一种供电电路和窄带物联网模块的制作方法

1.本实用新型涉及电路领域，尤其涉及一种供电电路和窄带物联网模块。


背景技术：

2.随着自动化、智能化和大数据等技术的普及，数据变的越发的重要，而需要采集的数据也变得更加多样。窄带物联网(narrow band internet of things，nb
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iot)自身具备的低功耗、广覆盖、低成本、大容量等优势，其广泛应用于多种垂直行业，如远程抄表、资产跟踪、智能停车、智慧农业等。
3.随着nb
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iot技术不断完善，其在智能仪表应用上越来越广泛。当前智能仪表主要通过碱电池供电，不可能像手机一样一天充一次电，长达一年以上的电池使用寿命是最基本的需要，在电池技术无法取得突破的前提下只能通过降低设备功耗来延长电池供电时间。当前智能仪表主要通过两种方式给nb
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iot模块供电，一种通过线性稳压(ldo)电源供电，另一种通过dcdc电源供电，两种供电方式各有优缺点。
4.当前智能仪表供电方案主要存在功耗大、电池利用率不高问题。使用ldo供电，电源纹波低，静态电流低，但转换效率不高，碱电池利用率低，电源输出不可控，需要额外增加电源控制电路来支持模块断电模式和psm模式。dcdc供电纹波较大，易对其他敏感电路产生干扰，静态电流大，仅断电模式可以使用，但使用电源转换效率较高，碱电池利用率高。
5.综上所述，需要提供一种不需要额外增加电源就能够支持断电模式和psm模式且干扰低的供电电路和窄带物联网模块。


技术实现要素：

6.为了在不增加额外电源的情况下实现支持断电模式和psm模式且降低干扰，本实用新型提出了一种供电电路和窄带物联网模块。
7.第一方面，本实用新型提出了一种供电电路，包括：电源芯片、第一滤波电路、第二滤波电路、储能电路、电压调节电路和控制电路；
8.所述控制电路与所述电源芯片连接，所述控制电路用于调节所述电源芯片的动态响应和工作模式；
9.所述电源芯片分别与所述第一滤波电路、储能电路和电压调节电路连接；
10.所述电压调节电路用于调节输出电压，所述电压调节电路与所述第二滤波电路连接。
11.优选地，所述第一滤波电路，包括：第一电容、第二电容和第三电容；
12.所述第一电容、第二电容和第三电容并联，其一端与输入电压以及所述电源芯片的vin引脚连接，另一端接地。
13.优选地，所述储能电路，包括：电感；
14.所述电感的一端与所述电源芯片的lx引脚连接，另一端与所述电源芯片的out引脚以及所述电压调节电路连接。
15.优选地，所述电压调节电路，包括：第一电阻、第二电阻和第四电容；
16.所述第一电阻的一端、第二电阻的一端和第四电容的一端均与所述电源芯片的fb引脚连接，所述第二电阻的另一端接地；所述第一电阻的另一端和第四电容的另一端均与所述储能电路以及所述第二滤波电路连接。
17.优选地，所述第二滤波电路，包括：第五电容、第六电容和第七电容；
18.所述第五电容、第六电容和第七电容并联，其一端与所述电压调节电路连接，另一端接地。
19.优选地，所述控制电路包括：第一控制引脚、第二控制引脚、第三电阻和第四电阻；
20.所述第三电阻的一端与所述电源芯片的en引脚以及所述第一控制引脚连接，所述第四电阻的一端与所述电源芯片的stb引脚以及所述第二控制引脚连接，所述第三电阻的另一端和第四电阻的另一端均接地。
21.优选地，所述第一电容为电解电容，用于滤除输入电压的低频信号干扰和储能。
22.优选地，所述第二电容和第三电容均为陶瓷电容，用于滤除输入电压中频和高频信号的干扰。
23.优选地，所述电源芯片的型号为syv871。
24.第二方面，本实用新型提出了一种窄带物联网模块，包括上述的供电电路。
25.本实用新型的优点在于：在dcdc供电方式的基础上，增加电源芯片和控制电路，能够调节电源芯片的动态响应并控制工作模式，从而实现断电模式和psm模式的兼容，不需要额外增加电源；通过第一滤波电路和第二滤波电路降低干扰。
附图说明
26.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方案的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用同样的参考符号表示相同的部件。
27.在附图中：
28.图1是本实用新型提出的一种供电电路的示意图；
29.图2是本实用新型提出的一种供电电路的连接示意图；
30.图3是本实用新型提出的另一种供电电路的示意图。
31.附图标记说明
32.100电源芯片
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r3第三电阻
33.200第一滤波电路
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r4第四电阻
34.300储能电路
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c1第一电容
35.400电压调节电路
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c2第二电容
36.500第二滤波电路
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c3第三电容
37.600控制电路
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c4第四电容
38.700单片机
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c5第五电容
39.l1电感
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c6第六电容
40.r1第一电阻
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c7第七电容
41.r2第二电阻
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gnd接地端
42.nb_pwr_en第一控制引脚
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nb_pwr_stb第二控制引脚
具体实施方式
43.下面结合参照附图对本实用新型的示例性实施方式作进一步的说明。虽然附图中显示了本实用新型的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本实用新型，并且能够将本实用新型的范围完整地传达给本领域的技术人员。
44.下面将结合附图对本实用新型实施例进行详细描述。
45.第一方面，本实用新型提出一种供电电路，如图1所示，包括：电源芯片100、第一滤波电路200、第二滤波电路500、储能电路300、电压调节电路400和控制电路600。控制电路600与电源芯片100连接，控制电路600用于调节所述电源芯片100的动态响应和工作模式；电源芯片100分别与第一滤波电路200、储能电路300和电压调节电路400连接。电压调节电路400用于调节输出电压，电压调节电路400与第二滤波电路500连接。工作模式包括断电模式、psm模式和正常通讯模式。
46.如图2所示，第一滤波电路200，包括：第一电容c1、第二电容c2和第三电容c3。第一电容c1、第二电容c2和第三电容c3并联，其一端与输入电压以及电源芯片100的vin引脚连接，另一端接地gnd。第一电容c1可以为电解电容，选用大容量uf级电容，用于滤除输入电压的低频信号干扰和储能。第二电容c2和第三电容c3均可以为陶瓷电容，一般选择nf和pf级电容，用于滤除输入电压中频和高频信号的干扰。
47.如图2所示，储能电路300，包括：电感l1。电感l1的一端与电源芯片100的lx引脚连接，另一端与电源芯片100的out引脚以及电压调节电路400连接。储能电路300用于在电源芯片100内部的mos管导通时，通过电感l1储能，在电源芯片100内部的mos管断开时，通过电感l1所储存的能量为负载供电。电源芯片100的型号可以为syv871。
48.如图2所示，电压调节电路400，包括：第一电阻r1、第二电阻r2和第四电容c4。第一电阻r1的一端、第二电阻r2的一端和第四电容r1的一端均与电源芯片100的fb引脚(引脚4)连接，第二电阻r2的另一端接地gnd。第一电阻r1的另一端和第四电容r1的另一端均与储能电路300以及第二滤波电路500连接。电源芯片100的输出电压通过电压调节电路400中串联的第一电阻r1和第二电阻r2后分压连接到电源芯片100的反馈端(fb引脚)。第四电容c4和第一电阻r1并联，通过调节第一电阻r1和第二电阻r2的分压比来调节输出电压。
49.如图2所示，第二滤波电路500，包括：第五电容c5、第六电容c6和第七电容c7。第五电容、第六电容和第七电容并联，其一端与电压调节电路400连接，另一端接地gnd。第五电容c5可以为10uf至220uf的陶瓷电容或电解电容，用于滤波和稳压。第六电容和第七电容均可以为陶瓷电容，用于滤除输出电压的中频和高频信号的干扰。通过第二滤波电路500降低电源芯片100在开关过程中的电源波纹。
50.如图2所示，控制电路600包括：第一控制引脚、第二控制引脚、第三电阻r3和第四电阻r4。第三电阻r3的一端与电源芯片100的en引脚以及第一控制引脚nb_pwr_en连接，第四电阻r4的一端与电源芯片100的stb引脚以及第二控制引脚nb_pwr_stb连接，第三电阻r3的另一端和第四电阻r4的另一端均接地gnd。控制电路600中的第三电阻r3和第四电阻r4均为下拉电阻，能够解决第一次上电系统过冲的问题，降低后端nb
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iot模块损坏的风险。
51.如图3所示，本技术的实施方式还包括单片机700，用于控制电源芯片100。单片机700与电源芯片100连接，单片机700通过第一控制引脚和/或第二控制引脚发送控制信号至电源芯片100，控制电源芯片100的动态响应以及控制输出电压。
52.本技术的实施方式通过控制电源芯片100的动态响应，达到降低功耗目的，能够提升电池利用率。在输入端和输出端均配置了并联不同级别电容的第一滤波电路200和第二滤波电路500，极大的提升了抗干扰性和稳定性都。输出电压可控、不需要增加额外电源控制电路，成本比较低。电压调节电路400使得输出电压可调节，适用各种nb
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iot模块。
53.电源输出可控，支持正常通讯模式、断电模式和psm模式，不需要额外的电源控制电路，硬件成本较低；后端的nb
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iot模块电路异常时可通过关闭输出来降低功耗。
54.在电源输入端的第一滤波电路200中增加大容量电解电容，能够解决碱电池输出能力不足的问题，适用低温应用的场景，电池使用效率较高，大大提升电池利用率。通过合理布局同时增加滤波电容，能够减小对其他电路影响。
55.下面，对本技术实施例进行进一步说明。
56.单片机700与电源芯片100的io接口连接，用于控制电源芯片100切换状态。单片机700的nb
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en引脚与电源芯片100的引脚6；单片机700的nb
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stb引脚与电源芯片100的引脚5连接。单片机700的nb
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en引脚还通过控制电路600的第三电阻r3接地gnd，nb
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stb引脚还通过控制电路600的第四电阻r4接地gnd。
57.单片机700的nb
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en引脚控制电源芯片100的输出，nb
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stb引脚控制电源芯片100的动态响应。正常通讯模式为，当智能仪表需要通过nb
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iot模块上传数据时，单片机700同时拉高nb
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en引脚和nb
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stb引脚，提高电源芯片100的动态响应，满足通讯过程中大电流的需求，提升电源稳定性。psm模式为，当完成数据上传后，通过单片机700拉低nb
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stb引脚，降低电源芯片100的动态响应，使nb
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iot模块进入psm模式，降低nb
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iot模块的功耗，同时由于电源芯片100本身的静态功耗降低，从而能够进一步降低系统(智能仪表)的功耗。断电模式为，当nb
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iot模块因外部因素导致异常唤醒时，通过拉低单片机的nb
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en管脚，关闭电源芯片100的输出，使系统进入断电模式，从而解决唤醒后产生功耗的问题，达到降低功耗目的，提升系统的稳定性。
58.本技术的实施方式中，第一电容c1还能够使用大容量法拉电容。使用大容量法拉电容，一方面可以解决碱电池输出能力不足问题，另一方面可以为其他电路模块供电，比如阀门模块、mcu模块，可以在无碱电时，支持系统继续工作一段时间，但是成本较高。
59.第二方面，本实用新型提出一种窄带物联网模块，包括上述的供电电路。
60.本实施例的益处在于，在dcdc供电方式的基础上，增加电源芯片和控制电路，能够调节电源芯片的动态响应并控制工作模式，从而实现断电模式和psm模式的兼容，不需要额外增加电源；通过第一滤波电路和第二滤波电路降低干扰。使用dcdc供电方案，电源转换效率达90％以上，解决了现有碱电池利用率不高问题。电源芯片100在现有技术上增加stb控制管脚，通过调整电源芯片的动态响应来达到降低静态功耗的目的，同时支持断电模式和psm模式。在电源输入端的第一滤波电路200中并联大容量电解电容，解决碱电池输出能力不足的问题，适用温度较低的场景，同时提升碱电池使用效率。通过单片机700的io口控制电源芯片100的动态响应速度，在低功耗的情况下通过降低电源芯片100的动态响应来减小静态电流，在大功耗(启动通讯)的情况提升电源芯片100的动态响应来满足性能需求，解决
现有技术静态功耗大的问题。通过单片机700的io口控制单片机的电源输出，当后端nb
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iot的模块出现异常可以关断输出以达到降低系统功耗的目的，进一步提升电池利用率。通过电压调节电路400中的反馈电阻调节输出电压，适用各种nb
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iot模块，硬件方案简单，成本低。
61.本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型所作的举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。