本發(fā)明涉及一種電源管理模塊，尤其涉及一種高性能光控繼電器電源管理模塊。

背景技術(shù)：

便攜式設(shè)備通常采用電池供電，對于功耗要求非常嚴(yán)格，尤其是當(dāng)設(shè)備工作在野外場合，維護(hù)起來較困難時，降低功耗對于提高設(shè)備待機(jī)時間至關(guān)重要。目前便攜式設(shè)備現(xiàn)有低功耗技術(shù)方案采用控制電源芯片的使能端，切斷供電芯片的電壓輸出，此技術(shù)方案簡單有效，目前為大多數(shù)設(shè)備所采用，缺點是該方案使電源芯片具有不容忽視的漏電流，通常達(dá)到十個微安以上，尤其是當(dāng)設(shè)備長時間處在低功耗模式下，電源芯片的漏電流足以消耗掉大部分電能，因此需要使用更優(yōu)方案進(jìn)一步降低設(shè)備上電源芯片的漏電流。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于以上情況，本發(fā)明為電池供電設(shè)備提供一種高性能光控繼電器電源管理模塊，特別是針對由+12V電池供電的設(shè)備且由+12V轉(zhuǎn)為+5V時提供一種超低功耗設(shè)計方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案：一種高性能光控繼電器電源管理模塊，它包括電源管理芯片和光控繼電器以及用于焊裝電源管理芯片和光控繼電器的PCB線路板，其特征是電源管理芯片為LM2596T-5.0，光控繼電器為TLP3100， 電源管理芯片的電壓輸入端與電源噪聲濾除電路正極輸入端以及供電電池正極連接，電源管理芯片的+5V電壓輸出端直接驅(qū)動負(fù)載電路；電源管理芯片和負(fù)載電路的接地端串聯(lián)經(jīng)過地噪聲去除電路后再連接到光控繼電器的漏極；電池負(fù)極經(jīng)電流過載保護(hù)電路連接到光控繼電器的源極。

本方案的具體特點還有，光控繼電器TLP3100的漏極和源極的通斷是由外部控制信號控制的，控制信號是外部數(shù)字電路模塊提供的TTL電平或者CMOS電平信號，同時要求控制信號驅(qū)動電流大于10mA，控制信號經(jīng)輸入保護(hù)電路進(jìn)入到光控繼電器TLP3100的控制端；當(dāng)控制信號為高電平時，TLP3100漏極和源極之間導(dǎo)通，此時電路的接地端與電池負(fù)極導(dǎo)通，電路正常工作；當(dāng)控制信號為低電平時，TLP3100漏極和源極之間斷開，此時漏極和源極之間的地回路漏電流僅為10nA。

本發(fā)明涉及到的PCB線路板上的地回路走線寬度要求不小于3mm，供電輸入輸出端走線寬度不小于2mm，銅皮厚度要求不小于35μm。PCB線路板又稱印刷線路板。

所述電源噪聲濾除電路采用容值為680μF鋁電解電容C3和容值為1μF陶瓷電容C4并聯(lián)；C3的正極端接到+12V輸入端，C3的負(fù)極連接地端U1-GND上，C4采用無極性電容，兩端分別連接到+12V輸入端和地端U1-GND上。所述電源噪聲濾除電路作用是對電源紋波噪聲進(jìn)行濾除。

所述控制信號輸入保護(hù)電路由電阻R1和嵌位二極管D1連接組成，其中電阻功率不小于0.125W、阻值為200歐姆；嵌位二極管D1采用1N4728A，連接見圖3所示：R1的1腳連接控制信號輸入端CON1的1腳，R1的2腳連接D1的陰極端，D1的陽極連接控制信號參考地GND上。所述控制信號輸入保護(hù)電路作用是對輸入信號進(jìn)行限流。

所述地噪聲去除電路由四個磁珠Z2、Z3、Z4、Z5并聯(lián)構(gòu)成；磁珠參數(shù)為：信號頻率在100MHZ時其阻抗為1歐姆，單個磁珠流過最大電流為1.5A；Z2、Z3、Z4、Z5是無極性元件，一端連接到U1-GND上，另一端連接到U2的管腳6上和跳線J1的管腳2上。所述地噪聲去除電路作用是將電池負(fù)極上的干擾噪聲進(jìn)行隔離，同時增加地回路導(dǎo)通路徑。

所述電流過載保護(hù)電路主要是由低阻值的自恢復(fù)保險絲F1構(gòu)成，其型號為GR16-300；當(dāng)設(shè)備工作電流小于3A時，F(xiàn)1處于低阻狀態(tài)；當(dāng)電流增加到3A后，F(xiàn)1產(chǎn)生的熱量使其阻值增大，進(jìn)而限制設(shè)備電流繼續(xù)增加，利用此特性使設(shè)備具有過流保護(hù)功能。F1是無極性元件，一端連接U2的管腳5，另一端連接供電電池的負(fù)極端U2-GND上。所述電流過載保護(hù)電路作用是使設(shè)備具有過流保護(hù)功能。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明利用光控繼電器TLP3100對電源管理芯片LM2596T-5.0及其負(fù)載電路的接地回路進(jìn)行通斷控制，利用LM2596T-5.0實現(xiàn)電壓由+12V到+5V轉(zhuǎn)換，為負(fù)載電路提供最大3A的電流。當(dāng)設(shè)備需要待機(jī)時，利用TLP3100切斷LM2596T-5.0及其負(fù)載電路的接地回路，此時接地回路漏電流僅為10nA，是目前現(xiàn)有技術(shù)方案的千分之一，大大延長設(shè)備的待機(jī)時間。當(dāng)設(shè)備需要工作時，本發(fā)明可以使設(shè)備快速上電工作，上電時間小于5ms。本發(fā)明支持設(shè)備過流保護(hù)，當(dāng)設(shè)備接地端電流達(dá)到3A時，工作且具有自恢復(fù)功能。本技術(shù)方案重點利用光控繼電器TLP3100的漏極與源極的通斷實現(xiàn)設(shè)備的上電與待機(jī)，而現(xiàn)有技術(shù)方案采用控制設(shè)備上電源芯片的使能端使其上電或待機(jī)。當(dāng)設(shè)備待機(jī)時，基于現(xiàn)有技術(shù)方案的地回路漏電流通常到十個微安以上，而基于本技術(shù)方案地回路漏電流是現(xiàn)有技術(shù)方案的千分之一，可以大大延長設(shè)備的待機(jī)時間。

附圖說明

圖1是本發(fā)明電路模塊組成框圖；圖2是電源管理芯片電路配置圖；圖3是光控繼電器電路配置圖。

具體實施方式

如圖1所示，一種高性能光控繼電器電源管理模塊，它包括電源管理芯片和光控繼電器以及用于焊裝電源管理芯片和光控繼電器的PCB線路板，電源管理芯片為LM2596T-5.0（以下簡稱U1），光控繼電器為TLP3100（以下簡稱U2），電源管理芯片的電壓輸入端與電源噪聲濾除電路正極端以及供電電池的正極連接，電源管理芯片的+5V電壓輸出端直接驅(qū)動負(fù)載電路；電源管理芯片和負(fù)載電路的接地端經(jīng)過地噪聲去除電路連接到光控繼電器的漏極；電池負(fù)極經(jīng)電流過載保護(hù)電路連接到光控繼電器的源極。以下所述U1-GND是指U1及其負(fù)載電路的參考地端；所述U2-GND是指供電電池的參考地端；所述GND是指控制信號的參考地端。光控繼電器TLP3100的漏極和源極的通斷是由外部控制信號控制的，控制信號是外部數(shù)字電路模塊提供的TTL電平或者CMOS電平信號，同時要求控制信號驅(qū)動電流大于10mA，控制信號經(jīng)輸入保護(hù)電路進(jìn)入到光控繼電器TLP3100的控制端；當(dāng)控制信號為高電平時，TLP3100漏極和源極之間導(dǎo)通，此時電路的接地端與電池負(fù)極導(dǎo)通，電路正常工作；當(dāng)控制信號為低電平時，TLP3100漏極和源極之間斷開，此時漏源極之間的地回路漏電流僅為10nA。

本發(fā)明涉及到的PCB線路板上的地回路走線寬度要求不小于3mm，供電輸入輸出端走線寬度不小于2mm，銅皮厚度要求不小于35μm。PCB線路板又稱印刷線路板。

U1電路配置見圖2，U1的1腳連接+12V輸入，U1的2腳連接到二極管D2負(fù)極端，其中D2型號為1N5824，D2的正極端接到U1-GND上；U1的3腳和5腳連接到U1-GND上；U1的4腳和2腳之間連接10uH的電感，其作用是對輸出電壓進(jìn)行濾波，同時構(gòu)成電壓反饋回路，用來監(jiān)測U1電壓輸出。無極性電容C2一端和有極性鋁電解電容C1正極端連接到+5V-OUT輸出電壓上，C2另一端和C1負(fù)極端連接到U1-GND上；L1與C2、C1組成LC濾波電路，用來降低+5V-OUT的電壓紋波噪聲。U1管腳4與其+5V輸出連接構(gòu)成電壓反饋回路，用來監(jiān)測U1電壓輸出。

所述U2的配置電路見圖3所示，控制信號由輸入接線端CON1輸入，經(jīng)過R1輸入到U2的1腳，U2的2腳連接到控制信號參考地GND上，磁珠Z1連接CON1的2端和控制信號參考地GND，其作用是吸收參考地GND上的噪聲。U2的5腳經(jīng)過自恢復(fù)保險絲F1后連接到供電電池的地端U2-GND上。U2的管腳6經(jīng)過磁珠Z2、Z3、Z4、Z5隔離連到接地端U1-GND上；跳線J1的1腳連接U2的4腳；CON2是供電電池的輸入接線端子，其中1腳接+12V電池的正極，2腳接電池的負(fù)極。

具體工作原理：控制信號是由設(shè)備外部的數(shù)字模塊或者設(shè)備內(nèi)部的低功耗數(shù)字模塊提供，當(dāng)控制信號為低電平時，U2的漏極D2端和源極S端不導(dǎo)通，此時U1-GND和供電電池負(fù)極U2-GND不導(dǎo)通，設(shè)備處于待機(jī)狀態(tài)；當(dāng)控制信號為高電平時，U2的漏極D2端和源極S端導(dǎo)通，使U1-GND和供電電池負(fù)極U2-GND連通，此時U1及其負(fù)載電路滿足接地回路條件，設(shè)備上電工作，此時源極S端最大導(dǎo)通電流可達(dá)2.5A；當(dāng)將跳線J1短接后，U2的漏極D2和D1（管腳6和管腳4）并聯(lián)工作，此時源極S端導(dǎo)通電流最大5A。

所述電源噪聲濾除電路采用容值為680μF鋁電解電容C3和容值為1μF陶瓷電容C4并聯(lián)；C3的正極端接到+12V輸入端，C3的負(fù)極連接地端U1-GND上，C4采用無極性電容，兩端分別連接到+12V輸入端和地端U1-GND上。

所述控制信號輸入保護(hù)電路由電阻R1和嵌位二極管D1連接組成，其中電阻功率不小于0.125W、阻值為200歐姆；嵌位二極管D1采用1N4728A，連接見圖3所示：R1的1腳連接控制信號輸入端CON1的1腳，R1的2腳連接D1的陰極端，D1的陽極連接控制信號參考地GND上。

所述地噪聲去除電路由四個磁珠Z2、Z3、Z4、Z5并聯(lián)構(gòu)成；磁珠參數(shù)為：信號頻率在100MHz時其阻抗為1歐姆，單個磁珠流過最大電流為1.5A；Z2、Z3、Z4、Z5是無極性元件，一端連接到U1-GND上，另一端連接到U2的管腳6上和跳線J1的管腳2上。

所述電流過載保護(hù)電路主要是由低阻值的自恢復(fù)保險絲F1構(gòu)成，其型號為GR16-300；當(dāng)設(shè)備工作電流小于3A時，F(xiàn)1處于低阻狀態(tài)；當(dāng)電流增加到3A后，F(xiàn)1產(chǎn)生的熱量使其阻值增大，進(jìn)而限制設(shè)備電流繼續(xù)增加，利用此特性使設(shè)備具有過流保護(hù)功能。F1是無極性元件，一端連接U2的管腳5，另一端連接供電電池的負(fù)極端U2-GND上。