CN106602701A - 一种金融设备不间断供电电路以及供电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金融设备不间断供电电路和应用于该金融设备不间断供电电路中的不间断供电方法，金融设备不间断供电电路包括：主电源掉电检测电路、第一主备电源切换电路、第二主备电源切换电路、DC‑DC电路、第一LDO电路、第二LDO电路、备用锂电池和锂电池充电电路，主电源掉电检测电路用于检测核心模块是否掉电，当核心模块未掉电时，主电源掉电检测电路与外部24V主电源连接，主电源掉电检测电路检测到核心模块掉电时，第一主备电源切换电路切换至由备用锂电池供电，当外部24V主电源停止供电时，第二主备电源切换电路切换至由备用锂电池供电。本发明电路结构简单、性能安全可靠、电路中的元件均为常用器件，可有效提高生产效率以及降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及不间断供电技术领域，具体而言，涉及一种金融设备不间断供电电路以及供电方法。
背景技术
目前，银行等金融机构的某些重要的金融设备需要持续运行，即使断电也要保留报警机构的正常运转，所以，需要提供备用电源，以在主电源出现故障时，能够及时切换到备用电源供电，以使得金融设备在遇到突发断电情况时能够持续供电，并保证在断电后设备能够完成最后一笔业务，同时保证核心模块、报警模块都能正常供电。
一种现有的备用电源包含锂电池充电电路和主备电源切换电路，其中，在锂电池充电电路中，采用交流输入方式的多采用分立器件搭建，采用直流输入方式的多采用专用的充电控制器加外部开关管搭建。但是，采用交流输入方式时，分立器件过多，器件占用空间过大，功耗大，同时输入电压为交流，不适合小型嵌入式系统；而直流输入方式时的输入电压范围过窄，一般都低于20V。另外，对于主备电源切换电路而言，一种是采用双触点继电器实现切换，这种切换方式速度慢，断电器线圈功耗大，不适合小型嵌入式系统的充电，另一种是采用专用的电压监控芯片加电子开关实现，如图1所示，这种切换方式采用的器件较多，成本较高。
因此，如何解决上述现有的备用电源存在的不足，是本领域技术人员的一个重要研究方向。
发明内容
本发明提供了一种金融设备不间断供电电路和应用于该金融设备不间断供电电路中的不间断供电方法，以在外部电源掉电时不间断的为金融设备提供电力，以保证其正常运转。
为了达到上述目的，本发明提供了一种金融设备不间断供电电路，用于为金融设备中的各部分不间断的提供工作所需的电力，其包括：主电源掉电检测电路、第一主备电源切换电路、第二主备电源切换电路、DC-DC电路、第一LDO电路、第二LDO电路、12V备用锂电池和锂电池充电电路，其中：
一外部24V主电源与所述主电源掉电检测电路、所述第一主备电源切换电路、所述第二主备电源切换电路和所述第一LDO电路连接；
所述主电源掉电检测电路进一步与金融设备中的核心模块连接，用于检测核心模块是否掉电，当核心模块未掉电时，所述主电源掉电检测电路与外部24V主电源连接以正常供电；
所述第一主备电源切换电路与金融设备中的步进电机、所述DC-DC电路和所述12V备用锂电池连接并输出24V或12V的电压，当所述主电源掉电检测电路检测到核心模块掉电时，所述第一主备电源切换电路切换至由所述12V备用锂电池进行供电；
所述第二主备电源切换电路连接在所述第二LDO电路与金融设备中的电磁铁和白光LED之间，所述第二LDO电路用于将外部24V主电源输出的24V电压转化为12V电压并经由所述第二主备电源切换电路输出至金融设备中的电磁铁和白光LED，当外部24V主电源停止供电时，所述第二主备电源切换电路切换至由12V备用锂电池进行供电；
所述DC-DC电路连接在所述第一主备电源切换电路与所述第一LDO电路之间，用于将所述第一主备电源切换电路输出的24V或12V电压转换为5V电压，所述第一LDO电路进一步将5V电压转换为3.3V电压并输出至核心模块；
所述锂电池充电电路由外部24V主电源充电并储存电力，并在由所述12V备用锂电池进行供电时将储存的电力输出至所述第一主备电源切换电路和所述第二主备电源切换电路。
在本发明的一实施例中，所述锂电池充电电路中具有一CN3703芯片。
在本发明的一实施例中，所述主电源掉电检测电路包括下拉电阻R11、电阻R8、电阻R10和三极管Q14，下拉电阻R11、电阻R8、电阻R10的阻值均为20k，三极管Q14为MMBT3906，其中，下拉电阻R11连接在外部24V主电源与地之间，电阻R8连接在外部24V主电源与三极管Q14的基极之间，电阻R10连接在三极管Q14的集电极与地之间。
在本发明的一实施例中，所述第一主备电源切换电路包括TVS管D2、电容C17、两个并联的功率二极管D1、保险丝座F1、SMD三极管Q12、电容C1和电阻R3，其中，TVS管D2与电容C17并联后进一步与两个并联的功率二极管D1连接，保险丝座F1与功率二极管D1的负极连接，SMD三极管Q12与电容C1并联连接后进一步与电阻R3连接。
在本发明的一实施例中，所述第二主备电源切换电路包括稳压器U1、电容C2、电容C4、电容C5、电阻R1、电阻R2、电阻R4、电阻R6和SMD三极管Q13，其中，电容C4、电容C5、电阻R2和电阻R6的一端接地，电阻R4的一端与外部24V主电源连接。
本发明还提供了一种应用于上述金融设备不间断供电电路中的不间断供电方法，其包括以下步骤：
S1：不间断供电电路上电开机；
S2：系统初始化；
S3：主电源掉电检测电路检测外部24V主电源是否掉电，若是，则至步骤S5，若否，则至步骤S4；
S4：所有外部设备均正常供电，系统正常运行，每隔一设定时间再次执行步骤S3；
S5：第一主备电源切换电路和第二主备电源切换电路切换至由12V备用锂电池供电；
S6：所有外部设备均正常供电，并完成最后一个需执行的任务；
S7：断开除了核心模块、报警电路和电磁铁之外的所有外部设备的电力；
S8：报警电路实时监控金融设备是否出现故障以及是否受到外力破坏，当外部24V主电源掉电、金融设备出现故障或受到外力破坏时发出警报。
本发明提供的金融设备不间断供电电路和应用于该金融设备不间断供电电路中的不间断供电方法解决了小型金融设备在遇突发断电情况不能持续供电的问题，使得在外部电源断电后能保证设备完成最后一笔业务，同时能够保证核心模块、报警模块都能正常供电，并且电路结构简单、性能安全可靠、电路中的元件均为常用器件，从而可有效提高生产效率以及降低生产成本。
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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种现有的主备电源切换电路的电路图；
图2为本发明一实施例的金融设备不间断供电电路的结构示意图；
图3为本发明一实施例的锂电池充电电路的电路图；
图4为本发明一实施例的主电源掉电检测电路的电路图；
图5为本发明一实施例的第一主备电源切换电路的电路图；
图6为本发明一实施例的第二主备电源切换电路的电路图；
图7为本发明一实施例的不间断供电方法的流程图。
附图标记说明：1-主电源掉电检测电路；2-第一主备电源切换电路；3-第二主备电源切换电路；4-DC-DC电路；5-第一LDO电路；6-第二LDO电路；7-12V备用锂电池；8-锂电池充电电路；9-外部24V主电源；11-核心模块；12-步进电机；13-电磁铁和白光LED。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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付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2为本发明一实施例的金融设备不间断供电电路的结构示意图，金融设备不间断供电电路用于为金融设备中的各部分不间断的提供工作所需的电力，如图2所示，本发明提供的金融设备不间断供电电路包括：主电源掉电检测电路1、第一主备电源切换电路2、第二主备电源切换电路3、DC-DC电路4、第一LDO电路5、第二LDO电路6、12V备用锂电池7和锂电池充电电路8，其中：
一外部24V主电源9与主电源掉电检测电路1、第一主备电源切换电路2、第二主备电源切换电路3和第一LDO电路5连接；
主电源掉电检测电路1进一步与金融设备中的核心模块11连接，用于检测核心模块11是否掉电，当核心模块11未掉电时，主电源掉电检测电路1与外部24V主电源9连接以正常供电；
第一主备电源切换电路2与金融设备中的步进电机12、DC-DC电路4和12V备用锂电池7连接并输出24V或12V的电压，当主电源掉电检测电路1检测到核心模块11掉电时，第一主备电源切换电路2切换至由12V备用锂电池7进行供电；
第二主备电源切换电路3连接在第二LDO电路6与金融设备中的电磁铁和白光LED13之间，第二LDO电路6用于将外部24V主电源9输出的24V电压转化为12V电压并经由第二主备电源切换电路3输出至金融设备中的电磁铁和白光LED13，当外部24V主电源9停止供电时，第二主备电源切换电路3切换至由12V备用锂电池7进行供电；
DC-DC电路4连接在第一主备电源切换电路2与第一LDO电路5之间，用于将第一主备电源切换电路2输出的24V或12V电压转换为5V电压，第一LDO电路5进一步将5V电压转换为3.3V电压并输出至核心模块11；
锂电池充电电路8由外部24V主电源充电并储存电力，并在由12V备用锂电池7进行供电时将储存的电力输出至第一主备电源切换电路2和第二主备电源切换电路3。
图3为本发明一实施例的锂电池充电电路的电路图，如图3所示，锂电池充电电路中具有一CN3703芯片，CN3703芯片是国内ZTech厂商生产的锂电池专用充电管理芯片，其为PWM降压模式三节锂电池充电管理集成电路，能够独立对三节锂电池充电进行自动管理，具有封装小，外围器件少和使用简单等优点，同时具有涓流充电、自动再充电、软启动、过压保护等功能。CN3703具有恒流和恒压充电模式，恒压模式下将电池电压调制在12.6V，精度为±1％，恒流模式下，充电电流可以通过外部电阻设置。CN3703的电压输入范围7.5到28V，正适合本发明使用。
本发明一实施例采用的锂电池规格为12V、5200mAH，考虑到器件的功耗，将充电电流设置为2A比较合适。电路中各元件的规格均可以根据实际充电电压和充电电流进行的选择。电路中的电阻R6用于设置恒流充电电流Ich,Ich＝200mV/R6.Ich为2A，R6取值为0.1欧姆。电容C20、C21、C22和电阻R17均是根据CN3703的规格书选择，起到回路补偿作用。电路中的LED1和LED2分别用于提示充电完毕和充电中两个状态。充电完毕LED1亮，LED2灭，充电中LED1灭，LED2亮。
图4为本发明一实施例的主电源掉电检测电路的电路图，如图4所示，主电源掉电检测电路包括下拉电阻R11、电阻R8、电阻R10和三极管Q14，下拉电阻R11、电阻R8、电阻R10的阻值均为20k，三极管Q14为MMBT3906，其中，下拉电阻R11连接在外部24V主电源与地之间，电阻R8连接在外部24V主电源与三极管Q14的基极之间，电阻R10连接在三极管Q14的集电极与地之间。当主电源供电时，Q14的基极为高，三极管Q14截止，发射极输出为高电平。当主电源掉电或当电压跌落到4.3V以下时，三极管Q14饱和导通，发射极输出为低电平。主电源掉电检测电路中的下拉电阻R11的阻值不能过大，原因是在外部24V主电源掉电后，功率二极管D1会有一个大概5uA的反向漏电流，如果电阻过大，掉电后会导致三级管Q14的基极电位过高，进而导至开关失效。经测试R11选择20K相对合适。
图5为本发明一实施例的第一主备电源切换电路的电路图，如图5所示，第一主备电源切换电路包括TVS管D2、电容C17、两个并联的功率二极管D1、保险丝座F1、SMD三极管Q12、电容C1和电阻R3，其中，TVS管D2与电容C17并联后进一步与两个并联的功率二极管D1连接，保险丝座F1与功率二极管D1的负极连接，SMD三极管Q12与电容C1并联连接后进一步与电阻R3连接。
图6为本发明一实施例的第二主备电源切换电路的电路图，如图6所示，第二主备电源切换电路包括稳压器U1、电容C2、电容C4、电容C5、电阻R1、电阻R2、电阻R4、电阻R6和SMD三极管Q13，其中，电容C4、电容C5、电阻R2和电阻R6的一端接地，电阻R4的一端与外部24V主电源连接。
如图5、图6所示，Q12和Q13作为外部24V主电源与12V备用锂电池的切换开关。Q13作为第一LDO电路输出的12V电压与12V备用锂电池的切换开关。功率二级管D1是整个切换电路的关键器件，图5的切换过程如下：当外部24V主电源供电时，Q12的G极电平为高，MOS管截止，24V电压经过D1、F1为电路中的主板供电。当外部24V主电源掉电时或当外部24V主电源的电压跌落到12V备用锂电池的Vgs(th)以下时，Q12导通，同时二极管D1处于反向截止状态，12V备用锂电池经过Q12、F1为电路中的主板供电。图6的切换过程与图5类似。
另外，需要注意图5、图6中的切换电路只适合主电源电压大等于于备用电源电压的情况。
由于本发明中的直流输入电压为24V，电源最大功耗为120W，即电源最大输出电流为5A，所以功率二极管的IF要选择大于5A的，选择了ON-SEMI半导体的MURD620CTT4G，IF最大为6A，VF最大为1.2V，供电时会有一定的功率损耗，但由于是外部直流电源供电，损耗可以忽略。PMOS管Q12和Q13，选择VISHAY半导体的Si2343CDS，持续漏电流为5.9A。Rds(on)最大0.045欧姆。所以在电池供电时，不会有过多的功率损耗。阻容R3、C1，R4和C2，对电源供电起到延时缓冲作用，减小MOS管开关瞬间带来的电压、电流冲击。
TVS管D2选择单向稳压的SMCJ28A，起到正向峰值电压抑制作用，同时在主电源掉电时，可以加速外部电源适配器本身的输出电容放电，进而减小电检测电路的输出时延。
图7为本发明一实施例的不间断供电方法的流程图，该不间断供电方法应用于上述金融设备不间断供电电路中，其包括以下步骤：
S1：不间断供电电路上电开机；
S2：系统初始化；
S3：主电源掉电检测电路检测外部24V主电源是否掉电，若是，则至步骤S5，若否，则至步骤S4；
S4：所有外部设备均正常供电，系统正常运行，每隔一设定时间再次执行步骤S3；
S5：第一主备电源切换电路和第二主备电源切换电路切换至由12V备用锂电池供电；
S6：所有外部设备均正常供电，并完成最后一个需执行的任务；
S7：断开除了核心模块、报警电路和电磁铁之外的所有外部设备的电力；
S8：报警电路实时监控金融设备是否出现故障以及是否受到外力破坏，当外部24V主电源掉电、金融设备出现故障或受到外力破坏时发出警报。
本发明提供的金融设备不间断供电电路和应用于该金融设备不间断供电电路中的不间断供电方法解决了小型金融设备在遇突发断电情况不能持续供电的问题，使得在外部电源断电后能保证设备完成最后一笔业务，同时能够保证核心模块、报警模块都能正常供电，并且电路结构简单、性能安全可靠、电路中的元件均为常用器件，从而可有效提高生产效率以及降低生产成本。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
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实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种金融设备不间断供电电路，用于为金融设备中的各部分不间断的提供工作所需的电力，其特征在于，包括：主电源掉电检测电路、第一主备电源切换电路、第二主备电源切换电路、DC-DC电路、第一LDO电路、第二LDO电路、12V备用锂电池和锂电池充电电路，其中：
一外部24V主电源与所述主电源掉电检测电路、所述第一主备电源切换电路、所述第二主备电源切换电路和所述第一LDO电路连接；
所述主电源掉电检测电路进一步与金融设备中的核心模块连接，用于检测核心模块是否掉电，当核心模块未掉电时，所述主电源掉电检测电路与外部24V主电源连接以正常供电；
所述第一主备电源切换电路与金融设备中的步进电机、所述DC-DC电路和所述12V备用锂电池连接并输出24V或12V的电压，当所述主电源掉电检测电路检测到核心模块掉电时，所述第一主备电源切换电路切换至由所述12V备用锂电池进行供电；
所述第二主备电源切换电路连接在所述第二LDO电路与金融设备中的电磁铁和白光LED之间，所述第二LDO电路用于将外部24V主电源输出的24V电压转化为12V电压并经由所述第二主备电源切换电路输出至金融设备中的电磁铁和白光LED，当外部24V主电源停止供电时，所述第二主备电源切换电路切换至由12V备用锂电池进行供电；
所述DC-DC电路连接在所述第一主备电源切换电路与所述第一LDO电路之间，用于将所述第一主备电源切换电路输出的24V或12V电压转换为5V电压，所述第一LDO电路进一步将5V电压转换为3.3V电压并输出至核心模块；
所述锂电池充电电路由外部24V主电源充电并储存电力，并在由所述12V备用锂电池进行供电时将储存的电力输出至所述第一主备电源切换电路和所述第二主备电源切换电路。
2.根据权利要求1所述的金融设备不间断供电电路，其特征在于，所述锂电池充电电路中具有一CN3703芯片。
3.根据权利要求1所述的金融设备不间断供电电路，其特征在于，所述主电源掉电检测电路包括下拉电阻R11、电阻R8、电阻R10和三极管Q14，下拉电阻R11、电阻R8、电阻R10的阻值均为20k，三极管Q14为MMBT3906，其中，下拉电阻R11连接在外部24V主电源与地之间，电阻R8连接在外部24V主电源与三极管Q14的基极之间，电阻R10连接在三极管Q14的集电极与地之间。
4.根据权利要求1所述的金融设备不间断供电电路，其特征在于，所述第一主备电源切换电路包括TVS管D2、电容C17、两个并联的功率二极管D1、保险丝座F1、SMD三极管Q12、电容C1和电阻R3，其中，TVS管D2与电容C17并联后进一步与两个并联的功率二极管D1连接，保险丝座F1与功率二极管D1的负极连接，SMD三极管Q12与电容C1并联连接后进一步与电阻R3连接。
5.根据权利要求1所述的金融设备不间断供电电路，其特征在于，所述第二主备电源切换电路包括稳压器U1、电容C2、电容C4、电容C5、电阻R1、电阻R2、电阻R4、电阻R6和SMD三极管Q13，其中，电容C4、电容C5、电阻R2和电阻R6的一端接地，电阻R4的一端与外部24V主电源连接。
6.一种应用于权利要求1-5中任一项所述的金融设备不间断供电电路中的不间断供电方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：不间断供电电路上电开机；
S2：系统初始化；
S3：主电源掉电检测电路检测外部24V主电源是否掉电，若是，则至步骤S5，若否，则至步骤S4；
S4：所有外部设备均正常供电，系统正常运行，每隔一设定时间再次执行步骤S3；
S5：第一主备电源切换电路和第二主备电源切换电路切换至由12V备用锂电池供电；
S6：所有外部设备均正常供电，并完成最后一个需执行的任务；
S7：断开除了核心模块、报警电路和电磁铁之外的所有外部设备的电力；
S8：报警电路实时监控金融设备是否出现故障以及是否受到外力破坏，当外部24V主电源掉电、金融设备出现故障或受到外力破坏时发出警报。
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