用于物联网仪表通讯模组的电源控制电路的制作方法

本实用新型属于仪表供电领域，特别涉及用于物联网仪表通讯模组的电源控制电路。

背景技术：

随着科技的进步和物联网技术的成熟，物联网在计量行业的应用也越来越广泛。物联网仪表通讯模组作为物联网的硬件核心，其工作情况对物联网数据的传输和解析都至关重要。通讯模组作为电子器件，对电源的要求非常苛刻，在保证电流的情况下，电压太高或者太低都会影响通讯模组的正常工作。在通常情况下，为了保证物联网仪表通讯模组的正常工作，我们一般选用芯片降压的方法，将外部输入的高电压降到通讯模组工作所需的典型值。

传统通讯模组的供电方式采用芯片降压的方法。外部输入的电压必须高于芯片的额定输出电压，并且输入与输出的电压差要高于芯片的启动压差，降压芯片才能够正常输出(输出低压和电流保持稳定)，从而为通讯模组提供高效稳定的电源。当外部电压低于芯片的额定输出电压或者输入与额定输出的电压差没有达到芯片的启动压差时，降压芯片都无法正常输出(输出低压和电流无法保持稳定)，即使此时外部输入的电压值在通讯模组的工作电压范围以内，由于降压芯片无法正常输出(主要表现为：负载驱动能力降低，芯片发烫，甚至没有电压输出)，直接导致通讯模组工作异常，甚至无法工作。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本实用新型提供了用于物联网仪表通讯模组的电源控制电路，通过根据电压高低不同实现降压电路模块、直通电路模块选择性切换，从而保证通讯模块始终处于工作电压范围内。

为了达到上述技术目的，本实用新型提供了用于物联网仪表通讯模组的电源控制电路，用于对向通讯模组连接的供电电路进行控制，所述电源控制电路，包括：

连接在供电电路上的AD采样模块，AD采样模块的输出端连接有主控模块，在主控模块的控制端处连接有开关控制模块；

在通讯模块的供电端分别连接有根据开关模块的控制对通讯模组进行选择性供电的降压电路模块和直通电路模块，降压电路模块和直通电路模块的输入端均连接在供电电路上，降压电路模块和直通电路模块的控制端均与主控模块的控制端相连。

可选的，所述AD采样模块，包括：

与供电电路连接的第一去抖电路，在第一去抖电路的输出端连接有分压电路，分压电路的输出端与主控模块相连。

可选的，在所述电源控制电路中：

在所述AD采样模块与供电电路之间设有开关模块中的采集开关。

可选的，所述降压电路模块，包括：

与供电电路连接的输入稳压电路，在输入稳压电路与供电电路之间设有开关模块中的第一开关，与输入稳压电路的输出端连接有降压电路，在降压电路的输出端连接有输出稳压电路，输出稳压电路的输出端与通讯模块相连。

可选的，所述降压电路模块，包括：

降压芯片U8，在降压芯片U8的电源输入引脚和芯片使能引脚处连接有前级滤波稳压电路以及开关控制电路，在降压芯片U8的输出电压调节引脚和接地端之间设有后级滤波储能电路。

可选的，在所述降压电路模块中：

所述前级滤波稳压电路，包括电容C73，以及与电容C73并联的极性电容C72；

所述开关控制电路，包括MOS管Q4，在Q4的栅极与三极管Q5的集电极相连，Q4的源极与栅极之间并联有电阻R8，三极管Q5的发射极接地，三极管Q5的基极经电阻R35与主控模块的控制端相连。

可选的，在所述降压电路模块中，包括：

所述后级滤波储能电路包括相互并联的电容C45、电容C46、电容C47、电容C48，在电容C45的两端并联有串联的电阻R11和电阻R6，电阻R6远离电阻R11的一端接地，电阻R6接近电阻R11的一端与降压芯片U8的输出电压调节引脚相连。

可选的，所述直通电路模块，包括：

与供电电路连接的第二去抖电路，在第二去抖电路的输出端连接有稳压电路，分压电路的输出端与通讯模块相连。

可选的，在所述电源控制电路中：

在所述直通电路模块与供电电路之间设有开关模块中的第二开关。

本实用新型提供的技术方案带来的有益效果是：

通过借助主控模块实现降压电路模块和直通电路模块的选择性接入，从而实现对供电电路接入电压不同时依然令通讯模组处于工作状态，不会因外界电压变换导致通讯模组无法正常工作，使得通讯模组在较宽范围的电压输入时都能正常工作，提升电源输入的适配性，提升了通讯模组工作的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型提供的用于物联网仪表通讯模组的电源控制电路的结构示意图；

图2是本实用新型提供的降压电路模块的结构示意图；

图3是本实用新型提供的开关控制电路的结构示意图；。

具体实施方式

为使本实用新型的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的结构作进一步地描述。

实施例一

本实用新型提供了用于物联网仪表通讯模组的电源控制电路，用于对向通讯模组连接的供电电路进行控制，如图1所示，所述电源控制电路，包括：

连接在供电电路上的AD采样模块，AD采样模块的输出端连接有主控模块，在主控模块的控制端处连接有开关控制模块；

在通讯模块的供电端分别连接有根据开关模块的控制对通讯模组进行选择性供电的降压电路模块和直通电路模块，降压电路模块和直通电路模块的输入端均连接在供电电路上，降压电路模块和直通电路模块的控制端均与主控模块的控制端相连。

在实施中，为了改善现有技术中通讯模组供电电源控制方式的不足，本方案提出一种应用于计量仪表通讯模组的电源控制系统，优化现有通讯模组供电方案，拓宽外部电源的供电范围，并根据实际输入电压选择供电控制回路，实现外部电源与通讯模组的良好匹配实现通讯模组的高效工作。本实施例中提出的电源控制电路包括AD采样模块、降压电路模块、直通电路模块以及主控模块等。外部电源经过AD采样输入到主控模块后，主控模块根据采样电压及通讯模组所需要的工作电压进行判断采用具体的哪一路接入通讯模组，当主控检测到外部电源电压高于降压门限时，关闭直通电路，开启降压电路为通讯模组供电；当主控检测到外部电源电压低于直通门限时，关闭降压电路，开启直通电路为通讯模组供电。当外部输入电压值在降压门限和直通门限之间时，保持上一次开关状态不变。

本方案通过硬件电路改进设计和结合软件算法配合控制，无论在外部输入的是高压还是低压的情况下，都能保证电源的转换效率，从而保证为通讯模组提供稳定的电源输入。可以有效解决外部高压输入与通讯模组的电源匹配问题。同时，本方案采用双门限控制方案，避免了外部输入电压在单一门限附近上下波动时，电源控制电路频繁切换的风险，进一步保证电源系统的稳定。有效解决了单门限方案中，电压在单门限附近波动时，频繁切换通路的风险，进一步保证了电源系统的稳定性。采用降压电路和直接导通电路双电路为通讯模组供电，当外部输入电压过低时，打开直通电路模块；当外部输入电压过高时，接通降压电路模块；从而实现无论外部电源过低还是过高，都能保证通讯模组正常工作，进一步提升电源的效率。

具体控制过程为：

主控模块收到开启通讯模组电源指令后，首先对输入的电压进行AD采集，根据采集到的电压值，选择开启降压电路，或者开启直接导通电路。本方案中NB通讯模组的工作电压范围是3.0V～4.2V，典型值为3.8V；当外部输入的电压范围在16V～3.0V之间时，本电源控制系统都能保证通讯模组的正常工作；当外部输入电压在3.8V到4.0V之间时保持上一次的通路开启状态不变，主控模块通过AD采集模块获取外部输入电压VCC的电压值，当VCC的电压值高于4.0V低于16V时，单片机通过管脚PWR-CTL2关闭直通电路，再通过管脚PWR-CTL1控制降压电路的开启，VCC降到3.8V后再供给通讯模组；当VCC的电压低于3.8V高于3.0V时，单片机通过管脚PWR-CTL1关闭降压电路，再通过管脚PWR-CTL2开启直通电路，VCC直接供给通讯模组。典型的，主控模块内使用的单片机的型号为STM8L052R8。

可选的，所述AD采样模块，包括：

与供电电路连接的第一去抖电路，在第一去抖电路的输出端连接有分压电路，分压电路的输出端与主控模块相连。在所述AD采样模块与供电电路之间设有开关模块中的采集开关。

在实施中，通讯模组电源控制系统中的AD采集模块，单片机通过控制采集开关的接通和断开，来控制是否进行AD采集；当采集开关打开时，被测电源电压首先经过第一去抖电路进行稳压处理；然后经过分压电路的分压处理，将外部电源分压到单片机能够正常采集的范围以内；接着单片机使用内部ADC模块对稳压、分压后的电压值进行采集，再根据分压系数，换算出电源电压实际的输入值；为了保证采集到的电压值真实可靠，每次采集电压时都会进行多次采集，取平均值的方式进行软件去抖处理；当不需要进行AD采集时，可以通过采集开关控制AD采样单元相对于供电电路的脱离，从而达到降低功耗的效果。

可选的，所述降压电路模块，包括：

与供电电路连接的输入稳压电路，在输入稳压电路与供电电路之间设有开关模块中的第一开关，与输入稳压电路的输出端连接有降压电路，在降压电路的输出端连接有输出稳压电路，输出稳压电路的输出端与通讯模块相连。

在实施中，降压芯片U8，在降压芯片U8的电源输入引脚和芯片使能引脚处连接有前级滤波稳压电路以及开关控制电路，在降压芯片U8的输出电压调节引脚和接地端之间设有后级滤波储能电路。

根据AD采集的外部电源输入的电压值，判断是否打开降压电路。当降压电路打开后，输入稳压电路会对输入电源的毛刺进行滤波处理，同时也会对输入电源的波动起到稳压的作用；降压芯片U8根据外围的匹配电路，将稳压后输入进来的电源电压降到通讯模组工作的典型值；通讯模组启动工作后，在不同的工作状态下，工作电流在短时间内，会有很大的波动，此时输出稳压电路就会起到很好的稳压作用，从而保证通讯模组正常稳定的工作。

其中，如图2所示，前级滤波稳压电路，包括电容C73，以及与电容C73并联的极性电容C72；开关控制电路，包括MOS管Q4，在Q4的栅极与三极管Q5的集电极相连，Q4的源极与栅极之间并联有电阻R8，三极管Q5的发射极接地，三极管Q5的基极经电阻R35与主控模块的控制端相连。降压电路模块前端都设有开关模块，通过单片机I/O口控制，使得在不需要操作通讯模组时，整个通讯模组电路供电断开，从而达到降低功耗的目的。

后级滤波储能电路包括相互并联的电容C45、电容C46、电容C47、电容C48，在电容C45的两端并联有串联的电阻R11和电阻R6，电阻R6远离电阻R11的一端接地，电阻R6接近电阻R11的一端与降压芯片U8的输出电压调节引脚相连。

Q4、Q5、R8、R35组成降压单元开关控制电路，C72、C73组成前级滤波和稳压电路，降压芯片的IN为电源输入引脚，EN为芯片使能引脚，GND为电源地引脚，ADJ为输出电压调节引脚，OUT为输出电压引脚。U8为输出电压可调式LDO，通过改变R11和R6的电阻值，可以对LDO的额定输出电压进行调整。调整范围1.25V到16V；输出电压与匹配电阻的关系公式如公式1所示，

根据公式1改变R11和R6的电阻值,调整降压芯片的额定输出电压为3.8V。C45、C46、C47、C47组成后级滤波和储能电路，进一步保证输出电压的稳定。

图3为开关控制电路原理图，本设计采用MOS管和三极管组成开关控制电路，其具体工作原理为：当后级电路需要工作打开时，PWR-CTL1引脚被拉高，此时三极管Q5处于导通状态，Q5的集电极被发射极拉到低电平。同时Q4的栅极被Q5的集电极拉到低电平，Q5的源极到漏极导通。MOS管的漏极为后级电路供电，后级电路开始工作。

开关后级电路不需要工作时，PWR-CTL1引脚被置成低电平。此时三极管Q5的处于截止状态。R8作为上拉电阻，将Q4的栅极拉到高电平，使Q4的源极到漏极截止。此时MOS管的漏极不能为后级电路供电，使整个开关电路处于断开状态。

可选的，所述直通电路模块，包括：

与供电电路连接的第二去抖电路，在第二去抖电路的输出端连接有稳压电路，分压电路的输出端与通讯模块相连。在所述直通电路模块与供电电路之间设有开关模块中的第二开关。

在实施中，通讯模组电源控制系统的直通电路模块，单片机通过开关控制电路，控制直接导通电路的开启或者关断。获取外部电源输入的电压值，根据电压值的大小，来判断是否借助第二开关开启直通电路；当直通电路模块被打开后，外部电源流经开关控制电路，再经过稳压电路的去抖和稳压直接供给通讯模组。直接导通电路前端都设有开关模块，通过单片机I/O口控制，使得在不需要操作通讯模组时，整个通讯模组电路供电断开，从而达到降低功耗的目的。

本实用新型提供了用于物联网仪表通讯模组的电源控制电路，用于对向通讯模组连接的供电电路进行控制，电源控制电路包括连接在供电电路上的AD采样模块，AD采样模块的输出端连接有主控模块，在主控模块的控制端处连接有开关控制模块；在通讯模块的供电端分别连接有根据开关模块的控制对通讯模组进行选择性供电的降压电路模块和直通电路模块，降压电路模块和直通电路模块的输入端均连接在供电电路上，降压电路模块和直通电路模块的控制端均与主控模块的控制端相连。通过借助主控模块实现降压电路模块和直通电路模块的选择性接入，从而实现对供电电路接入电压不同时依然令通讯模组处于工作状态，不会因外界电压的输入变化变换导致通讯模组无法正常工作，提升供电电源的适配性。

上述实施例中的各个序号仅仅为了描述，不代表各部件的组装或使用过程中的先后顺序。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。