CN109873485A - 一种自动切换的掉电保持电路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动切换的掉电保持电路及其控制方法。自动切换的掉电保持电路包括输入电源电压变换电路、储能电路、自动通断控制电路和储能电路电压变换电路，输入电源经输入电源电压变换电路和需要供电的工作系统相连，输入电源又和储能电路的输入端相连，储能电路的输出端经自动通断控制电路和储能电路电压变换电路的输入端相连，储能电路电压变换电路的输出端也和需要供电的工作系统相连。本发明根据输入电源的是否掉电由自动通断控制电路控制储能电路是否输出电能，避免储能电路在不需要的时候仍频繁充电、放电的现象发生，从而延长储能电路的使用寿命，而且确保输出的电压比较稳定、可靠。

Description

一种自动切换的掉电保持电路及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种掉电保持电路，尤其涉及一种自动切换的掉电保持电路及其控制方法。

背景技术

在突然断电的情况下，许多电子设备、仪器来不及做出反应，从而造成数据的丢失或者服务的中断。因此越来越多的电子设备、仪器要求提供掉电保持功能，即系统电源没电以后，电子设备、仪器能够依靠内部的储能电路工作一段时间，以便对掉电做出反应动作，避免数据或运行状态的丢失。目前常用的掉电保持电路，一般包括输入电源电压变换电路、储能电路、储能电路电压变换电路和控制电路，控制电路由两个二极管组成，输入电源经输入电源电压变换电路、一号二极管输出电压给电子设备等工作系统，同时输入电源输入给储能电路，储能电路储备电能，储能电路放电时，经储能电路电压变换电路、二号二极管输出电压给电子设备等工作系统。上述电路能满足基本的掉电保持功能要求，但仍存在以下缺陷：1、控制电路采用一号二极管、二号二极管，而二极管的正向压降随负载电流变大而变大，随温度的升高而降低，导致供电给工作系统的电压是一个动态变化的值，在稳定性、精度等要求高的系统中，上述电路不能满足应用需求；2、在输入电源有电的情况下，储能电路会频繁充电、放电，影响储能电路的使用寿命。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供一种自动切换的掉电保持电路及其控制方法，其能根据输入电源的是否掉电自动控制储能电路是否输出电能，避免储能电路在不需要的时候仍频繁充电、放电的现象发生，从而延长储能电路的使用寿命，而且确保输出的电压比较稳定、可靠。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明的一种自动切换的掉电保持电路，包括输入电源电压变换电路、储能电路、自动通断控制电路和储能电路电压变换电路，输入电源经输入电源电压变换电路和需要供电的工作系统相连，输入电源又和储能电路的输入端相连，储能电路的输出端经自动通断控制电路和储能电路电压变换电路的输入端相连，储能电路电压变换电路的输出端也和需要供电的工作系统相连。当输入电源有电时，输入电源经输入电源电压变换电路转换成工作系统需要的电压，供电给工作系统，同时输入电源输入给储能电路，储能电路储备电能，此时自动通断控制电路处于断开状态，则储能电路电压变换电路没有电压输出；当输入电源掉电时，输入电源电压变换电路没有电压输出，此时自动通断控制电路处于接通状态，储能电路输出电能并经自动通断控制电路输送给储能电路电压变换电路，由储能电路电压变换电路转换成工作系统需要的电压，供电给工作系统。也就是说，输入电源有电时，由输入电源供电给工作系统；输入电源掉电时，由储能电路储备的电能供电给工作系统。两种供电方式通过自动通断控制电路自动切换，储能电路只在输入电源掉电时才对工作系统供电，不会频繁充放电。本发明根据输入电源的是否掉电自动控制储能电路是否输出电能，避免储能电路在不需要的时候仍频繁充电、放电的现象发生，从而延长储能电路的使用寿命，而且确保输出的电压比较稳定、可靠。

作为优选，所述的储能电路包括二极管D2、电阻R1和超级电容C5，所述的自动通断控制电路包括场效应管Q1和电阻R2；输入电源和二极管D2的正极相连，二极管D2的负极经电阻R1和超级电容C5的正极相连，超级电容C5的负极接地，超级电容C5的正极和场效应管Q1的源极相连，场效应管Q1的栅极既和输入电源相连又经电阻R2接地，场效应管Q1的漏极和所述的储能电路电压变换电路的输入端相连。当输入电源有电时，输入电源经输入电源电压变换电路转换成工作系统需要的电压，供电给工作系统，同时输入电源输入给储能电路，经二极管D2对超级电容C5进行充电以储备电能，此时场效应管Q1处于截止状态，则储能电路电压变换电路没有电压输出；当输入电源掉电时，输入电源电压变换电路没有电压输出，此时场效应管Q1处于导通状态，则超级电容C5进行放电，输出的电能经场效应管Q1输送给储能电路电压变换电路，由储能电路电压变换电路转换成工作系统需要的电压，供电给工作系统。超级电容只在输入电源掉电时才对工作系统供电，不会频繁充放电。超极电容可以反复充放电，没有记忆效应，成本也较低。

作为优选，所述的储能电路电压变换电路包括电解电容C6、电容C7、电容C8、电解电容C9和电压变换芯片U2，所述的自动通断控制电路的输出端和电压变换芯片U2的输入管脚相连，电压变换芯片U2的输出管脚和需要供电的工作系统相连，电压变换芯片U2的接地管脚接地，电压变换芯片U2的输入管脚和接地端之间连接有电解电容C6和电容C7的并联电路，电压变换芯片U2的输出管脚和接地端之间连接有电解电容C9和电容C8的并联电路。

作为优选，所述的输入电源电压变换电路包括电解电容C1、电容C2、电容C3、电解电容C4和电压变换芯片U1，输入电源和电压变换芯片U1的输入管脚相连，电压变换芯片U1的输出管脚和需要供电的工作系统相连，电压变换芯片U1的接地管脚接地，电压变换芯片U1的输入管脚和接地端之间连接有电解电容C1和电容C2的并联电路，电压变换芯片U1的输出管脚和接地端之间连接有电解电容C4和电容C3的并联电路。

作为优选，所述的电压变换芯片U1及电压变换芯片U2采用SPX29300T-L-3-3/TR电压变换芯片。SPX29300T-L-3-3/TR电压变换芯片具有反向电压保护功能，进一步确保输入电源电压变换电路、储能电路电压变换电路不会同时工作，因此可以将两个SPX29300T-L-3-3/TR电压变换芯片的输出端接在一起，从而保证输出的电源稳定、可靠。

作为优选，所述的自动切换的掉电保持电路包括声光报警电路，所述的自动通断控制电路的输出端和声光报警电路的输入端相连。当输入电源掉电，超级电容放电时，启动声光报警电路进行报警，提醒相关人员输入电源掉电现象，便于及时作出相应处理。

作为优选，所述的声光报警电路包括电阻R3、发光二极管D1和蜂鸣器B1，所述的自动通断控制电路的输出端经电阻R3和发光二极管D1的正极相连，发光二极管D1的负极接地，蜂鸣器B1的正极和自动通断控制电路的输出端相连，蜂鸣器B1的负极接地。

本发明的一种自动切换的掉电保持电路的控制方法为：当输入电源有电时，输入电源经所述的输入电源电压变换电路转换成工作系统需要的电压，供电给工作系统，同时输入电源输入给所述的储能电路，储能电路储备电能，此时所述的自动通断控制电路处于断开状态，则所述的储能电路电压变换电路没有电压输出；当输入电源掉电时，所述的输入电源电压变换电路没有电压输出，此时所述的自动通断控制电路处于接通状态，所述的储能电路输出电能并经自动通断控制电路输送给所述的储能电路电压变换电路，由储能电路电压变换电路转换成工作系统需要的电压，供电给工作系统。储能电路只在输入电源掉电时才对工作系统供电，不会频繁充放电。本发明根据输入电源的是否掉电自动控制储能电路是否输出电能，避免储能电路在不需要的时候仍频繁充电、放电的现象发生，从而延长储能电路的使用寿命，而且确保输出的电压比较稳定、可靠。

作为优选，所述的储能电路包括二极管D2、电阻R1和超级电容C5，所述的自动通断控制电路包括场效应管Q1和电阻R2；输入电源和二极管D2的正极相连，二极管D2的负极经电阻R1和超级电容C5的正极相连，超级电容C5的负极接地，超级电容C5的正极和场效应管Q1的源极相连，场效应管Q1的栅极既和输入电源相连又经电阻R2接地，场效应管Q1的漏极和所述的储能电路电压变换电路的输入端相连；所述的控制方法为：当输入电源有电时，输入电源经所述的输入电源电压变换电路转换成工作系统需要的电压，供电给工作系统，同时输入电源输入给所述的储能电路，经二极管D2对超级电容C5进行充电以储备电能，此时场效应管Q1处于截止状态，则所述的储能电路电压变换电路没有电压输出；当输入电源掉电时，所述的输入电源电压变换电路没有电压输出，此时场效应管Q1处于导通状态，则超级电容C5进行放电，输出的电能经场效应管Q1输送给所述的储能电路电压变换电路，由储能电路电压变换电路转换成工作系统需要的电压，供电给工作系统。超级电容只在输入电源掉电时才对工作系统供电，不会频繁充放电。

本发明的有益效果是：能根据输入电源的是否掉电自动控制储能电路是否输出电能，避免储能电路在不需要的时候仍频繁充电、放电的现象发生，从而延长储能电路的使用寿命，而且确保输出的电压比较稳定、可靠。

附图说明

图1是本发明的一种电路原理连接结构框图。

图2是本发明的一种电路原理图。

图中 1.输入电源电压变换电路，2.储能电路，3.自动通断控制电路，4.储能电路电压变换电路，5.声光报警电路，6.输入电源，7.工作系统。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的一种自动切换的掉电保持电路，如图1所示，包括输入电源电压变换电路1、储能电路2、自动通断控制电路3、储能电路电压变换电路4和声光报警电路5。输入电源6和输入电源电压变换电路1的输入端相连，输入电源电压变换电路的输出端和需要供电的工作系统7相连，输入电源6又和储能电路2的输入端相连，储能电路的输出端经自动通断控制电路3和储能电路电压变换电路4的输入端相连，储能电路电压变换电路的输出端也和需要供电的工作系统7相连。自动通断控制电路3的输出端还和声光报警电路5的输入端相连。

如图2所示，储能电路包括二极管D2、电阻R1和超级电容C5，自动通断控制电路包括场效应管Q1和电阻R2；储能电路电压变换电路包括电解电容C6、电容C7、电容C8、电解电容C9和电压变换芯片U2；输入电源电压变换电路包括电解电容C1、电容C2、电容C3、电解电容C4和电压变换芯片U1；声光报警电路包括电阻R3、发光二极管D1和蜂鸣器B1。本实施例中，输入电源为+5V电压，输入电源和电压变换芯片U1的输入管脚相连，电压变换芯片U1的输出管脚输出+3.3V电压，和需要供电的工作系统相连，电压变换芯片U1的接地管脚接地，电压变换芯片U1的输入管脚和接地端之间连接有电解电容C1和电容C2的并联电路，电压变换芯片U1的输出管脚和接地端之间连接有电解电容C4和电容C3的并联电路。二极管D2的正极和+5V电压相连，二极管D2的负极经电阻R1和超级电容C5的正极相连，超级电容C5的负极接地，超级电容C5的正极和场效应管Q1的源极相连，场效应管Q1的栅极既接+5V电压又经电阻R2接地，场效应管Q1的漏极和电压变换芯片U2的输入管脚相连，电压变换芯片U2的输出管脚输出+3.3V电压，和需要供电的工作系统相连，电压变换芯片U2的接地管脚接地，电压变换芯片U2的输入管脚和接地端之间连接有电解电容C6和电容C7的并联电路，电压变换芯片U2的输出管脚和接地端之间连接有电解电容C9和电容C8的并联电路。电压变换芯片U1及电压变换芯片U2采用SPX29300T-L-3-3/TR电压变换芯片。场效应管Q1的漏极又和电阻R3的一端及蜂鸣器B1的正极相连，电阻R3的另一端和发光二极管D1的正极相连，发光二极管D1的负极接地，蜂鸣器B1的负极接地。

上述自动切换的掉电保持电路的控制方法为：当输入电源有电时，输入电源的+5V电压经电压变换芯片U1转换成+3.3V电压，供电给MCU等工作系统，同时输入电源的+5V电压输入给储能电路，经二极管D2对超级电容C5进行充电以储备电能，此时由于+5V电压的存在场效应管Q1处于截止状态，则储能电路电压变换电路不工作，其没有电压输出；当输入电源掉电时，即失去+5V电压，则输入电源电压变换电路不工作，其没有电压输出，此时超级电容C5进行放电，场效应管Q1处于导通状态，超级电容C5输出的电能经场效应管Q1输送给储能电路电压变换电路，超级电容C5上储备的+5V电压由电压变换芯片U2转换成+3.3V电压，供电给MCU等工作系统。也就是说，输入电源有电时，由输入电源供电给工作系统；输入电源掉电时，由超级电容储备的电能供电给工作系统。两种供电方式通过场效应管自动切换，超级电容只在输入电源掉电时才对工作系统供电，不会频繁充放电。当输入电源掉电，超级电容放电时，蜂鸣器鸣叫，发光二极管点亮，有效提醒相关人员输入电源掉电现象，便于及时作出处理。

本发明能根据输入电源的是否掉电自动控制储能电路是否输出电能，避免储能电路在不需要的时候仍频繁充电、放电的现象发生，从而延长储能电路的使用寿命，而且确保输出的电压比较稳定、可靠。

Claims (9)

1.一种自动切换的掉电保持电路，其特征在于包括输入电源电压变换电路、储能电路、自动通断控制电路和储能电路电压变换电路，输入电源经输入电源电压变换电路和需要供电的工作系统相连，输入电源又和储能电路的输入端相连，储能电路的输出端经自动通断控制电路和储能电路电压变换电路的输入端相连，储能电路电压变换电路的输出端也和需要供电的工作系统相连。

2.根据权利要求1所述的一种自动切换的掉电保持电路，其特征在于所述的储能电路包括二极管D2、电阻R1和超级电容C5，所述的自动通断控制电路包括场效应管Q1和电阻R2；输入电源和二极管D2的正极相连，二极管D2的负极经电阻R1和超级电容C5的正极相连，超级电容C5的负极接地，超级电容C5的正极和场效应管Q1的源极相连，场效应管Q1的栅极既和输入电源相连又经电阻R2接地，场效应管Q1的漏极和所述的储能电路电压变换电路的输入端相连。

3.根据权利要求1或2所述的一种自动切换的掉电保持电路，其特征在于所述的储能电路电压变换电路包括电解电容C6、电容C7、电容C8、电解电容C9和电压变换芯片U2，所述的自动通断控制电路的输出端和电压变换芯片U2的输入管脚相连，电压变换芯片U2的输出管脚和需要供电的工作系统相连，电压变换芯片U2的接地管脚接地，电压变换芯片U2的输入管脚和接地端之间连接有电解电容C6和电容C7的并联电路，电压变换芯片U2的输出管脚和接地端之间连接有电解电容C9和电容C8的并联电路。

4.根据权利要求3所述的一种自动切换的掉电保持电路，其特征在于所述的输入电源电压变换电路包括电解电容C1、电容C2、电容C3、电解电容C4和电压变换芯片U1，输入电源和电压变换芯片U1的输入管脚相连，电压变换芯片U1的输出管脚和需要供电的工作系统相连，电压变换芯片U1的接地管脚接地，电压变换芯片U1的输入管脚和接地端之间连接有电解电容C1和电容C2的并联电路，电压变换芯片U1的输出管脚和接地端之间连接有电解电容C4和电容C3的并联电路。

5.根据权利要求4所述的一种自动切换的掉电保持电路，其特征在于所述的电压变换芯片U1及电压变换芯片U2采用SPX29300T-L-3-3/TR电压变换芯片。

6.根据权利要求1或2所述的一种自动切换的掉电保持电路，其特征在于包括声光报警电路，所述的自动通断控制电路的输出端和声光报警电路的输入端相连。

7.根据权利要求6所述的一种自动切换的掉电保持电路，其特征在于所述的声光报警电路包括电阻R3、发光二极管D1和蜂鸣器B1，所述的自动通断控制电路的输出端经电阻R3和发光二极管D1的正极相连，发光二极管D1的负极接地，蜂鸣器B1的正极和自动通断控制电路的输出端相连，蜂鸣器B1的负极接地。

8.一种如权利要求1所述的自动切换的掉电保持电路的控制方法，其特征在于当输入电源有电时，输入电源经所述的输入电源电压变换电路转换成工作系统需要的电压，供电给工作系统，同时输入电源输入给所述的储能电路，储能电路储备电能，此时所述的自动通断控制电路处于断开状态，则所述的储能电路电压变换电路没有电压输出；当输入电源掉电时，所述的输入电源电压变换电路没有电压输出，此时所述的自动通断控制电路处于接通状态，所述的储能电路输出电能并经自动通断控制电路输送给所述的储能电路电压变换电路，由储能电路电压变换电路转换成工作系统需要的电压，供电给工作系统。

9.根据权利要求8所述的自动切换的掉电保持电路的控制方法，其特征在于所述的储能电路包括二极管D2、电阻R1和超级电容C5，所述的自动通断控制电路包括场效应管Q1和电阻R2；输入电源和二极管D2的正极相连，二极管D2的负极经电阻R1和超级电容C5的正极相连，超级电容C5的负极接地，超级电容C5的正极和场效应管Q1的源极相连，场效应管Q1的栅极既和输入电源相连又经电阻R2接地，场效应管Q1的漏极和所述的储能电路电压变换电路的输入端相连；所述的控制方法为：当输入电源有电时，输入电源经所述的输入电源电压变换电路转换成工作系统需要的电压，供电给工作系统，同时输入电源输入给所述的储能电路，经二极管D2对超级电容C5进行充电以储备电能，此时场效应管Q1处于截止状态，则所述的储能电路电压变换电路没有电压输出；当输入电源掉电时，所述的输入电源电压变换电路没有电压输出，此时场效应管Q1处于导通状态，则超级电容C5进行放电，输出的电能经场效应管Q1输送给所述的储能电路电压变换电路，由储能电路电压变换电路转换成工作系统需要的电压，供电给工作系统。