專利名稱：一種紅外熱像儀的電源充電管理電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種紅外手持電子設備的電源管理方案，屬于電子技術領域，特別是非制冷手持紅外設備電源技術領域。
背景技術：
非制冷手持紅外熱像儀核心部件為非制冷紅外焦平面陣列(UFPA)，非制冷紅外焦平面陣列(UFPA)屬于第二代紅外成像器件，它具有結構簡單、工作穩(wěn)定、噪聲等效溫差小、 靈敏度高、不需制冷系統(tǒng)等優(yōu)點。非制冷紅外焦平面陣列(UFPA)基于微測輻射熱計原理，是利用紅外輻射引起熱敏像元溫度上升，導致自身阻值變化，改變讀出電壓值，從而探測目標溫度特性。因此，熱敏像元的性能將直接影響非制冷紅外焦平面的探測靈敏度，只有盡量使用非制冷紅外焦平面陣列所有像元溫度保持在均勻、恒定的溫度下，才能從根本上提高非制冷紅外焦平面的探測靈敏度，抑制由此引起的工作點漂移，所以要使測試系統(tǒng)的測試結構精確，溫度控制就成了非制冷紅外探測器必需的模塊。非制冷紅外焦平面陣列(UFPA)的溫度平面采用帕爾貼熱電制冷器(TEC)模塊。由于半導體致冷器是利用半導體材料的珀爾帖效應制成的。TEC的加熱與致冷由通過它的電流方向和大小來決定。實際使用中，溫度控制系統(tǒng)通常采用的方法是根據(jù)PID控制系統(tǒng)，使用開關電源驅(qū)動H橋電路，來改變通過TEC的電流達到加熱與制冷的效應。但是由于TEC 本身存在著溫控“死區(qū)”，盡管TEC表面處在ー個溫差極小的平面，通過它的電流也是一直在進行著大小與方向的改變。開關電源轉(zhuǎn)換頻率以及TEC電流控制的振蕩都會給非制冷紅外探測器帶來的模擬噪聲將大大影響紅外探測器的模擬輸出，加大了電路的RMS噪聲。同時溫度控制器，在初始階段，將產(chǎn)生極大的電流(0. 2A-3A)，一方面有可能影響成像系統(tǒng)的電源供應，另一方面在電源保護上，若兼顧TEC電流則有可能對成像系統(tǒng)部分缺乏有效的保護，存在短路無保護的隱患。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決非制冷手持紅外熱像儀的電源降噪以及電源保護的問題。本發(fā)明的技術方案為ー種紅外熱像儀的電源充電管理電路，包括電源分流模塊、 電流驅(qū)動模塊、電池組、電源控制模塊、溫度控制系統(tǒng)和成像控制系統(tǒng)，所述電池組有兩組， 分別為電池組I和電池組II，所述電源分流模塊具有三個輸出端，第一輸出端與電源控制模塊連接，第二、第三輸出端則分別通過ー個電流驅(qū)動模塊與電池組I和電池組II連接，電池組I和電池組II的輸出端與電源控制模塊連接，由電源控制模塊控制溫度控制系統(tǒng)和成像控制系統(tǒng)的供電，當?shù)谝惠敵龆擞须娏鲄?，電池組I和電池組II不輸出電流；當?shù)谝惠敵龆藳]有電流時由電池組I對成像控制系統(tǒng)供電，電池組II對溫度控制系統(tǒng)供電；溫度控制系統(tǒng)不需供電時，電池組I和電池組II同時為成像控制系統(tǒng)供電。
進一步地，所述電池組I和電池組II之間設置有使電池組II單向連通電池組I的
二極管。進一步地，所述電池組I和電池組II上還連接狀態(tài)控制模塊。進一步地，所述的狀態(tài)控制模塊為滯環(huán)比較器。進一步地，所述電池組I和電池組II均為內(nèi)部具有溫度傳感器的鋰電池。使用時，外接快速充電電源，分別給電流驅(qū)動模塊IC1、IC2供電，通過IC1、IC2設置充電電流，對電池組I、電池組II進行充電。根據(jù)系統(tǒng)使用的電池設置充電電流，且?guī)в袖囯姵貎?nèi)部溫度傳感器，保證電池安全。在無外接充電電源的情況下，ICl，IC2不工作，減少系統(tǒng)消耗。為了避免兩電池組出現(xiàn)高低電平，產(chǎn)生電池內(nèi)消耗，兩電池組間做了隔離效應。電源控制模塊的工作原理為正常情況下，電池組I給成像控制系統(tǒng)供電，電池組 II給溫度控制系統(tǒng)供電，當溫度控制系統(tǒng)在進行溫控調(diào)整的時候，電池組II的輸出電壓明顯低于電池組I，保證了電池組II的輸出振蕩不會帶入成像控制系統(tǒng)。在溫度控制系統(tǒng)穩(wěn)定后，電池組I、電池組II輸出電平一致，允許電池組II與電池組I同是給成像控制系統(tǒng)進行供電，但是電池組I始終只給成像控制系統(tǒng)進行供電，保證了成像控制系統(tǒng)的低噪聲，高穩(wěn)定性，又能加大設備儲備電量，加強整個系統(tǒng)續(xù)航能力。電池電量低時，插上充電器，直接給整個系統(tǒng)供電，同時，通過分流模塊分別給兩個電池組充電。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點
本發(fā)明采用組合電池組的方式控制不同部分系統(tǒng)的電源供應。在非制冷手持紅外熱像儀中，區(qū)別地對溫度控制系統(tǒng)和成像控制系統(tǒng)供電，并且能夠保證不同功耗模塊的保護。在系統(tǒng)方面，能夠?qū)囟瓤刂葡到y(tǒng)給成像系統(tǒng)帶來的噪聲降到最小，同時對電池組能夠進行統(tǒng)一充放電，不會造成不同電池組壽命的不一致，也完成了系統(tǒng)對電源模塊的統(tǒng)一控制。


圖1是電源管理方案框架圖； 圖2是滯環(huán)比較器電路圖3是滯環(huán)比較器工作狀態(tài)圖； 圖4是電源上電控制圖。
具體實施例方式下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明的技術方案進行清楚、完整地描述。一種紅外熱像儀的電源充電管理電路，包括電源分流模塊、電流驅(qū)動模塊、電池組、電源控制模塊、溫度控制系統(tǒng)和成像控制系統(tǒng)，所述電池組有兩組，分別為電池組I和電池組II，所述電源分流模塊具有三個輸出端，第一輸出端與電源控制模塊連接，第二、第三輸出端則分別通過一個電流驅(qū)動模塊與電池組I和電池組II連接，電池組I和電池組II 的輸出端與電源控制模塊連接，由電源控制模塊控制溫度控制系統(tǒng)和成像控制系統(tǒng)的供電，當?shù)谝惠敵龆擞须娏鲿r，電池組I和電池組II不輸出電流；當?shù)谝惠敵龆藳]有電流時 由電池組I對成像控制系統(tǒng)供電，電池組II對溫度控制系統(tǒng)供電；溫度控制系統(tǒng)不需供電時，電池組I和電池組II同時為成像控制系統(tǒng)供電。圖1是本方案的框架圖。一般的手持設備包括充電部分、電池組、統(tǒng)一用電系統(tǒng)，
4并沒有特別的要求，但是作為非制冷手持紅外設備來說，它的溫度控制模塊與其他用電模塊式可以分離的。而且同用電模式來說，非制冷紅外探測器的溫度控制模式均是要通過開關電源的模式來使TEC保持在一個極小的溫度波動范圍內(nèi)。同吋，在溫度控制器初始工作階段，TEC電流范圍為0. 2A 3A，這個過程將對其他低功耗用電系統(tǒng)產(chǎn)生極大的影響，甚至會損壞低功耗元件。本方案通過優(yōu)化電源模塊分離的模式來完成溫控模塊與其他模塊的用電。如圖1所示，方案包括兩組電池組，并采用分別充電的模式來保證各電池組充分充電。 兩電池組通過電源控制模塊完成分路限流保護，電池組I只給低功耗的主系統(tǒng)供電，電池組II在TEC進入溫度穩(wěn)定后，同時給TEC和主系統(tǒng)供電，達到電池組統(tǒng)ー放電，不會出現(xiàn)個別損耗的問題。而兩電池組是通過統(tǒng)ー的狀態(tài)控制模塊來指示電池電量，電池充電狀態(tài)或充電完成。圖2是雙電池組中充電狀態(tài)或充電完成的狀態(tài)控制模塊控制器。該控制器是由滯環(huán)比較器來完成，通過比較兩電池組電量是否低于基準電壓來判斷兩電池組是滿電量、低電量、充電中、充電完成。電池滿電量電壓是8. 4V，低電量狀態(tài)是7. 2V (充電電池型號為兩節(jié)三洋18650鋰電池)，通過系統(tǒng)取一基準源為3. 15V，無論電池處于高電量還是低電量狀態(tài)均能保證基準源的精準輸出。電池組的最高電量通過電阻網(wǎng)絡完成分壓輸入滯環(huán)比較器，在無外接電源的情況下，當電池組電量由高向低至低于7. 2V吋，滯環(huán)比較器輸出由低變高，指示電量不足；在有外接電源的情況下，當電池電量由低向高増加在達到8. 4V前，滯環(huán)比較器保持高輸出，當電池組電量大于8. 4V吋，滯環(huán)比較器輸出由高跳低并一直保持低直到不接外接電源。圖3為本方案中滯環(huán)比較器的工作示意圖。在外接電源的前提下，滯環(huán)比較器的工作方式為虛線箭頭向右的工作曲線，即當電池電量為充滿，滯環(huán)比較器一直輸出高，一旦電池電量充滿，滯環(huán)比較器輸出低，并保持；在無外接電源的情況下，滯環(huán)比較器的工作方式是沿虛線箭頭向左的工作曲線，在電池電量未降到7. 2V前，滯環(huán)比較器一直輸出低，一旦電池電量低于7. 2V，滯環(huán)比較器輸出變高。圖4為本方案的電源控制模塊的工作示意圖。兩電池組間使用ニ極管的單向?qū)ㄐ苑乐闺姵亟M內(nèi)消耗。在電池組II輸出端單向連通電池組I，當TEC進行溫度調(diào)節(jié)吋，電池組II出現(xiàn)壓降，電池組I保持平穩(wěn)電壓狀態(tài)，從而避免電池組II的開關噪聲進入成像控制系統(tǒng)。在溫度控制進入平穩(wěn)狀態(tài)好，電池組II經(jīng)過濾波單向?qū)ㄅc電池組I向成像控制系統(tǒng)供電，使電池組電量統(tǒng)ー消耗。本方案中另外ー個特點就是對TEC溫度控制模塊的控制， 在系統(tǒng)達到熱平衡的狀態(tài)下，可以切斷TEC供電系統(tǒng)，達到低噪控制。具體實現(xiàn)方式是，初始默認控制信號為低，開關打上路則上電即帶溫度控制器，控制信號與開關則做雙線控制。
權利要求
1.一種紅外熱像儀的電源充電管理電路，包括電源分流模塊、電流驅(qū)動模塊、電池組、 電源控制模塊、溫度控制系統(tǒng)和成像控制系統(tǒng)，其特征在于所述電池組有兩組，分別為電池組I和電池組II，所述電源分流模塊具有三個輸出端，第一輸出端與電源控制模塊連接， 第二、第三輸出端則分別通過一個電流驅(qū)動模塊與電池組I和電池組II連接，電池組I和電池組II的輸出端與電源控制模塊連接，由電源控制模塊控制溫度控制系統(tǒng)和成像控制系統(tǒng)的供電，當?shù)谝惠敵龆擞须娏鲿r，電池組I和電池組II不輸出電流；當?shù)谝惠敵龆藳]有電流時由電池組I對成像控制系統(tǒng)供電，電池組II對溫度控制系統(tǒng)供電；溫度控制系統(tǒng)不需供電時，電池組I和電池組II同時為成像控制系統(tǒng)供電。
2.根據(jù)權利要求1所述的紅外熱像儀的電源充電管理電路，其特征在于所述電池組 I和電池組II之間設置有使電池組II單向連通電池組I的二極管。
3.根據(jù)權利要求1所述的紅外熱像儀的電源充電管理電路，其特征在于所述電池組 I和電池組II上還連接有滯環(huán)比較器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種紅外熱像儀的電源充電管理電路，包括電源分流模塊、電流驅(qū)動模塊、電池組、電源控制模塊、溫度控制系統(tǒng)和成像控制系統(tǒng)，所述電池組有兩組，分別為電池組Ⅰ和電池組Ⅱ，所述電源分流模塊具有三個輸出端，第一輸出端與電源控制模塊連接，第二、第三輸出端則分別通過一個電流驅(qū)動模塊與電池組Ⅰ和電池組Ⅱ連接，電池組Ⅰ和電池組Ⅱ的輸出端與電源控制模塊連接，由電源控制模塊控制溫度控制系統(tǒng)和成像控制系統(tǒng)的供電。主要用于紅外熱像儀的電源充電管理。
文檔編號H02J7/00GK102545333SQ20121000953
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月13日 優(yōu)先權日2012年1月13日
發(fā)明者劉子驥, 勞常委, 楊書兵, 鄭興, 黃澤武 申請人:電子科技大學