一種低功耗電源管理電路設(shè)計(jì)方案

方案選擇

在使用手持機(jī)時(shí)候必須對電源進(jìn)行有效的管理，節(jié)約電源，降低功耗，延長電池的壽命，常用電源管理方案有低功耗管理方案和系統(tǒng)斷電管理方案。

1． 低功耗管理方案

低功耗方案即為在系統(tǒng)不需要測量的時(shí)候，讓MCU處于深度睡眠，并且關(guān)閉FPGA的PLL時(shí)鐘輸出，并且采用三極管關(guān)閉液晶以及一些外圍電路的電源，這樣系統(tǒng)總電流理論上能小于1mA。但是激光測距儀長時(shí)間是處于未測量狀態(tài)，即使電流非常小，時(shí)間累計(jì)也會(huì)消耗很多電流，造成電池使用時(shí)間縮短，這種方式顯然不是最好的方式。

2． 系統(tǒng)斷電管理方案

系統(tǒng)斷電管理方案即為對整個(gè)系統(tǒng)電源進(jìn)行自動(dòng)控制，當(dāng)系統(tǒng)未測距時(shí)間超過10s，那整個(gè)系統(tǒng)的供電系統(tǒng)就會(huì)關(guān)閉，這樣整個(gè)系統(tǒng)消耗的電流幾乎為0mA（電源管理的開關(guān)MOS管需要消耗微小的靜態(tài)電流）。

綜合上述兩種因素，采用系統(tǒng)斷電管理方案顯得更加省電，更適合激光測距儀這種手持機(jī)。

1.1.2 總電源控制方案分析

整個(gè)電源管理電路由核心供電開關(guān)電路和電源轉(zhuǎn)換電路組成，核心供電開關(guān)電路如圖3.1所示。主要負(fù)責(zé)總電源的開啟和關(guān)斷，整個(gè)電路通過外部按鍵K3和MCU的管腳對電源實(shí)現(xiàn)控制。

電路分析主要分析整個(gè)電路工作流程，以及K3按鍵按下與彈起各個(gè)電路動(dòng)作等。以及器件選型方法。

圖3.1 9V電源管理電路

整個(gè)電路工作分為四個(gè)個(gè)階段：K3按鍵未按下、K3按鍵按下、K3按鍵彈起、MCU續(xù)電10s。

1． K3按鍵未按下

當(dāng)K3未按下時(shí)候，電池電源未導(dǎo)通，如圖3.1所示，在圖中標(biāo)注點(diǎn)2的電壓由于電阻R17下拉，此時(shí)為低電平，因此N溝道MOS管Q2處于關(guān)斷狀態(tài)，此時(shí)標(biāo)注點(diǎn)3的電壓由于電阻R14的上拉，此時(shí)為9V高電平，P溝道MOS管Q1處于關(guān)斷狀態(tài)，因此總電源SW_9V此時(shí)電壓為0V，整個(gè)系統(tǒng)處于斷電狀態(tài)。

2． K3按鍵按下

當(dāng)K3按鍵按下的時(shí)候，電池電源導(dǎo)通，標(biāo)注點(diǎn)2的電壓由于R16和R17分壓，此時(shí)電壓為4.5V，VGS=4.5V滿足Q2管的導(dǎo)通電壓，Q2管導(dǎo)通后，標(biāo)注點(diǎn)3相當(dāng)于接地，電壓為0，VGS=-9V滿足Q1管的導(dǎo)通電壓，因此，當(dāng)Q1管導(dǎo)通后SW_9V獲得電池電源的9V電壓，整個(gè)系統(tǒng)上電。

3． K3按鍵彈起

當(dāng)系統(tǒng)上電后，MCU初始化完成后，立即對電路進(jìn)行續(xù)電，即MCU輸出PWR_CTL為高電平，當(dāng)K3彈起后，電池通路斷開，由于PWR_CTL為高電平，VGS=3V因此Q2管還是處于導(dǎo)通狀態(tài)，Q1管也處于導(dǎo)通狀態(tài)，因此，整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)入MCU續(xù)電狀態(tài)。

4． MCU續(xù)電10s

MCU續(xù)電過程中通過MEAS_KEY持續(xù)檢測K3是否按下，如果K3按下，開啟新一次測量，那定時(shí)10s關(guān)機(jī)時(shí)間清零，重新定時(shí)10s。當(dāng)10s內(nèi)沒有再次按下K3那MCU輸出PWR_CTL為低電平，Q2管的VGS=0V，Q2管關(guān)斷，此時(shí)標(biāo)注點(diǎn)3由于上拉變回9V，Q3管的VGS=0V，Q3管也關(guān)斷，SW_9V為0V，整個(gè)系統(tǒng)斷電。

通過以上的4個(gè)步驟完成對總電源的智能管理，當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)斷電的情況下，只有MOS管Q1和9V相接，由于Q1此時(shí)處于關(guān)斷狀態(tài)，整個(gè)系統(tǒng)耗電等于Q1此時(shí)的靜態(tài)關(guān)斷電流，由2SJ355數(shù)據(jù)手冊得知，現(xiàn)在消耗電流小于10uA，因此，整個(gè)系統(tǒng)消耗電流是非常微小的，實(shí)現(xiàn)了超低功耗管理方案。

5． 關(guān)鍵器件選型

總電源開關(guān)電路中，最重要的為二極管D3，MOS管Q2選型，由于本設(shè)計(jì)中需要MCU輸出高電平對Q2管進(jìn)行續(xù)電，為了防止K3按鍵按下時(shí)候的4.5V高電平損害到MCU的IO口，因此需要加上二極管D3，當(dāng)MCU需要輸出高電平3.3V對Q2進(jìn)行續(xù)電情況下，如果采用普通二極管，經(jīng)過二極管后壓降為0.7V，這樣造成VGS=2.6V，不能完全打開一般的MOS管，因此，在本設(shè)計(jì)中，采用的是低壓降0.3V的二極管MBR0520以及VGS=2.5V導(dǎo)通的MOS管2N7002。