一种低功耗电源管理电路设计方案

方案选择

在使用手持机时候必须对电源进行有效的管理，节约电源，降低功耗，延长电池的寿命，常用电源管理方案有低功耗管理方案和系统断电管理方案。

1． 低功耗管理方案

低功耗方案即为在系统不需要测量的时候，让MCU处于深度睡眠，并且关闭FPGA的PLL时钟输出，并且采用三极管关闭液晶以及一些外围电路的电源，这样系统总电流理论上能小于1mA。但是激光测距仪长时间是处于未测量状态，即使电流非常小，时间累计也会消耗很多电流，造成电池使用时间缩短，这种方式显然不是最好的方式。

2． 系统断电管理方案

系统断电管理方案即为对整个系统电源进行自动控制，当系统未测距时间超过10s，那整个系统的供电系统就会关闭，这样整个系统消耗的电流几乎为0mA（电源管理的开关MOS管需要消耗微小的静态电流）。

综合上述两种因素，采用系统断电管理方案显得更加省电，更适合激光测距仪这种手持机。

1.1.2 总电源控制方案分析

整个电源管理电路由核心供电开关电路和电源转换电路组成，核心供电开关电路如图3.1所示。主要负责总电源的开启和关断，整个电路通过外部按键K3和MCU的管脚对电源实现控制。

电路分析主要分析整个电路工作流程，以及K3按键按下与弹起各个电路动作等。以及器件选型方法。

图3.1 9V电源管理电路

整个电路工作分为四个个阶段：K3按键未按下、K3按键按下、K3按键弹起、MCU续电10s。

1． K3按键未按下

当K3未按下时候，电池电源未导通，如图3.1所示，在图中标注点2的电压由于电阻R17下拉，此时为低电平，因此N沟道MOS管Q2处于关断状态，此时标注点3的电压由于电阻R14的上拉，此时为9V高电平，P沟道MOS管Q1处于关断状态，因此总电源SW_9V此时电压为0V，整个系统处于断电状态。

2． K3按键按下

当K3按键按下的时候，电池电源导通，标注点2的电压由于R16和R17分压，此时电压为4.5V，VGS=4.5V满足Q2管的导通电压，Q2管导通后，标注点3相当于接地，电压为0，VGS=-9V满足Q1管的导通电压，因此，当Q1管导通后SW_9V获得电池电源的9V电压，整个系统上电。

3． K3按键弹起

当系统上电后，MCU初始化完成后，立即对电路进行续电，即MCU输出PWR_CTL为高电平，当K3弹起后，电池通路断开，由于PWR_CTL为高电平，VGS=3V因此Q2管还是处于导通状态，Q1管也处于导通状态，因此，整个系统进入MCU续电状态。

4． MCU续电10s

MCU续电过程中通过MEAS_KEY持续检测K3是否按下，如果K3按下，开启新一次测量，那定时10s关机时间清零，重新定时10s。当10s内没有再次按下K3那MCU输出PWR_CTL为低电平，Q2管的VGS=0V，Q2管关断，此时标注点3由于上拉变回9V，Q3管的VGS=0V，Q3管也关断，SW_9V为0V，整个系统断电。

通过以上的4个步骤完成对总电源的智能管理，当整个系统断电的情况下，只有MOS管Q1和9V相接，由于Q1此时处于关断状态，整个系统耗电等于Q1此时的静态关断电流，由2SJ355数据手册得知，现在消耗电流小于10uA，因此，整个系统消耗电流是非常微小的，实现了超低功耗管理方案。

5． 关键器件选型

总电源开关电路中，最重要的为二极管D3，MOS管Q2选型，由于本设计中需要MCU输出高电平对Q2管进行续电，为了防止K3按键按下时候的4.5V高电平损害到MCU的IO口，因此需要加上二极管D3，当MCU需要输出高电平3.3V对Q2进行续电情况下，如果采用普通二极管，经过二极管后压降为0.7V，这样造成VGS=2.6V，不能完全打开一般的MOS管，因此，在本设计中，采用的是低压降0.3V的二极管MBR0520以及VGS=2.5V导通的MOS管2N7002。