專利名稱：一種接口電流控制電路及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及接口電流控制領(lǐng)域，特別涉及一種接口電流控制電路及控制方法。
背景技術(shù)：
Express Card模塊是由PCMCIA聯(lián)盟推出的一種更薄、更快、更輕的抽屜式插卡， 用以取代現(xiàn)有的PC卡和Card Bus模塊，主要用于筆記本后繼市場(chǎng)中功能性升級(jí)和功能性擴(kuò)展。無線MODEM的工作原理與手機(jī)上網(wǎng)的原理一樣，以固定的時(shí)隙進(jìn)行功率發(fā)射，當(dāng)處于發(fā)射狀態(tài)時(shí)所消耗的電流達(dá)到峰值，接近2安培。基于Express Card接口的無線MODEM 支持USB2.0或PCI Express (或同時(shí)支持兩者)。但無論采用哪種協(xié)議實(shí)施無線MODEM與數(shù)碼設(shè)備側(cè)的數(shù)據(jù)傳輸，都必須遵從這樣一個(gè)原則，即不僅能提供脈沖負(fù)載(GSM、GPRS或 EDGE)所需的峰值電流，還要對(duì)從數(shù)碼設(shè)備側(cè)所拉的電流進(jìn)行限制，以保證不會(huì)造成主機(jī)過載。但解決該問題的難點(diǎn)在于，脈沖負(fù)載所需的峰值電流遠(yuǎn)大于數(shù)碼設(shè)備所能提供的輸出電流，這使得我們必須采取一種特殊的電路來提供在脈沖負(fù)載處于發(fā)射(即大電流)期間時(shí)所需的多余能量，而在非發(fā)射期間時(shí)直接由數(shù)碼設(shè)備側(cè)的輸出端提供。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種接口電流控制電路及控制方法，其能對(duì)數(shù)碼設(shè)備的 Express card接口無線MODEM進(jìn)行電流控制。一方面，本發(fā)明提供一種接口電流控制電路，適用于數(shù)碼設(shè)備的Express card接口脈沖負(fù)載，其特征在于，包括
限流電路，其輸入端連接所述數(shù)碼設(shè)備側(cè)的電流輸出端，用于對(duì)數(shù)碼設(shè)備側(cè)輸出的電流進(jìn)行限流；
超級(jí)電容單元，連接所述限流電路的輸出端，用于儲(chǔ)存電能；
電壓轉(zhuǎn)換電路，其輸入端分別連接所述限流電路輸出端以及超級(jí)電容單元輸出端，用以輸出穩(wěn)定的電壓供與其連接的所述脈沖負(fù)載使用。所述超級(jí)電容單元包括兩個(gè)并聯(lián)的超級(jí)電容。所述限流電路包括一限流芯片及與其引腳連接的電阻，所述限流電路輸出的電流為 0. 6A 1. 2A。所述電壓轉(zhuǎn)換電路包括依次連接的DC/DC芯片、二極管以及濾波電容。另一方面，本發(fā)明還提供一種接口電流控制方法，適用于數(shù)碼設(shè)備的Express card接口脈沖負(fù)載，包括以下步驟
5. 1、準(zhǔn)備一限流電路，以接收來自所述數(shù)碼設(shè)備的電流輸出，并對(duì)該電流進(jìn)行限流； 5. 2、將由超級(jí)電容組成超級(jí)電容單元連接在所述限流電路的輸出端，當(dāng)所述脈沖負(fù)載處于非發(fā)射狀態(tài)時(shí)，所述限流電路對(duì)所述超級(jí)電容單元進(jìn)行充電；當(dāng)所述脈沖負(fù)載處于發(fā)射狀態(tài)時(shí)，所述超級(jí)電容單元輸出電流；
5. 3、準(zhǔn)備電壓轉(zhuǎn)換電路，用以輸出穩(wěn)定的電壓供后端負(fù)載使用，當(dāng)所述脈沖負(fù)載處于非發(fā)射狀態(tài)時(shí)，所述限流電路將接收到的來自所述限流電路的電流轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的電流供所述脈沖負(fù)載使用；當(dāng)所述脈沖負(fù)載處于發(fā)射狀態(tài)時(shí)，所述限流電路將接收到的來自所述限流電路和超級(jí)電容的電流轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的電流供所述脈沖負(fù)載使用。所述步驟5. 2中的超級(jí)電容單元包括兩個(gè)并聯(lián)的超級(jí)電容。所述步驟5. 1中的限流電路包括一限流芯片及與其引腳連接的電阻，所述限流電路輸出的電流為0. 6A 1.2A。所述步驟5. 3中的電壓轉(zhuǎn)換電路包括依次連接的DC/DC芯片、二極管以及濾波電容。采用本發(fā)明所述的一種接口電流控制電路及控制方法，首先在限流電路與電壓轉(zhuǎn)換電路之間放置超級(jí)電容，當(dāng)脈沖負(fù)載工作于發(fā)射狀態(tài)時(shí)由超級(jí)電容儲(chǔ)存的能量彌補(bǔ)數(shù)碼設(shè)備側(cè)供電電流的不足，其組成的電路簡(jiǎn)單可靠，易于實(shí)現(xiàn)，且應(yīng)用范圍廣泛，對(duì)于所有接口電流供給不足的脈沖負(fù)載(GSM、GPRS或EDGE)都可以應(yīng)用此方法。


圖1為本發(fā)明所述電路的整體框圖2為本發(fā)明所述電路的限流電路與超級(jí)電容單元的電路圖； 圖3為本發(fā)明所述電路的電壓轉(zhuǎn)換電路的電路圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。參照?qǐng)D1，圖1顯示了本發(fā)明提供的一種接口電流控制電路，適用于數(shù)碼設(shè)備的 Express card接口脈沖負(fù)載14，包括限流電路11、超級(jí)電容單元12、電壓轉(zhuǎn)換電路13。本實(shí)施例中數(shù)碼設(shè)備為電腦，無線MODEM為脈沖負(fù)載。電腦側(cè)的Express card接口共有2種電壓輸出，分別是1. 5V和3. 3V。其中1. 5V 的輸出最大電流為650mA，3. 3V的輸出最大電流為1300mA。這里采用輸出功率更大的3. 3V 作為本發(fā)明所述電路的輸入電源。限流電路11部分的輸出電流可根據(jù)電腦側(cè)輸出電流的上限進(jìn)行調(diào)整，這里設(shè)定為1200mA。超級(jí)電容單元12放置在限流電路11的輸出端，由于超級(jí)電容所通過的電流較大(最大電流=負(fù)載峰值電流一限制電流)，所以此處不再處理為理想電容模式，而是等效為超級(jí)電容與電阻的串聯(lián)。后續(xù)電路的分析會(huì)看到串聯(lián)等效電阻Rc對(duì)該電路的影響，從圖1可看出電流的流向，其中，
Zfcad = C(dvZ^t)+，超級(jí)電容放置在電壓轉(zhuǎn)換電路13的前面，當(dāng)脈沖負(fù)載14(作
為一實(shí)施例，可為無線MODEM)工作在非發(fā)射狀態(tài)時(shí)，工作電流Iload只有幾百毫安，此時(shí)由限流電路11所輸出的電流足夠滿足負(fù)載的需求，同時(shí)對(duì)超級(jí)電容進(jìn)行充電，儲(chǔ)存能量。當(dāng)脈沖負(fù)載14(無線MODEM)工作在發(fā)射狀態(tài)時(shí)，工作電流最大可達(dá)到2A，此時(shí)限流電路11所輸出的電流不能滿足負(fù)載的要求，超級(jí)電容將上一階段儲(chǔ)存的能量釋放出來，供給后端脈沖負(fù)載14。由于超級(jí)電容充放電的特性，電容上的電壓在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，但經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)換電路13可以達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的電壓輸出供給后端脈沖負(fù)載14使用。所以把超級(jí)電容放在電壓轉(zhuǎn)換電路13之前可以保證系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性，同時(shí)對(duì)超級(jí)電容容值的要求會(huì)相應(yīng)減小。超級(jí)電容的選取要考慮其ESR值(串聯(lián)等效電阻)，盡可能選擇ESR值更低的超級(jí)電容。因?yàn)橥ㄟ^超級(jí)電容的大電流會(huì)在串聯(lián)等效電阻上造成大的壓降，導(dǎo)致電壓轉(zhuǎn)換電路 13的輸入端電壓波動(dòng)過大，且能量會(huì)以熱量的方式浪費(fèi)在等效電阻上。超級(jí)電容的取值可以按下面的公式計(jì)算
其中J為流過超級(jí)電容的平均電流，這里最大取值為2A — 1.3A = 0. 7A，平均值可取為0.5A。AF為電容上電壓的波動(dòng)范圍，這里假設(shè)電壓轉(zhuǎn)換電路13輸入端所允許的電壓波動(dòng)范圍為0. IV (該值越小越好)。Γ為脈沖負(fù)載14工作在發(fā)射狀態(tài)的時(shí)間，該時(shí)間也是超級(jí)電容的放電時(shí)間，脈沖負(fù)載14的發(fā)射周期大概為anS，發(fā)射狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間小于等于lmS。根據(jù)以上參數(shù)的設(shè)定可以計(jì)算出超級(jí)電容的大概數(shù)值
0=(/χΓ)/ΔΓ 二 (0.5 χ 1)/0.1 二 5mF (具體的數(shù)值還需根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況來確定)。電壓轉(zhuǎn)換電路13作為負(fù)載電壓的最后一級(jí)提供者需保證穩(wěn)定的電壓輸出。由于開關(guān)電源具有效率高、可升壓、輸出功率大的特點(diǎn)，所以這里采用DC/DC芯片作為電平轉(zhuǎn)換。但是需要注意的是該DC/DC芯片輸出電流能力需達(dá)到負(fù)載的峰值電流，否則會(huì)出現(xiàn)電壓波動(dòng)。參照?qǐng)D2，所述限流電路包括一限流芯片Ila及與其引腳連接的電阻。所述限流芯片Ila型號(hào)為AAT4621，是一款可設(shè)置輸出電流范圍的模擬開關(guān)，輸入電壓VCC3V3來自電腦側(cè)的3. 3V，輸出電壓VCCIN為下一級(jí)電壓轉(zhuǎn)換電路的輸入電壓。其中，/ENIU引腳為設(shè)置電流上限的使能引腳，當(dāng)其置低時(shí)，開啟此功能。同理，/EOTL引腳為設(shè)置電流下限的使能引腳。在本發(fā)明所描述的電路中，主要用到電流上限的設(shè)置，因此，置低/ENIU引腳，并通過 ISETU引腳所連接的電阻設(shè)置電流的上限值。在這里，根據(jù)限流芯片Ila的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，選取阻值為1. 5M歐的電阻作為R802，同時(shí)選取阻值為750K歐的電阻作為R801，可以實(shí)現(xiàn)輸出電流0. 6A 1. 2A的范圍。當(dāng)輸出電壓，即超級(jí)電容的充電電壓達(dá)到VCC的98%時(shí)，限流芯片Ila的內(nèi)部比較器將給出一個(gè)準(zhǔn)備好信號(hào)給外部控制器，以通知外部控制器做出相應(yīng)的動(dòng)作。這里，RHYS引腳用來設(shè)置達(dá)到98% VCC的誤差范圍。這里依據(jù)計(jì)算公式得出的誤差范圍如下
Vmsr 二 Rms X IuA = 220Kn 土 Iu^ = Q.22V
超級(jí)電容的取值根據(jù)上述計(jì)算原理得出數(shù)值為5mF，這里采用2個(gè)2200uF的電容并聯(lián) (圖2中的C801與C802，值為4. 4mF)。參照?qǐng)D3，電壓轉(zhuǎn)換電路包括依次連接的DC/DC芯片13A、二極管D2以及濾波電容 C805、C816。所述DC/DC芯片13A為L(zhǎng)TC3426，輸入電壓來自圖中所示的VCCIN (3.3V)，為超級(jí)電容電壓。該DC/DC芯片13A輸出峰值電流可達(dá)2A，開關(guān)頻率可達(dá)1.2M。圖中，/SHDN 引腳通過IM歐電阻上拉使DC/DC芯片13A工作于使能狀態(tài)。電感LlOl選用的是2. 2uH的電感，既保證了低的串聯(lián)等效電阻，又可抑制尖峰電流。由于該DC/DC芯片13A的輸出電流為2A，選用的二極管的工作電流也應(yīng)達(dá)到2A，這里采用了 ON公司的型號(hào)為MBRM120LT1G的 Schottky 二極管D2，而輸入輸出電源分別采用了 IOuF和20uF的濾波電容C805和C816。
5
本電路中的DC/DC芯片13A的輸出電壓用于基帶和射頻兩部分。根據(jù)公式
權(quán)利要求
1.一種接口電流控制電路，適用于數(shù)碼設(shè)備的Express card接口脈沖負(fù)載，其特征在于，包括限流電路，其輸入端連接所述數(shù)碼設(shè)備側(cè)的電流輸出端，用于對(duì)數(shù)碼設(shè)備側(cè)輸出的電流進(jìn)行限流；超級(jí)電容單元，連接所述限流電路的輸出端，用于儲(chǔ)存電能；電壓轉(zhuǎn)換電路，其輸入端分別連接所述限流電路輸出端以及超級(jí)電容單元輸出端，用以輸出穩(wěn)定的電壓供與其連接的所述脈沖負(fù)載使用。
2.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述超級(jí)電容單元包括兩個(gè)并聯(lián)的超級(jí)電容。
3.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述限流電路包括一限流芯片及與其引腳連接的電阻，所述限流電路輸出的電流為0. 6A 1. 2A。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的電路，其特征在于，所述電壓轉(zhuǎn)換電路包括依次連接的 DC/DC芯片、二極管以及濾波電容。
5.一種接口電流控制方法，適用于數(shù)碼設(shè)備的Express card接口脈沖負(fù)載，其特征在于，包括以下步驟5. 1、準(zhǔn)備一限流電路，以接收來自所述數(shù)碼設(shè)備的電流輸出，并對(duì)該電流進(jìn)行限流；5. 2、將由超級(jí)電容組成超級(jí)電容單元連接在所述限流電路的輸出端，當(dāng)所述脈沖負(fù)載處于非發(fā)射狀態(tài)時(shí)，所述限流電路對(duì)所述超級(jí)電容單元進(jìn)行充電；當(dāng)所述脈沖負(fù)載處于發(fā)射狀態(tài)時(shí)，所述超級(jí)電容單元輸出電流；5.3、準(zhǔn)備電壓轉(zhuǎn)換電路，用以輸出穩(wěn)定的電壓供后端負(fù)載使用，當(dāng)所述脈沖負(fù)載處于非發(fā)射狀態(tài)時(shí)，所述限流電路將接收到的來自所述限流電路的電流轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的電流供所述脈沖負(fù)載使用；當(dāng)所述脈沖負(fù)載處于發(fā)射狀態(tài)時(shí)，所述限流電路將接收到的來自所述限流電路和超級(jí)電容的電流轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的電流供所述脈沖負(fù)載使用。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟5.2中的超級(jí)電容單元包括兩個(gè)并聯(lián)的超級(jí)電容。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟5.1中的限流電路包括一限流芯片及與其引腳連接的電阻，所述限流電路輸出的電流為0. 6A 1.2A。
8.如權(quán)利要求5或6或7所述的方法，其特征在于，所述步驟5.3中的電壓轉(zhuǎn)換電路包括依次連接的DC/DC芯片、二極管以及濾波電容。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種接口電流控制電路及控制方法，其適用于數(shù)碼設(shè)備的Expresscard接口脈沖負(fù)載，本發(fā)明首先在限流電路與電壓轉(zhuǎn)換電路之間放置超級(jí)電容，當(dāng)脈沖負(fù)載工作于發(fā)射狀態(tài)時(shí)由超級(jí)電容儲(chǔ)存的能量彌補(bǔ)數(shù)碼設(shè)備側(cè)供電電流的不足，其組成的電路簡(jiǎn)單可靠，易于實(shí)現(xiàn)，且應(yīng)用范圍廣泛，對(duì)于所有接口電流供給不足的脈沖負(fù)載(GSM、GPRS或EDGE)都可以應(yīng)用此方法。
文檔編號(hào)H02M3/06GK102340240SQ20111004323
公開日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2011年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月20日
發(fā)明者王菡 申請(qǐng)人:上海聞泰電子科技有限公司