低功耗的电源监控电路的制作方法
专利名称:低功耗的电源监控电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种低功耗的电源监控电路，当前便携式设备大部分采用的是电池供电，我们知道高性能运算通常伴随着高功耗，而电池技术的严重滞后和人们环保意识的增加使得性能和功耗之间的问题越发凸显。本实用新型包括电池监控电路，电源供电电路，报警电路和主控电路。本实用新型主要应用在需要电源管理系统的供电系统环境中，特别是采用电池供电的外部供电方式。本电路成本低，电路简单，可靠性强以及安全度高，实时监控着电池的供电状态，使系统可以长时间的稳定工作。
【专利说明】
低功耗的电源监控电路
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种电源监控电路，具体涉及一种低功耗的电源监控电路。
【背景技术】
[0002]当前便携式设备大部分采用的是电池供电，我们知道高性能运算通常伴随着高功耗，而电池技术的严重滞后和人们环保意识的增加使得性能和功耗之间的问题越发凸显。而另一方面，一旦发生电路短路或过载等情况，将损坏仪器设备，所以研发电源监控电路是十分必要的。
【发明内容】
[0003]本实用新型针对现有技术的不足，提出了一种基于STM32F4单片机的低功耗电源管理系统，可以采集供电电源的电压，供电电流，并具有限流的功能。
[0004]本实用新型一种低功耗的电源监控电路，包括电池监控电路，电源供电电路，报警电路和主控电路。
[0005]所述的电源供电电路包括一级电源芯片Ul、二级电源转换芯片U2、第一钽电容Cl、第四钽电容C4、第二瓷片电容C2、第三瓷片电容C3、第四瓷片电容C4、第一直流二极管Dl、第二稳压二极管D2、第三发光二极管D3、第一功率电感L1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第一开关SI ；
[0006]第二接口Pl的I管脚直接接地，2脚与第一直流二极管Dl的正极连接，第一直流二极管Dl的负极与第一开关SI的一端连接，第一开关SI的另一端与一级电源芯片Ul的7脚、第五钽电容C5的正极连接，第五钽电容C5的负极与一级电源芯片Ul的接地端6脚、一级电源芯片Ul的9脚连接并接地;一级电源芯片Ul的I管脚与第四瓷片电容C4的一端连接，第四瓷片电容C4的另一端与第二稳压二极管D2的负极、第一功率电感LI的一端、一级电源芯片Ul的8脚连接;第二稳压二极管D2的正极与地连接，第一功率电感LI的另一端与第一钽电容Cl的正极、第二电阻R2的一端、第一电阻Rl的一端、第二瓷片电容C2、二级电源转换芯片U2的3脚连接，第一钽电容Cl的负极接地，第二电阻R2的另一端与一级电源芯片Ul的4管脚和第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端接地;第一电阻Rl的另一端与第三发光二极管D3的正极连接，第三发光二极管D3的负极与地连接;第二瓷片电容C2的另一端与二级电源转换芯片U2的I脚连接并与地连接;二级电源转换芯片U2的2脚与4脚连接，并与第三瓷片电容C3的一端连接，第三瓷片电容C3的另一端与地连接。
[0007]主控电路主要包括主控芯片U3;
[0008]主控芯片U3的10脚，20脚，27脚，74脚直接接地，主控芯片U3的49脚与第七瓷片电容C7的一端连接，第七瓷片电容C7的另一端与地连接。主控芯片U3的73脚与第九瓷片电容C9的一端连接，第九瓷片电容C9的另一端与地连接。主控芯片U3的99脚与第十电阻RlO的一端连接，第十电阻RlO的另一端与地连接。主控芯片U3的94脚与第九电阻R9的一端连接，第九电阻R9的另一端与地连接。主控芯片U3的11脚，19脚，21脚，22脚，28脚，50脚，75脚和100脚与电源供电电路的二级电源转换芯片U2的2脚和4脚连接。第十三瓷片电容C13的一端与第十四瓷片电容C14的一端、第十五瓷片电容Cl 5的一端、第十六瓷片电容C16的一端、第十七瓷片电容C17的一端、第十八瓷片电容C18的一端、第十九瓷片电容C19的一端、第二十瓷片电容C20的一端、电源供电电路的二级电源转换芯片U2的2脚和4脚连接，另一端接地。第十四瓷片电容C14的另一端接地。第十五瓷片电容C15的另一端接地。第十六瓷片电容C16的另一端接地。第十七瓷片电容C17的另一端接地。第十八瓷片电容C18的另一端接地。第十九瓷片电容C19的另一端接地。第二十瓷片电容C20的另一端接地。主控芯片U3的12管脚与第二晶振Y2的一端、第十一瓷片电容Cll的一端连接，第十一瓷片电容Cll的另一端接地。主控芯片U3的13管脚与第二晶振Y2的另一端、第十瓷片电容ClO的一端连接，第十瓷片电容ClO的另一端接地。主控芯片U3的14脚与第^^一电阻Rll，第十二瓷片电容C12，第二开关S2的一端连接，第i^一电阻RlI的另一端与电源供电电路的二级电源转换芯片U2的2脚和4脚连接。第十二瓷片电容C12的另一端与第二开关S2的另一端连接并接地。主控芯片U3的9脚与第一晶振的Yl、第八瓷片电容C8的一端连接，第八瓷片电容C8的另一端接地，第一晶振Yl的一端与U3的8脚、第六瓷片电容C6的一端连接，第六瓷片电容C6的另一端接地。主控芯片U3的23脚与电池监控电路中第十二电阻R12和第十三电阻R13的一端连接。主控芯片U3的24脚与电池监控电路中第二 ^^一瓷片电容C21、第十六电阻R16的一端连接。主控芯片U3的25脚与电池监控电路中第十四电阻R14的一端连接。主控芯片U3的26脚与电池监控电路中第十五电阻Rl 5的一端连接。主控芯片U3的81脚与报警电路中第四电阻R4的一端连接，主控芯片U3的85脚与报警电路中第五电阻R5的一端连接，主控芯片U3的55脚与报警电路中第六电阻R6的一端连接。
[0009]第二接口P2的4脚接地，I脚与电源供电电路中二级电源转换芯片U2的2脚和4脚以及第七电阻R7，第八电阻R8的一端连接，2脚与主控芯片U3的76脚、第八电阻R8的另一端连接，3脚与主控芯片U3的72脚、第七电阻R7的另一端连接。
[0010]报警电路包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第四发光二极管D4、第五发光二级光D5、第六发光二极管D6。第四电阻R4的一端与主控电路中主控芯片U3的81脚连接，另一端与第四发光二极管D4的正极连接，第四发光二极管D4的负极接地。第五电阻R5的一端与主控电路中主控芯片U3的85脚连接，另一端与第五发光二极管D5的正极连接，第五发光二极管D5的负极接地。第六电阻R6的一端与主控电路中主控芯片U3的55脚连接，另一端与第六发光二极管D6的正极连接，第六发光二极管D6的负极接地。
[0011]电池监控电路包括电池监控芯片U4、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第三接口 P3、第二 ^^一瓷片电容C21、第七直流二极管D7。第三接口 P3的I脚接地，第三接口 P3的2脚与第十三电阻Rl 3的一端、电池监控电路U4的8脚，9脚和10脚连接。第十三电阻R13的另一端与主控电路中主控芯片U3的23脚、第十二电阻R12的一端连接，第十二电阻R12的另一端接地。第十四电阻R14的一端与主控电路中主控芯片U3的25脚连接，另一端与电池监控芯片U4的12脚连接。电池监控芯片U4的14脚与第十六电阻R16和第十七电阻R17的一端连接，第十七电阻R17的另一端与第二十一瓷片电容C21的一端连接并接地。第十六电阻R16的另一端与主控电路中主控芯片U3的24脚、第二 ^^一瓷片电容C21的一端连接。电池监控芯片U4的3脚与第十五电阻R15的一端连接，第十五电阻R15的另一端与主控电路中主控芯片U3的26脚连接。电池监控芯片U4的5脚，6脚和7脚连在一起，并与第七直流二极管D7的正极连接。
[0012]所述的一级电源转换芯片Ul采用的是TI公司的TPS5430;二级电源转换芯片U2采用的是AMS公司的AMSl 117-3.3，主控芯片U3采用的是ST公司的STMF407VGT6，电池监控芯片U4采用的是TI公司的TPS1H100。
[0013]本实用新型的有益效果:本实用新型主要应用在需要电源管理系统的供电系统环境中，特别是采用电池供电的外部供电方式。本电路成本低，电路简单，可靠性强以及安全度高，实时监控着电池的供电状态，使系统可以长时间的稳定工作。
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型的整体电路示意图；
[0015]图2为本实用新型中电源供电电路的示意图；
[0016]图3为本实用新型中主控电路示意图；
[0017]图4为本实用新型中报警电路；
[0018]图5为本实用新型中电池监控电路。
【具体实施方式】
[0019]如图1所示，一种低功耗的电源监控电路，包括电源供电电路I，主控电路2，报警电路3和电池监控电路5。
[0020]如图2所示:所述的电源供电电路包括一级电源芯片U1、二级电源转换芯片U2、第一钽电容Cl、第四钽电容C4、第二瓷片电容C2、第三瓷片电容C3、第四瓷片电容C4、第一直流二极管Dl、第二稳压二极管D2、第三发光二极管D3、第一功率电感L1、第一电阻Rl、第二电阻R2、第三电阻R3和第一开关SI;
[0021 ]第二接口 Pl的I管脚直接接地，2脚与第一直流二极管Dl的正极连接，第一直流二极管Dl的负极与第一开关SI的一端连接，第一开关SI的另一端与一级电源芯片Ul的7脚、第五钽电容C5的正极连接，第五钽电容C5的负极与一级电源芯片Ul的接地端6脚、一级电源芯片Ul的9脚连接并接地;一级电源芯片Ul的I管脚与第四瓷片电容C4的一端连接，第四瓷片电容C4的另一端与第二稳压二极管D2的负极、第一功率电感LI的一端、一级电源芯片Ul的8脚连接;第二稳压二极管D2的正极与地连接，第一功率电感LI的另一端与第一钽电容Cl的正极、第二电阻R2的一端、第一电阻Rl的一端、第二瓷片电容C2、二级电源转换芯片似的3脚连接，第一钽电容Cl的负极接地，第二电阻R2的另一端与一级电源芯片Ul的4管脚和第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端接地;第一电阻Rl的另一端与第三发光二极管D3的正极连接，第三发光二极管D3的负极与地连接;第二瓷片电容C2的另一端与二级电源转换芯片U2的I脚连接并与地连接;二级电源转换芯片U2的2脚与4脚连接，并与第三瓷片电容C3的一端连接，第三瓷片电容C3的另一端与地连接。
[0022]如图3所示:主控电路主要包括主控芯片U3;
[0023]主控芯片U3的10脚，20脚，27脚，74脚直接接地，主控芯片U3的49脚与第七瓷片电容C7的一端连接，第七瓷片电容C7的另一端与地连接。主控芯片U3的73脚与第九瓷片电容C9的一端连接，第九瓷片电容C9的另一端与地连接。主控芯片U3的99脚与第十电阻RlO的一端连接，第十电阻RlO的另一端与地连接。主控芯片U3的94脚与第九电阻R9的一端连接，第九电阻R9的另一端与地连接。主控芯片U3的11脚，19脚，21脚，22脚，28脚，50脚，75脚和100脚与电源供电电路的二级电源转换芯片U2的2脚和4脚连接。第十三瓷片电容C13的一端与第十四瓷片电容C14的一端、第十五瓷片电容Cl 5的一端、第十六瓷片电容C16的一端、第十七瓷片电容C17的一端、第十八瓷片电容C18的一端、第十九瓷片电容C19的一端、第二十瓷片电容C20的一端、电源供电电路的二级电源转换芯片U2的2脚和4脚连接，另一端接地。第十四瓷片电容C14的另一端接地。第十五瓷片电容C15的另一端接地。第十六瓷片电容C16的另一端接地。第十七瓷片电容C17的另一端接地。第十八瓷片电容C18的另一端接地。第十九瓷片电容C19的另一端接地。第二十瓷片电容C20的另一端接地。主控芯片U3的12管脚与第二晶振Y2的一端、第十一瓷片电容Cll的一端连接，第十一瓷片电容Cll的另一端接地。主控芯片U3的13管脚与第二晶振Y2的另一端、第十瓷片电容ClO的一端连接，第十瓷片电容ClO的另一端接地。主控芯片U3的14脚与第^^一电阻Rll，第十二瓷片电容C12，第二开关S2的一端连接，第i^一电阻Rl I的另一端与电源供电电路的二级电源转换芯片U2的2脚和4脚连接。第十二瓷片电容C12的另一端与第二开关S2的另一端连接并接地。主控芯片U3的9脚与第一晶振的Y1、第八瓷片电容CS的一端连接，第八瓷片电容CS的另一端接地，第一晶振Yl的一端与U3的8脚、第六瓷片电容C6的一端连接，第六瓷片电容C6的另一端接地。主控芯片U3的23脚与电池监控电路中第十二电阻R12和第十三电阻R13的一端连接。主控芯片U3的24脚与电池监控电路中第二 ^^一瓷片电容C21、第十六电阻R16的一端连接。主控芯片U3的25脚与电池监控电路中第十四电阻R14的一端连接。主控芯片U3的26脚与电池监控电路中第十五电阻Rl 5的一端连接。主控芯片U3的81脚与报警电路中第四电阻R4的一端连接，主控芯片U3的85脚与报警电路中第五电阻R5的一端连接，主控芯片U3的55脚与报警电路中第六电阻R6的一端连接。
[0024]第二接口P2的4脚接地，I脚与电源供电电路中二级电源转换芯片U2的2脚和4脚以及第七电阻R7，第八电阻R8的一端连接，2脚与主控芯片U3的76脚、第八电阻R8的另一端连接，3脚与主控芯片U3的72脚、第七电阻R7的另一端连接。
[0025]如图4所示:报警电路包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第四发光二极管D4、第五发光二级光D5、第六发光二极管D6。第四电阻R4的一端与主控电路中主控芯片U3的81脚连接，另一端与第四发光二极管D4的正极连接，第四发光二极管D4的负极接地。第五电阻R5的一端与主控电路中主控芯片U3的85脚连接，另一端与第五发光二极管D5的正极连接，第五发光二极管D5的负极接地。第六电阻R6的一端与主控电路中主控芯片U3的55脚连接，另一端与第六发光二极管D6的正极连接，第六发光二极管D6的负极接地。
[0026]如图5所示:电池监控电路包括电池监控芯片U4、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第三接口 P3、第二 ^^一瓷片电容C21、第七直流二极管D7。第三接口 P3的I脚接地，第三接口 P3的2脚与第十三电阻Rl 3的一端、电池监控电路U4的8脚，9脚和10脚连接。第十三电阻R13的另一端与主控电路中主控芯片U3的23脚、第十二电阻R12的一端连接，第十二电阻R12的另一端接地。第十四电阻R14的一端与主控电路中主控芯片U3的25脚连接，另一端与电池监控芯片U4的12脚连接。电池监控芯片U4的14脚与第十六电阻R16和第十七电阻R17的一端连接，第十七电阻R17的另一端与第二十一瓷片电容C21的一端连接并接地。第十六电阻R16的另一端与主控电路中主控芯片U3的24脚、第二 ^^一瓷片电容C21的一端连接。电池监控芯片U4的3脚与第十五电阻R15的一端连接，第十五电阻R15的另一端与主控电路中主控芯片U3的26脚连接。电池监控芯片U4的5脚，6脚和7脚连在一起，并与第七直流二极管D7的正极连接。
[0027]工作过程:在Pl接口输入+12V的电池4，一级电源芯片Ul将+12V电压转成+5V，二级电源转换芯片U2再将+5V电压转换为+3.3V，供给主控芯片U3，上电之后，主控芯片U3开始初始化之后，完成之后，主控芯片便会通过26脚给电源监控芯片U4发出导通信号，电源到负载6的电路导通。然后主控芯片U3通过25脚给电源监控芯片发出使能信号，电源监控芯片U4开始采集电路的电流信号，并通过14脚以数字量的形式输出，电流信号经过第十七电阻R17的转换成电压信号，主控芯片U3采样第十七电阻R17上的电压值，在根据公式I=U/R换算成电流值。同时，主控芯片采样第十二电阻R12上的电压，再根据公式转成电源电压。根据得到的电源的电流值、电压值，主控电源芯片U3来控制第四发光二极管D4、第五发光二极管D5和第六发光二极管D6的亮灭来表示电源工作状况。当电源正常工作时，三个LED二极管全亮，当电源电压、电流开始变小时，只保持第四发光二极管亮。当发生短路时，三个LED同时动作，时亮时灭。
【主权项】
1.低功耗的电源监控电路，包括电池监控电路，电源供电电路，报警电路和主控电路； 其特征在于:所述的电源供电电路包括一级电源芯片U1、二级电源转换芯片U2、第一钽电容Cl、第四钽电容C4、第二瓷片电容C2、第三瓷片电容C3、第四瓷片电容C4、第一直流二极管Dl、第二稳压二极管D2、第三发光二极管D3、第一功率电感L1、第一电阻Rl、第二电阻R2、第三电阻R3和第一开关SI; 第二接口 Pl的I管脚直接接地，2脚与第一直流二极管DI的正极连接，第一直流二极管Dl的负极与第一开关SI的一端连接，第一开关SI的另一端与一级电源芯片Ul的7脚、第五钽电容C5的正极连接，第五钽电容C5的负极与一级电源芯片Ul的接地端6脚、一级电源芯片Ul的9脚连接并接地;一级电源芯片Ul的I管脚与第四瓷片电容C4的一端连接，第四瓷片电容C4的另一端与第二稳压二极管D2的负极、第一功率电感LI的一端、一级电源芯片Ul的8脚连接;第二稳压二极管D2的正极与地连接，第一功率电感LI的另一端与第一钽电容Cl的正极、第二电阻R2的一端、第一电阻Rl的一端、第二瓷片电容C2、二级电源转换芯片U2的3脚连接，第一钽电容Cl的负极接地，第二电阻R2的另一端与一级电源芯片Ul的4管脚和第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端接地;第一电阻Rl的另一端与第三发光二极管D3的正极连接，第三发光二极管D3的负极与地连接;第二瓷片电容C2的另一端与二级电源转换芯片U2的I脚连接并与地连接;二级电源转换芯片U2的2脚与4脚连接，并与第三瓷片电容C3的一端连接，第三瓷片电容C3的另一端与地连接； 主控电路主要包括主控芯片U3 ； 主控芯片U3的10脚，20脚，27脚，74脚直接接地，主控芯片U3的49脚与第七瓷片电容C7的一端连接，第七瓷片电容C7的另一端与地连接;主控芯片U3的73脚与第九瓷片电容C9的一端连接，第九瓷片电容C9的另一端与地连接;主控芯片U3的99脚与第十电阻RlO的一端连接，第十电阻Rl O的另一端与地连接;主控芯片U3的94脚与第九电阻R9的一端连接，第九电阻R9的另一端与地连接;主控芯片U3的11脚，19脚，21脚，22脚，28脚，50脚，75脚和100脚与电源供电电路的二级电源转换芯片U2的2脚和4脚连接;第十三瓷片电容C13的一端与第十四瓷片电容C14的一端、第十五瓷片电容Cl 5的一端、第十六瓷片电容C16的一端、第十七瓷片电容C17的一端、第十八瓷片电容C18的一端、第十九瓷片电容C19的一端、第二十瓷片电容C20的一端、电源供电电路的二级电源转换芯片U2的2脚和4脚连接，另一端接地;第十四瓷片电容C14的另一端接地;第十五瓷片电容C15的另一端接地;第十六瓷片电容C16的另一端接地;第十七瓷片电容C17的另一端接地;第十八瓷片电容C18的另一端接地;第十九瓷片电容C19的另一端接地;第二十瓷片电容C20的另一端接地;主控芯片U3的12管脚与第二晶振Y2的一端、第十一瓷片电容Cll的一端连接，第十一瓷片电容CU的另一端接地;主控芯片U3的13管脚与第二晶振Y2的另一端、第十瓷片电容ClO的一端连接，第十瓷片电容ClO的另一端接地;主控芯片U3的14脚与第^^一电阻Rll，第十二瓷片电容C12，第二开关S2的一端连接，第i^一电阻Rll的另一端与电源供电电路的二级电源转换芯片U2的2脚和4脚连接;第十二瓷片电容C12的另一端与第二开关S2的另一端连接并接地;主控芯片U3的9脚与第一晶振的Yl、第八瓷片电容C8的一端连接，第八瓷片电容C8的另一端接地，第一晶振Yl的一端与主控芯片U3的8脚、第六瓷片电容C6的一端连接，第六瓷片电容C6的另一端接地;主控芯片U3的23脚与电池监控电路中第十二电阻R12和第十三电阻R13的一端连接;主控芯片U3的24脚与电池监控电路中第二 i^一瓷片电容C21、第十六电阻R16的一端连接;主控芯片U3的25脚与电池监控电路中第十四电阻R14的一端连接;主控芯片U3的26脚与电池监控电路中第十五电阻R15的一端连接;主控芯片U3的81脚与报警电路中第四电阻R4的一端连接，主控芯片U3的85脚与报警电路中第五电阻R5的一端连接，主控芯片U3的55脚与报警电路中第六电阻R6的一端连接； 第二接口P2的4脚接地，I脚与电源供电电路中二级电源转换芯片U2的2脚和4脚以及第七电阻R7，第八电阻R8的一端连接，2脚与主控芯片U3的76脚、第八电阻R8的另一端连接，3脚与主控芯片U3的72脚、第七电阻R7的另一端连接； 报警电路包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第四发光二极管D4、第五发光二级光D5、第六发光二极管D6;第四电阻R4的一端与主控电路中主控芯片U3的81脚连接，另一端与第四发光二极管D4的正极连接，第四发光二极管D4的负极接地;第五电阻R5的一端与主控电路中主控芯片U3的85脚连接，另一端与第五发光二极管D5的正极连接，第五发光二极管D5的负极接地;第六电阻R6的一端与主控电路中主控芯片U3的55脚连接，另一端与第六发光二极管D6的正极连接，第六发光二极管D6的负极接地； 电池监控电路包括电池监控芯片U4、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第三接口 P3、第二 ^^一瓷片电容C21、第七直流二极管D7;第三接口 P3的I脚接地，第三接口 P3的2脚与第十三电阻R13的一端、电池监控电路U4的8脚，9脚和1脚连接；第十三电阻Rl 3的另一端与主控电路中主控芯片U3的23脚、第十二电阻R12的一端连接，第十二电阻R12的另一端接地;第十四电阻R14的一端与主控电路中主控芯片U3的25脚连接，另一端与电池监控芯片U4的12脚连接；电池监控芯片U4的14脚与第十六电阻R16和第十七电阻R17的一端连接，第十七电阻R17的另一端与第二十一瓷片电容C21的一端连接并接地;第十六电阻R16的另一端与主控电路中主控芯片U3的24脚、第二^ 瓷片电容C21的一端连接；电池监控芯片U4的3脚与第十五电阻Rl5的一端连接，第十五电阻R15的另一端与主控电路中主控芯片U3的26脚连接；电池监控芯片U4的5脚，6脚和7脚连在一起，并与第七直流二极管D7的正极连接； 所述的一级电源转换芯片Ul采用的是TI公司的TPS5430; 二级电源转换芯片U2采用的是AMS公司的AMSl 117-3.3，主控芯片U3采用的是ST公司的STMF407VGT6，电池监控芯片U4采用的是TI公司的TPS1H100。
【文档编号】G01R31/36GK205720586SQ201620184610
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年3月10日
【发明人】章雪挺, 陶维涛, 夏冰, 张明
【申请人】杭州电子科技大学
【专利摘要】本实用新型公开了一种低功耗的电源监控电路，当前便携式设备大部分采用的是电池供电，我们知道高性能运算通常伴随着高功耗，而电池技术的严重滞后和人们环保意识的增加使得性能和功耗之间的问题越发凸显。本实用新型包括电池监控电路，电源供电电路，报警电路和主控电路。本实用新型主要应用在需要电源管理系统的供电系统环境中，特别是采用电池供电的外部供电方式。本电路成本低，电路简单，可靠性强以及安全度高，实时监控着电池的供电状态，使系统可以长时间的稳定工作。
【专利说明】
低功耗的电源监控电路
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种电源监控电路，具体涉及一种低功耗的电源监控电路。
【背景技术】
[0002]当前便携式设备大部分采用的是电池供电，我们知道高性能运算通常伴随着高功耗，而电池技术的严重滞后和人们环保意识的增加使得性能和功耗之间的问题越发凸显。而另一方面，一旦发生电路短路或过载等情况，将损坏仪器设备，所以研发电源监控电路是十分必要的。
【发明内容】
[0003]本实用新型针对现有技术的不足，提出了一种基于STM32F4单片机的低功耗电源管理系统，可以采集供电电源的电压，供电电流，并具有限流的功能。
[0004]本实用新型一种低功耗的电源监控电路，包括电池监控电路，电源供电电路，报警电路和主控电路。
[0005]所述的电源供电电路包括一级电源芯片Ul、二级电源转换芯片U2、第一钽电容Cl、第四钽电容C4、第二瓷片电容C2、第三瓷片电容C3、第四瓷片电容C4、第一直流二极管Dl、第二稳压二极管D2、第三发光二极管D3、第一功率电感L1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第一开关SI ；
[0006]第二接口Pl的I管脚直接接地，2脚与第一直流二极管Dl的正极连接，第一直流二极管Dl的负极与第一开关SI的一端连接，第一开关SI的另一端与一级电源芯片Ul的7脚、第五钽电容C5的正极连接，第五钽电容C5的负极与一级电源芯片Ul的接地端6脚、一级电源芯片Ul的9脚连接并接地;一级电源芯片Ul的I管脚与第四瓷片电容C4的一端连接，第四瓷片电容C4的另一端与第二稳压二极管D2的负极、第一功率电感LI的一端、一级电源芯片Ul的8脚连接;第二稳压二极管D2的正极与地连接，第一功率电感LI的另一端与第一钽电容Cl的正极、第二电阻R2的一端、第一电阻Rl的一端、第二瓷片电容C2、二级电源转换芯片U2的3脚连接，第一钽电容Cl的负极接地，第二电阻R2的另一端与一级电源芯片Ul的4管脚和第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端接地;第一电阻Rl的另一端与第三发光二极管D3的正极连接，第三发光二极管D3的负极与地连接;第二瓷片电容C2的另一端与二级电源转换芯片U2的I脚连接并与地连接;二级电源转换芯片U2的2脚与4脚连接，并与第三瓷片电容C3的一端连接，第三瓷片电容C3的另一端与地连接。
[0007]主控电路主要包括主控芯片U3;
[0008]主控芯片U3的10脚，20脚，27脚，74脚直接接地，主控芯片U3的49脚与第七瓷片电容C7的一端连接，第七瓷片电容C7的另一端与地连接。主控芯片U3的73脚与第九瓷片电容C9的一端连接，第九瓷片电容C9的另一端与地连接。主控芯片U3的99脚与第十电阻RlO的一端连接，第十电阻RlO的另一端与地连接。主控芯片U3的94脚与第九电阻R9的一端连接，第九电阻R9的另一端与地连接。主控芯片U3的11脚，19脚，21脚，22脚，28脚，50脚，75脚和100脚与电源供电电路的二级电源转换芯片U2的2脚和4脚连接。第十三瓷片电容C13的一端与第十四瓷片电容C14的一端、第十五瓷片电容Cl 5的一端、第十六瓷片电容C16的一端、第十七瓷片电容C17的一端、第十八瓷片电容C18的一端、第十九瓷片电容C19的一端、第二十瓷片电容C20的一端、电源供电电路的二级电源转换芯片U2的2脚和4脚连接，另一端接地。第十四瓷片电容C14的另一端接地。第十五瓷片电容C15的另一端接地。第十六瓷片电容C16的另一端接地。第十七瓷片电容C17的另一端接地。第十八瓷片电容C18的另一端接地。第十九瓷片电容C19的另一端接地。第二十瓷片电容C20的另一端接地。主控芯片U3的12管脚与第二晶振Y2的一端、第十一瓷片电容Cll的一端连接，第十一瓷片电容Cll的另一端接地。主控芯片U3的13管脚与第二晶振Y2的另一端、第十瓷片电容ClO的一端连接，第十瓷片电容ClO的另一端接地。主控芯片U3的14脚与第^^一电阻Rll，第十二瓷片电容C12，第二开关S2的一端连接，第i^一电阻RlI的另一端与电源供电电路的二级电源转换芯片U2的2脚和4脚连接。第十二瓷片电容C12的另一端与第二开关S2的另一端连接并接地。主控芯片U3的9脚与第一晶振的Yl、第八瓷片电容C8的一端连接，第八瓷片电容C8的另一端接地，第一晶振Yl的一端与U3的8脚、第六瓷片电容C6的一端连接，第六瓷片电容C6的另一端接地。主控芯片U3的23脚与电池监控电路中第十二电阻R12和第十三电阻R13的一端连接。主控芯片U3的24脚与电池监控电路中第二 ^^一瓷片电容C21、第十六电阻R16的一端连接。主控芯片U3的25脚与电池监控电路中第十四电阻R14的一端连接。主控芯片U3的26脚与电池监控电路中第十五电阻Rl 5的一端连接。主控芯片U3的81脚与报警电路中第四电阻R4的一端连接，主控芯片U3的85脚与报警电路中第五电阻R5的一端连接，主控芯片U3的55脚与报警电路中第六电阻R6的一端连接。
[0009]第二接口P2的4脚接地，I脚与电源供电电路中二级电源转换芯片U2的2脚和4脚以及第七电阻R7，第八电阻R8的一端连接，2脚与主控芯片U3的76脚、第八电阻R8的另一端连接，3脚与主控芯片U3的72脚、第七电阻R7的另一端连接。
[0010]报警电路包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第四发光二极管D4、第五发光二级光D5、第六发光二极管D6。第四电阻R4的一端与主控电路中主控芯片U3的81脚连接，另一端与第四发光二极管D4的正极连接，第四发光二极管D4的负极接地。第五电阻R5的一端与主控电路中主控芯片U3的85脚连接，另一端与第五发光二极管D5的正极连接，第五发光二极管D5的负极接地。第六电阻R6的一端与主控电路中主控芯片U3的55脚连接，另一端与第六发光二极管D6的正极连接，第六发光二极管D6的负极接地。
[0011]电池监控电路包括电池监控芯片U4、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第三接口 P3、第二 ^^一瓷片电容C21、第七直流二极管D7。第三接口 P3的I脚接地，第三接口 P3的2脚与第十三电阻Rl 3的一端、电池监控电路U4的8脚，9脚和10脚连接。第十三电阻R13的另一端与主控电路中主控芯片U3的23脚、第十二电阻R12的一端连接，第十二电阻R12的另一端接地。第十四电阻R14的一端与主控电路中主控芯片U3的25脚连接，另一端与电池监控芯片U4的12脚连接。电池监控芯片U4的14脚与第十六电阻R16和第十七电阻R17的一端连接，第十七电阻R17的另一端与第二十一瓷片电容C21的一端连接并接地。第十六电阻R16的另一端与主控电路中主控芯片U3的24脚、第二 ^^一瓷片电容C21的一端连接。电池监控芯片U4的3脚与第十五电阻R15的一端连接，第十五电阻R15的另一端与主控电路中主控芯片U3的26脚连接。电池监控芯片U4的5脚，6脚和7脚连在一起，并与第七直流二极管D7的正极连接。
[0012]所述的一级电源转换芯片Ul采用的是TI公司的TPS5430;二级电源转换芯片U2采用的是AMS公司的AMSl 117-3.3，主控芯片U3采用的是ST公司的STMF407VGT6，电池监控芯片U4采用的是TI公司的TPS1H100。
[0013]本实用新型的有益效果:本实用新型主要应用在需要电源管理系统的供电系统环境中，特别是采用电池供电的外部供电方式。本电路成本低，电路简单，可靠性强以及安全度高，实时监控着电池的供电状态，使系统可以长时间的稳定工作。
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型的整体电路示意图；
[0015]图2为本实用新型中电源供电电路的示意图；
[0016]图3为本实用新型中主控电路示意图；
[0017]图4为本实用新型中报警电路；
[0018]图5为本实用新型中电池监控电路。
【具体实施方式】
[0019]如图1所示，一种低功耗的电源监控电路，包括电源供电电路I，主控电路2，报警电路3和电池监控电路5。
[0020]如图2所示:所述的电源供电电路包括一级电源芯片U1、二级电源转换芯片U2、第一钽电容Cl、第四钽电容C4、第二瓷片电容C2、第三瓷片电容C3、第四瓷片电容C4、第一直流二极管Dl、第二稳压二极管D2、第三发光二极管D3、第一功率电感L1、第一电阻Rl、第二电阻R2、第三电阻R3和第一开关SI;
[0021 ]第二接口 Pl的I管脚直接接地，2脚与第一直流二极管Dl的正极连接，第一直流二极管Dl的负极与第一开关SI的一端连接，第一开关SI的另一端与一级电源芯片Ul的7脚、第五钽电容C5的正极连接，第五钽电容C5的负极与一级电源芯片Ul的接地端6脚、一级电源芯片Ul的9脚连接并接地;一级电源芯片Ul的I管脚与第四瓷片电容C4的一端连接，第四瓷片电容C4的另一端与第二稳压二极管D2的负极、第一功率电感LI的一端、一级电源芯片Ul的8脚连接;第二稳压二极管D2的正极与地连接，第一功率电感LI的另一端与第一钽电容Cl的正极、第二电阻R2的一端、第一电阻Rl的一端、第二瓷片电容C2、二级电源转换芯片似的3脚连接，第一钽电容Cl的负极接地，第二电阻R2的另一端与一级电源芯片Ul的4管脚和第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端接地;第一电阻Rl的另一端与第三发光二极管D3的正极连接，第三发光二极管D3的负极与地连接;第二瓷片电容C2的另一端与二级电源转换芯片U2的I脚连接并与地连接;二级电源转换芯片U2的2脚与4脚连接，并与第三瓷片电容C3的一端连接，第三瓷片电容C3的另一端与地连接。
[0022]如图3所示:主控电路主要包括主控芯片U3;
[0023]主控芯片U3的10脚，20脚，27脚，74脚直接接地，主控芯片U3的49脚与第七瓷片电容C7的一端连接，第七瓷片电容C7的另一端与地连接。主控芯片U3的73脚与第九瓷片电容C9的一端连接，第九瓷片电容C9的另一端与地连接。主控芯片U3的99脚与第十电阻RlO的一端连接，第十电阻RlO的另一端与地连接。主控芯片U3的94脚与第九电阻R9的一端连接，第九电阻R9的另一端与地连接。主控芯片U3的11脚，19脚，21脚，22脚，28脚，50脚，75脚和100脚与电源供电电路的二级电源转换芯片U2的2脚和4脚连接。第十三瓷片电容C13的一端与第十四瓷片电容C14的一端、第十五瓷片电容Cl 5的一端、第十六瓷片电容C16的一端、第十七瓷片电容C17的一端、第十八瓷片电容C18的一端、第十九瓷片电容C19的一端、第二十瓷片电容C20的一端、电源供电电路的二级电源转换芯片U2的2脚和4脚连接，另一端接地。第十四瓷片电容C14的另一端接地。第十五瓷片电容C15的另一端接地。第十六瓷片电容C16的另一端接地。第十七瓷片电容C17的另一端接地。第十八瓷片电容C18的另一端接地。第十九瓷片电容C19的另一端接地。第二十瓷片电容C20的另一端接地。主控芯片U3的12管脚与第二晶振Y2的一端、第十一瓷片电容Cll的一端连接，第十一瓷片电容Cll的另一端接地。主控芯片U3的13管脚与第二晶振Y2的另一端、第十瓷片电容ClO的一端连接，第十瓷片电容ClO的另一端接地。主控芯片U3的14脚与第^^一电阻Rll，第十二瓷片电容C12，第二开关S2的一端连接，第i^一电阻Rl I的另一端与电源供电电路的二级电源转换芯片U2的2脚和4脚连接。第十二瓷片电容C12的另一端与第二开关S2的另一端连接并接地。主控芯片U3的9脚与第一晶振的Y1、第八瓷片电容CS的一端连接，第八瓷片电容CS的另一端接地，第一晶振Yl的一端与U3的8脚、第六瓷片电容C6的一端连接，第六瓷片电容C6的另一端接地。主控芯片U3的23脚与电池监控电路中第十二电阻R12和第十三电阻R13的一端连接。主控芯片U3的24脚与电池监控电路中第二 ^^一瓷片电容C21、第十六电阻R16的一端连接。主控芯片U3的25脚与电池监控电路中第十四电阻R14的一端连接。主控芯片U3的26脚与电池监控电路中第十五电阻Rl 5的一端连接。主控芯片U3的81脚与报警电路中第四电阻R4的一端连接，主控芯片U3的85脚与报警电路中第五电阻R5的一端连接，主控芯片U3的55脚与报警电路中第六电阻R6的一端连接。
[0024]第二接口P2的4脚接地，I脚与电源供电电路中二级电源转换芯片U2的2脚和4脚以及第七电阻R7，第八电阻R8的一端连接，2脚与主控芯片U3的76脚、第八电阻R8的另一端连接，3脚与主控芯片U3的72脚、第七电阻R7的另一端连接。
[0025]如图4所示:报警电路包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第四发光二极管D4、第五发光二级光D5、第六发光二极管D6。第四电阻R4的一端与主控电路中主控芯片U3的81脚连接，另一端与第四发光二极管D4的正极连接，第四发光二极管D4的负极接地。第五电阻R5的一端与主控电路中主控芯片U3的85脚连接，另一端与第五发光二极管D5的正极连接，第五发光二极管D5的负极接地。第六电阻R6的一端与主控电路中主控芯片U3的55脚连接，另一端与第六发光二极管D6的正极连接，第六发光二极管D6的负极接地。
[0026]如图5所示:电池监控电路包括电池监控芯片U4、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第三接口 P3、第二 ^^一瓷片电容C21、第七直流二极管D7。第三接口 P3的I脚接地，第三接口 P3的2脚与第十三电阻Rl 3的一端、电池监控电路U4的8脚，9脚和10脚连接。第十三电阻R13的另一端与主控电路中主控芯片U3的23脚、第十二电阻R12的一端连接，第十二电阻R12的另一端接地。第十四电阻R14的一端与主控电路中主控芯片U3的25脚连接，另一端与电池监控芯片U4的12脚连接。电池监控芯片U4的14脚与第十六电阻R16和第十七电阻R17的一端连接，第十七电阻R17的另一端与第二十一瓷片电容C21的一端连接并接地。第十六电阻R16的另一端与主控电路中主控芯片U3的24脚、第二 ^^一瓷片电容C21的一端连接。电池监控芯片U4的3脚与第十五电阻R15的一端连接，第十五电阻R15的另一端与主控电路中主控芯片U3的26脚连接。电池监控芯片U4的5脚，6脚和7脚连在一起，并与第七直流二极管D7的正极连接。
[0027]工作过程:在Pl接口输入+12V的电池4，一级电源芯片Ul将+12V电压转成+5V，二级电源转换芯片U2再将+5V电压转换为+3.3V，供给主控芯片U3，上电之后，主控芯片U3开始初始化之后，完成之后，主控芯片便会通过26脚给电源监控芯片U4发出导通信号，电源到负载6的电路导通。然后主控芯片U3通过25脚给电源监控芯片发出使能信号，电源监控芯片U4开始采集电路的电流信号，并通过14脚以数字量的形式输出，电流信号经过第十七电阻R17的转换成电压信号，主控芯片U3采样第十七电阻R17上的电压值，在根据公式I=U/R换算成电流值。同时，主控芯片采样第十二电阻R12上的电压，再根据公式转成电源电压。根据得到的电源的电流值、电压值，主控电源芯片U3来控制第四发光二极管D4、第五发光二极管D5和第六发光二极管D6的亮灭来表示电源工作状况。当电源正常工作时，三个LED二极管全亮，当电源电压、电流开始变小时，只保持第四发光二极管亮。当发生短路时，三个LED同时动作，时亮时灭。
【主权项】
1.低功耗的电源监控电路，包括电池监控电路，电源供电电路，报警电路和主控电路； 其特征在于:所述的电源供电电路包括一级电源芯片U1、二级电源转换芯片U2、第一钽电容Cl、第四钽电容C4、第二瓷片电容C2、第三瓷片电容C3、第四瓷片电容C4、第一直流二极管Dl、第二稳压二极管D2、第三发光二极管D3、第一功率电感L1、第一电阻Rl、第二电阻R2、第三电阻R3和第一开关SI; 第二接口 Pl的I管脚直接接地，2脚与第一直流二极管DI的正极连接，第一直流二极管Dl的负极与第一开关SI的一端连接，第一开关SI的另一端与一级电源芯片Ul的7脚、第五钽电容C5的正极连接，第五钽电容C5的负极与一级电源芯片Ul的接地端6脚、一级电源芯片Ul的9脚连接并接地;一级电源芯片Ul的I管脚与第四瓷片电容C4的一端连接，第四瓷片电容C4的另一端与第二稳压二极管D2的负极、第一功率电感LI的一端、一级电源芯片Ul的8脚连接;第二稳压二极管D2的正极与地连接，第一功率电感LI的另一端与第一钽电容Cl的正极、第二电阻R2的一端、第一电阻Rl的一端、第二瓷片电容C2、二级电源转换芯片U2的3脚连接，第一钽电容Cl的负极接地，第二电阻R2的另一端与一级电源芯片Ul的4管脚和第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端接地;第一电阻Rl的另一端与第三发光二极管D3的正极连接，第三发光二极管D3的负极与地连接;第二瓷片电容C2的另一端与二级电源转换芯片U2的I脚连接并与地连接;二级电源转换芯片U2的2脚与4脚连接，并与第三瓷片电容C3的一端连接，第三瓷片电容C3的另一端与地连接； 主控电路主要包括主控芯片U3 ； 主控芯片U3的10脚，20脚，27脚，74脚直接接地，主控芯片U3的49脚与第七瓷片电容C7的一端连接，第七瓷片电容C7的另一端与地连接;主控芯片U3的73脚与第九瓷片电容C9的一端连接，第九瓷片电容C9的另一端与地连接;主控芯片U3的99脚与第十电阻RlO的一端连接，第十电阻Rl O的另一端与地连接;主控芯片U3的94脚与第九电阻R9的一端连接，第九电阻R9的另一端与地连接;主控芯片U3的11脚，19脚，21脚，22脚，28脚，50脚，75脚和100脚与电源供电电路的二级电源转换芯片U2的2脚和4脚连接;第十三瓷片电容C13的一端与第十四瓷片电容C14的一端、第十五瓷片电容Cl 5的一端、第十六瓷片电容C16的一端、第十七瓷片电容C17的一端、第十八瓷片电容C18的一端、第十九瓷片电容C19的一端、第二十瓷片电容C20的一端、电源供电电路的二级电源转换芯片U2的2脚和4脚连接，另一端接地;第十四瓷片电容C14的另一端接地;第十五瓷片电容C15的另一端接地;第十六瓷片电容C16的另一端接地;第十七瓷片电容C17的另一端接地;第十八瓷片电容C18的另一端接地;第十九瓷片电容C19的另一端接地;第二十瓷片电容C20的另一端接地;主控芯片U3的12管脚与第二晶振Y2的一端、第十一瓷片电容Cll的一端连接，第十一瓷片电容CU的另一端接地;主控芯片U3的13管脚与第二晶振Y2的另一端、第十瓷片电容ClO的一端连接，第十瓷片电容ClO的另一端接地;主控芯片U3的14脚与第^^一电阻Rll，第十二瓷片电容C12，第二开关S2的一端连接，第i^一电阻Rll的另一端与电源供电电路的二级电源转换芯片U2的2脚和4脚连接;第十二瓷片电容C12的另一端与第二开关S2的另一端连接并接地;主控芯片U3的9脚与第一晶振的Yl、第八瓷片电容C8的一端连接，第八瓷片电容C8的另一端接地，第一晶振Yl的一端与主控芯片U3的8脚、第六瓷片电容C6的一端连接，第六瓷片电容C6的另一端接地;主控芯片U3的23脚与电池监控电路中第十二电阻R12和第十三电阻R13的一端连接;主控芯片U3的24脚与电池监控电路中第二 i^一瓷片电容C21、第十六电阻R16的一端连接;主控芯片U3的25脚与电池监控电路中第十四电阻R14的一端连接;主控芯片U3的26脚与电池监控电路中第十五电阻R15的一端连接;主控芯片U3的81脚与报警电路中第四电阻R4的一端连接，主控芯片U3的85脚与报警电路中第五电阻R5的一端连接，主控芯片U3的55脚与报警电路中第六电阻R6的一端连接； 第二接口P2的4脚接地，I脚与电源供电电路中二级电源转换芯片U2的2脚和4脚以及第七电阻R7，第八电阻R8的一端连接，2脚与主控芯片U3的76脚、第八电阻R8的另一端连接，3脚与主控芯片U3的72脚、第七电阻R7的另一端连接； 报警电路包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第四发光二极管D4、第五发光二级光D5、第六发光二极管D6;第四电阻R4的一端与主控电路中主控芯片U3的81脚连接，另一端与第四发光二极管D4的正极连接，第四发光二极管D4的负极接地;第五电阻R5的一端与主控电路中主控芯片U3的85脚连接，另一端与第五发光二极管D5的正极连接，第五发光二极管D5的负极接地;第六电阻R6的一端与主控电路中主控芯片U3的55脚连接，另一端与第六发光二极管D6的正极连接，第六发光二极管D6的负极接地； 电池监控电路包括电池监控芯片U4、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第三接口 P3、第二 ^^一瓷片电容C21、第七直流二极管D7;第三接口 P3的I脚接地，第三接口 P3的2脚与第十三电阻R13的一端、电池监控电路U4的8脚，9脚和1脚连接；第十三电阻Rl 3的另一端与主控电路中主控芯片U3的23脚、第十二电阻R12的一端连接，第十二电阻R12的另一端接地;第十四电阻R14的一端与主控电路中主控芯片U3的25脚连接，另一端与电池监控芯片U4的12脚连接；电池监控芯片U4的14脚与第十六电阻R16和第十七电阻R17的一端连接，第十七电阻R17的另一端与第二十一瓷片电容C21的一端连接并接地;第十六电阻R16的另一端与主控电路中主控芯片U3的24脚、第二^ 瓷片电容C21的一端连接；电池监控芯片U4的3脚与第十五电阻Rl5的一端连接，第十五电阻R15的另一端与主控电路中主控芯片U3的26脚连接；电池监控芯片U4的5脚，6脚和7脚连在一起，并与第七直流二极管D7的正极连接； 所述的一级电源转换芯片Ul采用的是TI公司的TPS5430; 二级电源转换芯片U2采用的是AMS公司的AMSl 117-3.3，主控芯片U3采用的是ST公司的STMF407VGT6，电池监控芯片U4采用的是TI公司的TPS1H100。
【文档编号】G01R31/36GK205720586SQ201620184610
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年3月10日
【发明人】章雪挺, 陶维涛, 夏冰, 张明
【申请人】杭州电子科技大学
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