CN106230099B - 电源设备 - Google Patents

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Abstract

本文公开了一种电源设备。该电源设备给包括可编程逻辑控制器(PLC)的负载供电并且包括：第一电力存储模块，其包括第一辅助电源；以及第二电力存储模块，其包括第二辅助电源。来自第二电力存储模块的输出电压大于来自第一电力存储模块的输出电压。能够通过减少具有有限寿命的电池的用量同时利用具有很大量充电/放电周期的超级电容器模块的优点来防止可能在突然断电的情况下发生的诸如存储器数据丢失的事故。

Description

电源设备
技术领域
本公开内容涉及一种电源设备。更具体地，本公开内容涉及一种能够为可编程逻辑控制器(PLC)供电尤其是通过利用电池模块和超级电容器模块的优点甚至在断电的情况下为PLC存储器备份和RTC操作进行供电的电源设备。
背景技术
在可编程逻辑控制器(PLC)中，诸如铁电体RAM(FRAM)、闪存等的各种装置用于诸如用户程序或文档等的数据备份。这种装置务必能够甚至在它们的功能模块被关闭之后存储数据。除此之外，FRAM具有的优点在于其具有快速数据写入时间并且不需要额外的电池备份。然而，它的成本随存储器容量增加并且存在关于数据存储容量的限制。另一方面，闪存具有较大的数据存储容量并且不太昂贵，但是它花费较长的数据写入时间。由于数据存储容量和数据写入时间的这种问题，快速SRAM装置被频繁地使用，因为它是廉价的。SRAM需要用于备份的电池和电路从而保持供电。SRAM等从内部电源或外部电源接收电力。电源可以为家用电源或工业电源(例如，110V服务、220V服务等)，或者可以为内部适配器或充电装置。如果突然关闭电源，诸如SRAM的非易失性存储器可以被严重地损坏，例如数据丢失。为了防止这种情况，制造商已经开发出各种备用电源以应对电源的突然断电。
即使在PLC系统中，需要数据备份的包括中央处理单元(CPU)模块的功能模块也包括用于进行备份的它们自身的电池和电路。在功能模块中的每一个中包括的这种用于备份的电池和电路监控来自主电源的信号的水平。如果信号的水平在正常范围之外，则向需要供给电力的诸如SRAM或实时时钟(RTC)的各种备份装置供应有电力，由此保存数据。
如图1所示，对于使用电池的典型备份电源设备而言，电池具有有限的寿命，并且电池在特定寿命之后被快速放电。因此，电池由于有限的寿命而务必定期更换，并且因此为更换电池招致维护成本。
发明内容
本公开内容的方面在于提供一种电源设备，其能够通过利用电池模块和超级电容器模块来为PLC存储器备份和RTC操作供电。
另外，本公开内容的另一方面在于提供一种利用减少电池用量的电池模块和具有很大量充电/放电周期的超级电容器模块的优点的电源设备。
此外，本公开内容的另一方面在于提供一种电源设备，其能够通过利用电池模块和超级电容器模块一起来防止可能在突然断电的情况下发生的诸如存储器数据丢失或RTC的中断的事故。
根据本发明的一个方面，一种电源设备被配置为当在断电的情况下中断向负载供应有主电力时向负载供应有辅助电力。该设备包括：第一电力存储模块，其包括第一辅助电源；；以及第二电力存储模块，其包括第二辅助电源。来自第二电力存储模块的输出电压大于来自第一电力存储模块的输出电压。
第一辅助电源可以是电池。
第二辅助电源可以是超级电容器。
第一电力存储模块可以包括第一单向装置单元，第一单向装置单元连接到第一辅助电源并且包括朝向第一输出端的单向电流传导装置。
第二电力存储模块可以包括第二单向装置单元。第二单向装置单元可以包括第三单向装置和第四单向装置，其中，第三单向装置被布置在电源电压与第二辅助电源之间并且是朝向第二辅助单元的单向电流传导装置，第四单向装置被布置在第二辅助电源与第二输出端之间并且是朝向第二输出端的单向电流传导装置。
第一电阻器还可以被布置在第二单向装置单元与第二辅助电源之间。
单向电流传导装置可以是二极管。
第一单向装置单元的数量可以大于第二单向装置单元的数量。
电源设备还可以包括：用于向负载供应有主电力的第三电力存储模块。
第三电力存储模块可以包括第一晶体管和第二晶体管，第一晶体管和第二晶体管接收电源电压并且响应于预定控制信号而接通以用于向PLC供应有电源电压。
第二晶体管的基极可以经由第二电阻器接收电源电压。第二晶体管的集电极可以经由第三电阻器连接到第一晶体管的基极。
第一晶体管的集电极可以连接到第三电力存储模块的输出端，并且第三电力存储模块的输出端、第一电力存储模块的第一输出端以及第二电力存储模块的第二输出端可以彼此电连接。
附图说明
图1是示出了电池的放电特性的图形；
图2是根据本公开内容的示例性实施例的电源设备的第一电力存储模块的框图；
图3是根据本公开内容的示例性实施例的电源设备的第二电力存储模块的框图；
图4是根据本公开内容的示例性实施例的电源设备的主电力存储模块的框图；
图5是根据本公开内容的示例性实施例的电源设备的框图。
具体实施方式
现在将参考附图详细描述本公开内容的各实施例。然而，要理解，本公开内容不限于具体示例性实施例，而是包括在本公开内容的精神和范围中包括的所有修改、等效方案以及替代。
在下文中，将参考附图详细描述本公开内容的示例性实施例。类似的附图标记在本文中被用于指代各视图中的类似的元件。
图2是根据本公开内容的示例性实施例的电源设备的第一辅助电力存储模块100的框图。第一辅助电力存储模块100存储要供给负载的辅助电力并且包括第一辅助电源110。第一辅助电源110可以为电池。另外，第一辅助电力存储模块100包括在第一辅助电源110与第一输出端Vcc_BAT1之间布置的第一单向装置单元120。第一单向装置连接到第一辅助电源110并且是朝向第一输出端Vcc_BAT1的单向电流传导装置。第一单向装置可以例如是二极管。尽管在图2中示出了两个第一单向装置单元120，但是这仅仅是示例并且第一单向装置单元120的数量不限于两个。第一单向装置单元120的数量可以取决于设计目的和用途来确定。
图3是根据本公开内容的示例性实施例的电源设备的第二辅助电力存储模块200的框图。第二辅助电力存储模块200接收电源电压Vcc以存储要供给负载的辅助电力并且包括第二辅助电源210。第二辅助电源210可以为超级电容器SC。另外，第二辅助电力存储模块200还可以包括第二单向装置单元220。第二单向装置单元220可以包括第三单向装置，第三单向装置被布置在电源电压Vcc与第二辅助电源210之间并且是朝向第二辅助电源210的单向电流传导装置。另外，第二单向装置单元220可以包括第四单向装置，第三单向装置被布置在第二辅助电源210与第二输出端Vcc_BAT2之间并且是朝向第二输出端Vcc_BAT2的单向电流传导装置。单向装置可以例如是二极管。图3仅仅示出了示例，第二辅助电力存储模块200的单向装置的数量不限于两个而是可以改变。
图4是根据本公开内容的示例性实施例的电源设备的主电力存储模块300的框图。主电力存储模块300存储要供给负载的主电力并接收电源电压Vcc以经由第三输出端Vout将其输出到负载。主电力存储模块300包括开关单元，其接收电源电压Vcc并且响应于预定控制信号而被接通以将电压供给负载。开关单元包括第一晶体管310和第二晶体管320。第一晶体管310的发射极E连接到Vcc端。第一晶体管310的集电极C连接到第三输出端Vout。第二晶体管320的的集电极C经由第二电阻器330连接到第一晶体管310的基极B。第二晶体管320的基极B可以经由第三电阻器340接收电源电压Vcc。
图5是根据本公开内容的示例性实施例的电源设备的框图。将参考图5描述根据本公开内容的示例性实施例的电源设备的操作。根据本公开内容的示例性实施例的电源设备包括主电力存储模块300、第一辅助电力存储模块100和第二辅助电力存储模块200。第一辅助电力存储模块100的第一输出端Vcc_BAT1、第二辅助电力存储模块200的第二输出端Vcc_BAT2以及主电力存储模块300的输出端彼此电连接，由此给负载供电。
利用从主电力存储模块300供给的主电力来正常地驱动负载，并且如果主电力归因于突然断电等而被中断，则将辅助电力从辅助电力存储模块供给负载。在第二辅助电力存储模块200的输出端处的电压被设置为高于在第一辅助电力存储模块100的输出端处的电压。在第一辅助电力存储模块100的输出端处的电压Vcc_BAT1和在第二辅助电力存储模块200的输出端处的电压Vcc_BAT2被计算如下：
[等式1]
Vcc_BAT1＝Vsub1–Vd1*n
Vcc_BAT2＝(Vsub2–Vd2)*电容器边际比
其中，Vsub1表示第一辅助电源110的电压，Vsub2表示第二辅助电源210的电压，Vd1表示第一单向装置单元120的前向电压，Vd2表示第二单向装置单元220的前向电压，并且n表示第一单向装置单元的数量。
由根据本公开内容的示例性实施例的用于备份SRAM并操作RTC的数据存储系统消耗的电流I能够被表示为下面的等式2：
[等式2]
消耗的电流I＝SRAM备份电流+RTC工作电流+TR的反向漏电流
另外，第一辅助电源(例如电池)的寿命能够被表示为下面的等式3：
[等式3]
寿命＝(使用的电流/消耗的电流)/24h/365d
另外，第二辅助电源(例如超级电容器)的备份时间(t)被表示为下面的等式4：
[等式4]
电荷的总量(Q)＝超级电容器的电容*(Vcc_BAT2-Vcc_BAT1)。
t＝Q/I
其中，I表示消耗的电流。
例如，在图5中示出的示例中，如果Vsub1＝3V，Vd1＝0.35V，n＝2，Vsub2＝3.3V，Vd2＝0.15，并且电容边际比＝0.9，则根据等式1，Vcc_BAT1＝2.3V，Vcc_BAT2＝2.835V，并且根据等式2，消耗的电流I为7μA。根据等式3，电池的寿命大约为4.08年，并且根据等式4，超级电容器的备份时间为4.42天。
即，根据本公开内容的示例性实施例，能够通过减少具有有限寿命的电池的用量同时利用具有很大量充电/放电周期的超级电容器模块的优点来防止可能在突然断电的情况下发生的诸如存储器数据丢失的事故。
根据本公开内容的示例性实施例，能够甚至在断电的情况下为存储器备份和RTC操作稳定地供电。
另外，根据本公开内容的示例性实施例，能够通过利用电池模块和超级电容器模块来显著减少电池用量。此外，能够节省为定期更换电池招致的成本。
另外，根据本公开内容的示例性实施例，当电池被中断时可能发生的诸如存储器丢失或RTC操作的中断的事故，并且因此能够提高存储数据的稳定性。
根据本公开内容的示例性实施例，能够甚至在断电的情况下为存储器备份和RTC操作稳定地供电。
另外，根据本公开内容的示例性实施例，能够通过利用电池模块和超级电容器模块来显著减少电池用量。此外，能够节省为定期更换电池招致的成本。
另外，根据本公开内容的示例性实施例，当电池被中断时可能发生的诸如存储器丢失或RTC操作的中断的事故，并且因此能够提高存储数据的稳定性。
尽管已经详细描述了本公开内容的示例性实施例，但是这些仅仅是说明性的。本领域技术人员将认识到，能够在不脱离本公开内容的范围的情况下进行各种修改和等效方案。因此，想要保护的本公开内容的真正范围仅仅由随附权利要求书限定。

Claims (9)

1.一种电源设备，其被配置为当在断电的情况下中断向可编程逻辑控制器(PLC)供应有主电力时，向PLC供应有辅助电力，所述设备包括：
第一电力存储模块，其包括第一辅助电源；以及
第二电力存储模块，其包括第二辅助电源，其中，来自所述第二电力存储模块的输出电压大于来自所述第一电力存储模块的输出电压，
所述第二电力存储模块包括第二单向装置单元，其中，所述第二单向装置单元包括第三单向装置和第四单向装置，其中，所述第三单向装置被布置在电源电压与所述第二辅助电源之间并且是朝向所述第二辅助电源的单向电流传导装置，所述第四单向装置被布置在所述第二辅助电源与第二输出端之间并且是朝向所述第二输出端的单向电流传导装置。
2.根据权利要求1所述的电源设备，其中，所述第一辅助电源包括电池，并且所述第二辅助电源包括超级电容器。
3.根据权利要求1所述的电源设备，其中，所述第一电力存储模块包括第一单向装置单元，所述第一单向装置单元连接到所述第一辅助电源并且包括朝向第一输出端的单向电流传导装置。
4.根据权利要求1所述的电源设备，其中，第一电阻器还被布置在所述第二单向装置单元与所述第二辅助电源之间。
5.根据权利要求3所述的电源设备，其中，所述第一单向装置单元的数量大于第二单向装置单元的数量。
6.根据权利要求1所述的电源设备，还包括：用于向PLC供应有主电力的第三电力存储模块。
7.根据权利要求6所述的电源设备，其中，所述第三电力存储模块包括第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管和所述第二晶体管接收所述电源电压并且响应于预定控制信号而被接通以向所述PLC供应有电源电压。
8.根据权利要求7所述的电源设备，其中，所述第二晶体管的集电极经由第二电阻器连接到所述第一晶体管的基极，并且所述第二晶体管的基极经由第三电阻器接收所述电源电压。
9.根据权利要求8所述的电源设备，其中，所述第一晶体管的集电极连接到所述第三电力存储模块的输出端，并且所述第三电力存储模块的所述输出端、所述第一电力存储模块的第一输出端以及所述第二电力存储模块的第二输出端彼此电连接。
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