电源管理模块技术方案

王铁举

【摘 要】论文对电源管理模块的原理功能进行了描述，对产品内部的BUCK稳压、锂电池充电管理、Boost升压、电源切换、单片机控制等电路模块的设计原理进行介绍。

【Abstract】In this paper， the principle and function of the power management module are described， the design principle of BUCK regulator， lithium battery products for internal charging management， Boost converter， power switch， MCU control circuit module were introduced.

【关键词】车载产品；供电管理；电源管理模块

【Keywords】vehicle products； power supply management； power management module

【中图分类号】TM863 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）06-0150-02

1 整体方案框图

本电源管理模块为车载重量检测仪相关产品设计，满足车载产品的电源管理应用需求。本产品的主要功能是将车载电瓶的电压转换成重量检测仪系统工作电压，同时为车载重量检测仪内置锂电池充电；在车载电瓶断开后无缝切换至锂电池供电；模块能够为后端的ARM芯片提供电源输出控制、电量信息输出等信息。为满足客户的需求，产品主要由以下几个部分构成：反激稳压、锂电池充电管理、Boost升压、电源切换、单片机控制等电路。

2 各部分详细方案

2.1 反激稳压电路

根据产品技术要求，总结得到反激稳压电路设计具体参数：

输入电压：17VDC-36VDC； 输出电压：9±0.1VDC；

纹波噪声：100mVp-p； 输出功率：最大20W；

输入与输出关系：隔离；

保护功能：输入欠压保护（17VDC），输出短路保护。

根据反激电路设计和调试经验，该反激电源与普通反激电源相比较并没有特殊性，不是本产品设计过程中的难点。在设计过程中应注意降低产品成本、提高产品可靠性。反激稳压电路将采用成熟的隔离反激拓扑，可以实现输入欠压保护、输出短路保护等功能；而且具有输入电压宽，调试简单等优点。电路基本框图如图1和图2所示：

2.2 锂电池充电管理电路（BQ2057）（TP5100）

锂电池充电管理参数：

输入电压：9±0.1VDC ； 电池参数：7.4V/2AH；

充电电压：8.4±0.1VDC； 充电电流：0.5A；

充电过热保护功能（电池温度超过45°C）；

防止电池过放电保护功能（电池输出电压低于6±0.1V）。

本产品采用BQ2057锂电池充电管理芯片，配合较少的外围器件可实现低成本的锂电池充电器，非常适用于低成本的紧凑产品设计。BQ2057的充电分为三个阶段：预充阶段、恒流充电和恒压充电阶段。该芯片推荐工作电压为4.5V-18V，通过配合PNP型三极管或者P沟道MOS管，辅以电池内部自带的NTC温度采样电阻，即可实现锂电池的三阶段充电和过温充电保护。图3是BQ2057配合PMOS管使用的典型电路图。

2.3 Boost升压电路

Boost升压电路参数：

输入电压：6VDC-8.4VDC ； 输出电压：9±0.1VDC；

纹波噪声：100mVp-p ； 输出功率：最大10W；

外部控制使能； 输入欠压保护，输出短路保护。

根据Boost升压电路设计和调试经验，该Boost电路没有特殊性，不是本产品设计过程中的难点。在设计过程中应注意降低产品成本、提高产品可靠性。Boost升压电路将采用LM5022作为控制芯片，可以实现输入欠压保护、输出短路保护等功能；而且具有输入电压宽，调试简单等优点。

2.4 供电切换电路

本产品具有供电切换功能：①当外接电源符合模块输入要求时，模块应切换至外接电源供电，同时对锂电池充电；②当外接电源电压低于17VDC（24VDC电瓶）时，模块切换至锂电池供电；③切换时间少于400μs。由于产品技术协议要求切换时间少于400μs，考虑到设计难度和实现成本，将两路输出通过输出二极管并联短接的方式进行连接，如图4。这种方式控制简单，实现成本低，能够满足客户要求。

2.5 单片机控制电路

单片机在本产品中主要实现以下功能：锂电池电量信息采集，锂电池输出控制功能，产品输出功能，RS232通信功能。为实现上述功能，設计了单片机外围电路，主要有供电电路、模拟信号处理电路、I/O口输出驱动电路、RS232电平转换电路，如图5。

3 总结

单片机作为产品的控制核心，通过采集产品的输入、输出电压和电流对产品输出端的通断开关进行控制，从而对产品的电源进行管理；并通过温度传感器对产品环境温度进行采集，实现整个产品的温度保护。本产品的设计原理和设计方法已经经过了市场验证，满足车载产品的电源管理应用需求。