一种便携式气体检测仪的电源设计

　　随着现代技术的发展,越来越多的设备都在向便携式方向发展,而便携式设备对电源的要求越来越高。人们发现现在的便携式电源存在着一些不便,往往不能满足用户在外出时遭遇突然情况下对设备的正常工作的要求。本文针对一种便携式气体检测仪表的应用要求给出了一种用于便携式设备的电源设计,要求该设备在市电和车载电源供电时均能正常工作,且在无外接电源时,由内部锂电池对系统供电。

　　1　便携式气体检测仪电源整体方案

　　由于便携式仪器的工作性质决定了其工作环境既可能是室内也可能是野外,所以要求设备在锂电池提供的5 V DC电源供电和外接市电220 V AC或车载12/24 V DC时,均能正常工作,并能够完成电源切换功能。在本设计中,采用两个外接电源接口。一个接口用于接220 V AC,另一个接口用于接12/24 V DC。当在市电或车载电源供电时,系统能够完成电源的自动切换功能,并为锂电池充电。整个便携式仪表的电源组成如图1所示[1]。

　　2　整流模块

　　本例中采用经典的整流电路模块,即采用桥式整流电路再加电容滤波[2]。通过设置线圈匝数使输出电压为12 V左右的直流电。电路图如图2所示。

　　3　电源切换电路

　　由于本例中的气体检测仪既要求可以采用锂电池供电,也可以在外接220 V AC或车载的12 V/24V DC的情况下工作。所以,需要有一个自动的切换开关,以便在外接电源时,能够自动的将供电电路切换,转为外接电源供电,锂电池处于充电状态。一旦检测到外部电源低于设备要求的最低工作电压,内部电池将自动切入,继续向设备供电。为减小电池切换开关上的压降,建议采用低导通电阻的P沟道MOSFET。电源切换电路如图3所示。

　　输入电源选择由Q1和T1组成。Q1受控于T1及外部元件构成的外部电源检测电路,Q2受控于T2及外部元件构成的外部电源检测电路,当系统无外部电源输入时,T1导通,Q1受控导通,系统由锂电池供电,T2截止,Q2截止,锂电池停止充电。当外部220VAC及12/24VDC输入时,外部检测电路检测到有电压输入,T1截止,Q1截止,系统由外部电源供电,经过LM2575稳压后,输入稳定的电压。

　　而此时,T2导通,Q2也受控导通。此时,外部电源在给系统供电的同时,也给锂电池充电[3]。

　　4　电源稳压模块

　　电源设计中,习惯用7805稳压块产生5 V电压。但7805的一个明显缺点,是效率比较低且当输入电压大于12 V时,发热会很厉害,最大的输入电压也只能到15 V左右。原因在于7805属于线性稳压,即如果输入12 V,就有7 V电压是完全的发热浪费掉,解决这个问题的有效方法是改用开关式的电源IC。LM2575系列开关稳压集成电路是美国国家半导体公司生产的1A集成稳压电路,它内部集成了一个固定的振荡器,只须极少外围器件便可构成一种高效的稳压电路,可大大减小散热片的体积,而在大多数情况下不需散热片;内部有完善的保护电路,包括电流限制及热关断电路等;芯片可提供外部控制引脚,是传统三端式稳压集成电路的理想替代产品。