CN102280916B - 一种兼容多类电池的电源模块和gps接收设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种兼容多类电池的电源模块和GPS接收设备，其中电源模块包括降压电路、升压电路、动态监测电路和动态管理电路，其中降压电路的电源输入端用于连接充电电池，降压电路的输出端连接动态管理电路的一输入端；升压电路的电源输入端用于连接干电池，升压电路的输出端连接动态管理电路的另一输入端，动态管理电路的输出端连接用电设备的电源输入端；动态监测电路采集降压电路的输出电压，并将监测信号输入动态管理电路中进行降压电路和升压电路之间的选通切换。通过上述设置，通过升压电路将干电池的电压提升至供电标称电压，通过降压电路将充电电池的电压下降至供电标称电压，并由动态管理电路根据动态监测电路的采样进行降压电路和升压电路之间的选通切换。
Description
技术领域
本发明涉及一种供电设备，具体涉及一种兼容多类电池的电源模块和GPS接收设备。
背景技术
目前大多数依靠电池供电的设备只能使用单一电源，如干电池或充电电池，使用干电池供电的设备，由于干电池容量小且无法再充电使用，容易造成干电池的大量损耗，大大增加了野外作业成本，并加重了对环境的污染。而单独使用充电电池的设备虽然降低了作业成本，但在野外由于无法方便地为充电电池充电，严重降低了野外作业的效率和连贯性。
目前绝大部分用电设备的***供电标称电压都是3.3V。然而碱性干电池的电压规格为1.5V，充电电池的电压规格通常为镍氢、镍镉充电电池1.2V，磷酸铁锂充电电池3.2V，锂离子充电电池3.7V，与现时用电设备的供电标称电压并不匹配，须经过电压转换电路才能为设备供电。低于3.3V的电池输入须升压使用，如碱性干电池、镍氢充电电池等。高于3.3V的电池输入须降压使用，如锂离子充电电池。假若勉强用1.5V的干电池直接替换3.7V的充电电池，会出现供电不足、设备工作不正常的问题，假若使用3.7V的充电电池直接替换1.5V的干电池，则会出现电压过大的问题，因此充电电池与干电池在同一用电设备上不能兼容。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了一种可实现对电源输入类型的自动检测和切换的兼容多类电池的电源模块，和使用该电源模块的GPS接收设备。
本发明的技术方案如下：
一种电源模块，其特征在于：它包括降压电路、升压电路、动态监测电路和动态管理电路，其中降压电路的电源输入端用于连接充电电池，所述降压电路的输出端连接所述动态管理电路的一输入端；升压电路的电源输入端用于连接干电池，所述升压电路的输出端连接所述动态管理电路的另一输入端，所述动态管理电路的输出端为所述电源模块的输出端；所述动态监测电路采集所述降压电路的输出电压，并将所述输出电压处理为监测信号输入所述动态管理电路中，所述动态管理电路根据所述监测信号进行降压电路和升压电路之间的选通切换。
所述动态管理电路的切换过程包括：
a)当所述降压电路的电源输入端连接所示充电电池时，所述动态监测电路监测到所述降压电路的输出电压高于设定阈值，输出的监测信号为高电平信号；所述动态管理电路根据所述高电平信号选通所述降压电路的输出作为所述电源模块的输出；
b)当所述升压电路的电源输入端连接所述干电池时，所述动态监测电路监测到所述降压电路的输出电压低于设定阈值，输出的监测信号为低电平信号；所述动态管理电路根据所述低电平信号选通所述升压电路的输出作为所述电源模块的输出。
在所述降压电路的输入端设置一充电管理电路，所述动态管理电路的切换过程包括：
1)当所述充电管理电路连接所述充电电池和外部电源时，所述充电管理电路截止所述充电电池输出，并在由该充电管理电路为所述降压电路供电的同时为所述充电电池充电；
2)当所述充电管理电路连接所述充电电池时，所述充电电池为所述充电管理电路供电，所述动态监测电路监测到所述降压电路的输出电压高于设定阈值，输出的监测信号为高电平信号；所述动态管理电路根据所述高电平信号选通所述降压电路的输出作为所述电源模块的输出；
3)当所述充电管理电路与所述充电电池和外部电源均不连接时，所述动态监测电路监测到所述降压电路的输出电压低于设定阈值，输出的监测信号为低电平信号；所述动态管理电路根据所述低电平信号选通所述升压电路的输出作为所述电源模块的输出；
4)当所述充电管理电路连接所述外部电源时，所述外部电源为所述充电管理电路供电，所述动态监测电路监测到所述降压电路的输出电压高于设定阈值，输出的监测信号为高电平信号；所述动态管理电路根据所述高电平信号选通所述降压电路的输出作为所述电源模块的输出。
所述过程1)中，当所述外部电源断开时，所述充电管理电路启动充电电池供电并结束充电过程。
所述过程4)中，当所述充电管理电路的电源输入端连接所述外部电源，同时所述升压电路的输入端连接所述干电池时，所述干电池的输出截止，所述外部电源断开后所述干电池的输出恢复。
所述降压电路的型号为AAT1141，所述升压电路的型号为AAT1217，所述动态监测电路的型号为AAT3562，所述动态管理电路的型号为AAT4674。
所述充电管理电路的型号为BQ24230。
它还包括一用于兼容干电池或充电电池的电池仓，所述电池仓对应于所述干电池两极的两端内侧均设置弹片式电池连接器；所述电池仓底部设置用于接通所述充电电池的下压式充电电池连接器。
一种使用所述电源模块的GPS接收设备，包括GPS接收设备本体和电源模块，其特征在于：所述电源模块设置在所述GPS接收设备本体中，所述电源模块的输出端与所述GPS接收设备电源输入端之间设置一线性稳压器。
本发明的技术效果如下：
本发明的电源模块包括降压电路、升压电路、动态监测电路和动态管理电路，其中降压电路的电源输入端用于连接充电电池，降压电路的输出端连接动态管理电路的一输入端；升压电路的电源输入端用于连接干电池，升压电路的输出端连接动态管理电路的另一输入端，动态管理电路的输出端连接用电设备的电源输入端；动态监测电路采集降压电路的输出电压，并将监测信号输入动态管理电路中进行降压电路和升压电路之间的选通切换。本发明通过上述设置，通过升压电路将干电池的电压提升至供电标称电压，通过降压电路将充电电池的电压下降至供电标称电压，并由动态管理电路根据动态监测电路的采样进行降压电路和升压电路之间的选通切换。从而实现了不同输出电压的干电池和充电电池之间的兼容，克服单一电源供电的GPS接收机在野外工作的不足，实现了多种类电源供电的电源管理***。
本发明由于在降压电路的输入端设置一充电管理电路，充电管理电路的输入端用于连接充电电池和/或外部电源，充电管理电路可配合动态管理电路，针对不同的电源选择充电、放电或截止的动作，实现对电源输入类型的自动检测和切换工作。当充电管理电路连接充电电池和外部电源时，充电管理电路截止充电电池输出，并在由该充电管理电路为降压电路供电的同时为充电电池充电；当充电管理电路连接充电电池时，充电电池为充电管理电路供电；当充电管理电路与充电电池和外部电源均不连接，干电池与升压电路连接时，动态管理电路选通升压电路的输出作为电源模块的输出；当充电管理电路连接外部电源时，外部电源为充电管理电路供电。上述切换过程使得在干电池和充电电池之外，可自由的使用USB、车充等外部电源，大大减低干电池损耗和作业成本，且无需担心野外无法为充电电池充电造成工作中断的问题，既保证了野外作业的效率和连贯性，又大大降低了干电池的损耗和野外作业成本，同时减小了对环境的污染。
为了解决由于标准的充电电池和干电池在长度尺寸上存在差异，本发明在电池仓内设置两个距离可变的弹片式电池连接器，该连接器可作为干电池的两极触点，又可以将充电电池固定于电池仓中，从而改变了电池仓的内容尺寸，满足不同尺寸充电电池和干电池的兼容。
附图说明
图1是本发明的电源模块中电源***的结构示意图
图2是本发明的电源模块中电池仓***干电池的使用状态示意图
图3是本发明的电源模块中电池仓***充电电池的使用状态示意图
图4是本发明的GPS接收设备电路示意图
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的电源模块包括电池仓和电源***，其中电池仓用于容纳充电电池和干电池，并通过连接器来连接电池的电极，电源***用于实现充电电池和干电池的兼容，电源***的输出端连接GPS接收设备的电源输入端。
如图1所示，电源***包括充电管理电路1、降压电路2、升压电路3、动态监测电路4和动态管理电路5，充电管理电路1的电源输入端分别连接USB接口等外部电源，输出端分别连接充电电池6的电源输入端和降压电路2的一电源输入端，充电电池6的电源输出端连接降压电路2的另一电源输入端；降压电路2的输出端连接动态管理电路5的一输入端；干电池7的电源输出端连接升压电路3的电源输入端，升压电路3的输出端连接动态管理电路5的另一输入端，动态管理电路5的输出端连接用电设备的电源输入端，动态管理电路5的输出端即为整个电源***的输出端；动态监测电路4采集降压电路2的输出电压，并将处理后的监测信号输入动态管理电路5中进行降压电路2和升压电路3之间的选通切换。
充电管理电路1用于通过外部电源对充电电池6充电，当电源模块中没有充电电池6或干电池7时，外部电源可通过充电管理电路1对降压电路2进行供电。由于外部电源和充电电池6的电压通常高于用电设备的供电标称电压，因而需要通过降压电路2进行降压，降压电路2用于将由电源输入的高电压转换成低电压输出。由于干电池7的电压通常低于用电设备的供电标称电压，因而需要通过升压电路3进行升压，升压电路3用于将由电源输入的低电压转换成高电压输出。动态监测电路4负责实时监测降压电路2的输出，当降压电路2的输出电压高于或低于设定阈值时，此动态监测电路4会产生相应的监测信号并发送给动态管理电路5。动态管理电路5是一种选通管理芯片，通过动态监测电路4输入的监测信号选择接通降压电路2或升压电路3的输出作为用电设备的输入电源。
本实施例中，设定阈值的范围高于干电池7的电压规格而略低于供电标称电压，干电池7的电压规格为1.5V，GPS接收设备本体的供电标称电压是3.3V，充电电池6的电压规格为3.7V，设定阈值为3.1V。升压电路3完成干电池7输入电压至供电标称电压的电压转换；降压电路2完成充电电池6、外部电源输入电压至标称电压的电压转换，动态监测电路4负责实时监控降压电路2的输出。当使用干电池7时，升压电路3将干电池7的电压提升至3.3V，降压电路2的输出低于3.1V，动态监测电路4会产生低电平的监测信号并发送给动态管理电路5，动态管理电路5根据此监测信号选通升压电路3的输出为GPS接收设备本体供电。当使用充电电池6或外部电源时，降压电路2将充电电池6或外部电源的电压降至3.3V，降压电路2的输出电压高于3.1V，此动态监测电路4会产生高电平的监测信号并发送给动态管理电路5，动态管理电路5则根据此监测信号选通降压电路2的输出为GPS接收设备本体供电。其中充电管理电路1、降压电路2、升压电路3、动态监测电路4和动态管理电路5均采用集成电路芯片实现，其中充电管理电路1的型号为BQ24230，降压电路2的型号为AAT1141，升压电路3的型号为AAT1217，动态监测电路4的型号为AAT3562，动态管理电路5的型号为AAT4674。
电源***的工作原理为：
1)当电源模块中***充电电池6时，降压电路2产生供电标称电压，动态监测电路4监测到降压电路2的输出高于设定阈值，产生高电平信号，并将此高电平信号传输给动态管理电路5；动态管理电路5根据此高电平信号选通降压电路2的输出为用电设备供电。
2)当电源模块中***充电电池6，同时充电管理电路1又接入外部电源时，充电管理电路1截止充电电池6的输出，并同时为充电电池6充电；动态监测电路4监测到降压电路2的输出电压大于设定阈值，产生高电平信号，并将此信号传输给动态管理电路5；当外部电源断开时，充电管理电路1启动充电电池6供电并结束充电过程。
3)当电源模块中***干电池7时，升压电路3产生供电标称电压，动态监测电路4监测到降压电路2的输出电压低于设定阈值，产生低电平信号，并将此低电平信号传输给动态管理电路5；动态管理电路5根据此低电平信号选通升压电路3的输出为用电设备供电。
4)当电源模块中***干电池7，同时充电管理电路1又接入外部电源时，动态监测电路4监测到降压电路2的输出电压大于设定阈值，产生高电平信号，并将此信号传输给动态管理电路5；动态管理电路5根据此高电平信号选通降压电路2的输出为用电设备供电，同时截止干电池7输出；当外部电源断开时，动态监测电路4监测到降压电路2的输出电压小于设定阈值，恢复干电池7供电。
为了使不同长度的充电电池6和干电池7均可兼容于同一电池仓中，本发明在电池仓对应于干电池7两极的两端内侧均设置弹片式电池连接器8。如图2所示，当干电池7设置在电池仓中时，弹片式电池连接器8接通干电池7；如图3所示，当充电电池6设置在电池仓中时，弹片式电池连接器8将充电电池6卡在电池仓中，通过电池仓底部设置的下压式充电电池连接器接通充电电池6。为了防止圆柱形干电池7在电池仓内滚动，在电池仓底部还设有防滚槽。
如图4所示，本发明GPS接收设备包括电源模块和GPS接收设备本体，电源模块设置在GPS接收设备本体中，电源模块中动态管理电路5的输出端与GPS接收设备电源输入端之间设置一线性稳压器9。由于GPS接收设备本体中还需负担多个***设备，全工作时设备功耗较大，本发明在线性稳压器9与电源输入端之间加设一微处理器10，用于向线性稳压器9提供开关控制信号。在GPS接收设备正常使用过程中，微处理器10根据具体的工作模式，确定为哪些***设备打开或关闭供电，以尽量减少全工作模式的持续时间。其中微处理器10为ARM9处理器。
应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。
Claims (11)
1.一种电源模块，其特征在于：它包括降压电路、升压电路、动态监测电路和动态管理电路，其中降压电路的电源输入端用于连接充电电池，所述降压电路的输出端连接所述动态管理电路的一输入端；升压电路的电源输入端用于连接干电池，所述升压电路的输出端连接所述动态管理电路的另一输入端，所述动态管理电路的输出端为所述电源模块的输出端；所述动态监测电路采集所述降压电路的输出电压，并将所述输出电压处理为监测信号输入所述动态管理电路中，所述动态管理电路根据所述监测信号进行降压电路和升压电路之间的选通切换；
所述动态管理电路的切换过程包括：
a）当所述降压电路的电源输入端连接了所述充电电池时，所述动态监测电路监测到所述降压电路的输出电压高于设定阈值，输出的监测信号为高电平信号；所述动态管理电路根据所述高电平信号选通所述降压电路的输出作为所述电源模块的输出；
b）当所述升压电路的电源输入端连接了所述干电池时，所述动态监测电路监测到所述降压电路的输出电压低于设定阈值，输出的监测信号为低电平信号；所述动态管理电路根据所述低电平信号选通所述升压电路的输出作为所述电源模块的输出。
2.如权利要求1所述的一种电源模块，其特征在于：在所述降压电路的输入端设置一充电管理电路，所述动态管理电路的切换过程包括：
1）当所述充电管理电路连接所述充电电池和外部电源时，所述充电管理电路截止所述充电电池输出，并在由该充电管理电路为所述降压电路供电的同时为所述充电电池充电；
2）当所述充电管理电路连接所述充电电池时，所述充电电池为所述充电管理电路供电，所述动态监测电路监测到所述降压电路的输出电压高于设定阈值，输出的监测信号为高电平信号；所述动态管理电路根据所述高电平信号选通所述降压电路的输出作为所述电源模块的输出；
3）当所述充电管理电路与所述充电电池和外部电源均不连接时，所述动态监测电路监测到所述降压电路的输出电压低于设定阈值，输出的监测信号为低电平信号；所述动态管理电路根据所述低电平信号选通所述升压电路的输出作为所述电源模块的输出；
4）当所述充电管理电路连接所述外部电源时，所述外部电源为所述充电管理电路供电，所述动态监测电路监测到所述降压电路的输出电压高于设定阈值，输出的监测信号为高电平信号；所述动态管理电路根据所述高电平信号选通所述降压电路的输出作为所述电源模块的输出。
3.如权利要求2所述的一种电源模块，其特征在于：所述过程1）中，当所述外部电源断开时，所述充电管理电路启动充电电池供电并结束充电过程。
4.如权利要求2所述的一种电源模块，其特征在于：所述过程4）中，当所述充电管理电路连接所述外部电源，同时所述升压电路的输入端连接所述干电池时，所述干电池的输出截止，所述外部电源断开后所述干电池的输出恢复。
5.如权利要求1～4之一所述的一种电源模块，其特征在于：所述降压电路的型号为AAT1141，所述升压电路的型号为AAT1217，所述动态监测电路的型号为AAT3562，所述动态管理电路的型号为AAT4674。
6.如权利要求2～4之一所述的一种电源模块，其特征在于：所述充电管理电路的型号为BQ24230。
7.如权利要求5所述的一种电源模块，其特征在于：所述充电管理电路的型号为BQ24230。
8.如权利要求1～4之一所述的一种电源模块，其特征在于：它还包括一用于兼容干电池或充电电池的电池仓，所述电池仓对应于所述干电池两极的两端内侧均设置弹片式电池连接器；所述电池仓底部设置用于接通所述充电电池的下压式充电电池连接器。
9.如权利要求5所述的一种电源模块，其特征在于：它还包括一用于兼容干电池或充电电池的电池仓，所述电池仓对应于所述干电池两极的两端内侧均设置弹片式电池连接器；所述电池仓底部设置用于接通所述充电电池的下压式充电电池连接器。
10.如权利要求6所述的一种电源模块，其特征在于：它还包括一用于兼容干电池或充电电池的电池仓，所述电池仓对应于所述干电池两极的两端内侧均设置弹片式电池连接器；所述电池仓底部设置用于接通所述充电电池的下压式充电电池连接器。
11.一种使用如权利要求1～10之一所述电源模块的GPS接收设备，包括GPS接收设备本体和电源模块，其特征在于：包括GPS接收设备本体和电源模块，其特征在于：所述电源模块设置在所述GPS接收设备本体中，所述电源模块的输出端与所述GPS接收设备电源输入端之间设置一线性稳压器。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant |