便携式仪表电源的处理及设计

1、便携式仪表电源的设计摘 要：微电子技术的发展和工业测量的需求，使便携式仪表有着很好 的发展前景。便携式仪表体积小，单电源供电，多种电压输出的特点，使 其电源模块的设计有其特殊性。通过对便携式仪表典型硬件结构的分析， 总结了各功能模块的电源需求，提出了便携式仪表电源处理的一般方法， 并给出了两种电源模块的设计实例。 关键词：便携式仪表；电 池；电源处理 在微电子技术基础上发展起来的单片机及其外围器 件，使仪表技术进入了一个崭新的智能化时代。此外，半导体工艺的发展 使器件普遍地采用CMO技术，CMO器件不仅器件的体积越来越小，也为实 现低电压、低功耗和功耗管理提供了良好的条件，使便携式仪表的普及成

2、 为可能。因此，低功耗的便携式仪表有着很好的发展前景。从使用者的角 度来说，希望便携式仪表在大多数情况下都能携带方便，操作简单，无需 复杂维护又能长时间可靠地工作。为满足以上要求，一方面要选择合适的 低功耗器件，另一方面也对电源模块的设计提出了更高的要求。便携式仪表中大量CMO器件的低功耗的特性，使得普通的电池就能为系统提供充足的电能，因此，利用单一的电池电源，来满足系统 中各部分不同的电源需求，并确保电源正常供电，是便携式仪表电源处理模块的基本任务。 1 便携式仪表的硬件结构 便携式仪表通常 是一个由单片机及其外围器件构成的，具有多种输入输出形式的单片机系 统，其硬件的一般结构如图 1 所示

3、。将其按照功能模块划分并分析各模块 电源需求如下： 传感器模块包括传感器及其驱动电路和传感 器输出信号处理电路。传感器及其驱动电路通常以模拟电路为主，输出信 号处理一般使用 V/F 转换器件或模数转换器件，因此传感器模块通常的电 压需求为+ 5V或士 51。人机对话的输入输出模块包括 LCD显示和键盘输入驱动电路。LCD显示输出除了需要提供+ 5V工作电压外，一 般还需要提供对比度调节电压，LCD显示器有正、负极性之分，不同的显示 器需要的对比度调节电压也不同，一般在士 28V之内。单片机及其接口模块作为整个系统的核心，单片机要连接和管理其他的模块，与 不同的模块连接，就会用到不同的接口。例如

4、，不少便携式仪表提供微型 打印机接口，将信息打印出来；很多便携式仪表上都有非易失存储单元， 即使断电仍能长时间保留历史信息；另一些便携式仪表提供RS- 232串行通信接口，可以将保留的数据输出到 PC机中，做更高级的分析和处理，或 是实时将测量数据传递给上位机，由上位机处理并完成相应的实时控制功 能。这一模块使用到的都是各种 IC 芯片，一般来说都要求+ 3.3V 或+ 5V。从以上的分析可以看出，系统中各个模块对电源的要求是不同的，电源模块就是要将单一的电池电源转换成能使系统中的各模块正常 工作的多种电源输出。便携式仪表体积虽小，却是一个很完整的系统，在 设计便携式仪表的硬件时，首先应尽量使

5、各模块的电源需求一致。比如传感器模块有 5V 的电压需求，那么在单片机及其接口器件的选择时，就应 尽量选择+ 5V供电的IC芯片。尽管如此，设计时仍不可避免地会遇到两种甚至两种以上的电源需求，这就是电源模块要解决的关键问题， 其中主要是解决LCD显示器的对比度调节电压的输出。设计电源模块时要 根据不同的电源输入输出要求选择相应的集成电源稳压变换器件，在满足 电源要求的前提下，使外围电路尽可能的简单，体积尽可能小。 2 电 源稳压变换器件市场上可供选择的电池规格多种多样，除了较常规的1.2V （或1.2V整数倍）的镍镉充电电池（电池组）、1.5V和9V的干 电池和3.6V的锂电池以外，还有各种特殊的 3、4.5、5、6V和12V的电池 可供选择，但从使用者更换或购买备用电池方便性的角度考虑，应尽可能 使用互换性更好的普通电池。完成电源稳压变换可供选择的集成电源器件主要有如下几类：低压差线性稳压器件、通用开关型稳压器件、 多功能或专用的电源器件、电压基准器件，还有用于确保电源正常供电的 各类电源监控管理器件 1 。便携式仪表本身的功耗较小，一般要求的电源输出功率不大，从体积上考虑，与电路中的其他器件一样选用 IC 芯片，而不宜选用传统的线性稳压器件；对于电池供电的系统，由于经过 一