便携式环境测试仪电源电路设计

　　环境测试仪是指能够测量温度、湿度、压力、风速等环境参数的仪器。为了满足各种复杂地理环境下的测试需求，测试仪迫切需要小型化和便携式。为了保持与现有软件的最大兼容性，我们选用PC104的系统架构设计了便携式的测试仪。PC104是IBM PC兼容工业标准的架构体系。PC104主板对电源系统要求较高，设计选用工业级的PC104电源板，此电源板支持宽范围输入(DC8~36V)，效率高达96% 。为了满足便携性，系统必须支持电池组供电(锂电池组或铅酸蓄电池组等)，由于锂电池组具有单节电池标称电压高、自放电率低、质量能量密度和体积能量密度高、没有记忆效应等优点，本系统选用锂电池组供电。本文主要讨论了系统供电电路及电池组充电电路的设计。

　　1 系统总体结构

　　经实际测试，并留出一定裕量，设计选用9600mAh 12V锂电池组。实际采用单节标称电压3.7V，充电限制电压4.2V，容量2400mAh的锂电池电芯，三串四并组成电池组，使用MM1414芯片完成过充、过放、过流以及短路保护功能。锂电池的典型充电算法是恒流与恒压算法(CC/CV)。根据国家标准GB/T18287- 2000的要求首先恒流充电，电池电压随着充电过程逐步升高，当电池端电压达到12.6V，改恒流充电为恒压充电，电流根据电芯的饱和程度，随着充电过程的逐步减小，当减小到某个值时，认为充电终止。根据此标准设计选用0.2C倍率恒流充电，充电倍率达到0.01C时认为充电结束，即分别对应电流约为2A和100mA。根据以上要求设计系统总体结构，具体如图1所示。

　　图1 系统结构

　　系统使用直流18~30V输入，可以直接使用笔记本电源。D1用于防止电源方向插反。12.6V/2A恒压限流电路为本电路核心，在输出电压低于12.6V时工作在2A恒流状态，当输出电压达到12.6V时，使输出电压恒定。D2、D3和C1完成电源切换功能。外部电源供电时，由于P端电压总是保持在12.6V以上，S端通过外部电源供电，若无外部电源时，由于电池电压比P端的电压高，则通过电池对系统进行供电。稳压电路主要负责将S端的电压转换为系统所需的各种电压。ADC1和A DC2分别为电流和电压采集端，ADC1和ADC2端的信号经过OP电路放大，然后输入到ADC电路，MCU把各种相关数据通过RS232传送到PC104系统。R4和D4完成供电状态的检测，用于检测系统是外部电源供电还是电池供电，使系统自动调整自动关机或自动待机的等待时间。电路同时提供声光方式的报警及显示功能，当出现电压过低等情况时，能以比较醒目的方式进行提醒。PC104电源板和PC104系统是本电路的负载。电路中D1、D2、D3均为肖特基二极管，肖特基二极管具有正向压降低、反向恢复时间短等优点;R1、R2、R3为1%精密电阻。