一种电源系统的制作方法

本发明涉及导航设备技术领域，具体涉及一种为北斗指挥型用户机供电的电源系统。

背景技术：

北斗指挥型用户机是为便于上级指挥机关通过北斗卫星定位导航系统，对其下属用户进行指挥、监控而研制的北斗用户机产品。北斗指挥型用户机除了具有普通型用户机的所有功能外，还可以监收其下属用户机的定位、通信信息，并可向下属用户机通播指挥信息。

北斗指挥型用户机可以在固定指挥所、移动指挥所、方舱等多种场合使用，但是现有的北斗指挥型用户机的电源系统采用单路输入电源设计，只能使用某一种单一的外部电源供电，适应性差，不能快速适应使用环境的改变。

技术实现要素：

本发明提供了一种电源系统，使北斗指挥型用户机可以根据使用环境选择多种外部电源供电获取输入电源，解决现有的电源系统不能快速适应使用环境的变化的问题。

本发明提供了一种电源系统，用于为北斗指挥型用户机供电，包括：输入预处理电路、第一直流输出电路、第二直流输出电路和控制电路；

所述输入预处理电路，用于直接连接外部车载直流电源，或通过电源适配器连接外部交流电源，获取输入电源；

所述控制电路，用于根据接收到的使能信号，控制所述电源系统打开或关闭；

当所述电源系统打开时，所述控制电路还用于对所述输入预处理电路的输入电源的电压进行采样,判断所述输入电源的电压是否在预设范围内；以及当所述输入电源的电压在预设范围内时，控制所述输入预处理电路将所述输入电源的电压转换成稳定的母线电压，并控制所述第一直流输出电路和第二直流输出电路分别将所述母线电压转换成用于为负载供电的工作电压。

可选地，所述电源系统还包括内置电池和充放电管理电路；所述控制电路还用于对所述内置电池的电压进行采样，获取所述内置电池的电量状态；

当所述电源系统打开，并且所述输入预处理电路的输入电源的电压在预设范围内时，若所述内置电池电量不足，则所述控制电路控制所述充放电管理电路利用所述母线电压为所述内置电池充电；

当所述电源系统打开，并且所述输入预处理电路的输入电源的电压不在预设范围内时，所述控制电路通过所述充放电管理电路控制所述内置电池放电提供母线电压。

本发明的有益效果是：当北斗指挥型用户机在移动指挥所使用时，该电源系统可以直接连接12V或24V的车载电源；当北斗指挥型用户机在固定指挥所使用时，该电源系统可以通过电源适配器连接220V交流电源，通过选择多种外部电源供电获取输入电源使北斗指挥型用户机具备快速适应供电环境变化的能力。本发明实施例提供的电源系统具有自适应输入电源特性，可以适应6V～32V宽范围的供电电。

在优选实施例中，该电源系统包括内置电池，通过对内置电池的电压采样获取内置电池的电量状态，并向上位机输出内置电池的电量信号。当该电源系统使用外部电源正常工作并且内置电池电量不足时，为内置电池充电；当外部电源欠压、过压或无电源时，内置电池放电提供母线电压，维持第一直流输出电路和第二直流输出电路的输出，使得北斗指挥型用户机在没有合适的外部电源的环境中，可以利用内置电池供电，继续工作。

附图说明

图1是本发明一个实施例提供的电源系统的功能框图；

图2是本发明一个实施例提供的电源系统中输入预处理电路的电路图；

图3是本发明一个实施例提供的电源系统中控制电路的电路图；

图4是本发明一个实施例提供的电源系统中充放电管理电路的电路图；

图5是本发明一个实施例提供的电源系统中第一直流输出电路的电路图；

图6是本发明一个实施例提供的电源系统中第二直流输出电路的电路图。

具体实施方式

本发明的设计构思是：针对北斗指挥型用户机使用环境的多样性，设计一种可适应宽范围供电电压的电源系统，既可直接连接车载直流电源，又可以通过电源适配器连接交流电源，并且带有内置电池，当外部电源处于过压、欠压或无电源的非正常状态时，利用内置电池供电，使北斗指挥型用户机可以在固定指挥所、移动指挥所等多种场合使用，能够快速适应环境的变化。

图1是本发明一个实施例提供的电源系统的功能框图，如图1所示，本实施例提供的电源系统包括输入预处理电路110、第一直流输出电路130、第二直流输出电路140和控制电路120。

本实施例提供的电源系统具有自适应输入电源特性，输入预处理电路110可以适应6V～32V的供电电压范围，当北斗指挥型用户机在移动指挥所使用时，输入预处理电路120可以直接连接车载直流电源，如12V或24V的车载电源，获取输入电源；当北斗指挥型用户机在固定指挥所使用时，输入预处理电路120可以通过电源适配器连接220V交流电源，电源适配器将220V交流电转换成19V的直流电，以获取输入电源，从而提高了设备快速适应供电环境变化的能力。

控制电路120根据接收到的高/低电平的使能信号，控制电源系统打开或关闭，可以通过遥控或按钮等方式向控制电路120发送控制信号，以实现对电源系统开关机的控制。

当控制电路120接收到相应的使能信号，控制该电源系统打开时，控制电路120对输入预处理电路110获取的输入电源的电压进行采样,判断该电压是否在预设范围内，例如判断该电压是否在6V至32V之间。当该电压在预设范围内时，说明输入预处理电路110连接的外部电源工作正常，控制电路120控制输入预处理电路120将输入电源的电压转换成32V的母线电压Vbus，并控制第一直流输出电路130和第二直流输出电路140分别将母线电压Vbus转换成用于为负载供电的工作电压。第一直流输出电路130将32V的母线电压Vbus降压成5V的电压，为北斗指挥型用户机内的主控电路供电；第一直流输出电路140将32V的母线电压Vbus降压成28V的电压，为北斗指挥型用户机内的功放电路供电。当该电压不在预设范围内时，说明输入预处理电路110连接的外部电源不正常，可能是没有连接到电源，也可能是电压过高，控制电路120控制输入预处理电路不再从外部电源获取输入电源，以防止过压欠压对电源造成损坏。

优选的，本发明实施例提供的电源系统还包括内置电池160和充放电管理电路150。控制电路120对内置电池的电压进行采样，获取内置电池160的电量状态。

当电源系统打开且输入预处理电路110的输入电源的电压在预设范围内时，即外部电源正常工作时，若控制电路120检测到内置电池160电量不足，则控制电路120控制充放电管理电路150利用母线电压Vbus为内置电池160充电。

当电源系统打开但输入预处理电路110的输入电源的电压不在预设范围内时，即没有连接到外部电源或外部电源不正常时，此时电源系统不能利用外部电源为北斗指挥型用户机供电，控制电路120通过充放电管理电路150控制内置电池160放电提供母线电压，第一直流输出电路130和第二直流输出电路140分别利用内置电池160提供的母线电压Vbus转换成用于为负载供电的工作电压，使得在没有合适的外部电源的环境中，北斗指挥型用户机可以利用内置电池供电，继续工作。

图2是本发明一个实施例提供的电源系统中输入预处理电路的电路图，如图2所示，输入预处理电路包括：接插件JP5、场效应管Q3、保险丝F1、二极管D6、电阻R31、电容C12～C18、DC/DC变换模块A2；

插接件JP5为整个电源系统的电源输入端口，可以直接连接直流输入，也可以通过AC/DC适配器A5连接交流输入，两种输入电源共用一个插接件JP5。

输入电源的负极通过插接件JP5的1～3脚接场效应管Q3的漏极，场效应管Q3的源极接地；二级管D6的阴极和阳极分别接场效应管Q3的栅极和源极，二级管D6是一个稳压二极管，可以保持效应管Q3的栅极和源极之间的电压稳定。场效应管Q3用于在输入电源的正负极接反时，阻值输入电源的正极电压进入电源系统导致器件损坏。当输入电源的极性正确时，场效应管Q3导通；当输入电源的极性翻转时，场效应管Q3截止，防止后级电路损坏。

输入电源的正极通过插接件JP5的4～6脚接保险丝F1的第一端，保险丝F1的第二端分别接电阻R31、电容C12、C13的第一端、DC/DC变换模块A2的输入端，即两个Vin1引脚。电阻R31的第二端接场效应管Q3的栅极，电容C12、C13的第二端接地。控制电路120可以在保险丝F1的第二端对输入电源Vin的电压进行采样，判断其是否在预设范围内。保险丝F1起到过流保护的作用，当电流过大时保险丝F1熔断，防止内部器件损坏。

DC/DC变换模块A2的输出端分别接电容C14～C18的第一端，电容C14～C18的第二端接地。电容C12～C18可选用有极性电容，容值较大，有较好的低频滤波能力。电容C12、C13对输入到DC/DC变换模块A2的电源信号进行滤波；电容C14～C18对DC/DC变换模块A2输出的电信号进行滤波，滤波之后的电压为32V的母线电压Vbus。

图3是本发明一个实施例提供的电源系统中控制电路的电路图，如图3所示，控制电路包括：控制芯片U1、电阻R2～R10、R25～R27、电容C7～C10、二极管D2、D4、发光二极管LED1～LED3。

控制芯片U1的

1脚Vdd接工作电源Vcc；

2脚RA5通过电阻R2接收使能信号ON/OFF的输入，低电平开启；

3脚RA4通过电阻R5和电阻R10的分压接输入电源Vin，检测输入电压是否在预设范围内；

4脚RA3接复位信号MCLR；

5脚RC5输出内置电池的电量信号；

6脚RC4接二极管D2的阴极，二极管D2的阳极分别向第一直流输出电路和第二直流输出电路发送控制信号；

7脚RC3接收充放电管理电路发送的充电状态信号；

8脚RC2接二极管D4的阳极，二极管D4的阴极向充放电管理电路发送充电控制信号；

9脚RC1通过电阻R27通过插接件JP1的1脚分别接发光二极管LED1的阳极和发光二极管LED2的阴极；

10脚RC0通过电阻R26通过插接件JP1的2脚分别接发光二极管LED1的阴极和发光二极管LED2的阳极；

11脚RA2通过电阻R4向充放电管理电路发送充放电转换信号BAT CTL；

12脚RA1通过电阻R3接基准电压Vref；

13脚RA0通过电阻R6和R7的分压接收内置电池的电压状态信号BAT Sen，检测内置电池电压状态；

14脚Vss接地。

控制芯片U1通过内部的模数转换器实现3脚RA4对输入电源Vin的采样以及13脚RA0对内置电池的电压的采样。

发光二极管LED3的阳极和阴极可以分别连接到插接件JP1的3脚和4脚；插接件JP1的3脚通过电阻R25接5V电源，4脚接地；当电源系统工作时，LED3点亮，从而可以指示电源系统的工作状态。

控制电路还包括：稳压芯片U3、电阻R23、电容C1、C6、二极管D3，电容C1、C6为有极性电容。

稳压芯片U3的输入端Vin接母线电压Vbus，接地端GND接地，输出端Vout接电阻R23的第一端后，作为输出端为控制电路提供工作电压Vcc。

电容C1的两端分别接稳压芯片U3的输入端Vin和接地端GND，用于对输入到稳压芯片U3的母线电压Vbus进行滤波；电容C6的两端分别接稳压芯片U3的输出端Vout和接地端GND，用于对稳压芯片U3输出的电源信号进行滤波。电阻R23的第二端接二极管D3的阴极后，作为输出端为控制电路提供基准电压Vref；二极管D3为一个稳压二极管，阳极接地。

图4是本发明一个实施例提供的电源系统中充放电管理电路的电路图，如图4所示，充放电管理电路包括：充放电管理芯片A1、电感L1、电阻R13、电容C11、C22、C23、场效应管Q1、二极管D7，电容C11、C22、C23为有极性电容。

充放电管理芯片A1的输入端Vin分别接电感L1的第一端、电容C11的第一端，电感L1的第二端接母线电压Vbus，电容C11的第二端接地。电感L1用于滤除母线电压Vbus中的高频成分，电容C11用于滤除母线电压Vbus中的交流成分。

充放电管理芯片A1的输出端Vo分别接场效应管Q1的漏极、电容C22、C23的第一端；电阻R13的两端分别接场效应管Q1的栅极和源极；电容C22、C23的第二端接地。

二极管D7的阳极接场效应管Q1的漏极，二极管D7的阴极接电感L1的第一端。

充放电管理芯片A1的7脚充电控制端接收控制电路发送的充电控制信号，5脚充电状态端向控制电路发送充电状态信号。

场效应管Q1的源极作为输出端连接内置电池BT1，充放电管理芯片A1具有恒压恒流充电特性，可以根据内置电池BT1的状态实施充放电的管理，具体为通过场效应管Q1为内置电池BT1涓流充电、恒流充电、恒压充电等。场效应管Q1漏极向控制芯片U1的13脚RA0发送内置电池BT1的电压状态信号BAT Sen，栅极从控制芯片U1的11脚RA2接收充放电转换信号BAT CTL。

结合图3与图4，当控制芯片U1的3脚RA4检测输入电源状态，判断输出电源有无以及是否电压正常，当电压不在预设范围内时，说明电源系统连接的外部电源处于欠压、过压或无电源的不正常状态，此时无法利用外部电源为北斗指挥型用户机供电，控制芯片U1的11脚RA2向场效应管Q1的栅极发送充放电转换信号BAT CTL，使场效应管Q1导通，内置电池BT1经过场效应管Q1、二极管D7反向放电，提供母线电压Vbus维持第一直流输出电路和第二直流输出电路的输出，为北斗指挥型用户机供电，使其继续工作。当连接到正常的外部电源时，或者当电源系统关闭时，场效应管Q1截止，内置电池BT1终止放电。

控制芯片U1的13脚RA0从场效应管Q1的漏极接收内置电池BT1的电压状态信号BAT Sen，检测内置电池BT1的电量，通过5脚RC5输出内置电池BT1的电量信号给上位机。当电源系统使用外部电源供电，并且内置电池BT1电量不足时，控制芯片U1的8脚RC2通过二极管D4向充放电管理芯片A1的7脚TR发送充电控制信号，控制充放电管理电路为内置电池BT1充电。

控制芯片U1的7脚RC3接收充放电管理芯片A2的5脚充电状态端发送的充电状态信号，检测充放电电路的状态，控制芯片U1通过9脚RC1和10脚RC0驱动发光二极管LED1或LED2，由于发光二极管LED1的LED2阴极和阳极的方向刚好相反，同一时刻至多有一个发光二极管点亮，LED1的LED2可以使用不同的颜色，例如一个红色一个绿色，当正在充电时，红色的LED点亮；当充电完成时，绿色的LED点亮，从而指示当前的充电状态。

图5是本发明一个实施例提供的电源系统中第一直流输出电路的电路图，如图5所示第一直流输出电路包括：5V DC/DC转换芯片A4、电容C21、C30、C31、C33、电感L2、L6，电容C21、C30、C31为有极性电容。

5V DC/DC转换芯片A4的输入端Vin1通过电感L2接母线电压VBUS，并通过电容C21接地。

5V DC/DC转换芯片A4的输出端分别接电容C30、C31、电感L6的第一端，电容C30、C31的第二端接地，电感L6的第二端接电容C33的第一端后连接至插接件JP2的3脚，作为第一直流输出电路的输出端，为北斗指挥型用户机的主控电路提供5V的电压，电容C33的第二端接地。

结合图3与图5，5V DC/DC转换芯片A4的控制端Rem接收控制芯片U1的6脚RC4发送的5V控制信号，用于控制第一直流输出电路的输出。当控制芯片U1的2脚RA5接收到高/低电平的使能信号时，6脚RC4通过二极管D2向5V DC/DC转换芯片A4的控制端Rem发送5V控制信号，关闭/打开第一直流输出电路的输出。

图6是本发明一个实施例提供的电源系统中第二直流输出电路的电路图，如图6所示，第二直流输出电路包括：28V DC/DC转换芯片A3、电容C19、C20、C24～C27、C32、电感L4、L5，电容C19、C20、C24～C27为有极性电容。

28V DC/DC转换芯片A3的输入端Vin通过电感L4接母线电压Vbus，电容C19与C20并联后，一端接28V DC/DC转换芯片A3的输入端，另一端接地。

28V DC/DC转换芯片A3的输出端Vo分别接电容C24～C27、电感L5的第一端，电容C24～C27的第二端接地，电感L5的第二端接电容C32的第一端后连接插接件JP3的3脚和4脚，作为第二直流输出电路的输出端为北斗指挥型用户机的供电电路提供28V电压，电容C32的第二端接地。

结合图3与图6，28V DC/DC转换芯片A3的控制端CTL接收控制芯片U1的6脚RC4发送的28V控制信号，用于控制第二直流输出电路的输出。当控制芯片U1的2脚RA5接收到高/低电平的使能信号时，6脚RC4通过二极管D2向28V DC/DC转换芯片A3的控制端CTL发送28V控制信号，关闭/打开第二直流输出电路的输出。

综上所述，本发明实施例提供的电源系统，首先。当北斗指挥型用户机在移动指挥所使用时，该电源系统可以直接连接12V或24V的车载电源；当北斗指挥型用户机在固定指挥所使用时，该电源系统可以通过电源适配器连接220V交流电源，通过选择多种外部电源供电获取输入电源使北斗指挥型用户机具备快速适应供电环境变化的能力。本发明实施例提供的电源系统具有自适应输入电源特性，可以适应6V～32V宽范围的供电电。

其次，该电源系统包括内置电池，通过对内置电池的电压采样获取内置电池的电量状态，并向上位机输出内置电池的电量信号。当该电源系统使用外部电源正常工作并且内置电池电量不足时，为内置电池充电；当外部电源欠压、过压或无电源时，内置电池放电提供母线电压，维持第一直流输出电路和第二直流输出电路的输出，使得北斗指挥型用户机在没有合适的外部电源的环境中，可以利用内置电池供电，继续工作。

最后，电源系统与输入电源的负极的连接端设置有端场效应管，当输入电源的极性正确时，场效应管导通；当输入电源的极性翻转时，场效应管截止，防止后级电路损坏。电源系统与输入电源的正极的连接端设置有保险丝，在过压、过流、短路等情况下可以自动关闭输出，避免损坏电源系统或北斗指挥型用户机。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。