- 相关推荐
生理状况监测系统电源管理模块设计
摘要：电源管理模块是生理状况监测系统持续工作、安全稳定的关键。本文针对生理状况监测系统各模块电压需求不同，设计了一个基于三种电源管理芯片的电源管理模块。该模块能实现不同电压之间的转换，为各个模块提供符合要求的工作电压，确保系统稳定、安全、可靠运行。
关键词：生理状况监测系统 电压转换 电源管理模块
引言
随着人们健康观念加深和无线通信技术的发展，生理状况监测作为一个新兴的产业，越来越受到人们关注。生理状况监测系统一般由中央处理模块、生理信息采集模块、无线通信模块和电源模块组成。其中电源模块尤为重要，其性能的好坏直接影响到整个系统的稳定性、散热性、持续性、可靠性和可恢复性。电源模块的设计思路在于利用有限的电能以有效的方式为系统供电，并管理系统电能消耗，最大限度地发挥系统的最高性能。本文通过对生理状况监测系统各模块工作电压、电流的分析，总结出系统对电压、电流、功耗等指标的需求，根据现有三类电源管理芯片，重点讨论电池的选择和电源管理模块设计，为生理状况监测系统各模块提供符合要求的工作电压，使系统能够稳定、安全、可靠、高效地工作。
一、生理状况监测系统电源管理模块设计
生理状况监测系统属于便携式电子产品，便携式设备处理器需要低电压、大电流供电，由于普遍采用电池供电，电池固定的电压、电流电容、体积和重量成为便携式电子产品设计的瓶颈。近年来，随着高能量密度的锂电池的发展，便携式电子产品逐步趋于使用锂电池作为系统电源，锂电池具有体积小、应用灵活、待机时间长、自放电率低、无记忆效应、无污染、反复充电、低成本等优点。
本文所述的生理状况监测系统由处理器模块、心电模块、呼吸模块、体温模块、血氧饱和度模块、体动模块和电源模块组成。如图1所示。
各模块的工作电压如表1所示。
本系统选用锂电池供电，根据各模块的工作电压和电流消耗，初步设定连续监测24小时，理论测算并结合实际使用，我们选择总容量为1500mAh，电压为3.6V的锂电池供电。
电源管理的关键在于根据系统需求确定电源管理芯片的种类以实现电源电压的转换。目前常见的电源管理芯片分为以下三类：低压差线性稳压器(LDO)、开关电源和电荷泵。低压差线性稳压器是通过输入电压控制电流源来控制输出电压。一般适用于对电流输出要求较低或小功率的应用场合。开关电源通过低电阻开关和磁存储单元，采用脉宽调制实现了较高的转换效率。与LDO相比，由于其转换效率高，开关电源发热少、散热简单。一般适用于需要大电流、大功率或高效率的应用场合。电荷泵通过开关阵列、振荡器和比较控制器实现电压提升。根据表1中各模块工作电压，结合三类电源管理芯片的特性，设计出系统电源模块，如图2所示。
本系统采用3.6V锂电池供电，而中心处理芯片和体动模块的工作电压为3.3V， 由于考虑低功耗和高效率的要求，采用TI公司的TPS76933实现3.6V到3.3V的转换。TPS76933是一款低功耗、低压降的线性稳压器，采用5引脚SOT-23(DBV)封装， 工作结温范围为-40℃～125℃，可固定输出3.3V的电压，100mA的静态电流，待机模式下只有1的损耗。设计电路如3所示。
心电、呼吸、体温和血氧饱和度模块需要5V的工作电压，采用Maxim公司的MAX756将3.6V电压提升为5V。MAX756是一款体积小、适用于低电压供电的CMOS步升DC-DC变换器。根据引脚电平高低的不同，可以输出3V或5V的电压。具体电路设计如图4所示。
心电和呼吸模块还需要一个-5V的电压，因此还需要一个电压反转器来实现+5V到-5V的变化，本系统采用了ME7660。ME7660是一款高转换精度、高转换效率的DC-DC电荷泵电压反转专用集成电路，其输入电压范围为1.5V～10V，当输入5V电压时，静态电流仅为90，且外围只需接两只低损耗电容，无需电感，体积小，使用方便，降低了电磁干扰。具体电路设计如图5所示。
二、结论
生理状况监测系统能否正常工作，电源管理模块是关键。针对生理状况系统各模块工作电压、电流不同，本文提出一种基于三种电源管理芯片的电源管理模块设计，实现了不同电压之间的抬升、下降以及翻转，为各个模块提供符合要求的工作电压，提高系统的稳定性、安全性和可靠性。
参考文献：
[1] 郑亚茹.无线躯体传感网络在井下搜救系统中的应用[D].辽宁：辽宁工程技术大学，2008.
[2] ME7660电荷泵电压反转器.http：//www.ic37.com/MICRON/ME7660_datasheet_1966145/ME7660_datasheet.html
[3] 3.3V/5V/Adjustable-Output，Step-UpDC-DCConverters.http：//www.datasheet5.com/download/MAX756/2083535/MAXIM
【生理状况监测系统电源管理模块设计】相关文章：
远程机房电源控制系统设计03-07
智能光模块通信系统设计11-22
烟气连续排放监测系统的设计03-07
基于PLD的嵌入式系统外存模块设计03-18
轨道交通监控系统联动模块设计论文11-20
网络状况动态感知反馈系统设计03-07
研究管理代理与监控模块通信设计03-18
基于AVR的嵌入式在线监测系统的设计11-22
消防设备电源监控系统概述12-04