CN101860200A - 掉电保持电路、方法及供电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种掉电保持电路、方法及供电系统。其中电路包括储能电容、降压电路和升压电路，其中：降压电路的第一输入端和第二输入端分别与输入电源的两级相连，降压电路的第一输出端和第二输出端分别与储能电容的两级相连，用于在输入电源正常时，对输入电源的输入电压进行降压处理，降压电路的输出对储能电容进行充电；升压电路的第一输入端和第二输入端分别与储能电容的两级相连，用于在输入电源掉电时，对储能电容的储能电压进行升压处理；储能电容用于在输入电源正常时，通过降压处理后的输入电压完成充电过程；并在输入电源掉电时，通过升压处理后的储能电压对输出负载进行供电。本发明实施例实现了在输入低压时实现较长的掉电保护时间。

Description

掉电保持电路、方法及供电系统
技术领域
本发明实施例涉及电子技术领域，尤其涉及一种掉电保持电路、方法及供电系统。
背景技术
随着电源业务的持续发展，产品对电源的持续稳定性的要求越来越高。尤其在输入网压异常跌落时，系统需要在掉电保持时间内迅速将系统运行状态、网压的异常情况等进行上报存储，并切换到备用电源供电方式。因此，为了达到掉电保持的目的，需要在供电系统中设置掉电保持电路，且需要尽可能地延长掉电保持时间。
在现有技术中，通常采用升压拓扑来实现掉电时间的延长。在输入电压V1正常时，输入电压通过限流电阻对储能电容C进行充电储能；当输入电压掉电时，储能电容依靠自身的放电实现掉电保持；当储能电压经过放电后接近于输出负载的欠压点V2时，升压电路开始工作，将储能电容上的电压升压之后为负载供电；当储能电压下降到升压电路所能调节的最小电压V3时，保持电路停止工作。由此可知，现有技术方案可以达到的掉电保持时间为：
T = 1 2 P 0 ηC ( V 1 2 - V 3 2 ) - - - ( 1 )
其中，P0为输出负载的功率，η为输出负载的效率。
在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：由于电容本身存在电容耐压值的降额要求，则当输入电压的范围较宽时，较高的耐压值以及有限的布板空间成为选择大容量电容的瓶颈，使得电容选型出现困难；而且在输入低压时，无法实现较长的掉电保护时间。
发明内容
本发明实施例提供一种掉电保持电路、方法及供电系统，实现在输入低压时实现较长的掉电保护时间。
本发明实施例提供一种掉电保持电路，包括储能电容、降压电路和升压电路，其中：
所述降压电路的第一输入端和第二输入端分别与输入电源的两级相连，所述降压电路的第一输出端和第二输出端分别与所述储能电容的两级相连，用于在所述输入电源正常时，对所述输入电源的输入电压进行降压处理，所述降压电路的输出对所述储能电容进行充电；
所述升压电路的第一输入端和第二输入端分别与所述储能电容的两级相连，用于在所述输入电源掉电时，对所述储能电容的储能电压进行升压处理；
所述储能电容用于在所述输入电源正常时，通过降压处理后的输入电压完成充电过程；并在所述输入电源掉电时，通过升压处理后的所述储能电压对输出负载进行供电。
本发明实施例提供一种掉电保持方法，包括：
在输入电源正常时，通过降压处理后的输入电压对储能电容的储能电压进行充电；
在输入电源掉电时，通过升压处理后的所述储能电压对输出负载进行供电。
本发明实施例提供一种供电系统，包括：输入电源、负载电路和上述掉电保持电路。
可见，本发明实施例的掉电保持电路、方法及供电系统，在输入电源正常时，通过降压处理后的输入电压对储能电容进行充电，在输入电源掉电时，通过升压处理后的储能电容的储能电压对输出负载进行掉电保持处理。换言之，本发明实施例利用电容的制造特性，在同样体积的要求下，低耐压值电容的容量要远高于高耐压值电容的容量。本发明实施例通过对输入电压进行降压处理以实现低压电容的选取，从而保证在低压下实现大容量电容的选取，从而可以实现低压的最大储能，掉电时，大容量电容上储存的能量再经过升压电路对储能电容进行升压作用，来实现较长的掉电保持时间。而在现有技术中，如果输入大电压，则电容选型范围窄，即不能使用大体积、大容量的电容，故无法实现较长的掉电保持时间；反之，如果输入低电压，则电容选型范围广，其可以包括大体积、大容量的电容，但由于输入电压与负载的欠压点相近，故也无法实现较长的掉电保持时间。由此可见，与现有技术相比，本实施例提供的方法避免了现有技术中针对宽范围输入电压下电容选型困难的问题。本发明实施例通过对输入电压进行降压处理，实现低耐压值、大容量电容的选择，再通过升压电路对电容的升压作用，实现了在输入电压宽范围条件下，在输入低压时实现较长的掉电保护时间。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明应用于一种供电系统中的掉电保持电路实施例一的框架结构示意图；
图2为本发明应用于一种供电系统中的掉电保持电路实施例二的具体电路结构示意图；
图3为本发明掉电保持方法实施例一的流程图；
图4为本发明掉电保持方法实施例二的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明应用于一种供电系统中的掉电保持电路实施例一的框架结构示意图，如图1所示，本实施例提供了一种掉电保持电路，本实施例提供的掉电保持电路可以包括储能电容102、降压电路103和升压电路104。其中，
降压电路103的第一输入端和第二输入端分别于输入电源101的两级相连，且降压电路103的第一输出端和第二输出端分别于储能电容102的两级相连。该降压电路103用于在输入电源101正常时，对输入电源101的输入电压进行降压处理，该降压电路103的输出用于对储能电容102进行充电。
升压电路104的第一输入端和第二输入端分别与储能电容102的两级相连，用于在输入电源101掉电时，对储能电容102的储能电压进行升压处理。
储能电容102用于在输入电源101正常时，通过降压处理后的输入电压完成充电过程，并在输入电源101掉电时，通过升压处理后的所述储能电压对输出负载105进行供电。
可见，本实施例提供了一种掉电保持电路，包括储能电容、降压电路和升压电路，在输入电源正常时，通过降压电路对输入电压进行降压处理，由降压处理后的输入电压对储能电容进行充电，在输入电源掉电时，通过升压电路对储能电容的储能电压进行升压处理，并由升压处理后的储能电压对输出负载进行供电。换言之，本发明实施例利用电容的制造特性，在同样体积的要求下，低耐压值电容的容量要远高于高耐压值电容的容量。本发明实施例通过对输入电压进行降压处理以实现低压电容的选取，从而保证在低压下实现大容量电容的选取，从而可以实现低压的最大储能，掉电时，大容量电容上储存的能量再经过升压电路对储能电容进行升压作用，来实现较长的掉电保持时间。而在现有技术中，如果输入大电压，则电容选型范围窄，即不能使用大体积、大容量的电容，故无法实现较长的掉电保持时间；反之，如果输入低电压，则电容选型范围广，其可以包括大体积、大容量的电容，但由于输入电压与负载的欠压点相近，故也无法实现较长的掉电保持时间。由此可见，与现有技术相比，本实施例提供的方法避免了现有技术中针对宽范围输入电压下电容选型困难的问题。本发明实施例通过对输入电压进行降压处理，实现低耐压值、大容量电容的选择，再通过升压电路对电容的升压作用，保证低压输入时实现较长的掉电保持功能，从而保证了在输入电压宽范围条件下，低压输入时仍能实现较长的掉电保护时间。
图2为本发明应用于一种供电系统中的掉电保持电路实施例二的具体电路结构示意图，如图2所示，本实施例提供了一种具体的掉电保持电路，本实施例在上述实施例一的基础之上，其中的降压电路可以具体包括第一电子三极管Q1、第二电子三极管Q2、稳压管U1、第一电阻R1和第二电阻R2。具体地，第一电子三极管Q1的集电极和公共地端分别形成降压电路的第一输出端和第二输入端，第二电子三极管Q2的发射极和公共地端分别形成降压电路的第一输出端和第二输出端。其中，两个电子三极管Q1和Q2反接在一起，具体将第一电子三极管Q1的基极与第二电子三极管Q2的集电极连接在一起，将第一电子三极管Q1的发射极与第二电子三极管Q2的基极连接在一起。第二电阻R2连接在第一电子三极管Q1的集电极和基极之间，即其一端连接在第一电子三极管Q1的集电极上，另一端连接在第一电子三极管Q1的基极上。稳压管U1的负极、第二电阻R2的另一端和第二电子三极管Q2的集电极均与第一电子三极管Q1的基极连接，稳压管U1的正极连接公共地端。即稳压管U1连接在第一电子三极管Q1的基极与公共地端之间，其正极连接公共地端，而负极连接第一电子三极管Q1的基极。第二电子三极管Q2的基极和第一电阻R1的一端均与第一电子三极管Q1的发射极连接，第一电阻R1的另一端与第二电子三极管Q2的发射极连接。即第一电阻R1连接在第二电子三极管Q2的基极与发射极之间，其一端连接第二电子三极管Q2的基极，另一端连接第二电子三极管Q2的发射极。
参见图2，在本实施例中的掉电保持电路可以具体应用于有输入掉电需求以及对网压较为敏感的电路系统中。本实施例中的输入电源可以为直接由直流源输入的电源，也可以为由交流源输入，再经过整流电路的整流处理而得到的。在输入电源正常时，降压电路工作，而升压电路不工作，输入电源的输入电压先进入到降压电路中，由降压电路对输入电压进行降压处理。具体可以通过控制变换器的反馈基准或脉宽调制(Pulse Width Modulation；以下简称：PWM)芯片的电源电压(VCC)来实现在输入电源正常工作时关断升压电路的PWM，以避免对主回路产生干扰。本实施例中的储能电容可以具体为电容C1，其两级分别连接在降压电路的两个输出端，在电源正常工作时，由降压处理后的输入电压对储能电容进行充电。其中，储能电容可以为一个电容，也可以由几个电容并联而形成，本实施例以一个电容为例进行说明。根据电容的制造特性，在相同体积的条件下，低耐压值电容容量高于高耐压值电容容量。因此，本实施例通过输入电压进行降压处理，再由降压处理后的输入电压对储能电容进行充电，可以保证电容的低耐压值，使得可以选取大容量的电容，克服现有技术中在宽范围电压输入情况下电容选型困难的缺陷，保证在低压输入情况下实现大容量电容的选取，从而实现储能电容在低压下的最大储能。
在本实施例中，降压电路可以具体为线性稳压电路、降压转换器(BuckConverter)、降压-升压转换器(Buck-Boost Converter)或丘克转换器(CukConverter)。升压电路可以具体为升压转换器(Boost Converter)、单端初级电感转换器(Single-Ended Primary Inductance Converter；以下简称：SEPIC)或逆行转换器(Flyback Converter)等，图2只是采用了其中一种典型的Boost的结构，即由电感L1、开关K和二极管D7组成。其中，电感L1的一端与储能电容C1的一端连接，另一端连接二极管D7的正极和开关K的一端，储能电容C1的另一端和开关K的另一端均连接公共地端，而输出负载连接在二极管D7的负极和公共地端之间。当输入电源掉电时，降压电路停止工作，升压电路开始工作，由升压电路对储能电容的储能电压进行升压处理，然后通过升压处理后的储能电容的储能电压对输出负载进行供电，即由储能电容储存的能量为负载继续提供能量，实现掉电保持功能。
进一步地，本实施例中的掉电保持电路还可以包括防反灌二极管D6，其中，防反灌二极管D6的正极与输入电源的一端连接，其负极与降压电路的第一输入端，即与第一电子三极管Q1的集电极连接，以防止电源掉电时输入电源或储能电容上的能量反灌。
具体地，在图2中，Vdc为输入电源经过整流电路的处理之后得到的输入电压，Q1、Q2、R1、R2及U1为一线性稳压电路，在本实施例中用作降压电路，其中，Q1为一调整器，U1为一稳压管。在输入电源正常工作时，Vdc通过R2、U1及Q1的作用达到稳压。具体地，当输出负载增大导致Vo增大时，Q1的基极电压便相对减小，通过Q1的电流也会随之减小，输出电压也会减小，则保持了输出的恒定。Q1、Q2、R1、U1、C1组成储能电容C1的充电回路，在对Vdc进行降压处理后，由降压处理后的输入电压对储能电容C1进行充电。图中通过一个简单的Boost电路来实现输入电源掉电时对C1的储能电压进行升压处理，以在输入电源掉电后输出负载DC/DC转换器仍能正常工作一段时间。假设在经过降压处理后的输入电压为V4，V4的取值略低于输出负载的欠压点V2，在储能电容的储能电压降为V3时升压电路停止工作。则采用本实施例提供的方法所能实现的掉电保持时间为：
T = 1 2 P 0 η C 1 ( V 4 2 - V 3 2 ) - - - ( 2 )
其中，P0为输出负载的功率，η为输出负载的效率。对比前述公式(1)，在低压输入条件下，V1与V4基本相等，但由于本实施例中的储能电容的容值C1在同样布板空间下远大于现有技术中储能电容的容值C，由此可知，相比于现有技术，采用本实施例提供的方法可以延长掉电保持时间。例如，经过实验证明，在相同体积条件下，耐压值为42V的电容的容值为耐压值为80V的电容的容值的212.8％，因此，本实施例可实现的掉电保持时间可以达到现有技术中的2倍以上。
可见，本实施例提供了一种掉电保持电路，包括储能电容、降压电路和升压电路，在输入电源正常时，通过降压电路对输入电压进行降压处理，由降压处理后的输入电压对储能电容进行充电，在输入电源掉电时，通过升压电路对储能电容的储能电压进行升压处理，并由升压处理后的储能电压对输出负载进行供电。换言之，本发明实施例利用电容的制造特性，在同样体积的要求下，低耐压值电容的容量要远高于高耐压值电容的容量。本发明实施例通过对输入电压进行降压处理以实现低压电容的选取，从而保证在低压下实现大容量电容的选取，从而可以实现低压的最大储能，掉电时，大容量电容上储存的能量再经过升压电路对储能电容进行升压作用，来实现较长的掉电保持时间。而在现有技术中，如果输入大电压，则电容选型范围窄，即不能使用大体积、大容量的电容，故无法实现较长的掉电保持时间；反之，如果输入低电压，则电容选型范围广，其可以包括大体积、大容量的电容，但由于输入电压与负载的欠压点相近，故也无法实现较长的掉电保持时间。由此可见，与现有技术相比，本实施例提供的方法避免了现有技术中针对宽范围输入电压下电容选型困难的问题。本发明实施例通过对输入电压进行降压处理，实现低耐压值、大容量电容的选择，再通过升压电路对电容的升压作用，保证了在低压下实现大容量电容的选取，实现了在输入电压宽范围条件下，在输入低压时实现较长的掉电保护时间。
本发明实施例还提供了一种供电系统，该供电系统可以包括输入电源、负载电路和上述图1或图2所示的掉电保持电路。
图3为本发明掉电保持方法实施例一的流程图，如图3所示，本实施例提供了一种掉电保持方法，可以包括如下步骤：
步骤301，在输入电源正常时，通过降压处理后的输入电压对储能电容的储能电压进行充电；
步骤302，在输入电源掉电时，通过升压处理后的所述储能电压对输出负载进行供电。
可见，本实施例提供了一种掉电保持方法，在输入电源正常时，通过降压处理后的输入电压对储能电容进行充电，在输入电源掉电时，通过升压处理后的储能电容的储能电压对输出负载进行供电。换言之，本发明实施例利用电容的制造特性，在同样体积的要求下，低耐压值电容的容量要远高于高耐压值电容的容量。本发明实施例通过对输入电压进行降压处理以实现低压电容的选取，从而保证在低压下实现大容量电容的选取，从而可以实现低压的最大储能，掉电时，大容量电容上储存的能量再经过升压电路对储能电容进行升压作用，来实现较长的掉电保持时间。而在现有技术中，如果输入大电压，则电容选型范围窄，即不能使用大体积、大容量的电容，故无法实现较长的掉电保持时间；反之，如果输入低电压，则电容选型范围广，其可以包括大体积、大容量的电容，但由于输入电压与负载的欠压点相近，故也无法实现较长的掉电保持时间。由此可见，与现有技术相比，本实施例提供的方法避免了现有技术中针对宽范围输入电压下电容选型困难的问题。本发明实施例通过对输入电压进行降压处理，实现低耐压值、大容量电容的选择，再通过升压电路对电容的升压作用，保证低压输入时实现较长的掉电保持功能，实现了在输入电压宽范围条件下，在输入低压时实现较长的掉电保护时间。
图4为本发明掉电保持方法实施例二的流程图，如图4所示，本实施例提供了一种掉电保持方法，具体可以采用上述图2所示的电路结构来实现本实施例的各个步骤，此处不再赘述。本实施例可以包括如下步骤：
步骤401，在输入电源正常时，打开降压电路，关闭升压电路，并由所述降压电路对所述输入电压进行降压处理。
在本实施例中，在电路中设置降压电路和升压电路，降压电路可以具体为线性电源、线性变换电路或降压转换器(Buck Converter)等，升压电路可以具体为Boost Converter、Sepic Converter或Flyback Converter等。在输入电源正常工作时，打开降压电路，关闭升压电路。具体地，可以通过控制变换器的反馈基准或PWM芯片的电源电压(VCC)来实现在输入电源正常工作时关断升压电路的PWM，以避免对主回路产生干扰。在输入电源正常工作时，输入电源的输入电压先进入到降压电路中，由降压电路对输入电压进行降压处理。
步骤402，通过降压处理后的输入电压对储能电容进行充电。
在本实施例中，在输入电源正常工作时，输入电压经过降压电路进行降压处理，降压处理后的输入电压对储能电容进行充电。其中，本实施例中的储能电容可以为一个电容，也可以由几个电容并联而形成。根据电容的制造特性，在相同体积的条件下，低耐压值电容容量高于高耐压值电容容量。因此，本实施例通过输入电压进行降压处理，再由降压处理后的输入电压对储能电容进行充电，可以保证电容的低耐压值，使得可以选取大容量的电容，克服了现有技术中在宽范围电压输入情况下电容选型困难的缺陷，保证了在低压输入情况下实现大容量电容的选取，从而实现储能电容在低压下的最大储能。
步骤403，在输入电源掉电时，关闭降压电路，打开升压电路，并由所述升压电路对所述储能电容的储能电压进行升压处理。
当输入电源掉电时，关闭降压电路，打开升压电路，升压电路开始工作，由升压电路对储能电容的储能电压进行升压处理。
步骤404，通过升压处理后的所述储能电容的储能电压对输出负载进行掉电保持处理。
在输入电源掉电时，升压电路开始工作，在由升压电路对储能电压进行升压的同时，通过升压处理后的储能电容的储能电压对输出负载进行掉电保持，即由储能电容储存的能量为负载继续提供能量，实现掉电保持功能。
可见，本实施例提供了一种掉电保持方法，在输入电源正常时，通过降压电路对输入电压进行降压处理，由降压处理后的输入电压对储能电容进行充电，在输入电源掉电时，通过升压电路对储能电容的储能电压进行升压处理，并由升压处理后的储能电压对输出负载进行掉电保持处理。换言之，本发明实施例利用电容的制造特性，在同样体积的要求下，低耐压值电容的容量要远高于高耐压值电容的容量。本发明实施例通过对输入电压进行降压处理以实现低压电容的选取，从而保证在低压下实现大容量电容的选取，从而可以实现低压的最大储能，掉电时，大容量电容上储存的能量再经过升压电路对储能电容进行升压作用，来实现较长的掉电保持时间。而在现有技术中，如果输入大电压，则电容选型范围窄，即不能使用大体积、大容量的电容，故无法实现较长的掉电保持时间；反之，如果输入低电压，则电容选型范围广，其可以包括大体积、大容量的电容，但由于输入电压与负载的欠压点相近，故也无法实现较长的掉电保持时间。由此可见，与现有技术相比，本实施例提供的方法避免了现有技术中针对宽范围输入电压下电容选型困难的问题。本发明实施例通过对输入电压进行降压处理，实现低耐压值、大容量电容的选择，再通过升压电路对电容的升压作用，保证低压输入时实现较长的掉电保持功能，保证了在低压下实现大容量电容的选取，实现了在输入电压宽范围条件下，在输入低压时实现较长的掉电保护时间。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种掉电保持电路，其特征在于，包括储能电容、降压电路和升压电路，其中：
所述降压电路的第一输入端和第二输入端分别与输入电源的两级相连，所述降压电路的第一输出端和第二输出端分别与所述储能电容的两级相连，用于在所述输入电源正常时，对所述输入电源的输入电压进行降压处理，所述降压电路的输出对所述储能电容进行充电；
所述升压电路的第一输入端和第二输入端分别与所述储能电容的两级相连，用于在所述输入电源掉电时，对所述储能电容的储能电压进行升压处理；
所述储能电容用于在所述输入电源正常时，通过降压处理后的输入电压完成充电过程；并在所述输入电源掉电时，通过升压处理后的所述储能电压对输出负载进行供电。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述降压电路包括第一电子三极管、第二电子三极管、稳压管、第一电阻和第二电阻，其中：
所述第二电阻的一端与所述第一电子三极管的集电极连接；
所述稳压管的负极、所述第二电阻的另一端和所述第二电子三极管的集电极均与所述第一电子三极管的基极连接，所述稳压管的正极连接公共地端；
所述第二电子三极管的基极和所述第一电阻的一端均与所述第一电子三极管的发射极连接，所述第一电阻的另一端与所述第二电子三极管的发射极连接；
所述第一电子三极管的集电极和公共地端分别形成所述降压电路的第一输出端和第二输入端，所述第二电子三极管的发射极和所述公共地端分别形成所述降压电路的第一输出端和第二输出端。
3.根据权利要求1或2所述的电路，其特征在于，还包括：防反灌二极管，所述防反灌二极管的正极与所述输入电源连接，所述防反灌二极管的负极与所述降压电路的第一输入端连接。
4.根据权利要求1或2所述的电路，其特征在于，所述储能电容由一个电容或多个电容并联组成。
5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述降压电路为线性稳压电路、降压转换器Buck Converter、降压-升压转换器Buck-Boost Converter或丘克转换器Cuk Converter；所述升压电路为升压转换器Boost Converter、单端初级电感转换器SEPIC或逆行转换器Flyback Converter。
6.一种掉电保持方法，其特征在于，包括：
在输入电源正常时，通过降压处理后的输入电压对储能电容的储能电压进行充电；
在输入电源掉电时，通过升压处理后的所述储能电压对输出负载进行供电。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：
在输入电源正常时，打开降压电路，关闭升压电路，并由所述降压电路对所述输入电压进行降压处理。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，还包括：
在输入电源掉电时，关闭降压电路，打开升压电路，并由所述升压电路对所述储能电容的储能电压进行升压处理。
9.一种供电系统，其特征在于，包括：输入电源、负载电路和如权利要求1-5任一项所述的掉电保持电路。
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