專利名稱：一種無線終端模塊供電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于使用無線電技術(shù)的移動裝置的供電系統(tǒng)，特別涉及一種無線終端模塊工作瞬間需要大電流的供電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著GSM/GPRS技術(shù)的普及，無線GSM/GPRS模塊獲得了大量的應(yīng)用，無線GSM/GPRS模塊由GSM/GPRS協(xié)議棧、基帶處理器和帶天線裝置的射頻電路組成，完成對語音、信令、數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶幚?，是無線終端的主要組成部分，通過在內(nèi)部或外部擴展該模塊，可以使PDA(掌上電腦)具備無線通訊功能。當GSM/GPRS模塊在待機情況下，需要的電流很小，而在無線終端模塊突發(fā)負載如注冊網(wǎng)絡(luò)、發(fā)送數(shù)據(jù)的瞬間該無線終端模塊則需要較大的電流。例如，正常待機情況下無線GSM/GPRS模塊需要的供電電流僅為幾十毫安，但在發(fā)送數(shù)據(jù)時，無線GSM/GPRS模塊需要的突發(fā)電流能達到2安培左右，造成較大的電壓跌落，若超過GSM/GPRS模塊正常工作所允許的電壓跌落范圍，將導(dǎo)致GSM/GPRS模塊不能正常工作，并因此降低了電池的利用效能。
考慮到上述電壓跌落的效應(yīng)，在利用無線GSM/GPRS模塊設(shè)計產(chǎn)品時往往要考慮到盡量減少電源接插件的阻值和接插線纜的長度，而且模塊的設(shè)計往往推薦設(shè)計者將電池與模塊直連，并采用模塊內(nèi)部的充電電路，由此可能帶來諸多模塊本身的限制，如無充電指示等，充電指示功能往往由上層的軟件監(jiān)測與指示，在開發(fā)一些系統(tǒng)時往往帶來設(shè)計的復(fù)雜度和不靈活性。
另外，為了管理的方便和節(jié)能的目的，現(xiàn)有技術(shù)大多在電路中包含一塊獨立的電源管理芯片，這種管理芯片在突發(fā)負載時通過一組電路對多路電源進行切換管理，識別電壓過高、電壓過低以及對電流進行鉗位限制，增加了設(shè)計的復(fù)雜度與成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種無線終端模塊突發(fā)負載時的電源供電系統(tǒng)，用于解決類似于無線GSM/GPRS模塊一類的無線終端模塊突發(fā)負載的電源供電。
根據(jù)本發(fā)明的方法，一種無線終端模塊供電系統(tǒng)，用于給無線終端模塊供電，包括由一電量可變的蓄電電源和第一電容連接組成的一供電電源回路，所述電容與所述無線終端模塊并聯(lián)，在所述無線終端模塊突發(fā)負載時該電容可向該無線終端模塊提供電能。
優(yōu)化的還包括一外接電源裝置，該外接電源裝置包括一穩(wěn)壓電路，與外接電源輸入端相連，用于將外接電源適配成無線終端模塊所需的工作電源；一電壓判斷電路，也和外接電源輸入端相連，檢測外接電源輸入端的電壓信號并根據(jù)該電壓信號判斷是否有外接電源接入，若有，則輸出一控制信號；一開關(guān)，由兩個MOSFET組成，所述的兩個MOSFET的漏極接在一起，源極分別與蓄電電源和電容相連，柵極則合在一起與上述電壓判斷電路相連，工作時該開關(guān)接收所述的電壓判斷電路發(fā)送的控制信號并根據(jù)該控制信號在外接電源與蓄電電源之間進行切換。
進一步還包括一控制所述開關(guān)緩慢開啟的RC充電電路，該RC電路中的第二電容的兩端分別接在蓄電電源的正極和所述開關(guān)MOSFET的柵極，該電路的電阻通過上述MOSFET的柵極接地。
最好所述的蓄電電源為鋰電池。
最好所述的穩(wěn)壓電路為LDO(低輸出)穩(wěn)壓電路。
本發(fā)明的供電系統(tǒng)，通過設(shè)置后端加入的第一電容容值大，ESR值小，避免了終端設(shè)備在大功率發(fā)射時造成的過大的電壓跌落，利用RC電路的軟開關(guān)技術(shù)解決了上述后端加入的第一電容瞬間充電時造成的電流過沖現(xiàn)象，沒有用到單獨的電源管理芯片。


圖1是本發(fā)明實施方式供電系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖；圖2是GSM/GPRS模塊對GSM/GPRS突發(fā)脈沖的控制要求示意圖；圖3是本發(fā)明實施方式實現(xiàn)限流保障電路的示意圖；具體實施方式
為了本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好的理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖進一步描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。
在本發(fā)明中，所述蓄電電源可為一鋰電池，也可為氫電池或其他的蓄電裝置，本實施方式中，統(tǒng)一以電池為例說明本發(fā)明的設(shè)計思想，在以下描述中不再區(qū)分電池是鋰電池或氫電池，另外在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中后端加入電路中的電容是一超級電容，優(yōu)化的電容值在100～400mF之間，ESR值在50～80mΩ之間，下面就以超級電容為例詳述本發(fā)明的方法，請看圖1描述的本發(fā)明優(yōu)選實施方式供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，所述的供電系統(tǒng)包括三大部分1、電池供電電路，由電池連接超級電容對終端模塊電路供電；2、外接電源供電電路，連接LDO穩(wěn)壓電路，對終端模塊電路供電；3、電源切換、自關(guān)斷、限流電路，包括一開關(guān)和一電壓判斷電路，用于電源的切換，電池的自保護和防止進行兩路電源切換時可能引起的電容供電不足現(xiàn)象。
下面詳述各個部分的組成和功能，請再參看圖1所示電池和一個充電電路連接，該充電電路由外接電源對電池充電，這時對終端模塊電路的供電全部由外接電源實現(xiàn)，具體是由一開關(guān)實現(xiàn)的，在后詳述，另外，所述電池還和超級電容相連，形成一路供電電路，所述電池對超級電容充電，超級電容通過充電儲存適量的能量，當突發(fā)性負載有突發(fā)性電源需要時，由超級電容供出電流，保障系統(tǒng)對突發(fā)性電流的要求。具體的，當突發(fā)性負載接入時，儲能元件超級電容的輸出電壓是會有電壓跌落的，但由于本實施方式中加入的超級電容的容值大，ESR值很低，不僅可以提供突發(fā)性的大電流供電，而且由于電容的ESR值很小，能使突發(fā)性負載的供電電壓的變化脈沖保持在一定范圍內(nèi)，以此保障電壓跌落的幅度達到標準要求。
請看圖2描述的GSM/GPRS模塊對GSM/GPRS突發(fā)脈沖的控制要求示意圖，無線GSM/GPRS模塊對電源的要求一般為電源電壓3.3V～4.8V，發(fā)送數(shù)據(jù)時的突發(fā)電流(Transmit burst)可達到2A左右，而此時的電壓(VBATT+)不能低于3.3V(最小值min.3.3V)、電壓跌落應(yīng)在400mV以內(nèi)(電壓跌落最大值max.400mV)，當電壓跌落超過400mV時，無線GSM/GPRS模塊將不能正常工作。
本發(fā)明通過該超級電容供電電路，在無線終端模塊需要電源為其提供突發(fā)的電流供應(yīng)時，可以有效地將跌落電壓控制在200mV以內(nèi)，降低了電壓跌落對無線終端模塊不利的影響，明顯地改善了電池的供電效能，這對于利用電池供電的手持終端設(shè)備是非常重要的。
在本發(fā)明的實現(xiàn)方案中外接電源也是必不可少的，一方面需要對電池充電，如圖1標識的電池充電電路，可由一塊集成芯片組成，當電池需要充電時，由外接電源及時對其充電。另外，外接電源以及一穩(wěn)壓電路組成另一路電源供電電路，所述的穩(wěn)壓電路可為常用的LDO(Low dropout，低穩(wěn)壓電路)電路，這比較易于實現(xiàn)，由于通常電源都是和適配器相連，再接入電路的，因此，在本發(fā)明中敘述的外接電源均指經(jīng)過適配器輸出的電源，由于現(xiàn)有的經(jīng)過適配器的電源并不完全適合無線終端模塊的電路，在本發(fā)明中還加入了一個穩(wěn)壓電路，用于將上述的適配器電源轉(zhuǎn)換成終端電路所需的電源，下面進一步敘述本發(fā)明的實施方式，如上述提供了兩路可靠的電源，還需要一個電源切換電路在兩路電源之間有效切換，同時由于加入了超級電容，必須保證在給電容充電時不引起電池的過流自保護和防止進行兩路電源切換時可能引起的電容供電不足現(xiàn)象，本發(fā)明中還包括自關(guān)斷和限流電路，下面具體詳述。
參見圖1所示電路結(jié)構(gòu)說明電源電路切換，自關(guān)斷功能的實現(xiàn)圖1所示的開關(guān)可以由P溝道的MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)實現(xiàn)，具體的由兩個MOSFET組成，在實現(xiàn)時兩個MOSFET的漏極是接在一起的，這樣做的好處是防止了外接電源供電時電流回灌到電池，避免充電指示狀態(tài)出現(xiàn)錯誤，另外，兩個MOSFET的源極分別與電池和電容相連，柵極則合在一起與上述電壓判斷電路相連，正常供電時不需要有柵極電壓控制，電源電路切換由電壓判斷電路檢測是否有外接交流電源接入，如檢測到有所述的外接電源接入信號后，該電壓判斷電路輸出一控制信號給所述的開關(guān)，控制開關(guān)切斷電池電源，以保障接入外接電源后電路的供電全部由外部電源實現(xiàn)，由于電池不參與供電，可保證對電池充電的充電電路狀態(tài)指示的準確。
具體應(yīng)用中利用增加一個開關(guān)器件或采用一個電壓比較電路可以控制MOS開關(guān)的關(guān)斷，實現(xiàn)電池的自關(guān)斷，保證電池不會由于電壓過低而引起失效。
本實施方式中由于所述的超級電容的內(nèi)阻很小，所以在某些時刻會產(chǎn)生由于電容瞬間充電產(chǎn)生的大電流，引起電池的過流自保護，下面結(jié)合圖3所示電路結(jié)構(gòu)說明實現(xiàn)限流保障電路的工作原理，圖3中MOSFET開關(guān)和超級電容構(gòu)成一路RC充電電路，其中RS為電源內(nèi)阻，R1為MOSFET的RDS(on)，RC為超級電容的ESR，CS為超級電容的容值；限流保障電路由另一路R2，C1充電電路組成，該RC充電電路和開關(guān)、超級電容并聯(lián)，具體的，該RC電路中的電容C1的兩端分別接在蓄電電源的正極和所述開關(guān)MOSFET的柵極，該電路的電阻R2通過上述MOSFET的柵極接地，其限流保障原理在于根據(jù)電池的最大額定功率電流定出開關(guān)和超級電容一路的充電電流，使之不會引起電池的自保護，并計算出該超級電容RC充電電路的充電時間；以此時間為標準，設(shè)定另一路的R2，C1的值，以控制MOS開關(guān)的開啟時間，達到在給電容充電時不引起電池的過流自保護的目的。另一方面，為防止進行兩路電源切換時可能引起的電容供電不足現(xiàn)象，則要將外接電源的輸出調(diào)到合適的值，并同時兼顧控制開關(guān)的打開時間，控制開關(guān)的打開時間是通過調(diào)整R2，C1的值實現(xiàn)的，設(shè)計時需保證充電的反應(yīng)時間不要太長，以保障大功率發(fā)射且電源切換為電池供電時，電容能提供充足的電流而電壓跌落范圍不會掉到電路所需的工作電壓以下。
本發(fā)明應(yīng)用在無線PDA中或作為單一的無線調(diào)制解調(diào)裝置與PDA或筆記本配合使用，簡單、靈活、有效的解決了這一類電路的對供電、電源切換和限流等功能的需求。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，并不用于限制本發(fā)明的權(quán)利要求范圍，任何在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種無線終端模塊供電系統(tǒng)，用于給無線終端模塊供電，其特征在于包括由一電量可變的蓄電電源和第一電容連接組成的一供電電源回路，所述電容與所述無線終端模塊并聯(lián)，在所述無線終端模塊突發(fā)負載時該電容可向該無線終端模塊提供電能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線終端模塊供電系統(tǒng)，其特征在于還包括一外接電源裝置，該外接電源裝置包括一穩(wěn)壓電路，與外接電源輸入端相連，用于將外接電源適配成無線終端模塊所需的工作電源；一電壓判斷電路，也和外接電源輸入端相連，檢測外接電源輸入端的電壓信號并根據(jù)該電壓信號判斷是否有外接電源接入，若有，則輸出一控制信號；一開關(guān)，由兩個MOSFET組成，所述的兩個MOSFET的漏極接在一起，源極分別與蓄電電源和電容相連，柵極則合在一起與上述電壓判斷電路相連，工作時該開關(guān)接收所述的電壓判斷電路發(fā)送的控制信號并根據(jù)該控制信號在外接電源與蓄電電源之間進行切換。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無線終端模塊供電系統(tǒng)，其特征在于還包括一控制所述開關(guān)緩慢開啟的RC充電電路，該RC電路中的第二電容的兩端分別接在蓄電電源的正極和所述開關(guān)MOSFET的柵極，該電路的電阻通過上述開關(guān)MOSFET的柵極接地。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3任一項所述的無線終端模塊供電系統(tǒng)，其特征在于所述的蓄電電源為鋰電池。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無線終端模塊供電系統(tǒng)，其特征在于所述的穩(wěn)壓電路為LDO穩(wěn)壓電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無線終端模塊供電系統(tǒng)，用于給無線終端模塊供電，包括由一電量可變的蓄電電源和第一電容連接組成的一供電電源回路，所述電容與所述無線終端模塊并聯(lián)，在所述無線終端模塊突發(fā)負載時該電容可向該無線終端模塊提供電能。本發(fā)明由于在供電電路中加入了電容，避免了終端設(shè)備在大功率發(fā)射時造成的過大的電壓跌落，提高了電池的利用效能。
文檔編號H02J7/00GK1512642SQ0215919
公開日2004年7月14日 申請日期2002年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月30日
發(fā)明者耿靚, 程琳香, 孫國濱, 郭大偉, 于海峰, 宋建平, 高梅, 耿 靚 申請人:聯(lián)想(北京)有限公司