CN102856937B - 具有充电功能的应急电源 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有充电功能的应急电源，包括控制电路、充电电路、直流电路、电池以及输出充电兼用口，控制电路包括相互电连接的按键和控制芯片，控制芯片在按键的控制下在输出、充电、休眠三种状态中顺序循环切换，处于输出状态时控制芯片发送控制脉冲，处于充电状态时控制芯片发送充电信号，处于休眠状态时应急电源进入休眠状态；控制脉冲的占空比根据直流电路反馈的输出电压进行调整；充电电路在收到充电信号时接收输出充电兼用口输入的电能，并通过直流电路为电池充电；直流电路在输出状态下根据控制脉冲的占空比控制通断时间，通过输出充电兼用口输出应急电能，并向控制电路反馈输出电压。本发明电路拓扑结构简单、成本较低。

Description

具有充电功能的应急电源

【技术领域】

本发明涉及一种用于应急电源的回路装置，尤其涉及一种具有充电功能的应急电源。

【背景技术】

应急电源是用于电子电路系统的应急供电，例如在市电异常时对照明灯具进行供电。

传统的应急电源大多不具备对电源内电池的充电功能，电池用完后需要更换或取出后采用外置的充电器充电。即使有充电功能，在切换输出电源与为内置电池充电这两种状态时也较为不便。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种可以方便地在输出电源、为内置电池充电、休眠三种状态中切换，且成本较低的具有充电功能的应急电源。

一种具有充电功能的应急电源，包括控制电路、充电电路、直流电路、电池以及输出充电兼用口，所述控制电路连接充电电路和直流电路，所述控制电路包括相互电连接的按键和控制芯片，所述控制芯片在按键的控制下在输出、充电、休眠三种电路状态中顺序循环切换，所述控制芯片在输出状态时发送控制脉冲至所述直流电路，充电状态时发送充电信号至所述充电电路，休眠状态时所述控制芯片关闭使所述具有充电功能的应急电源进入休眠状态；所述控制脉冲的占空比由所述控制电路根据直流电路反馈的输出电压进行调整；所述充电电路连接控制电路、输出充电兼用口以及直流电路，在收到充电信号时所述充电电路开始接收所述输出充电兼用口输入的电能，并通过所述直流电路为所述电池充电；所述直流电路连接控制电路、充电电路、输出充电兼用口以及电池，在电路输出状态下根据所述控制脉冲的占空比控制直流电路的通断时间，向输出充电兼用口输出所述电池提供的应急电能，并向所述控制电路反馈输出电压。

优选的，所述控制电路还包括第一下拉电阻，所述控制芯片的主机输出从机输入脚与地线之间接有所述按键；所述控制芯片的复位脚与所述主机输出从机输入脚之间接有所述第一下拉电阻；所述控制芯片的脉冲脚连接所述直流电路的脉冲输入端，用于输出所述控制脉冲至所述直流电路；所述控制芯片的电压检测脚连接所述直流电路的电压检测端，用于接收所述直流电路反馈的输出电压；所述控制芯片的充电控制脚连接所述充电电路的充电控制端，用于发送充电信号至所述充电电路。

优选的，所述直流电路包括电感、第一限流电阻、第二限流电阻、第三限流电阻、第一分压电阻、第二分压电阻、第一偏置电阻、储能滤波电容、第一N型MOS管以及第一二极管；所述第一N型MOS管的栅极与所述脉冲输入端之间接有第一限流电阻，所述第一N型MOS管的源极接地且与栅极之间接有第一偏置电阻，所述第一N型MOS管的漏极与所述电池之间接有电感；所述第一二极管的正极连接所述第一N型MOS管的漏极、电感以及充电电路的电能输出端，负极连接所述储能滤波电容的一端，所述储能滤波电容的另一端接地；所述第一二极管的负极与所述输出充电兼用口之间接有第二限流电阻，所述第二限流电阻接所述输出充电兼用口的一端连接所述充电电路的电能输入端，所述第一二极管的负极与地线之间还顺序接有第一分压电阻和第二分压电阻，所述第一分压电阻和第二分压电阻的公共连接端与所述电压检测端之间接有第三限流电阻。

优选的，所述充电电路包括第一P型MOS管、第四限流电阻以及第二偏置电阻，所述第一P型MOS管的源极是所述电能输入端，所述第一P型MOS管的漏极是所述电能输出端，所述第一P型MOS管的栅极与源极之间接有第二偏置电阻，所述第一P型MOS管的栅极与所述充电控制端之间接有第四限流电阻。

优选的，所述第一下拉电阻与所述主机输出从机输入脚之间接有第一电阻，所述第一电阻连接第一下拉电阻的一端与所述控制芯片的状态指示脚之间顺序接有第六限流电阻和发光二极管，所述发光二极管的正极接第六限流电阻，负极接所述状态指示脚。

优选的，所述具有充电功能的应急电源还包括接于所述直流电路和控制电路之间的过压保护电路，所述过压保护电路包括第二N型MOS管、第三偏置电阻、第五限流电阻、第二二极管以及稳压二极管；所述第二N型MOS管的漏极接于第一N型MOS管的栅极与第一限流电阻之间，所述第二N型MOS管的源极接地并与第二N型MOS管的栅极之间接有第三偏置电阻；过压保护电路的电压采样端接于所述储能滤波电容连接第一二极管的负极的一端与第一分压电阻接第二限流电阻的一端之间，所述电压采样端与第二N型MOS管的栅极之间顺序接有第二二极管、稳压二极管以及第五限流电阻；所述第二二极管的正极连接所述电压采样端，所述第二二极管的负极连接稳压二极管的负极且连接所述控制芯片的电源脚。

优选的，所述电源脚与地线之间还接有滤波电容。

优选的，所述控制芯片采用型号为ATtiny13的微控制单元芯片。上述具有充电功能的应急电源可通过按压按键在输出、充电、休眠三种电路状态中切换，电路拓扑结构简单、成本较低。

【附图说明】

图1是本发明具有充电功能的应急电源一实施例的电路方框图；

图2是本发明具有充电功能的应急电源一实施例的电路原理图。

【具体实施方式】

为使本发明的目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

图1是本发明具有充电功能的应急电源一实施例的电路方框图，具有充电功能的应急电源100包括控制电路10、直流电路20、充电电路30、电池90以及输出充电兼用口40。

控制电路10连接充电电路30和直流电路20。控制电路10包括相互电连接的按键和控制芯片。控制芯片在按键的控制下在输出、充电、休眠三种电路状态中切换。当控制芯片处于休眠状态时，控制芯片关闭，按键按下一次，控制芯片进入充电状态，再按一次，控制芯片进入输出状态，再按一次，控制芯片又进入休眠状态。即随着按键的按压，电路状态在“休眠——充电——输出——休眠......”中顺序循环切换。当控制芯片处于输出状态时，控制电路10发送控制脉冲至直流电路20，控制脉冲的占空比由控制芯片根据直流电路20反馈的输出电压进行调整；当控制芯片处于充电状态时，控制电路10发送充电信号至充电电路30；当控制芯片处于休眠状态时，控制芯片关闭其内部所有功耗器件及将其输出口全部转成输入口使其外部功率器件不工作，从而使具有充电功能的应急电源100进入休眠状态。

充电电路30连接控制电路10、输出充电兼用口40以及直流电路20。充电电路30在收到控制电路10发送的充电信号时开始接收输出充电兼用口40输入的电能，并通过直流电路20为电池90充电。

直流电路20连接控制电路10、充电电路30、输出充电兼用口40以及电池90。当电路在输出状态下，控制电路10通过所输出的控制脉冲的占空比控制直流电路20的通断时间，向输出充电兼用口40输出电池90提供的应急电能，并向控制电路10反馈输出电压。

图2是本发明具有充电功能的应急电源一实施例的电路原理图。控制电路10的控制芯片U1有8根引脚。控制芯片U1的主机输出从机输入脚5与地线之间接有按键S1，控制芯片U1在按键S1的控制下实现在输出、充电、休眠三种电路状态中顺序循环切换。控制芯片U1的复位脚1与主机输出从机输入脚5之间接有第一下拉电阻R12。控制芯片U1的脉冲脚6连接直流电路20的脉冲输入端(PWM)，用于输出控制脉冲至直流电路20。控制芯片U1的电压检测脚7连接直流电路20的电压检测端(AD)，用于接收直流电路20反馈的输出电压。控制芯片U1根据直流电路20反馈的输出电压的大小调整控制脉冲的占空比，输出电压偏低时增大占空比，输出电压偏高时减小占空比，以此保持输出充电兼用口40输出电压的恒定。控制芯片U1的充电控制脚2连接充电电路30的充电控制端(CON)，用于发送充电信号至充电电路30。控制芯片U1的地脚4接地。

在本实施例中，第一下拉电阻R12与主机输出从机输入脚5之间还接有第一电阻R10，第一电阻R10连接第一下拉电阻R12的一端与状态指示脚3之间顺序接有第六限流电阻R11和发光二极管D3，发光二极管D3的正极接第六限流电阻R11，负极接状态指示脚3。发光二极管D3用于指示电路状态，电路处于休眠状态时发光二极管D3熄灭，处于充电状态时发光二极管D3常亮，处于输出状态时发光二极管D3闪烁。在其他实施例中也可以不设置发光二极管D3。

在本实施例中，控制芯片U1采用型号为ATtiny13的微控制单元(MCU)芯片。

在本实施例中，直流电路20包括电感L1、第一限流电阻R2、第二限流电阻R13、第三限流电阻R3、第一分压电阻R1、第二分压电阻R4、第一偏置电阻R5、储能滤波电容、第一N型MOS管Q1以及第一二极管D1。

第一N型MOS管Q1的栅极与脉冲输入端(PWM)之间接有第一限流电阻R2，第一N型MOS管Q1的源极接地且与栅极之间接有第一偏置电阻R5，第一N型MOS管Q1的漏极与电池90之间接有用于储能的电感L1。

第一二极管D1的正极连接第一N型MOS管Q1的漏极、电感L1以及充电电路30的电能输出端，第一二极管D1的负极连接储能滤波电容的一端，储能滤波电容的另一端接地。在本实施例中，储能滤波电容一共设置C1、C2两个，其中C1的一端与C2相连，C1的另一端接地，C1与C2的公共连接端接第一二极管D1的负极。

第一二极管D1的负极与输出充电兼用口40之间接有第二限流电阻R13，第二限流电阻R13接输出充电兼用口40的一端连接充电电路30的电能输入端。第一二极管D1的负极与地线之间还顺序接有第一分压电阻R1和第二分压电阻R4。第一分压电阻R1和第二分压电阻R4的公共连接端与电压检测端(AD)之间接有第三限流电阻R3。

在其他实施例中，也可以用其他开关器件，例如NPN型三极管代替第一N型MOS管Q1，但如采用开关速度不够快的器件则输出恒压的效果可能会较差。

在本实施例中，充电电路30包括第一P型MOS管Q2、第四限流电阻R6以及第二偏置电阻R7。第一P型MOS管Q2的源极是充电电路30的电能输入端，第一P型MOS管的漏极是充电电路30的电能输出端，第一P型MOS管Q2的栅极与源极之间接有第二偏置电阻R7，第一P型MOS管Q2的栅极与充电控制端(CON)之间接有第四限流电阻R6。在其他实施例中，也可以用其他开关器件，例如PNP型三极管代替第一P型MOS管Q2。

当控制芯片处于充电状态时，控制芯片U1通过充电控制脚输出低电平，第一P型MOS管Q2导通，从输出充电兼用口40输入的电能先后经第一P型MOS管Q2、电感L1流向电池90，对其进行充电。

在图2所示实施例中，具有充电功能的应急电源100还包括接于直流电路20和控制电路10之间的过压保护电路50。过压保护电路50包括第二N型MOS管Q3、第三偏置电阻R9、第五限流电阻R8、第二二极管D4以及稳压二极管D2。

第二N型MOS管Q3的漏极接于第一N型MOS管Q1的栅极与第一限流电阻R2之间，第二N型MOS管Q3的源极接地并与第二N型MOS管的栅极之间接有第三偏置电阻R9。

过压保护电路50的电压采样端接于储能滤波电容C1连接第一二极管D1的负极的一端与第一分压电阻R1接第二限流电阻R13的一端之间(在本实施例中电压采样端实际是接于储能滤波电容C1、C2之间)。电压采样端与第二N型MOS管Q3的栅极之间顺序接有第二二极管D4、稳压二极管D2以及第五限流电阻R8。第二二极管D4的正极连接电压采样端，第二二极管D4的负极连接稳压二极管D2的负极且连接控制芯片U1的电源脚8。

当过压保护电路50的输出电压高于警戒值(在本实施例中为6.2V)时，稳压二极管D2被反向击穿从而导通，驱动第二N型MOS管Q3导通，第二N型MOS管Q3导通后将第一N型MOS管Q1的栅极拉至低电平，第一N型MOS管Q1截止，电感L1向输出充电兼用口40提供储存的能量使得输出电压升高的功能暂时消失，从而达到保护输出的目的。

在本实施例中，控制芯片U1的电源脚8与地线之间还接有滤波电容C4。

上述具有充电功能的应急电源100采用MCU控制进行控制，该电源采用锂电池作为储能介质，MCU不仅可以在输出、充电、休眠三种电路状态中切换，而且可以控制输出电压恒定。本发明电路拓扑结构简单，输出转换效率高，待机时间长，且采用可编程的MCU，调试方便。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种具有充电功能的应急电源，其特征在于，包括控制电路、充电电路、直流电路、电池以及输出充电兼用口，

所述控制电路连接充电电路和直流电路，所述控制电路包括相互电连接的按键和控制芯片，所述控制芯片在按键的控制下在输出、充电、休眠三种电路状态中顺序循环切换，所述控制芯片在输出状态时发送控制脉冲至所述直流电路，充电状态时发送充电信号至所述充电电路，休眠状态时所述控制芯片关闭使所述具有充电功能的应急电源进入休眠状态；所述控制脉冲的占空比由所述控制电路根据直流电路反馈的输出电压进行调整；

所述充电电路连接控制电路、输出充电兼用口以及直流电路，在收到充电信号时所述充电电路开始接收所述输出充电兼用口输入的电能，并通过所述直流电路为所述电池充电；

所述直流电路连接控制电路、充电电路、输出充电兼用口以及电池，在电路输出状态下根据所述控制脉冲的占空比控制直流电路的通断时间，向输出充电兼用口输出所述电池提供的应急电能，并向所述控制电路反馈输出电压；

所述控制电路还包括第一下拉电阻，

所述控制芯片的主机输出从机输入脚与地线之间接有所述按键；

所述控制芯片的复位脚与所述主机输出从机输入脚之间接有所述第一下拉电阻；

所述控制芯片的脉冲脚连接所述直流电路的脉冲输入端，用于输出所述控制脉冲至所述直流电路；

所述控制芯片的电压检测脚连接所述直流电路的电压检测端，用于接收所述直流电路反馈的输出电压；

所述控制芯片的充电控制脚连接所述充电电路的充电控制端，用于发送充电信号至所述充电电路；

所述直流电路包括电感、第一限流电阻、第二限流电阻、第三限流电阻、第一分压电阻、第二分压电阻、第一偏置电阻、储能滤波电容、第一N型MOS管以及第一二极管；

所述第一N型MOS管的栅极与所述脉冲输入端之间接有第一限流电阻，所述第一N型MOS管的源极接地且与栅极之间接有第一偏置电阻，所述第一N型MOS管的漏极与所述电池之间接有电感；

所述第一二极管的正极连接所述第一N型MOS管的漏极、电感以及充电电路的电能输出端，负极连接所述储能滤波电容的一端，所述储能滤波电容的另一端接地；

所述第一二极管的负极与所述输出充电兼用口之间接有第二限流电阻，所述第二限流电阻的一端连接所述输出充电兼用口、同时连接所述充电电路的电能输入端，所述第一二极管的负极与地线之间还顺序接有第一分压电阻和第二分压电阻，所述第一分压电阻和第二分压电阻的公共连接端与所述电压检测端之间接有第三限流电阻。

2.根据权利要求1所述的具有充电功能的应急电源，其特征在于，所述充电电路包括第一P型MOS管、第四限流电阻以及第二偏置电阻，所述第一P型MOS管的源极是所述电能输入端，所述第一P型MOS管的漏极是所述电能输出端，所述第一P型MOS管的栅极与源极之间接有第二偏置电阻，所述第一P型MOS管的栅极与所述充电控制端之间接有第四限流电阻。

3.根据权利要求1所述的具有充电功能的应急电源，其特征在于，所述第一下拉电阻与所述主机输出从机输入脚之间接有第一电阻，所述第一电阻连接第一下拉电阻的一端与所述控制芯片的状态指示脚之间顺序接有第六限流电阻和发光二极管，所述发光二极管的正极接第六限流电阻，负极接所述状态指示脚。

4.根据权利要求1所述的具有充电功能的应急电源，其特征在于，所述具有充电功能的应急电源还包括接于所述直流电路和控制电路之间的过压保护电路，所述过压保护电路包括第二N型MOS管、第三偏置电阻、第五限流电阻、第二二极管以及稳压二极管；

所述第二N型MOS管的漏极接于第一N型MOS管的栅极与第一限流电阻之间，所述第二N型MOS管的源极接地并与第二N型MOS管的栅极之间接有第三偏置电阻；

过压保护电路的电压采样端接于所述储能滤波电容连接第一二极管的负极的一端与第一分压电阻接第二限流电阻的一端之间，所述电压采样端与第二N型MOS管的栅极之间顺序接有第二二极管、稳压二极管以及第五限流电阻；所述第二二极管的正极连接所述电压采样端，所述第二二极管的负极连接稳压二极管的负极且连接所述控制芯片的电源脚。

5.根据权利要求4所述的具有充电功能的应急电源，其特征在于，所述电源脚与地线之间还接有滤波电容。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的具有充电功能的应急电源，其特征在于，所述控制芯片采用型号为ATtiny13的微控制单元芯片。