腳,二極管D6的陰極與自動電源切換芯片IC3的7腳的公共端通過串接電阻R0、電阻Rl連接到地,電阻R0、電阻Rl的公共端連接到IC3的I腳,IC3的2腳、3腳接地,自動電源切換芯片IC3的8腳與MOS管Q的柵極連接,MOS管Q的漏極通過串接瓷片電容C31接地;備用電池T的負極接地。
[0010]主控電路的主要功能是采集電池組的電壓獲得電池組電壓,控制電池的供電開關和電子設備的供電開關,與上位機通過串口進行通訊獲得上位機指令。所述的主控電路包括主控芯片IC4、程序下載與調試接口 JTAG、串行通信接口 USART,瓷片電容C23、C24、C25、C26、C27、C28、C29、C30,晶振Y,電阻R26、R27 ;降壓穩(wěn)壓電路的+3.3V輸出端并接到主控芯片IC4的I腳、13腳、19腳、32腳、48腳、64腳、瓷片電容C23、C24、C25、C26和C27的一端,瓷片電容C23、C24、C25、C26和C27的另一端接地;降壓穩(wěn)壓電路的+3.3V的輸出端通過串接R27和瓷片電容C28連接到地,R27和C28的公共端連接到IC4的7腳;主控芯片IC4的5腳并接到瓷片電容C29和晶振Y的一端,主控芯片IC4的6腳并接到瓷片電容C30和晶振Y的另一端,瓷片電容C29和C30的另一端接地;調試接口 JTAG的腳I接地,腳2連接到IC4的49腳,腳3連接到IC4的46腳,腳4連接到降壓穩(wěn)壓電路的+3.3V的輸出端;串行通信接口 USART的腳I連接到IC4的42腳,腳2連接到IC4的43腳,腳3接地;主控芯片IC4的28腳串接R26連接到地;主控芯片IC4的12腳、18腳、31腳、47腳、60腳和63腳接地。
[0011]本實用新型中的電源轉換芯片IC1、IC2,自動電源切換芯片IC3、主控芯片IC4,均采用成熟產品。一級電源轉換芯片ICl采用LM2576,二級電源轉換芯片IC2采用AMS1117,自動電源切換芯片IC3采用Linear Technology公司的LTC4414,主控芯片IC4采用ST公司的 STM32F103VCT6。
[0012]本實用新型運用智能芯片控制四個電池有選擇的為多個電子設備提供電源,一方面是使電池的效能得到了提高,另一方面也避免了單電池供電安全性低的特點;本電路的設計采用了 MOS管控制電源的開關即提高了安全性也降低了電路的功耗;與【背景技術】相t匕,該電路為海洋長期觀測的電池供應提供了新的方法,使海洋探測設備能長期運轉,為科學研究提供大量、有效的數據。
[0013]本實用新型所涉及的技術可應用在海底長期觀測平臺中,需要集成多套海洋探測設備或傳感器,并集中由外部電池供電的情況。通過該實用新型使多路電池協同工作,長期為觀測平臺輸送電能,從而保障平臺高效、穩(wěn)定的完成觀測目標。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型的整體電路示意圖;
[0015]1-主控電路;2_電池選擇開關電路;3_供電選擇開關電路;4_降壓穩(wěn)壓電路;5-備用電源切換電路;
[0016]圖2為圖1中的電池選擇開關電路示意圖;
[0017]圖3為圖1中的供電選擇開關電路示意圖;
[0018]圖4為圖1中的降壓穩(wěn)壓電路示意圖;
[0019]圖5為圖1中的備用電源切換電路示意圖;
[0020]圖6為圖1中的主控電路示意圖。
【具體實施方式】
[0021 ] 如圖1所示,本實用新型包括主控電路1、電池選擇開關電路2、供電選擇開關電路
3、降壓穩(wěn)壓電路4、備用電源切換電路5。電池選擇開關電路2為備用電源切換電路5和供電選擇開關電路3提供電源的輸入,為主控電路I提供檢測電壓數據。備用電源切換電路5為降壓穩(wěn)壓電路4提供電源輸入。降壓穩(wěn)壓電路4為主控電路提供+3.3V電源,并提供+5V電源接口。供電選擇開關電路3為外界提供電源輸出。主控電路I通過串口與外界通τΗ ο[0022]如圖2所示,電池選擇開關電路包括電池PowerUP溝道增強型M0SFETQ1、發(fā)光二極管LED1、NPN三級管Q2、電解電容Cl3、二極管Dl、瓷片電容Cl、五個電阻R28、R34、R44、R2和R-1 ;電池Powerl的正極串接電阻R28、R34接地;Powerl的正極與電阻R28的公共端連接電解電容C13的正極,電解電容C13的負極接地;P0Werl的正極、電阻R28與電解電容C13的正極的公共端串接電阻R2連接到Q2的集電極,電阻R2與Q2的集電極的公共端連接到Ql的柵極,Powerl的正極、電阻R28、電解電容C13的正極與電阻R2的公共端連接到Ql的源極,Q2的基極串接瓷片電容Cl接地,Q2的基極與瓷片電容Cl的公共端連接電阻R44,Q2的發(fā)射極接地;Q1的漏極連接二極管Dl的陽極,Ql的漏極與Dl陽極的公共端連接到電阻R-l,R-1的另一端連接到LEDl的陽極,LEDl的陰極接地;Powerl的負極接地。
[0023]如圖3所示,供電選擇開關電路模塊包括P溝道增強型M0SFETQ9、NPN三級管Q20、瓷片電容C5、兩個電阻RlO和R43 ;Q9的源極串接電阻RlO連接到Q20的集電極,電阻RlO與Q20的集電極的公共端連接到Q9的柵極,Q9的漏極連接到OUTl的I腳連接,OUTl的2腳接地;Q20的發(fā)射極接地,Q20的基極串接瓷片電容C5接地,Q20的基極與瓷片電容C5的公共端連接到電阻R43的一端。
[0024]如圖4所示,降壓穩(wěn)壓電路包括電源power5V、一級電源轉換芯片ICl、二級電源轉換芯片IC2、四個電解電容C17、C18、C19和C20、穩(wěn)壓管D5、發(fā)光二極管DO、瓷片電容C21、電感LI和電阻R25 ;電源power5V的2腳接地,電源power5V的I腳并接到一級電源轉換芯片ICl的4腳、電感LI的一端、電解電容C18的正極、電解電容C19的正極和二級電源轉換芯片IC2的輸入端3腳,電感LI的另一端并接到一級電源轉換芯片ICl的輸出端2腳和穩(wěn)壓管D5的負極,D5的正極、電解電容C18的負極、電解電容C19的負極接地,二級電源轉換芯片IC2的輸出端2腳并接到二級電源轉換芯片IC2的輸出端4腳,電解電容C20的正極,瓷片電容C21的一端,和電阻R25的一端,電阻R25的另一端連接發(fā)光二極管DO陽極連接,發(fā)光二極管DO陰極、電解電容C20的負極、瓷片電容C21的另一端和二級電源轉換芯片IC2的I腳接地,一級電源轉換芯片ICl的I腳為輸入端連接到電解電容C17的正極,電解電容C17的負極、一級電源轉換芯片ICl的5腳和3腳接地。
[0025]如圖5所示,備用電源切換電路包括備用電池BT、自動電源切換芯片IC3、P溝道增強型M0SFETQ、二極管D6、電阻R0、電阻Rl和瓷片電容C31 ;備用電池BT的正極連接到二極管D6的陽極,二極管D6的陰極連接到自動電源切換芯片IC3的7腳,二極管D6的陰極與自動電源切換芯片IC3的7腳的公共端通過串接電阻R0、電阻Rl連接到地,電阻R0、電阻Rl的公共端連接到IC3的I腳,IC3的2腳、3腳接地,自動電源切換芯片IC3的8腳與MOS管Q的柵極連接,MOS管Q的漏極通過串接瓷片電容C31接地;備用電池T的負極接地。
[0026]如圖6所示,主控電路包括主控芯片IC4、程序下載與調試接口 JTAG、串行通信接口 USART,瓷片電容 C23、C24、C25、C26、C27、C28、C29、C30,晶振 Y,電阻 R26、R27 ;降壓穩(wěn)壓電路的+3.3V輸出端并接到主控芯片IC4的I腳、13腳、19腳、32腳、48腳、64腳、瓷片電容C23、C24、C25、C26和C27的一端,瓷片電容C23、C24、C25、C26和C27的另一端接地;降壓穩(wěn)壓電路的+3.3V的輸出端通過串接R27和瓷片電容C28連接到地,R27和C28的公共端連接到IC4的7腳;主控芯片IC4的5腳并接到瓷片電容C29和晶振Y的一端,主控芯片IC4的6腳并接到瓷片電容C30和晶振Y的另一端,瓷片電容C29和C30的另一端接地;調試接口 JTAG的腳I接地,腳2連接到IC4的49腳,腳3連接到IC4的46腳,腳4連接到降壓穩(wěn)壓電路的+3.3V的輸出端;串行通信接口 USART的腳I連接到IC4的42腳,腳2連接到IC4的43腳,腳3接地;主控芯片IC4的28腳串接R26連接到地;主控芯片IC4的12腳、18腳、31腳、47腳、60腳和63腳接地。
[0027]本實用新型所涉及電路的工作過程是:首先單片機采集到電池組的電壓信號,軟件編程實現對電池電壓進行分析和判斷,并發(fā)出信號傳遞給電池選擇開關電路模塊中的三極管來控制MOS管進而控制電池的開關,實現對電池組供電的選擇。然后通過串口接收到上位機的命令,軟件編程實現命令的解析。最后單片機發(fā)出信號傳遞給供電選擇開關電路模塊中的三極管來控制MOS管進而控制電子設備的供電開關,實現了對電子設備供電的控制。
【權利要求】
1.一種用于海底原位觀測的電源智能管理電路,包括電池選擇開關電路、供電選擇開關電路、降壓穩(wěn)壓電路、備用電源切換電路、主控電路,其特征在于:電池選擇開關電路、供電選擇開關電路、降壓穩(wěn)壓電路、備用電源切換電路分別與主控電路之間電連接;電池選擇開關電路通過MOS管電路來實現對供電電池組的選擇,同時對電池的電壓進行分壓,供主控電路采集;供電選擇開關電路通過MOS管電路對電子設備的供電進行管理;降壓穩(wěn)壓電路給其他電路及其外圍設備供電;備用電源切換電路的當備用電池電壓大于主電池電路電壓時,備用電池給本電路系統(tǒng)供電,當備用電池電壓小于主電池電路電壓時,主電池給本系統(tǒng)供電,進行主電源與備用電源的自動切換,實現系統(tǒng)的無縫供電;主控電路采集電池組的電壓獲得電池組電壓,控制電池的供電開關和電子設備的供電開關,與上位機通過串口進行通訊獲得上位機指令。
2.根據權利要求1所述的用于海底原位觀測的電源智能管理電路,其特征在于:所述的電池選擇開關電路包括電池PowerUP溝道增強型M0SFETQ1、發(fā)光二極管LEDl、NPN三級管Q2、電解電容C13、二極管D1、瓷片電容Cl、電阻R28、R34、R44、R2和R-1 ;電池Powerl的正極串接電阻R28、R34接地;Powerl的正極與電阻R28的公共端連接電解電容C13的正極,電解電容C13的負極接地;Powerl的正極、電阻R28與電解電容C13的正極的公共端串接電阻R2連接到Q2的集電極,電阻R2與Q2的集電極的公共端連接到Ql的柵極,Powerl的正極、電阻R28、電解電容C13的正極與電阻R2的公共端連接到Ql的源極,Q2的基極串接瓷片電容Cl接地,Q2的基極與瓷片電容Cl的公共端連接電阻R44,Q2的發(fā)射極接地;Q1的漏極連接二極管Dl的陽極,Ql的漏極與Dl陽極的公共端連接到電阻R-1,R_1的另一端連接到LEDl的陽極,LEDl的陰極接地;Power I的負極接地。
3.根據權利要求1所述的用于海底原位觀測的電源智能管理電路,其特征在于:所述的供電選擇開關電路包括P溝道增強型M0SFETQ9、NPN三級管Q20、瓷片電容C5、電阻RlO和R43 ;M0SFETQ9的源極串接電阻RlO連接到NPN三級管Q20的集電極,電阻RlO與Q20的集電極的公共端連接到 M0SFETQ9的柵極,M0SFETQ9的漏極連接到OUTl的I腳連接,OUTl的2腳接地;NPN三級管Q20的發(fā)射極接地,NPN三級管Q20的基極串接瓷片電容C5接地,NPN三級管Q20的基極與瓷片電容C5的公共端連接到電阻R43的一端。
4.根據權利要求1所述的一種用于海底原位觀測的電源智能管理電路,其特征在于:所述的降壓穩(wěn)壓電路包括電源p0wer5V、一級電源轉換芯片IC1、二級電源轉換芯片IC2、電解電容C17、C18、C19和C20、穩(wěn)壓管D5、發(fā)光二極管DO、瓷片電容C21、電感LI和電阻R25 ;電源power5V的2腳接地,電源power5V的I腳并接到一級電源轉換芯片ICl的4腳、電感LI的一端、電解電容C18的正極、電解電容C19的正極和二級電源轉換芯片IC2的輸入端3腳,電感LI的另一端并接到一級電源轉換芯片ICl的輸出端2腳和穩(wěn)壓管D5的負極,D5的正極、電解電容C18的負極、電解電容C19的負極接地,二級電源轉換芯片IC2的輸出端2腳并接到二級電源轉換芯片IC2的輸出端4腳,電解電容C20的正極,瓷片電容C21的一端,和電阻R25的一端,電阻R25的另一端連接發(fā)光二極管DO陽極連接,發(fā)光二極管DO陰極、電解電容C20的負極、瓷片電容C21的另一端和二級電源轉換芯片IC2的I腳接地,一級電源轉換芯片ICl的I腳為輸入端連接到電解電容C17的正極,電解電容C17的負極、一級電源轉換芯片ICl的5腳和3腳接地。
5.根據權利要求1所述的一種用于海底原位觀測的電源智能管理電路,其特征在于:所述的備用電源切換電路包括備用電池BT、自動電源切換芯片IC3、P溝道增強型MOSFETQ、二極管D6、電阻R0、電阻Rl和瓷片電容C31 ;備用電池BT的正極連接到二極管D6的陽極,二極管D6的陰極連接到自動電源切換芯片IC3的7腳,二極管D6的陰極與自動電源切換芯片IC3的7腳的公共端通過串接電阻R0、電阻Rl連接到地,電阻R0、電阻Rl的公共端連接到IC3的I腳,IC3的2腳、3腳接地,自動電源切換芯片IC3的8腳與MOS管Q的柵極連接,MOS管Q的漏極通過串接瓷片電容C31接地;備用電池T的負極接地。
6.根據權利要求1所述的一種用于海底原位觀測的電源智能管理電路,其特征在于:所述的主控電路包括主控芯片IC4、程序下載與調試接口 JTAG、串行通信接口 USART,瓷片電容 C23、C24、C25、C26、C27、C28、C29、C30,晶振 Y,電阻 R26、R27 ;降壓穩(wěn)壓電路的 +3.3V輸出端并接到主控芯片IC4的I腳、13腳、19腳、32腳、48腳、64腳和瓷片電容C23、C24、C25、C26、C27的一端,瓷片電容C23、C24、C25、C26和C27的另一端接地;降壓穩(wěn)壓電路的+3.3V的輸出端通過串接R27和瓷片電容C28連接到地,R27和C28的公共端連接到IC4的7腳;主控芯片IC4的5腳并接到瓷片電容C29和晶振Y的一端,主控芯片IC4的6腳并接到瓷片電容C30和晶振Y的另一端,瓷片電容C29和C30的另一端接地;調試接口 JTAG的腳I接地,腳2連接到IC4的49腳,腳3連接到IC4的46腳,腳4連接到降壓穩(wěn)壓電路的+3.3V的輸出端;串行通信接口 USART的腳I連接到 IC4的42腳,腳2連接到IC4的43腳,腳3接地;主控芯片IC4的28腳串接R26連接到地;主控芯片IC4的12腳、18腳、31腳、47腳、60腳和63腳接地 。
【文檔編號】H02J7/36GK203827047SQ201420125090
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年3月19日 優(yōu)先權日:2014年3月19日
【發(fā)明者】趙鐵虎, 胡剛, 章雪挺, 梅賽, 齊君, 曾凡宗, 單瑞 申請人:青島海洋地質研究所