用于海底原位观测的电源智能管理电路的制作方法
【专利摘要】本发明属于海洋观测技术的电源分配与管理【技术领域】，具体涉及一种基于智能芯片控制多个电池为多个电子设备提供选择性供电的电路。本发明包括电池选择开关电路、供电选择开关电路、降压稳压电路、备用电源切换电路、主控电路。本发明运用智能芯片控制四个电池有选择的为多个电子设备提供电源，一方面是电池的效能得到了提高，另一方面也避免了单电池供电安全性低的特点；本电路的设计采用了MOS管控制电源的开关即提高了安全性也降低了电路的功耗；与【背景技术】相比，该电路为海洋长期观测的电池供应提供了新的方法，使海洋探测设备能长期运转，为科学研究提供大量、有效的数据。
【专利说明】用于海底原位观测的电源智能管理电路
【技术领域】
[0001]本发明属于海洋观测技术的电源分配与管理【技术领域】，具体涉及一种基于智能芯片控制多个电池为多个电子设备提供选择性供电的电路。
【背景技术】
[0002]为了更深入的调查海洋环境参数，越来越多的海洋探测设备被部署在海面、水体、海底进行长期观测，而限制电子设备长期运转的主要瓶颈就是电能，所以如何高效地运用电能显得越来越突出。对于部署在海底的海洋探测设备而言，在潮汐能电池、氢燃料电池、海水电化学原电池等技术尚不成熟完善的情况下，一次性干电池仍是首要选择。如果采用目前商业化产品中最大储能的一次性干电池，对于某些耗能较大的探测设备而言，电池密封仓的体积会非常大，这对整体设备的加工、安装以及布放、回收，会造成很大程度的影响。
[0003]目前的一种新思路是采用多桶电池分布式供电，既在机械设计上解决了重量分布问题，又避免了电池一旦出现故障对系统的致命性影响。但目前尚缺乏一种专门的水下电源管理电路，对多组电源输入进行智能化判断、选择、分配，并控制多路探测设备或传感器的供电。这一技术空白限制了海洋长期观测技术的发展。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种基于智能控制芯片的多个电池轮换为多个电子设备提供选择性供电的电路，以克服海洋长期观测平台所用水下电池不能高效、长期供应的难题。
[0005]本发明的用于海底原位观测的电源智能管理电路，包括电池选择开关电路、供电选择开关电路、降压稳压电路、备用电源切换电路、主控电路，电池选择开关电路、供电选择开关电路、降压稳压电路、备用电源切换电路分别与主控电路之间电连接；电池选择开关电路通过MOS管电路来实现对供电电池组的选择，同时对电池的电压进行分压，供主控电路采集；供电选择开关电路通过MOS管电路对电子设备的供电进行管理；降压稳压电路给其他电路及其外围设备供电；备用电源切换电路的当备用电池电压大于主电池电路电压时，备用电池给本电路系统供电，当备用电池电压小于主电池电路电压时,主电池给本系统供电，进行主电源与备用电源的自动切换，实现系统的无缝供电；主控电路采集电池组的电压获得电池组电压，控制电池的供电开关和电子设备的供电开关，与上位机通过串口进行通讯获得上位机指令。
[0006]电池选择开关电路的主要功能是通过MOS管电路来实现对供电电池组的选择，同时对电池的电压进行分压，供主控电路采集。所述的电池选择开关电路包括电池PowerUP沟道增强型M0SFETQ1、发光二极管LEDUNPN三级管Q2、电解电容C13、二极管D1、瓷片电容Cl、五个电阻R28、R34、R44、R2和R-1 ;电池Powerl的正极串接电阻R28、R34接地；Powerl的正极与电阻R28的公共端连接电解电容C13的正极，电解电容C13的负极接地；Powerl的正极、电阻R28与电解电容C13的正极的公共端串接电阻R2连接到NPN三级管Q2的集电极，电阻R2与NPN三级管Q2的集电极的公共端连接到M0SFETQ1的栅极，Powerl的正极、电阻R28、电解电容C13的正极与电阻R2的公共端连接到Ql的源极，NPN三级管Q2的基极串接瓷片电容Cl接地，NPN三级管Q2的基极与瓷片电容Cl的公共端连接电阻R44，NPN三级管Q2的发射极接地；M0SFETQ1的漏极连接二极管Dl的阳极，M0SFETQ1的漏极与Dl阳极的公共端连接到电阻R-l，R-1的另一端连接到LEDl的阳极，LEDl的阴极接地；Powerl的负极接地。
[0007]供电选择开关电路的主要功能是通过MOS管电路对电子设备的供电进行管理；降压稳压电路的主要功能是通过一级电源转换芯片ICl输出一个+5V电压给其他电路供电，通过二级电源芯片IC2输出一个+3.3V电压给单片机及其外围设备供电。所述的供电选择开关电路模块包括P沟道增强型M0SFETQ9、NPN三级管Q20、瓷片电容C5、两个电阻RlO和R43 ；Q9的源极串接电阻RlO连接到Q20的集电极，电阻RlO与Q20的集电极的公共端连接到Q9的栅极，Q9的漏极连接到OUTl的I脚连接，OUTl的2脚接地；Q20的发射极接地，Q20的基极串接瓷片电容C5接地，Q20的基极与瓷片电容C5的公共端连接到电阻R43的一端。
[0008]降压稳压电路的主要功能是通过一级电源转换芯片ICl输出一个+5V电压给其他电路供电，通过二级电源芯片IC2输出一个+3.3V电压给单片机及其外围设备供电。所述的降压稳压电路包括电源p0wer5V、一级电源转换芯片IC1、二级电源转换芯片IC2、四个电解电容C17、C18、C19和C20、稳压管D5、发光二极管D0、瓷片电容C21、电感LI和电阻R25 ；电源power5V的2脚接地，电源power5V的I脚并接到一级电源转换芯片ICl的4脚、电感LI的一端、电解电容C18的正极、电解电容C19的正极和二级电源转换芯片IC2的输入端3脚，电感LI的另一端并接到一级电源转换芯片ICl的输出端2脚和稳压管D5的负极，D5的正极、电解电容C18的负极、电解电容C19的负极接地，二级电源转换芯片IC2的输出端2脚并接到二级电源转换芯片IC2的输出端4脚，电解电容C20的正极，瓷片电容C21的一端，和电阻R25的一端，电阻R25的另一端连接发光二极管DO阳极连接，发光二极管DO阴极、电解电容C20的负极、瓷片电容C21的另一端和二级电源转换芯片IC2的I脚接地，一级电源转换芯片ICl的I脚为输入端连接到电解电容C17的正极，电解电容C17的负极、一级电源转换芯片ICl的5脚和3脚接地。
[0009]备用电源切换电路的主要功能是当备用电池电压大于主电池电路电压时，备用电池给本电路系统供电，当备用电池电压小于主电池电路电压时,主电池给本系统供电，即进行主电源与备用电源的自动切换，实现系统的无缝供电。所述的备用电源切换电路包括备用电池BT、自动电源切换芯片IC3、P沟道增强型M0SFETQ、二极管D6、电阻R0、电阻Rl和瓷片电容C31 ;备用电池BT的正极连接到二极管D6的阳极，二极管D6的阴极连接到自动电源切换芯片IC3的7脚，二极管D6的阴极与自动电源切换芯片IC3的7脚的公共端通过串接电阻R0、电阻Rl连接到地，电阻R0、电阻Rl的公共端连接到IC3的I脚，IC3的2脚、3脚接地，自动电源切换芯片IC3的8脚与MOS管Q的栅极连接，MOS管Q的漏极通过串接瓷片电容C31接地；备用电池T的负极接地。
[0010]主控电路的主要功能是采集电池组的电压获得电池组电压，控制电池的供电开关和电子设备的供电开关，与上位机通过串口进行通讯获得上位机指令。所述的主控电路包括主控芯片IC4、程序下载与调试接口 JTAG、串行通信接口 USART，瓷片电容C23、C24、C25、C26、C27、C28、C29、C30，晶振Y，电阻R26、R27 ;降压稳压电路的+3.3V输出端并接到主控芯片IC4的I脚、13脚、19脚、32脚、48脚、64脚、瓷片电容C23、C24、C25、C26和C27的一端，瓷片电容C23、C24、C25、C26和C27的另一端接地；降压稳压电路的+3.3V的输出端通过串接R27和瓷片电容C28连接到地，R27和C28的公共端连接到IC4的7脚；主控芯片IC4的5脚并接到瓷片电容C29和晶振Y的一端，主控芯片IC4的6脚并接到瓷片电容C30和晶振Y的另一端，瓷片电容C29和C30的另一端接地；调试接口 JTAG的脚I接地，脚2连接到IC4的49脚，脚3连接到IC4的46脚，脚4连接到降压稳压电路的+3.3V的输出端；串行通信接口 USART的脚I连接到IC4的42脚，脚2连接到IC4的43脚，脚3接地；主控芯片IC4的28脚串接R26连接到地；主控芯片IC4的12脚、18脚、31脚、47脚、60脚和63脚接地。
[0011]本发明中的电源转换芯片IC1、IC2，自动电源切换芯片IC3、主控芯片IC4，均采用成熟产品。一级电源转换芯片ICl采用LM2576，二级电源转换芯片IC2采用AMS1117，自动电源切换芯片IC3采用LinearTechnology公司的LTC4414，主控芯片IC4采用ST公司的STM32F103VCT6。
[0012]本发明运用智能芯片控制四个电池有选择的为多个电子设备提供电源，一方面是使电池的效能得到了提高，另一方面也避免了单电池供电安全性低的特点；本电路的设计采用了 MOS管控制电源的开关即提高了安全性也降低了电路的功耗；与【背景技术】相比，该电路为海洋长期观测的电池供应提供了新的方法，使海洋探测设备能长期运转，为科学研究提供大量、有效的数据。
[0013]本发明所涉及的技术可应用在海底长期观测平台中，需要集成多套海洋探测设备或传感器，并集中由外部电池供电的情况。通过该发明使多路电池协同工作，长期为观测平台输送电能，从而保障平台高效、稳定的完成观测目标。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明的整体电路示意图；
[0015]1-主控电路；2_电池选择开关电路；3_供电选择开关电路；4_降压稳压电路；5-备用电源切换电路；
[0016]图2为图1中的电池选择开关电路示意图；
[0017]图3为图1中的供电选择开关电路示意图；
[0018]图4为图1中的降压稳压电路示意图；
[0019]图5为图1中的备用电源切换电路示意图；
[0020]图6为图1中的主控电路示意图。
【具体实施方式】
[0021]如图1所示，本发明包括主控电路1、电池选择开关电路2、供电选择开关电路3、降压稳压电路4、备用电源切换电路5。电池选择开关电路2为备用电源切换电路5和供电选择开关电路3提供电源的输入，为主控电路I提供检测电压数据。备用电源切换电路5为降压稳压电路4提供电源输入。降压稳压电路4为主控电路提供+3.3V电源，并提供+5V电源接口。供电选择开关电路3为外界提供电源输出。主控电路I通过串口与外界通讯。
[0022]如图2所示，电池选择开关电路包括电池PowerUP沟道增强型M0SFETQ1、发光二极管LED 1、NPN三级管Q2、电解电容Cl 3、二极管Dl、瓷片电容Cl、五个电阻R28、R34、R44、R2和R-1 ；电池Powerl的正极串接电阻R28、R34接地；Powerl的正极与电阻R28的公共端连接电解电容C13的正极，电解电容C13的负极接地；P0Werl的正极、电阻R28与电解电容C13的正极的公共端串接电阻R2连接到Q2的集电极，电阻R2与Q2的集电极的公共端连接到Ql的栅极，Powerl的正极、电阻R28、电解电容C13的正极与电阻R2的公共端连接到Ql的源极，Q2的基极串接瓷片电容Cl接地，Q2的基极与瓷片电容Cl的公共端连接电阻R44，Q2的发射极接地；Q1的漏极连接二极管Dl的阳极，Ql的漏极与Dl阳极的公共端连接到电阻R-l，R-1的另一端连接到LEDl的阳极，LEDl的阴极接地；Powerl的负极接地。
[0023]如图3所示，供电选择开关电路模块包括P沟道增强型M0SFETQ9、NPN三级管Q20、瓷片电容C5、两个电阻RlO和R43 ；Q9的源极串接电阻RlO连接到Q20的集电极，电阻RlO与Q20的集电极的公共端连接到Q9的栅极，Q9的漏极连接到OUTl的I脚连接，OUTl的2脚接地；Q20的发射极接地，Q20的基极串接瓷片电容C5接地，Q20的基极与瓷片电容C5的公共端连接到电阻R43的一端。
[0024]如图4所示，降压稳压电路包括电源power5V、一级电源转换芯片ICl、二级电源转换芯片IC2、四个电解电容C17、C18、C19和C20、稳压管D5、发光二极管DO、瓷片电容C21、电感LI和电阻R25 ；电源power5V的2脚接地，电源power5V的I脚并接到一级电源转换芯片ICl的4脚、电感LI的一端、电解电容C18的正极、电解电容C19的正极和二级电源转换芯片IC2的输入端3脚，电感LI的另一端并接到一级电源转换芯片ICl的输出端2脚和稳压管D5的负极，D5的正极、电解电容C18的负极、电解电容C19的负极接地，二级电源转换芯片IC2的输出端2脚并接到二级电源转换芯片IC2的输出端4脚，电解电容C20的正极，瓷片电容C21的一端，和电阻R25的一端，电阻R25的另一端连接发光二极管DO阳极连接，发光二极管DO阴极、电解电容C20的负极、瓷片电容C21的另一端和二级电源转换芯片IC2的I脚接地，一级电源转换芯片ICl的I脚为输入端连接到电解电容C17的正极，电解电容C17的负极、一级电源转换芯片ICl的5脚和3脚接地。
[0025]如图5所示，备用电源切换电路包括备用电池BT、自动电源切换芯片IC3、P沟道增强型M0SFETQ、二极管D6、电阻R0、电阻Rl和瓷片电容C31 ;备用电池BT的正极连接到二极管D6的阳极，二极管D6的阴极连接到自动电源切换芯片IC3的7脚，二极管D6的阴极与自动电源切换芯片IC3的7脚的公共端通过串接电阻R0、电阻Rl连接到地，电阻R0、电阻Rl的公共端连接到IC3的I脚，IC3的2脚、3脚接地，自动电源切换芯片IC3的8脚与MOS管Q的栅极连接，MOS管Q的漏极通过串接瓷片电容C31接地；备用电池T的负极接地。
[0026]如图6所示，主控电路包括主控芯片IC4、程序下载与调试接口 JTAG、串行通信接口 USART，瓷片电容 C23、C24、C25、C26、C27、C28、C29、C30,晶振 Y，电阻 R26、R27 ;降压稳压电路的+3.3V输出端并接到主控芯片IC4的I脚、13脚、19脚、32脚、48脚、64脚、瓷片电容C23、C24、C25、C26和C27的一端，瓷片电容C23、C24、C25、C26和C27的另一端接地；降压稳压电路的+3.3V的输出端通过串接R27和瓷片电容C28连接到地，R27和C28的公共端连接到IC4的7脚；主控芯片IC4的5脚并接到瓷片电容C29和晶振Y的一端，主控芯片IC4的6脚并接到瓷片电容C30和晶振Y的另一端，瓷片电容C29和C30的另一端接地；调试接口 JTAG的脚I接地，脚2连接到IC4的49脚，脚3连接到IC4的46脚，脚4连接到降压稳压电路的+3.3V的输出端；串行通信接口 USART的脚I连接到IC4的42脚，脚2连接到IC4的43脚，脚3接地；主控芯片IC4的28脚串接R26连接到地；主控芯片IC4的12脚、18脚、31脚、47脚、60脚和63脚接地。
[0027]本发明所涉及电路的工作过程是:首先单片机采集到电池组的电压信号，软件编程实现对电池电压进行分析和判断，并发出信号传递给电池选择开关电路模块中的三极管来控制MOS管进而控制电池的开关，实现对电池组供电的选择。然后通过串口接收到上位机的命令，软件编程实现命令的解析。最后单片机发出信号传递给供电选择开关电路模块中的三极管来控制MOS管进而控制电子设备的供电开关，实现了对电子设备供电的控制。
【权利要求】
1.一种用于海底原位观测的电源智能管理电路，包括电池选择开关电路、供电选择开关电路、降压稳压电路、备用电源切换电路、主控电路，其特征在于:电池选择开关电路、供电选择开关电路、降压稳压电路、备用电源切换电路分别与主控电路之间电连接；电池选择开关电路通过MOS管电路来实现对供电电池组的选择，同时对电池的电压进行分压，供主控电路采集；供电选择开关电路通过MOS管电路对电子设备的供电进行管理；降压稳压电路给其他电路及其外围设备供电；备用电源切换电路的当备用电池电压大于主电池电路电压时，备用电池给本电路系统供电，当备用电池电压小于主电池电路电压时，主电池给本系统供电，进行主电源与备用电源的自动切换，实现系统的无缝供电；主控电路采集电池组的电压获得电池组电压，控制电池的供电开关和电子设备的供电开关，与上位机通过串口进行通讯获得上位机指令。
2.根据权利要求1所述的用于海底原位观测的电源智能管理电路，其特征在于:所述的电池选择开关电路包括电池PowerUP沟道增强型M0SFETQ1、发光二极管LEDl、NPN三级管Q2、电解电容C13、二极管D1、瓷片电容Cl、电阻R28、R34、R44、R2和R-1 ;电池Powerl的正极串接电阻R28、R34接地；Powerl的正极与电阻R28的公共端连接电解电容C13的正极，电解电容C13的负极接地；Powerl的正极、电阻R28与电解电容C13的正极的公共端串接电阻R2连接到Q2的集电极，电阻R2与Q2的集电极的公共端连接到Ql的栅极，Powerl的正极、电阻R28、电解电容C13的正极与电阻R2的公共端连接到Ql的源极，Q2的基极串接瓷片电容Cl接地，Q2的基极与瓷片电容Cl的公共端连接电阻R44，Q2的发射极接地；Q1的漏极连接二极管Dl的阳极，Ql的漏极与Dl阳极的公共端连接到电阻R-1，R_1的另一端连接到LEDl的阳极，LEDl的阴极接地；Power I的负极接地。
3.根据权利要求1所述的用于海底原位观测的电源智能管理电路，其特征在于:所述的供电选择开关电路包括P沟道增强型M0SFETQ9、NPN三级管Q20、瓷片电容C5、电阻RlO和R43 ；M0SFETQ9的源极串接电阻RlO连接到NPN三级管Q20的集电极，电阻RlO与Q20的集电极的公共端连接到M0SFETQ9的栅极，M0SFETQ9的漏极连接到OUTl的I脚连接，OUTl的2脚接地；NPN三级管Q20的发射极接地，NPN三级管Q20的基极串接瓷片电容C5接地，NPN三级管Q20的基极与瓷片电容C5的公共端连接到电阻R43的一端。
4.根据权利要求1所述的一种用于`海底原位观测的电源智能管理电路，其特征在于:所述的降压稳压电路包括电源p0wer5V、一级电源转换芯片IC1、二级电源转换芯片IC2、电解电容C17、C18、C19和C20、稳压管D5、发光二极管DO、瓷片电容C21、电感LI和电阻R25 ；电源power5V的2脚接地，电源power5V的I脚并接到一级电源转换芯片ICl的4脚、电感LI的一端、电解电容C18的正极、电解电容C19的正极和二级电源转换芯片IC2的输入端3脚，电感LI的另一端并接到一级电源转换芯片ICl的输出端2脚和稳压管D5的负极，D5的正极、电解电容C18的负极、电解电容C19的负极接地，二级电源转换芯片IC2的输出端2脚并接到二级电源转换芯片IC2的输出端4脚，电解电容C20的正极，瓷片电容C21的一端，和电阻R25的一端，电阻R25的另一端连接发光二极管DO阳极连接，发光二极管DO阴极、电解电容C20的负极、瓷片电容C21的另一端和二级电源转换芯片IC2的I脚接地，一级电源转换芯片ICl的I脚为输入端连接到电解电容C17的正极，电解电容C17的负极、一级电源转换芯片ICl的5脚和3脚接地。
5.根据权利要求1所述的一种用于海底原位观测的电源智能管理电路，其特征在于:所述的备用电源切换电路包括备用电池BT、自动电源切换芯片IC3、P沟道增强型MOSFETQ、二极管D6、电阻R0、电阻Rl和瓷片电容C31 ;备用电池BT的正极连接到二极管D6的阳极，二极管D6的阴极连接到自动电源切换芯片IC3的7脚，二极管D6的阴极与自动电源切换芯片IC3的7脚的公共端通过串接电阻R0、电阻Rl连接到地，电阻R0、电阻Rl的公共端连接到IC3的I脚，IC3的2脚、3脚接地，自动电源切换芯片IC3的8脚与MOS管Q的栅极连接，MOS管Q的漏极通过串接瓷片电容C31接地；备用电池T的负极接地。
6.根据权利要求1所述的一种用于海底原位观测的电源智能管理电路，其特征在于:所述的主控电路包括主控芯片IC4、程序下载与调试接口 JTAG、串行通信接口 USART，瓷片电容 C23、C24、C25、C26、C27、C28、C29、C30,晶振 Y,电阻 R26、R27 ;降压稳压电路的 +3.3V输出端并接到主控芯片IC4的I脚、13脚、19脚、32脚、48脚、64脚和瓷片电容C23、C24、C25、C26、C27的一端，瓷片电容C23、C24、C25、C26和C27的另一端接地；降压稳压电路的+3.3V的输出端通过串接R27和瓷片电容C28连接到地，R27和C28的公共端连接到IC4的7脚；主控芯片IC4的5脚并接到瓷片电容C29和晶振Y的一端，主控芯片IC4的6脚并接到瓷片电容C30和晶振Y的另一端，瓷片电容C29和C30的另一端接地；调试接口 JTAG的脚I接地，脚2连接到IC4的49脚，脚3连接到IC4的46脚，脚4连接到降压稳压电路的+3.3V的输出端；串行通信接口 USART的脚I连接到 IC4的42脚，脚2连接到IC4的43脚，脚3接地；主控芯片IC4的28脚串接R26连接到地；主控芯片IC4的12脚、18脚、31脚、47脚、60脚和63脚 接地。
【文档编号】H02J7/36GK103887870SQ201410102459
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年3月19日 优先权日:2014年3月19日
【发明者】赵铁虎, 胡刚, 章雪挺, 梅赛, 齐君, 曾凡宗, 单瑞 申请人:青岛海洋地质研究所