一种电力抄表集中器用后备电源 - 佰腾专利检索

摘要:

本实用新型公开了一种电力抄表集中器用后备电源电路,包括主电源、MCU、超级电容组、单向限流电路、电压采集电路、切换电路。所述单向限流电路接设于所述主电源和超级电容组之间;所述电压采集电路接设于所述超级电容组和所述MCU之间;所述切换电路接设在所述超级电容组和MCU之间。所述的电力抄表集中器用后备电源采用超级电容组技术方案,无需额外设计充电管理电路,简化了硬件设计,且寿命长、充放电次数多、充放电时间短、无记忆效应、温度范围宽。 - 佰腾专利检索

申请号: CN201521059153.X 专利名称: 一种电力抄表集中器用后备电源 申请(专利权)人: [华立科技股份有限公司] 发明人: [郑霞明] 其他信息:
1.一种电力抄表集中器用后备电源,其特征在于:包括MCU、电源转换模块、超级电容组、单向限流电路、电压采集电路、切换电路;所述电源转换模块,与主电源连接,用于在所述主电源供电情况下,为所述MCU提供工作电源; 所述单向限流电路接设于所述主电源和超级电容组之间,用于以限定电流向所述超级电容组充电; 所述电压采集电路接设于所述超级电容组和MCU之间,用于采集超级电容组两端电压并输出至MCU的AD接口; 所述切换电路接设在所述超级电容组和MCU之间,用于根据所述MCU输出的控制信号,接通或切断所述超级电容组对外部负载的供电通路。 2.根据权利要求1所述的一种电力抄表集中器用后备电源,其特征在于:所述切换电路接入所述超级电容组,且包括:第一开关器件,接收所述MCU的控制信号,进一步对后级电路造成通断控制;上拉器件,连接所述第一开关器件,以将其通断得出的第一电压提升或衰减至第二电压;第二开关器件,根据所述的第一电压和第二电压的电压差值,接通或切断所述超级电容组对外部负载的供电通路。 3.根据权利要求2所述的一种电力抄表集中器用后备电源,其特征在于:所述第二开关器件为MOS开关。 4.根据权利要求3所述的一种电力抄表集中器用后备电源,其特征在于:所述MOS开关的漏极D作为电源输出端,同时与外部负载和所述主电源连接。 5.根据权利要求4所述的一种电力抄表集中器用后备电源,其特征在于:在所述外部负载和所述电源输出端之间,接设有DC-DC模块,以提供外部负载所需电压。 6.根据权利要求1所述的一种电力抄表集中器用后备电源,其特征在于:所述超级电容组由多个串联的超级电容以及与所述超级电容分别并联的多个电阻组成。 7.根据权利要求6所述的一种电力抄表集中器用后备电源,其特征在于:所述超级电容的型号为8F/2.7V。 8.根据权利要求1所述的一种电力抄表集中器用后备电源,其特征在于:还包括与所述主电源连接的工作电源,用于在主电源断电的情况下,为所述MCU提供工作电压。
< p > 一种电力抄表集中器用后备电源 < /p > < p > 技术领域 < /p > < p > 本实用新型涉及电测量技术领域,更特定而言之,涉及一种电力抄表集中器用后备电源,尤其涉及一种应用超级电容组的后备电源。 < /p > < p > 背景技术 < /p > < p > 电力抄表集中器作为用电信息采集系统中的现场用电信息采集装置,必须能及时、准确地采集到各种运行状态,包括在交流电压停电情况下,能将信息及时告知远程管理系统。因此电力抄表集中器必须具备后备供电电源,传统的后备电源一般为干电池或者可充电电池。这种方案有几大缺点:成本高,单节电池至少人民币3元以上;充电时间长、寿命短;在频繁停电且停电时长小的情况下,可用性低;需要设计专用充电管理电路,既增加了成本也增加电路复杂度。 < /p > < p > 发明内容 < /p > < p > 针对现有技术的不足之处,本实用新型提供一种电力抄表集中器用后备电源,包括MCU、电源转换模块、超级电容组、单向限流电路、电压采集电路、切换电路;所述电源转换模块,与主电源连接,用于在主电源供电情况下,为所述MCU提供工作电源; < /p > < p > 所述单向限流电路接设于所述主电源和超级电容组之间,用于以限定电流向所述超级电容组充电; < /p > < p > 所述电压采集电路接设于所述超级电容组和MCU之间,用于采集超级电容组两端电压并输出至MCU的AD转换接口; < /p > < p > 所述切换电路接设在所述超级电容组和MCU之间,用于根据所述MCU输出的控制信号,接通或切断所述超级电容组对外部负载的供电通路。 < /p > < p > 作为优选的,所述切换电路接入所述超级电容组,且包括:第一开关器件,接收所述MCU的控制信号,进一步对后级电路造成通断控制;上拉器件,连接所述第一开关器件,以将其通断得出的第一电压提升或衰减至第二电压;第二开关器件,根据所述的第一电压和第二电压的电压差值,接通或切断所述超级电容组对外部负载的供电通路。 < /p > < p > 作为优选的,所述第二开关器件为MOS开关。 < /p > < p > 作为优选的,所述MOS开关的漏极D作为电源输出端,同时与外部负载和所述主电源连接。 < !-- SIPO < DP n="1" > -- > < /p > < p > 作为优选的,在所述外部负载和所述电源输出端之间,接设有DC-DC模块,以提供外部负载所需电压。 < /p > < p > 作为优选的,所述超级电容组由多个串联的超级电容以及与所述超级电容分别并联的多个电阻组成。 < /p > < p > 作为优选的,所述超级电容组的型号为8F/2.7V。 < /p > < p > 作为优选的,还包括与所述主电源连接的工作电源,用于在主电源断电的情况下,为所述MCU提供工作电压。 < /p > < p > 本实用新型一种电力抄表集中器用后备电源采用超级电容组设计,无需额外设计充电管理电路,简化了硬件设计;超级电容与电池相比具有以下优点:超长寿命、充放电次数多、充放电时间短、对充电电路要求简单、无记忆效应、温度范围宽。 < /p > < p > 附图说明 < /p > < p > 附图是用来提供对本实用新型的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型,但并不构成对本实用新型的限制。 < /p > < p > 图1为本实用新型一种电力抄表集中器用后备电源的一个较佳实施例原理示意图。 < /p > < p > 图2为本实用新型一种电力抄表集中器用后备电源的一个较佳实施例电路图。 < /p > < p > 具体实施方式 < /p > < p > 以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。应当理解的是,此处提实施方式仅用于说明和解释本实用新型,并不构成对本实用新型的限制。 < /p > < p > 参照图1,一种电力抄表集中器用后备电源,包括MCU、电源转换模块、超级电容组、单向限流电路、电压采集电路、切换电路;所述电源转换模块,与主电源连接,所述单向限流电路接设于所述主电源和超级电容组之间;所述电压采集电路接设于所述超级电容组和MCU之间;所述切换电路接设在所述超级电容组和MCU之间。 < !-- SIPO < DP n="2" > -- > < /p > < p > 在一个实施例中,所述MCU选用通用型号,如AT89C51单片机。 < /p > < p > 图2给出了所述单向限流电路的一个较佳实施例,所述单向限流电路由二极管D2和限流电阻R1串联组成。 < /p > < p > 图2给出了所述电压采集电路的一个较佳实施例,所述电压采集电路由分压电阻R4和R5组成,并且在电阻R5两端设置旁路电容C3,其输出端AD接入到MCU的AD转换接口,转换成数字信号,MCU根据采集的R5两端的电压,计算出超级电容组两端的电压V0。 < /p > < p > 在一个较佳的实施例中,所述切换电路接入所述超级电容组第一开关器件(较佳选用双极型晶体管),接收所述MCU的控制信号,进一步对后级电路造成通断控制;上拉器件(较佳选用电阻),连接所述第一开关器件,以将其通断得出的第一电压提升或衰减至第二电压;第二开关器件(较佳选用MOS场效应管),根据所述的第一电压和第二电压的电压差值,接通或切断对外部负载的供电通路。 < /p > < p > 图2给出了所述切换电路的一个较佳实施例,所述的切换电路由电阻R7,双极型晶体管Q1、上拉电阻R6,MOS开关FET组成。双极型晶体管Q1的基极通过电阻R7连接于MCU的一个I/O接口,其集电极与MOS开关FET的栅极G连接,并通过上拉电阻R6连接至超级电容组和MOS开关FET的栅极S。所述MOS开关的漏极D作为电源输出端,同时与外部负载和所述主电源连接。FET选择P沟道增强型MOS开关。当所述切换电路的CTL端接收到高电平时,Q1导通,MOS开关FET的栅极G为低电平,因为UG<US,所以FET导通,接通超级电容组对外部负载的供电通路;当CTL端接收到低电平时,Q1截止,FET栅极G电压与源极S电压相等,即UG=US,所以FET截止,切断所述超级电容组对外部负载的供电通路。 < /p > < p > 在一个较佳的实施例中,在所述外部负载和所述电源输出端之间,接设有DC-DC模块,以提供外部负载所需电压。 < /p > < p > 在一个较佳的实施例中,所述超级电容组由2个串联的超级电容C1、C2以及与C1、C2分别并联的2个电阻R2、R3组成。 < /p > < p > 在一个较佳的实施例中,所述超级电容C1、C2的型号为8F/2.7V。 < /p > < p > 在一个较佳的实施例中,所述后备电源还包括与所述主电源连接的工作电源,用于在主电源断电的情况下,为所述MCU提供工作电压。 < /p > < p > 在一个较佳实施例中,主电源优选的由市电供电。 < /p > < p > 上述具体实施例工作原理如下: < /p > < p > 所述后备电源冷启动,主电源由市电供电,一方面通过电源输出端直接为外部负载供电;同时,通过电源转换模块给MCU供电;同时,通过单向限流电路以限定电流向超级电容组充电;同时,通过MOS开关反向向超级电容组充电;此时,电压采集电路实时采集的超级电容组两端电压V0在逐渐增大,MCU比较超级电容组两端电压V0和外部负载最低输入电压V1,当V0大于或等于V1,MCU输出控制信号控制所述切换电路接通所述超级电容组对外部负载的通路;当主电源断电时,超级电容组通过切换电路立即向外部负载供电,实现主电源和后备电源的无缝转换供电;由于超级电容组向外部负载供电,导致其两端电压V0逐渐减小,当V0小于V1时,MCU通过输出控制信号控制切换电路切断所述超级电容组对外部负载的通路,防止因电压过低引起MCU内程序误运行。 < /p > < p > 采用本实用新型技术方案,无需额外设计充电管理电路,简化了硬件设计;超级电容与电池相比具有以下优点:超长寿命、充放电次数多、充放电时间短、对充电电路要求简单、无记忆效应、温度范围宽。 < /p > < p > 前述实施方式仅仅是对本实用新型技术方案的较佳体现,并非是对本实用新型技术方案的限定,本实用新型的技术范畴和权利主张是以所附权利要求为准的。在本实用新型的构思范围内,可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。 < !-- SIPO < DP n="3" > -- > < /p >
< p > 电力抄表集中器作为用电信息采集系统中的现场用电信息采集装置,必须能及时、准确地采集到各种运行状态,包括在交流电压停电情况下,能将信息及时告知远程管理系统。因此电力抄表集中器必须具备后备供电电源,传统的后备电源一般为干电池或者可充电电池。这种方案有几大缺点:成本高,单节电池至少人民币3元以上;充电时间长、寿命短;在频繁停电且停电时长小的情况下,可用性低;需要设计专用充电管理电路,既增加了成本也增加电路复杂度。 < /p >
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