CN103560567B - 站点电源管理模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种站点电源管理模块，包括至少一个连接外部电源的电源输入电路、至少一个连接负载的负载输出电路和连接蓄电池的蓄电池充放电电路，负载输出电路中具有控制其电路通断的第一MOS管和控制第一MOS管通断的控制装置，蓄电池接入电路中具有控制其电路通断的第二MOS管和控制第二MOS管通断的PWM信号控制器，电源输入电路与负载输出电路之间通过第一导线连通，蓄电池充放电电路通过第二导线与第一导线连通。本发明的站点电源管理模块在蓄电池满充后，第二MOS管断开，在外部电源断电瞬间，蓄电池可以通过第二MOS管内部的二极管给负载供电，当外部电路检测到蓄电池放电电流时导通第二MOS管，减少由于二级管导通压降带来的电能损耗，电源的切换是连续的、无缝切换不会造成负载瞬间断电。

Description

站点电源管理模块

技术领域

本发明涉及电源管理系统技术领域，尤其是一种站点电源管理模块，可适用于公共自行车站点。

背景技术

作为城市交通的组成部分，公共自行车具有较多的优势。公共自行车的租赁站点建设现场为车站、小区、商场等附近道路两侧，公共自行车的租赁站点有两个需要供电的负载设备，一个是管理终端，一个是自行车锁桩。无固定可靠电源供电，为保证设备最大限度的正常工作，要让设备具有利用路灯电、太阳能电池板电、蓄电池电等功能。现有技术供电电源单一，无法对蓄电池进行有效的保护充电，如进行过充保护、过放保护、恒流恒压充电等，负载供电不可控。

鉴于上述问题，需要一种能实现对多种电源（太阳能、开关电源、蓄电池）与两路负载（管理终端、锁桩）的统一管理，供电方式的无缝切换，确保公共自行车站点的正常运行。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中自行车站点无法对蓄电池进行有效充放电保护的技术问题，提供一种站点电源管理模块，能实现多路电源供电的无缝切换，且能有效防止蓄电池过充、过放、以及实现恒流恒压充电，保护蓄电池。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种站点电源管理模块，包括至少一个连接外部电源的电源输入电路、至少一个连接负载的负载输出电路和连接蓄电池的蓄电池充放电电路，负载输出电路中具有控制其电路通断的第一MOS管和控制第一MOS管通断的控制装置，所述的蓄电池接入电路中具有控制其电路通断的第二MOS管和控制第二MOS管通断的PWM信号控制器，所述的电源输入电路与负载输出电路之间通过第一导线连通，所述的蓄电池充放电电路通过第二导线与第一导线连通。当蓄电池充满电或充电电压过高时断开第二MOS管，停止充电，对蓄电池进行保护；当无外部电源，蓄电池对负载放电，蓄电池经过一段时间放电后，电压过低时断开第一MOS管对蓄电池进行保护；恒流恒压充电是一种比较安全可靠的充电方式，尤其是对锂电池，利用20 kHz的 PWM控制信号对第二MOS管进行快速开关控制，在微观上不断调整PWM信号的占空比使得宏观上表现为恒流恒压充电。

进一步的，所述的电源输入电路中具有从电源输入端向电源输出端单向导通的二极管。二极管可减少蓄电池供电时对外部电源的内部电路反向供电造成的损耗。

进一步的，减少在外部电源供电时电源输入电路的能耗，所述的电源输入电路中具有控制其电路通断的第三MOS管。MOS管可减少外部电源电路供电时造成电能损耗。

进一步的，所述的负载输出电路上连接有侦测外部电路是否短路的第一侦测元件和根据侦测结果控制第一MOS管通断的第一控制装置，所述的蓄电池充放电电路上连接有侦测流过第二MOS管的电流和蓄电池电压的第二侦测元件和根据侦测到的电流、电压的大小调整PWM信号控制器的PWM占空比以实现恒流恒压充电的第二控制装置，所述的电源输入电路上连接有侦测流过第三MOS管电流的第三侦测元件和根据侦测到的电流控制第三MOS管内开关通断的第三控制装置。

进一步的，所述的电源输入端的数量为两个，两个电源输入端分别连接太阳能供电装置和开关电源供电装置。开关电源供电装置一般为市电、路灯电等。

进一步的，所述的负载输出端的数量为两个，两个负载输出端分别连接锁桩和管理服务终端。公共自行车站点的耗能装置一般即为锁桩和管理服务终端。

进一步的，还具有储能电容，所述的储能电容的一端连接于第一导线上位于电源输入电路与第一导线和第二导线的连接节点之间、储能电容的另一端接地。用PWM控制信号给蓄电池充电的时候会造成供给负载电源电压的波动，储能电容的作用是通过电容的存储释放电能稳定电源电压减小波动。

进一步的，还具有续流二极管，所述的续流二极管的负极连接于所述的蓄电池充放电电路上连接蓄电池的一端、续流二极管的正极接地。在PWM控制信号对蓄电池充电的时候，在第二MOS管关断的瞬间导致蓄电池中的寄生电感会产生一个负电压，通过这个续流二极管释放到蓄电池，以保护第二MOS管，减小电压波动。

本发明的有益效果是，本发明的站点电源管理模块在蓄电池满充，第二MOS管开关断开，在外部电源断电瞬间，蓄电池可以通过第二MOS管内部的二极管给负载供电，当外部电路检测到蓄电池放电电流时闭合第二MOS管减少由于二级管导通压降带来的电能损耗，电源的切换是连续的、无缝切换不会造成负载瞬间断电；能对蓄电池进行过充电、过放电保护、可根据蓄电池容量调节充电电流，实现恒流恒压充电，结合外围的一些侦测元件能实现对负载短路及过流保护。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的站点电源管理模块第一个实施例的拓扑图；

图2是本发明的站点电源管理模块第二个实施例的拓扑图；

图3是本发明的站点电源管理模块第三个实施例的拓扑图。

图中：1.第一MOS管，2、第二MOS管，3.第三MOS管，4. 续流二极管，C.储能电容。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，本发明的一种站点电源管理模块的第一个实施例，包括至少一个连接外部电源的电源输入电路、至少一个连接负载的负载输出电路和连接蓄电池的蓄电池充放电电路，负载输出电路中具有控制其电路通断的第一MOS管1和控制第一MOS管1通断的控制装置，所述的蓄电池接入电路中具有控制其电路通断的第二MOS管2和控制第二MOS管2通断的PWM信号控制器，所述的电源输入电路与负载输出电路之间通过第一导线连通，所述的蓄电池充放电电路通过第二导线与第一导线连通。

当蓄电池充满电或充电电压过高时断开第二MOS管2，停止充电，对蓄电池进行保护；当无外部电源，蓄电池对负载供电，蓄电池经过一段时间放电后，电压过低时断开第一MOS管1对蓄电池进行保护；恒流恒压充电是一种比较安全可靠的充电方式，尤其是对锂电池，利用20 kHz的 PWM控制信号对第二MOS管2进行快速开关控制，在微观上不断调整PWM信号的占空比使得宏观上表现为恒流恒压充电。

进一步的，还具有储能电容C，所述的储能电容的一端连接于第一导线上位于电源输入电路与第一导线和第二导线的连接节点之间、储能电容的另一端接地。用PWM控制信号给蓄电池充电的时候会造成供给负载电源电压的波动，储能电容的作用是通过电容的存储释放电能稳定电源电压减小波动。

进一步的，还具有续流二极管4，所述的续流二极管4的负极连接于所述的蓄电池充放电电路上连接蓄电池的一端、续流二极管4的正极接地。在PWM控制信号对蓄电池充电的时候，在第二MOS管2关断的瞬间导致蓄电池中的寄生电感会产生一个负电压，通过这个续流二极管释放到蓄电池，以保护第二MOS管，减小电压波动。

如图2所示，本发明的第二个实施例，与第一个实施例的区别在于进一步的，所述的电源输入电路中具有从电源输入端向电源输出端单向导通的二极管。

如图3所示，本发明的第三个实施例，与第一实施例的区别在于进一步的，并减少在外部电源供电时电源输入电路的能耗，所述的电源输入电路中具有控制其电路通断的第三MOS管3。

进一步的，所述的负载输出电路上连接有侦测外部电路是否短路的第一侦测元件和根据侦测结果控制第一MOS管1通断的第一控制装置，所述的蓄电池充放电电路上连接有侦测流过第二MOS管2的电流和蓄电池电压的第二侦测元件和根据侦测到的电流、电压的大小调整PWM信号控制器的PWM占空比以实现恒流恒压充电的第二控制装置，所述的电源输入电路上连接有侦测流过第三MOS管3电流的第三侦测元件和根据侦测到的电流控制第三MOS管3内开关通断的第三控制装置。

第一侦测元件通过电流侦测来判断外部电路是否短路，第一控制装置关闭第一MOS管输出，进行关断负载的自我保护。第二侦测元件通过电流、电池电压侦测来调整PWM信号控制器的PWM占空比，达到恒流恒压充电的目的。第三侦测元件当侦测到第三MOS管3内有电流流过时，第三控制装置使第三MOS管2导通，电流从开关上流过，降低第三MOS管3的能耗。

进一步的，所述的电源输入端的数量为两个，两个电源输入端分别连接太阳能供电装置和开关电源供电装置。开关电源供电装置一般为市电、路灯电等。

进一步的，所述的负载输出端的数量为两个，两个负载输出端分别连接锁桩和管理服务终端。公共自行车站点的耗能装置一般即为锁桩和管理服务终端。

第一MOS管1、第二MOS管2和第三MOS管3包括并联设置的二极管和开关，第一MOS管中的二极管从负载输出端向电源输入端单向导通、反向截止；第二MOS管从蓄电池连接端向电源输入端单向导通、反向截止；第三MOS管从电源输入端向负载输出端单向导通、反向截止。

第一个实施例的缺点：电源输入电路中没有二极管，当外部电源中断，蓄电池供电时会对外部电源的内部电路反向供电造成的损耗。

第二个实施例的缺点：两路电源输入电路的在电流输入时都通过二极管，压降大，通过大电流的时候发热量大（损耗大），限制了蓄电池的充电电流（当外部有电的时候要以最快的速度将电池充满备用）。

第三个实施例的优点：当有外部电源输入时，第三MOS管3导通，电流直接从第三MOS管3内的开关流过，相对于第二个实施例减小了第三MOS管3内的寄生二极管的压降，减小了发热量，减少了损耗，增大了蓄电池的最大可充电电流；当蓄电池供电时闭合第二MOS管2，电源输入电路中的二极管截止，避免了对外部电源的内部电路反向供电造成的损耗。

图中，虚线框为MOS管的内部原理图，并不是MOS管的符号图。本发明可采用MOS管，也可采用IGBT管，IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (5)

1.一种站点电源管理模块，其特征是：包括至少一个连接外部电源的电源输入电路、至少一个连接负载的负载输出电路和连接蓄电池的蓄电池充放电电路，负载输出电路中具有控制其电路通断的第一MOS 管和控制第一MOS 管通断的控制装置，所述的蓄电池接入电路中具有控制其电路通断的第二MOS 管和控制第二MOS 管通断的PWM 信号控制器，所述的电源输入电路与负载输出电路之间通过第一导线连通，所述的蓄电池充放电电路通过第二导线与第一导线连通；所述的电源输入电路中具有控制其电路通断的第三MOS 管；

所述的电源输入电路中具有从电源输入端向电源输出端单向导通的二极管；

所述的负载输出电路上连接有侦测外部电路是否短路的第一侦测元件和根据侦测结果控制第一MOS 管通断的第一控制装置，所述的蓄电池充放电电路上连接有侦测流过第二MOS 管的电流和蓄电池电压的第二侦测元件和根据侦测到的电流、电压的大小调整PWM 信号控制器的PWM 占空比以实现恒流恒压充电的第二控制装置，所述的电源输入电路上连接有侦测流过第三MOS 管电流的第三侦测元件和根据侦测到的电流控制第三MOS 管通断的第三控制装置。

2.如权利要求1所述的站点电源管理模块，其特征是：所述的电源输入端的数量为两个，两个电源输入端分别连接太阳能供电装置和开关电源供电装置。

3.如权利要求1 所述的站点电源管理模块，其特征是：所述的负载输出端的数量为两个，两个负载输出端分别连接锁桩和管理服务终端。

4.如权利要求1 所述的站点电源管理模块，其特征是：还具有储能电容，所述的储能电容的一端连接于第一导线上位于电源输入电路与第一导线和第二导线的连接节点之间、储能电容的另一端接地。

5.如权利要求4所述的站点电源管理模块，其特征是：还具有续流二极管，所述的续流二极管的负极连接于所述的蓄电池充放电电路上连接蓄电池的一端、续流二极管的正极接地。