手持终端测试仪中的两种供电方式设计

引言
    在多功能智能仪器仪表中，在不同的工作现场，有时需要不同的供电方式。目前来说，在电源的研究方面，冗余电源和多种供电方式是现在的研究热点。冗余技术已经比较成熟，应用也比较广泛，现在很多仪器仪表都是基于冗余电源设计的。多种供电方式应用的也比较多，但是把多种供电方式集成于同一电子产品中的还不多。本文实现了两种供电方式的设计，并使其应用于多功能手持测试终端，有效降低产品的成本，并且为设备维护带来了方便。

1 两种供电方式的设计
    在电子产品的供电系统中，比较普遍的是基于锂电池供电，比较新颖的是总线供电系统。本设计集成了总线供电和锂电池供电两种方式，并对两种供电方式进行了特殊处理，避免了其中一套供电时对另一套电源造成的影响。
1．1 总线供电电路
    总线供电系统就是通过总线给挂在总线的设备提供电压，本设计能给设备提供5 V、3．3 V和1．8 V的电压。因为RJ45输出标准的+24 V，为了得到5 V、3．3 V和1．8 V的电压，必须进行电平转换。本设计是通过LM2576-5、ASlll7-1．8和ASlll7-3．3电源转换芯片，得到所需的电压。总线供电电路如图1所示。

    RJ45提供的24 V电压通过电阻熔丝，输入到电压转换芯片LM2576-5HV的VIN端，从FOB输出5 V的电压VCCl。VCCl经过去耦和滤波后，输入到电压转换芯片ASlll7-1．8V和ASlll7-3．3V的IN端，得到1．8 V的电压和3．3 V的电压DVCC。同时，总线供电也可以给锂电池提供充电电压，锂电池充电控制芯片的充电电压是3．5～7 V，所以可以用VCCl为其充电。具体实现时，在VCCl和MAXlll5的DC输入之间设计了一个充电开关。当采用总线充电时，把开关打到开的位置；当采用充电适配器充电时，把开关打到关的位置。
1．2 锂电池供电电路设计
    在锂电池供电系统中，电池输出电压经过TPS60110、TPS60l00电源芯片，电平转换后，得到所需的5 V、3．3 V和1．8 V电压。在充电电路中，MAXl555作为控制芯片。MAXl555通过充电接口和AC适配器电源为单节锂离子(Li+)电池充电。它不需要外部FET或二极管，可以接受最高7 V的输入电压。片上温度限制简化了PCB布局，通过优化充电速率，可以在电池状况和输入电压处于最糟糕的情况下不受散热问题的制约。当达到MAXl555温度限制时，充电器并不关断，而是逐渐降低充电电流。电池充电电路如图2所示。

    充电电压输入到VCC_PLUG，开始给锂电池充电，指示灯D1变亮，表明充电完成。
    为了得到3种规格的电压(5 V、3．3 V和1．8 V)，需要对锂电池的输出电压实行电平转换，这里选择TPS601lO和TPS60100两款集成DC-DC的电荷泵芯片。TPS60110能输出5 V±0．2 V的电压，TPS60100能输出3．3 V±O．132 V的电压。两款芯片具有如下特点：
    ①最高可以输出300 mA的电流；
    ②具有较宽的输入电压范围；
    ③低功耗输出时具有能量存储功能；
    ④能很好地抑制电磁干扰。
    两款电源转换芯片的外围电路比较简单，只需要在外面配置输入电容、输出电容及电感，具体电路如图3所示。

    由于系统还需要1．8 V的电压，所以通过1片ASlll7-1．8V实现1．8 V电压的转换。

2 两种供电方式的应用
    基于工业以太网和工业无线通信的手持测试终端是一款多功能的测试设备。该手持测试终端采用的是AT91系列ARM微控制器芯片，它包含了微处理器(AT91R40008)、存储器、通信模块、总线供电通信接口、显示终端、无线通信模块、手持键盘等重要组成部分；其集成EPA(Eth-ernet for Plant Automation)和IEEE 802．15．4(低数据率的WPAN标准)两个协议。它能实现有线和无线现场的网络现场测试、EPA协议分析和设备标定。由于其应用于两种工业现场，因此采用了两种不同的供电方式，即在工业以太网中通过总线供电的方式进行供电，在工业无线的传输方式应用锂电池供电，在总线供电正常工作的同时可以对锂电池充电，也可以用外接的电源适配器锂电池充电。其硬件框图如图4所示。

3 两种供电方式在手持终端中的电压特性
    在手持测试终端的应用中，对两种供电方式的电压特性进行了多次测量。手持测试终端稳定工作时的电压情况如表1所列。

结语
    本文较为详尽地介绍了两种供电方式的硬件实现过程，重点突出其在手持测试终端中的应用。两种供电方式的设计，能提供5 V、3．3 V和l．8 V的电压，满足了一款智能仪器应用于多工业现场所需的两种供电方式的要求，在多功能智能仪器仪表的设计中，有着广阔的应用和市场前景。