专利名称：一种接口电流控制电路及控制方法
技术领域：
本发明涉及接口电流控制领域，特别涉及一种接口电流控制电路及控制方法。
背景技术：
Express Card模块是由PCMCIA联盟推出的一种更薄、更快、更轻的抽屉式插卡， 用以取代现有的PC卡和Card Bus模块，主要用于笔记本后继市场中功能性升级和功能性扩展。无线MODEM的工作原理与手机上网的原理一样，以固定的时隙进行功率发射，当处于发射状态时所消耗的电流达到峰值，接近2安培。基于Express Card接口的无线MODEM 支持USB2.0或PCI Express (或同时支持两者)。但无论采用哪种协议实施无线MODEM与数码设备侧的数据传输，都必须遵从这样一个原则，即不仅能提供脉冲负载(GSM、GPRS或 EDGE)所需的峰值电流，还要对从数码设备侧所拉的电流进行限制，以保证不会造成主机过载。但解决该问题的难点在于，脉冲负载所需的峰值电流远大于数码设备所能提供的输出电流，这使得我们必须采取一种特殊的电路来提供在脉冲负载处于发射(即大电流)期间时所需的多余能量，而在非发射期间时直接由数码设备侧的输出端提供。
发明内容
本发明的目的是提供一种接口电流控制电路及控制方法，其能对数码设备的 Express card接口无线MODEM进行电流控制。一方面，本发明提供一种接口电流控制电路，适用于数码设备的Express card接口脉冲负载，其特征在于，包括
限流电路，其输入端连接所述数码设备侧的电流输出端，用于对数码设备侧输出的电流进行限流；
超级电容单元，连接所述限流电路的输出端，用于储存电能；
电压转换电路，其输入端分别连接所述限流电路输出端以及超级电容单元输出端，用以输出稳定的电压供与其连接的所述脉冲负载使用。所述超级电容单元包括两个并联的超级电容。所述限流电路包括一限流芯片及与其引脚连接的电阻，所述限流电路输出的电流为 0. 6A 1. 2A。所述电压转换电路包括依次连接的DC/DC芯片、二极管以及滤波电容。另一方面，本发明还提供一种接口电流控制方法，适用于数码设备的Express card接口脉冲负载，包括以下步骤
5. 1、准备一限流电路，以接收来自所述数码设备的电流输出，并对该电流进行限流； 5. 2、将由超级电容组成超级电容单元连接在所述限流电路的输出端，当所述脉冲负载处于非发射状态时，所述限流电路对所述超级电容单元进行充电；当所述脉冲负载处于发射状态时，所述超级电容单元输出电流；
5. 3、准备电压转换电路，用以输出稳定的电压供后端负载使用，当所述脉冲负载处于非发射状态时，所述限流电路将接收到的来自所述限流电路的电流转化为稳定的电流供所述脉冲负载使用；当所述脉冲负载处于发射状态时，所述限流电路将接收到的来自所述限流电路和超级电容的电流转化为稳定的电流供所述脉冲负载使用。所述步骤5. 2中的超级电容单元包括两个并联的超级电容。所述步骤5. 1中的限流电路包括一限流芯片及与其引脚连接的电阻，所述限流电路输出的电流为0. 6A 1.2A。所述步骤5. 3中的电压转换电路包括依次连接的DC/DC芯片、二极管以及滤波电容。采用本发明所述的一种接口电流控制电路及控制方法，首先在限流电路与电压转换电路之间放置超级电容，当脉冲负载工作于发射状态时由超级电容储存的能量弥补数码设备侧供电电流的不足，其组成的电路简单可靠，易于实现，且应用范围广泛，对于所有接口电流供给不足的脉冲负载(GSM、GPRS或EDGE)都可以应用此方法。
图1为本发明所述电路的整体框图2为本发明所述电路的限流电路与超级电容单元的电路图； 图3为本发明所述电路的电压转换电路的电路图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。参照图1，图1显示了本发明提供的一种接口电流控制电路，适用于数码设备的 Express card接口脉冲负载14，包括限流电路11、超级电容单元12、电压转换电路13。本实施例中数码设备为电脑，无线MODEM为脉冲负载。电脑侧的Express card接口共有2种电压输出，分别是1. 5V和3. 3V。其中1. 5V 的输出最大电流为650mA，3. 3V的输出最大电流为1300mA。这里采用输出功率更大的3. 3V 作为本发明所述电路的输入电源。限流电路11部分的输出电流可根据电脑侧输出电流的上限进行调整，这里设定为1200mA。超级电容单元12放置在限流电路11的输出端，由于超级电容所通过的电流较大(最大电流=负载峰值电流一限制电流)，所以此处不再处理为理想电容模式，而是等效为超级电容与电阻的串联。后续电路的分析会看到串联等效电阻Rc对该电路的影响，从图1可看出电流的流向，其中，
Zfcad = C(dvZ^t)+，超级电容放置在电压转换电路13的前面，当脉冲负载14(作
为一实施例，可为无线MODEM)工作在非发射状态时，工作电流Iload只有几百毫安，此时由限流电路11所输出的电流足够满足负载的需求，同时对超级电容进行充电，储存能量。当脉冲负载14(无线MODEM)工作在发射状态时，工作电流最大可达到2A，此时限流电路11所输出的电流不能满足负载的要求，超级电容将上一阶段储存的能量释放出来，供给后端脉冲负载14。由于超级电容充放电的特性，电容上的电压在一定范围内波动，但经过电压转换电路13可以达到一个稳定的电压输出供给后端脉冲负载14使用。所以把超级电容放在电压转换电路13之前可以保证系统电压的稳定性，同时对超级电容容值的要求会相应减小。超级电容的选取要考虑其ESR值(串联等效电阻)，尽可能选择ESR值更低的超级电容。因为通过超级电容的大电流会在串联等效电阻上造成大的压降，导致电压转换电路 13的输入端电压波动过大，且能量会以热量的方式浪费在等效电阻上。超级电容的取值可以按下面的公式计算
其中J为流过超级电容的平均电流，这里最大取值为2A — 1.3A = 0. 7A，平均值可取为0.5A。AF为电容上电压的波动范围，这里假设电压转换电路13输入端所允许的电压波动范围为0. IV (该值越小越好)。Γ为脉冲负载14工作在发射状态的时间，该时间也是超级电容的放电时间，脉冲负载14的发射周期大概为anS，发射状态的持续时间小于等于lmS。根据以上参数的设定可以计算出超级电容的大概数值
0=(/χΓ)/ΔΓ 二 (0.5 χ 1)/0.1 二 5mF (具体的数值还需根据实验情况来确定)。电压转换电路13作为负载电压的最后一级提供者需保证稳定的电压输出。由于开关电源具有效率高、可升压、输出功率大的特点，所以这里采用DC/DC芯片作为电平转换。但是需要注意的是该DC/DC芯片输出电流能力需达到负载的峰值电流，否则会出现电压波动。参照图2，所述限流电路包括一限流芯片Ila及与其引脚连接的电阻。所述限流芯片Ila型号为AAT4621，是一款可设置输出电流范围的模拟开关，输入电压VCC3V3来自电脑侧的3. 3V，输出电压VCCIN为下一级电压转换电路的输入电压。其中，/ENIU引脚为设置电流上限的使能引脚，当其置低时，开启此功能。同理，/EOTL引脚为设置电流下限的使能引脚。在本发明所描述的电路中，主要用到电流上限的设置，因此，置低/ENIU引脚，并通过 ISETU引脚所连接的电阻设置电流的上限值。在这里，根据限流芯片Ila的内部结构，选取阻值为1. 5M欧的电阻作为R802，同时选取阻值为750K欧的电阻作为R801，可以实现输出电流0. 6A 1. 2A的范围。当输出电压，即超级电容的充电电压达到VCC的98%时，限流芯片Ila的内部比较器将给出一个准备好信号给外部控制器，以通知外部控制器做出相应的动作。这里，RHYS引脚用来设置达到98% VCC的误差范围。这里依据计算公式得出的误差范围如下
Vmsr 二 Rms X IuA = 220Kn 土 Iu^ = Q.22V
超级电容的取值根据上述计算原理得出数值为5mF，这里采用2个2200uF的电容并联 (图2中的C801与C802，值为4. 4mF)。参照图3，电压转换电路包括依次连接的DC/DC芯片13A、二极管D2以及滤波电容 C805、C816。所述DC/DC芯片13A为LTC3426，输入电压来自图中所示的VCCIN (3.3V)，为超级电容电压。该DC/DC芯片13A输出峰值电流可达2A，开关频率可达1.2M。图中，/SHDN 引脚通过IM欧电阻上拉使DC/DC芯片13A工作于使能状态。电感LlOl选用的是2. 2uH的电感，既保证了低的串联等效电阻，又可抑制尖峰电流。由于该DC/DC芯片13A的输出电流为2A，选用的二极管的工作电流也应达到2A，这里采用了 ON公司的型号为MBRM120LT1G的 Schottky 二极管D2，而输入输出电源分别采用了 IOuF和20uF的滤波电容C805和C816。
5
本电路中的DC/DC芯片13A的输出电压用于基带和射频两部分。根据公式
权利要求
1.一种接口电流控制电路，适用于数码设备的Express card接口脉冲负载，其特征在于，包括限流电路，其输入端连接所述数码设备侧的电流输出端，用于对数码设备侧输出的电流进行限流；超级电容单元，连接所述限流电路的输出端，用于储存电能；电压转换电路，其输入端分别连接所述限流电路输出端以及超级电容单元输出端，用以输出稳定的电压供与其连接的所述脉冲负载使用。
2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述超级电容单元包括两个并联的超级电容。
3.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述限流电路包括一限流芯片及与其引脚连接的电阻，所述限流电路输出的电流为0. 6A 1. 2A。
4.如权利要求1或2或3所述的电路，其特征在于，所述电压转换电路包括依次连接的 DC/DC芯片、二极管以及滤波电容。
5.一种接口电流控制方法，适用于数码设备的Express card接口脉冲负载，其特征在于，包括以下步骤5. 1、准备一限流电路，以接收来自所述数码设备的电流输出，并对该电流进行限流；5. 2、将由超级电容组成超级电容单元连接在所述限流电路的输出端，当所述脉冲负载处于非发射状态时，所述限流电路对所述超级电容单元进行充电；当所述脉冲负载处于发射状态时，所述超级电容单元输出电流；5.3、准备电压转换电路，用以输出稳定的电压供后端负载使用，当所述脉冲负载处于非发射状态时，所述限流电路将接收到的来自所述限流电路的电流转化为稳定的电流供所述脉冲负载使用；当所述脉冲负载处于发射状态时，所述限流电路将接收到的来自所述限流电路和超级电容的电流转化为稳定的电流供所述脉冲负载使用。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤5.2中的超级电容单元包括两个并联的超级电容。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤5.1中的限流电路包括一限流芯片及与其引脚连接的电阻，所述限流电路输出的电流为0. 6A 1.2A。
8.如权利要求5或6或7所述的方法，其特征在于，所述步骤5.3中的电压转换电路包括依次连接的DC/DC芯片、二极管以及滤波电容。
全文摘要
本发明揭示了一种接口电流控制电路及控制方法，其适用于数码设备的Expresscard接口脉冲负载，本发明首先在限流电路与电压转换电路之间放置超级电容，当脉冲负载工作于发射状态时由超级电容储存的能量弥补数码设备侧供电电流的不足，其组成的电路简单可靠，易于实现，且应用范围广泛，对于所有接口电流供给不足的脉冲负载(GSM、GPRS或EDGE)都可以应用此方法。
文档编号H02M3/06GK102340240SQ20111004323
公开日2012年2月1日 申请日期2011年2月23日 优先权日2010年7月20日
发明者王菡 申请人:上海闻泰电子科技有限公司