【《某倾角传感器模块的电源系统的设计案例》2000字】

某倾角传感器模块的电源系统的设计案例本章将介绍电源系统的设计及其分析。首先介绍电源系统的整体原理图，再分别再介绍各部分模组供电系统。1.1电源整体原理图图2-1基于Lora的无线倾角传感器电源部分如图2-1基于Lora的无线倾角传感器电源部分所示，该部分是Lora无线倾角传感器的电源部分，主要功能是对处理器小系统（基于STM32F103处理器），Lora模组和倾角传感器模组实现供电的功能。用到的电路有LIONBATT充电电路，BOOST-BUCK二合一电路，LDO稳压部分及Lora部分的开关电路。1.2各模组电路1.2.1LIONBATT充电电路图2-1基于Lora的无线倾角传感器电源部分如图2-1基于Lora的无线倾角传感器电源部分所示，该部分是电池的充电电路，其中图中的V4是TVS二极管，全称是瞬态电压抑制二极管（Transientvoltagesuppressiondiode），它是一种起着保护电路的作用的单个元件，可以保护电路元件不必遭受导线所带来的尖峰电压所带来的的影响。在本部分电路中，因电源接通瞬间，有流入电源设备的峰值电流，即浪涌电流。又因为输入滤波电容迅速充电，所以该峰值电流远远大于稳态输入电流。因此，加入名为T4的瞬态电压抑制二极管可以防止电源浪涌电流，而且瞬态电压抑制二极管也防止电池接反而出现的安全问题。该电路中引入电感L8的作用是为了让电路电流缓慢增加，防止充电电流突然增大损害电池，起到保护电池的作用。1.2.2BUST-BUCK二合一电路在介绍该电路原理图之前，首先介绍一下DC/DC原理的基本内容：DC/DC原理即直流转换原理是指将一个特定的直流电压变换为可变的直流电压，也称之为直流斩波器。这种技术被广泛的应用于无轨道的双轴车和单轴车，地下铁路，电动汽车和自动无级变换速度和操作控制。DC/DC变换的工作原理是将原直流电通过脉冲宽度调制（PWM）调整期占空比来控制输出的有效电压的大小。图2-2BUCK-BOOST电路电源部分如图2-2BUCK-BUST电路电源部分所示，该部分是一个BUCK-BUST二合一电路，基于MP28163升降压变压器。图2-3MP28163原理图部分如图2-3MP28163原理图部分所示，MP28163是一款有着很高的效率的且有着低静态电流（静态电流指即在没有接受信息指示的时候的电流，即仪器元件本身在没有外界干扰下自身耗费的电流）的升降压变换器，它的输入电压可以小于输出电压，大于输出电压或等于输出电压。它为输出电压在电池的可调节电压变化领域里面的一节电池或多节的碱性电池的提供电源供给问题给出了一种便捷高效的电压变化办法。MP28163的工作输入电压为2V至5.5V，可提供可调的输出电压（1.5V至5V），其VIN管脚引入输入信号电压，VCC管脚为电源电压，MODE/SYNC管脚能使MP28163工作在动态模式下，在动态模式下轻负载（一般默认电路负载率30%以下）时，可有效的降低系统的功耗，PGND管脚全称为ProtectGround，是保护地的意思，一般用于机壳，作为危险电流的泄放通道。AGND管脚全称为AnalogGround，也就是模拟地，通常用于模拟电路上，若存在DGND即数字地，DGND和AGND要相互分隔开来，目的是避免互相之间的影响（因为DGND上的谐波成分数量远远大于AGND，共用一个地的情况会影响AGND的稳定性）。SW1和SW2外接一电感，其原理是MP28163升降压变换器利用电感特性，加上MOS管或外置二极管续流，根据DC/DC原理（即通过不断的打开或关闭开关，让直流电压或电流变成高频率的非正弦曲线的方形电流或电压，最后通过把交流电能转变为直流电能的功能使之顺利的转成直流电压输出）输出直流。EN管脚使能端控制MP28163电流升降压转换器的工作。VOUT管脚作用是输出转换后的电流电压，FB（FeedBack）管脚为芯片的反馈管脚，其作为是反馈作用，即反馈到MP28163升降压转换器本身使电路能更好的工作，起反馈调节作用。回到图2-2BUCK-BOOST电路电源部分中来。其中还有一个EP管脚，即热焊盘，其作用是在芯片发热时，通过芯片底面的露铜接地，实现散热作用。而图2-2BUCK-BOOST电路电源部分整体电路本身即实现升降压功能，即可以升压，又可以降压。在电池放电过程中根据芯片手册提供的R1=(计算得图2-2BUCK-BOOST电路电源部分上方的BOOST-BUCK3.3V电路部分，输出电压VOUT为3.3V，而图2-2BUCK-BOOST电路电源部分下方的BOOST-BUCK5VFORLALI电路部分，根据式（2-1）计算得输出电压VOUT为5.0V。其中BOOSTBUCK部分为倾角传感器模块和Lora传输模块供电，BOOST-BUCK5VFORLALI为拉力传感模块供电。1.2.3电源系统中的其余部分图2-4电源检测和供电模块如图2-4电源检测和供电模块所示，该图左侧为单片机STM32F103的电源检测部分，用于检测单片机的电源是否确实的接入。右侧为外部供电系统，其中XP5为插排，用于外部供电系统的接入，输入IN管脚的ON/OFF_LED_P为电源指示信号，用来显示电源是否接入。图2-5电池供电指示灯模块如图2-5电池供电指示灯模块所示，该部分为电池供电指示灯模块，U22为发光二极管，该模块的作用是在电池供电接入的时候，U22发光二极管灯亮，表示电池供电已接入，当U22发光二极管灯灭的时候，即电池供电未接入系统。图2-6Lora模组供电断电模块如图2-6Lora模组供电断电模块所示，该模块是用来控制Lora模组的供电与断电，其中图中的SI2309DS-T1-E3为PMOS管，用来控制供电与断电。图2-7LDO稳压电源电路如图2-7LDO稳压电源电路所示，该部分电路基于M