一种一体化便携设备电源系统方案设计.pdf
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1、与车辆移动电源2023年第2 期一种一体化便携设备电源系统方案设计玉兴(中华通信系统有限责任公司河北分公司,河北石家庄,0 50 2 0 0)摘要:本文针对一体化便携设备的用电需求,介绍了一种电源系统方案。该方案综合考虑设备使用场景,可单独使用AC/DC适配器供电,也可单独使用锂电池组供电。电源系统主要由AC/DC适配器、锂电池组、充电管理电路、供电切换电路和电源模块组成。可实现AC/DC适配器与锂电池组供电自动切换、不间断供电、DC/DC变换等功能,对其他类似方案设计有一定的借鉴意义。关键词:一体化便携设备;电源管理;AC/DC适配器Doi:10.3969/j.issn.1003-4250.
2、2023.02.003中图分类号:TM91文献标志码:A文章编号:10 0 3-42 50(2 0 2 3)0 2-0 0 0 9-0 41引言随着武器装备信息化建设的发展,装备趋向轻量化、小型化、一体化。在海岛、滩涂、山地、丛林等地域,交通运输不便,气候环境恶劣,设备需要背负或携行。一体化便携式设备的电源系统作为设备的重要组成部分,对设备的可靠运行起着至关重要的作用,因此如何提高电源系统的稳定性、可靠性、高效率、低体积和降低设备重量对提升装备性能有着至关重要的作用。本文从实际应用出发介绍了一种适用于一体化便携设备的电源系统设计方案。在有交流电的场景,可通过AC/DC适配器为设备供电,在不存在
3、交流电的场景,可通过锂电池组为设备供电,使用锂电池组供电的时间越长,消耗锂电池组的电能也就越多,需要的锂电池容量就越大。为了避免锂电池组过多地占用便携设备有限的空间和重量,锂电池组的供电时间需要结合实际的使用需求来设计。2电源系统的设计要求本文中的一体化便携设备主要由收发单元、前端单元、功放模块、北斗模块、无线终端和机箱散热风扇等整部件单元组成。各整部件单元的供电电源指标要求见表1。表1设备用电需求号设备纹波用电需求名称峰峰值1收发单元12V/4.5A,3.3V/1.8A50mV2前端单元5V/1.2A,3.3V/0.9A50mV3功放模块24V/4.6A120mV4北斗模块12V/1A50m
4、V5无线终端12V/3.2A50mV6风扇12V/1.25A200mV设备对锂电池组和AC/DC适配器供电的主要功能要求如下:1)在有交流电的场景,优先使用AC/DC适配器为设备直接供电,同时对锂电池组进行充电,在交流电中断后,立即切换至锂电池组供电,设备供电不能中断;2)锂电池组的供电时间:在0 环境条件下,给设备供电时间不低于1小时;3)电源系统中配备DC/DC电源单元实现电压变换,给各整部件单元供电。3设计方案一体化便携设备的电源系统原理框图如图1所示。其主要技术指标如下:件单元的用电功耗,扰及EMI问题。电源单元各路输出应大于各整部少DC/DC 交变换电路与任务设备之间的相互干减可有效
5、降低纹波噪声感组成的I型滤波器,共模电各任务设备供电。输出滤波电路由电容、所需的各路输出电压,而后经过输出滤波电路给DC/DC变换器将输入的直流电隔离变换为设备输入EMC滤波电路传输至各DC/DC变换器,再经过输入端的直流电经过防反接电路后,2023年第2 期10与车辆移动电源设备的供电电源为AC/DC适配器和锂电池组,使用锂电池组供电时,锂电池组的输出经切换开关后传输至DC/DC电源单元输入端,电源单元将输入的电能隔离变换为DC24V、D C12 V、DC5V和DC3.3V给各整部件单元供电。为了防止风扇工作时产生的低频噪声对其他设备产生串扰,电源单元内部专门设计了单独的风扇供电电源,供电电
6、压为DC12V。使用AC/DC适配器供电时,AC/DC适配器输出的电能一部分经供电切换装置供设备使用,另一部分输出至充电控制电路为锂电池组充电,充电控制电路采用BUCK-BOOST拓扑,充电模式为恒流-恒压。供电切换采用ORing电路,AC/DC适配器供电优先,当交流供电中断后,平滑切换至锂电池组供电,设备的供电不会发生中断,实现了不间断供电功能。电源单元将AC/DC适配器或锂电池组输出电能隔离变换为DC24V、DC12V、D C5V、D C3.3 V和风扇供电12 V供各整部件单元以及机箱散热风扇使用。功放模块AC/DC收发单元供电切换电源单元适配器前端单元北斗模块充电控制锂电池组电路无线终
7、端风扇图1电源系统原理框图4DC/DC电源单元设计方案DC/DC电源单元将AC/DC适配器或锂电池组输出的电能隔离变换为直流2 4V、12 V、5V、3.3V和风扇供电12 V给各整部件单元供电,为了避免风扇与其他设备共用电源带来的串扰问题,单独设计了一路电源给风扇供电。本电源单元具有输入电压范围宽、输出路数多、低干扰、低纹波噪声等特点。电源模块原理框图如图2 所示。DC1836V防反接输入滤波DC/DC输出滤波24V/5A,保护电路变换电路输入滤波DC/DC输出滤波12V/13A,电路变换电路输入滤波DC/DC输出滤波5V/2A,电路变换电路输入滤波DC/DC输出滤波3.3V/3A,电路变换
8、电路风扇输入滤波DC/DC输出滤波12V/1.3A电路变换电路图2电源模块原理框图1)输入电压范围:DC18-36V;2)输出电压/电流:DC24V/5A、D C12 V/13 A、DC5V/2A、D C 3.3 V/3 A、风扇DC12V/1.3A;3)纹波峰峰值:10 0 mV;4)纹波有效值:10 mV;源效应:1%;5)负载效应:2%;效率:0.8 5。5锂电池组设计方案锂电池组作为便携式设备的重要组成部分,为任务设备提供直流工作电源,采用安全性高的军品级电芯组合而成,具有能量密度高、循环寿命长、环境适应性强、安全性高等特点,主要技术参数如下:1)标称电压:DC25.2V;2)开路电压
9、:DC1829.4V;3)额定容量:18.5Ah;4)放电时间:0 环境条件下,为任务设备供电(功耗3 3 0 W)不低于1小时(约为1小时10分钟);5)工作温度:放电:-2 0 45,充电:与车辆11移动电源2023年第2 期040;6)存储温度:-2 5 50;7)尺寸:长宽高13 5mm130mm73mm,软包装,不含外壳;8)重量:2.4kg。6充电控制电路充电控制电路采用基于芯片LT7805A的BUCK-BOOST升降压电路拓扑。LT7805A的输入电压范围为DC2.8V80V,输出电压范围为DC1.3V80V。芯片具有输出端电流测量引脚和输出端电流控制引脚。通过外部设定的电阻值对
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