CN107203167A - 电源模块 - Google Patents
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Abstract
一种电源模块，包括MCU、为MCU供电的待机电源、电子开关、电池、充电器、充电控制模块以及两个以上的降压单元，两个以上的降压单元分别输出不同的电压，每个降压单元包括两个以上的降压模块，所述MCU分别与电子开关、充电控制模块、待机电源以及降压模块电连接，电子开关还分别与电池、降压模块和充电控制模块电连接，充电控制模块与充电器电连接，降压模块用于与负载电连接。能够实现多路不同电压输出，并且能够控制电池的充电电路，保证电池的安全，还可控制降压模块的启动，避免开机瞬间浪涌电流大，还可以在关闭电源开关后，延时关断各降压模块，实现软关机功能，也可以在负载停止工作期间关断对应的降压模块，以降低功耗。
Description
技术领域
本发明属于电子技术领域，尤其涉及一种电源模块。
背景技术
能自由行走的机器人一般采用24V电池供电，而机器人内部各路用电模块需求的电压值各不相同，以+5V、+12V、+24V居多，这样就需要多种电压转换模块，现有机器人一般简单的采用几组分立的降压模块，这种架构存在以下缺点：
第一，开机浪涌电流大。在机器人电源开关打开时，几组分立的降压模块同时开启，因为机器人本身的功耗就比较大，一般有一两百瓦，那瞬间浪涌电流更可达数十安培，容易造成电子元器件损坏，甚至可能造成电池输出短路保护功能开启，电池断开输出。
第二，不能实现软关机，分立的降压模块在电源开关关闭的同时就停止工作，假如机器人有用到X86主板的话，硬关机就会对X86主板和硬盘造成伤害。
第三，分立的降压模块分别独立工作，不能接受主机控制，它们上电后就处于常开状态，即使负载断开它们也在工作，不符合环保节能的潮流。
第四，分立的降压模块功能单一，不具备电池充电控制功能。当充电器发生异常时不能切断电池，容易发生危险或损坏电池。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提出一种能够实现的大功率、多路直流输出并且能够集中管理的电源模块。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种电源模块，包括MCU、为MCU供电的待机电源、电子开关、电池、充电器、充电控制模块以及两个以上的降压单元，两个以上的降压单元分别输出不同的电压，每个降压单元包括两个以上的降压模块，所述MCU分别与电子开关、充电控制模块、待机电源以及降压模块电连接，电子开关还分别与电池、降压模块和充电控制模块电连接，充电控制模块与充电器电连接，降压模块用于与负载电连接。
本发明的有益效果在于：通过MCU控制各降压模块的开启和关断，以及控制电子开关的开启和关断，充电控制模块可对电池充电进行控制，例如控制充电电路，以保证电池的安全，待机电源为MCU提供工作电源，将MCU供电独立开来，确保MCU正常工作，降压模块将电池电压转换成各负载所需的直流电压。本发明通过在电池与降压模块之间加入了MCU、电子开关和充电控制模块，利用对MCU实现各降压模块的开机控制，解决了开机瞬间浪涌电流大的问题，还可以在关闭电源开关后，延时关断各降压模块，实现软关机功能，也可以在负载停止工作期间关断对应的降压模块，以降低功耗。不同的降压单元输出不同的电压，以满足不同被供电设备的不同电压需求，每个降压单元包括多个降压模块，可以同时实现多路供电。
附图说明
图1为本发明实施例的电源模块结构连接示意图；
图2为本发明实施例一的电源模块结构连接示意图；
图3为本发明实施例一的电源模块的第一降压单元的结构示意图；
图4为本发明实施例一的电源模块的第二降压单元的结构示意图；
图5为本发明实施例一的电源模块的第三降压单元的结构示意图；
图6为本发明实施例一的电源模块的电子开关的示例电路图；
图7为本发明实施例一的电源模块的充电控制模块的示例电路图；
图8为本发明实施例一的电源模块的待机电源的示例电路图。
标号说明：
1、MCU；2、待机电源；3、电子开关；4、电池；5、充电器；6、充电控制模块；7、降压单元；71、降压模块；8、第一降压单元；81、型号为TPS54340的芯片；9、第二降压单元；91、型号为TPS54540的芯片；10、第三降压单元；101、型号为SC8701的芯片；11、电源启动开关；12、机器人的主板。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本发明最关键的构思在于：在电池与降压模块之间加入了MCU、电子开关和充电控制模块，MCU分别与电子开关、充电控制模块、待机电源以及降压模块电连接，电子开关还分别与电池、降压模块和充电控制模块电连接，充电控制模块与充电器电连接。
请参照图1，本发明提供：
一种电源模块，包括MCU1、为MCU1供电的待机电源2、电子开关3、电池4、充电器5、充电控制模块6以及两个以上的降压单元7，两个以上的降压单元7分别输出不同的电压，每个降压单元7包括两个以上的降压模块71，所述MCU1分别与电子开关3、充电控制模块6、待机电源2以及降压模块71电连接，电子开关3还分别与电池4、降压模块71和充电控制模块6电连接，充电控制模块6与充电器5电连接，降压模块71用于与负载电连接。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：充电时，由充电器提供的充电电压加在充电控制模块上，当MCU检测到充电器接入后，同时打开充电控制模块和电子开关，使充电电压加在电池上开始充电，充电控制模块能够对充电进行控制，例如电流过大等充电异常情况出现时能够停止充电，保证电池的安全。当MCU检测到电池充满后，就关闭充电控制模块停止充电，进入放电过程：打开电子开关，电池电压加在各降压模块输入端，然后依次间隔开启各降压模块，解决了开机瞬间浪涌电流大的问题，另外当电源开关关闭后，MCU可以延时关断各降压模块，实现软关机功能，有效保护被供电设备内部主板、硬盘等器件的安全。不同的降压单元输出不同的电压，以满足不同被供电设备的不同电压需求，每个降压单元包括多个降压模块，可以同时实现多路供电。需要说明的是，上述依次开启各降压模块以及控制降压模块延时关断，只需对MCU进行简单的延时设置即可，例如将现有的延时程序输入至MCU。
进一步的，所述电子开关3包括第一三极管、第二三极管、第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管，第一三极管的基极连接MCU1，第一三极管的集电极连接第二三极管的基极，第二三极管的源极连接充电控制模块6，第二三极管的集电极的分别连接第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管的栅极，第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管的源极连接，第一MOS管与第二MOS管的漏极连接点与降压模块71连接，第三MOS管和第四MOS管的漏极连接点与电池4连接。
进一步的，所述第一三极管为NPN型三极管，第二三极管为NPN型三极管，第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管分别为N沟道MOS管。
从上述描述可知，充电控制模块输出的电压经两个三极管连接到MOS管的栅极，而第一三级管的基极与单片机连接，这样便可以通过MCU控制三极管的开关来控制MOS管栅极电压的通断电，从而起到了MOS管的开关的作用。具体设计电路时，还会设置匹配的电阻和二极管等器件，以满足三极管和MOS管的工作条件。
进一步的，所述两个以上的降压单元包括第一降压单元8、第二降压单元9和第三降压单元10，第一降压单元8的输出电压为+5V，第二降压单元9的输出电压为+12V，第三降压单元10的输出电压为+24V。
从上述描述可知，大部分被供电的设备，尤其是机器人这类装置，其内部各模块通常都需要+5V、+12V和+24V的电压来供电，因此本法设计输出电压分别为+5V、+12V和+24V的3个降压单元，能够基本满足被供电的设备的供电需求。当然，除了上述3种输出电压，也可以根据实际使用情况设计其他输出的降压单元。
进一步的，第一降压单元8包括5个相互独立的降压模块71，第二降压单元9包括6个相互独立的降压模块71，第三降压单元10包括4个相互独立的降压模块71。
从上述描述可知，各路降压模块互不影响，能够为15路负载进行供电。上述降压模块的数量也可以根据实际需求进行调整。
进一步的，第一降压单元8的降压模块71包括型号为TPS54340的芯片81。
进一步的，第二降压单元9的降压模块71包括型号为TPS54540的芯片91。
进一步的，第三降压单元10的降压模块71包括型号为SC8701的芯片101。
从上述描述可知，TPS54340芯片、TPS54540芯片和SC8701芯片是现有的分别能够实现+5V、+12V和+24V输出的集成芯片，本发明的电源模块优选使用这三种芯片。上述输出电压为+12V的降压单元还可选用4块型号为TPS54540的芯片以及两块型号为LM5088的芯片，其中4路采用TPS54540芯片来降压，产生电压为12V、电流为5A的输出，带动较小功率的负载，另外两路采用LM5088芯片进行降压，产生电压为12V、电流为7A的输出，带动较大功率的负载。需要说明的是，上述各芯片的型号、数量均可调整。
进一步的，所述充电控制电路包括电流检测电路和与电流检测电路电连接的开关，所述电流检测电路与充电器5电连接。
从上述描述可知，充电控制模块带有电流检测电路，能够监测电池充电电流并加以限制，例如当充电电流大于设定值时，则关闭充电控制模块停止充电，保证电池的安全。
进一步的，所述MCU1控制各降压模块71依次间隔预设时间启动。
从上述描述可知，各降压模块不会同时启动，有效解决了开机浪涌电流大的问题。具体的，可设置各降压模块依次间隔200ms开启。
请参照图2至图8，本发明的实施例一为：
一种适用于机器人的电源模块，包括MCU1、为MCU1供电的待机电源2、电源启动开关11、电子开关3、电池4、充电器5、充电控制模块6、第一降压单元8、第二降压单元9和第三降压单元10。
所述第一降压单元8的输出电压为+5V，第二降压单元9的输出电压为+12V，第三降压单元10的输出电压为+24V，第一降压单元8包括5个相互独立的降压模块71，第二降压单元9包括6个相互独立的降压模块71，第三降压单元10包括4个相互独立的降压模块71。第一降压单元8的降压模块71由型号为TPS54340的芯片81及其***电路组成，第二降压单元9的降压模块71由型号为TPS54540的芯片91及其***电路组成，第三降压单元10的降压模块71由型号为SC8701的芯片101及其***电路组成。如图3所示为第一降压单元8的结构连接示意图，共有5路电压为5V、电流为5A输出，图4所示为第二降压单元9的结构连接示意图，共有6路电压为12V的输出，图5所示为第三降压单元10的结构连接示意图，共有4路电压为12V的输出。
所述MCU1分别与电子开关3、充电控制模块6、待机电源2以及降压模块71电连接，电子开关3还分别与电池4、降压模块71和充电控制模块6电连接，待机电源2与电源启动开关11电连接，充电控制模块6与充电器5电连接，降压模块71用于与负载电连接，所述MCU1还用于与机器人的主板12连接。MCU1控制各降压模块71依次间隔200ms开启。具体的，MCU1分别与型号为TPS54340的芯片81、型号为TPS54540的芯片91以及型号为SC8701的芯片101的使能脚连接，单片机通过控制电子开关3以控制电池4为降压模块71供电；每一路的降压芯片的使能引脚都连接在单片机的引脚上，这样便可以通过单片机的程序来置高或者拉低来实现开启和关闭每一路的输出。
所述电子开关3包括第一三极管、第二三极管、第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管，第一三极管的基极连接MCU1，第一三极管的集电极连接第二三极管的基极，第二三极管的源极连接充电控制模块6，第二三极管的集电极的分别连接第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管的栅极，第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管的源极连接，第一MOS管与第二MOS管的漏极连接点与降压模块71连接，第三MOS管和第四MOS管的漏极连接点与电池4连接。所述第一三极管为NPN型三极管，第二三极管为NPN型三极管，第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管分别为N沟道MOS管。如图6所示为电子开关3的示例电路图。
所述充电控制电路包括电流检测电路和与电流检测电路电连接的开关，所述电流检测电路与充电器5电连接。如图7所示为充电控制模块6的示例电路图，图8所示为待机电源2的示例电路图。
综上所述，本发明提供的电源模块，能够实现多路不同电压输出，并且能够控制电池的充电电路，保证电池的安全，还可控制降压模块依次间隔启动，避免开机瞬间浪涌电流大，还具有软关机的功能，有效确保机器人内部X86主板和硬盘的安全。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种电源模块，其特征在于，包括MCU、为MCU供电的待机电源、电子开关、电池、充电器、充电控制模块以及两个以上的降压单元，两个以上的降压单元分别输出不同的电压，每个降压单元包括两个以上的降压模块，所述MCU分别与电子开关、充电控制模块、待机电源以及降压模块电连接，电子开关还分别与电池、降压模块和充电控制模块电连接，充电控制模块与充电器电连接，降压模块用于与负载电连接。
2.根据权利要求1所述的电源模块，其特征在于，所述电子开关包括第一三极管、第二三极管、第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管，第一三极管的基极连接MCU，第一三极管的集电极连接第二三极管的基极，第二三极管的源极连接充电控制模块，第二三极管的集电极的分别连接第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管的栅极，第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管的源极连接，第一MOS管与第二MOS管的漏极连接点与降压模块连接，第三MOS管和第四MOS管的漏极连接点与电池连接。
3.根据权利要求2所述的电源模块，其特征在于，所述第一三极管为NPN型三极管，第二三极管为NPN型三极管，第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管分别为N沟道MOS管。
4.根据权利要求1所述的电源模块，其特征在于，所述两个以上的降压单元包括第一降压单元、第二降压单元和第三降压单元，第一降压单元的输出电压为+5V，第二降压单元的输出电压为+12V，第三降压单元的输出电压为+24V。
5.根据权利要求4所述的电源模块，其特征在于，第一降压单元包括5个相互独立的降压模块，第二降压单元包括6个相互独立的降压模块，第三降压单元包括4个相互独立的降压模块。
6.根据权利要求5所述的电源模块，其特征在于，第一降压单元的降压模块包括型号为TPS54340的芯片。
7.根据权利要求5所述的电源模块，其特征在于，第二降压单元的降压模块包括型号为TPS54540的芯片。
8.根据权利要求5所述的电源模块，其特征在于，第三降压单元的降压模块包括型号为SC8701的芯片101。
9.根据权利要求1所述的电源模块，其特征在于，所述充电控制电路包括电流检测电路和与电流检测电路电连接的开关，所述电流检测电路与充电器电连接。
10.根据权利要求1所述的电源模块，其特征在于，所述MCU控制各降压模块依次间隔预设时间启动。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170926 |
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