CN110429700A - 一种用于电表的充放电电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于电表的充放电电路，包括超级电容模块(1)，所述超级电容模块(1)设置在电表的主板(4)背面并进行储能和泄能；充电模块(2)，所述充电模块(2)设置在超级电容模块(1)前端并根据接收到的充电信号控制超级电容模块(1)进行充电储能；放电模块(3)，所述放电模块(3)与超级电容模块(1)相连并根据接收到的掉电信息控制超级电容模块(1)为设置在超级电容模块(1)后端的负载(5)充电泄能。采用该充放电电路能在电表掉电时为系统和负载供电，实现掉电数据上报，稳定性佳。
Description
技术领域
本发明涉及电表领域，尤其涉及一种用于电表的充放电电路。
背景技术
为了实现断电时能将断电情形记录下来并进行上报，现有电能表都设有充电电池，也即在断电后，由充电电池为电能表供电使其保持继续短暂工作的能力，并完成上报操作。
但这种电能表存在一个问题，即充电电池通常设置在电路主板正面上，而这会占据很多空间，导致电路主板可利用率降低，也间接增大了电能表的整体体积。设计人员曾试图将其挪到电路主板背面，但对小型电能表而言，电路主板与电能表底壳之间间隔较小，又充电电池体积较大，无法完成充电电池的设计装配。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种能减小对电路主板的空间占用率，并在掉电时为电表及时供电进行数据上报、性能稳定的用于电表的充放电电路。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种用于电表的充放电电路，其特征在于：包括，
超级电容模块，所述超级电容模块设置在电表的主板背面并进行储能和泄能；
充电模块，所述充电模块设置在超级电容模块前端并根据接收到的充电信号控制超级电容模块进行充电储能；
放电模块，所述放电模块与超级电容模块相连并根据接收到的掉电信息控制超级电容模块为设置在超级电容模块后端的负载充电泄能。
进一步的，所述充放电电路还包括与充电模块和超级电容模块电连接的电压检测模块，所述电压检测模块检测超级电容模块的电压并根据检测信号控制充电模块的通断。
进一步的，所述超级电容模块包括两个串联且容值相等的超级电容和分别对应并联在两个超级电容两端的均压电阻。
进一步的，所述充电模块还连接MCU并受控于MCU以接收所述充电信号；
所述放电模块还连接掉电检测芯片并接收来自掉电检测芯片的所述掉电信息。
进一步的，所述充电模块包括第一开关管、与第一开关管和超级电容模块分别电连接的第二开关管；
所述第一开关管的输入端与MCU相连并接收所述充电信号且根据所述充电信号进行导通或关断，所述第二开关管与第一开关管同步导通或关断以控制超级电容充电与否。
进一步的，所述第一开关管为第一NPN型三极管，第二开关管为第一P沟道增强型MOS管；
所述第一NPN型三极管的基极与MCU相连而集电极与第一P沟道增强型MOS管的栅极电连接且发射极接地，所述第一P沟道增强型MOS管的源极连接变压器而漏极与超级电容模块相连。
进一步的，所述放电模块包括第三开关管、与超级电容模块和第三开关管分别相连的第四开关管；
所述第三开关管的输入端与掉电检测芯片和MCU分别电连接并根据接收到的所述掉电信息和充电信息导通或关断，所述第四开关管与第三开关管导通状态相异以控制超级电容放电与否。
进一步的，所述第三开关管包括两个级联的第二NPN型三极管和第三NPN型三极管，第四开关管为第二P沟道增强型MOS管；
所述第二NPN型三极管基极连接掉电检测芯片而集电极连接第三NPN型三极管的基极后与MCU相连且发射极接地；
第三NPN型三极管的集电极连接第二P沟道增强型MOS管的栅极而发射极接地，第二P沟道增强型MOS管的源极连接超级电容模块而漏极与负载相连。
进一步的，所述电压检测模块包括基极与超级电容模块相连而集电极与第一NPN型三极管的基极相连且发射极接地的第四NPN型三极管。
进一步的，所述充电模块与超级电容模块间还连接有由第一电阻和第二电阻并联形成的限流模块。
与现有技术相比，本发明的优点在于：将以往的电池供电替换为设置在主板背面的超级电容供电，克服了电池需占据主板较多空间，致使主板空间利用率大大降低的问题；充电模块和放电模块的设置能很好的实现超级电容的充放电功能，提高了整个电表的性能；而电压检测模块的设置能很好的防止超级电容模块过充，维护了超级电容的安全性能。
附图说明
图1为本发明用于电表的充放电电路整体结构示意图。
图2为本发明用于电表的充电电路原理图。
图3为本发明用于电表的放电电路原理图。
图4为本发明超级电容位于分解后的电表中的主板背面的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1至4所示为本发明的优选实施例，该用于电表的充放电电路，包括超级电容模块1、充电模块2、放电模块3，其中，超级电容模块1设置在电表的主板4背面并能进行储能和泄能，而充电模块2设置在超级电容模块1前端，用于根据接收到的充电信号控制超级电容模块1进行充电储能，而放电模块3与超级电容模块1相连并根据接收到的掉电信息控制超级电容模块1为设置在超级电容模块1后端的负载5充电泄能，而电表包括表壳上盖A和表壳下盖B以及其他如端子座等结构，均属于本领域技术人员普遍知晓的内容，故而此处不过多阐述。
前述的充电信号来自MCU7，而掉电信息来自掉电检测芯片8，换言之，充电模块2的输入端与MCU相连并受控于MCU7，而放电模块3则与掉电检测芯片8相连并接收来自掉电检测芯片的掉电信息，可参见图1所示的框图结构。
超级电容有一定的容量，故而在其充满后若继续充电，则可能会损坏超级电容，为了防止该情形的发生，该充放电电路还包括与充电模块2和超级电容模块1电连接的电压检测模块6，电压检测模块6检测超级电容模块1的电压并根据检测信号控制充电模块2的通断。
在本申请中，超级电容模块1包括两个串联且容值相等的超级电容C2和C3，同时，在该两超级电容两端分别并联一个电阻，也即超级电容C2两端并联电阻R5，超级电容C3两端并联电阻R6，该电阻R5和电阻R6阻值相等，从而形成均压电阻。设置均压电阻能很好的均衡超级电容C2和C3的充电情况，使两个超级电容C2和C3两端电压相等。
作为改进，充电模块2包括第一开关管21、与第一开关管21和超级电容模块1分别电连接的第二开关管22，该第一开关管21的输入端与MCU7相连并接收该充电信号，根据该充电信号进行导通或关断，而第二开关管22则对应的与第一开关管21同步导通或关断，从而控制超级电容充电与否。
具体到本实施例，第一开关管21为第一NPN型三极管V1，第二开关管22为第一P沟道增强型MOS管M1，如图2所示，第一NPN型三极管V1的基极与MCU相连而集电极与第一P沟道增强型MOS管M1的栅极电连接且发射极接地，第一P沟道增强型MOS管M1的源极连接变压器T而漏极与超级电容模块1相连。由于超级电容模块1需要充电，故该电路中必然存在供电电源，电表正常工作时是由市电供电，故可以很显然得出，该处供电电源也来自市电，但由于市电通常为220V，表内器件很多时候无法承载如此高的电压，故而通过变压器方式能将市电调整后形成内部器件可承载的电压，因而，此处采用变压器T代替供电电源。
继续参见图3，该放电模块3包括第三开关管31、与超级电容模块1和第三开关管31分别相连的第四开关管32，第三开关管31的输入端与掉电检测芯片8和MCU7分别电连接并根据接收到的掉电信息和充电信息导通或关断，而第四开关管32与第三开关管31的导通状态相异，从而控制超级电容放电与否。
该第三开关管31包括两个级联的第二NPN型三极管V3和第三NPN型三极管V4，第四开关管32为第二P沟道增强型MOS管M2，第二NPN型三极管V3的基极连接掉电检测芯片8而集电极连接第三NPN型三极管V4的基极后与MCU7相连且发射极接地，第三NPN型三极管V4的集电极连接第二P沟道增强型MOS管M2的栅极而发射极接地，第二P沟道增强型MOS管M2的源极连接超级电容模块1而漏极与负载5相连。
作为优选，该电压检测模块6包括基极与超级电容模块1相连而集电极与第一NPN型三极管V1的基极相连且发射极接地的第四NPN型三极管V2。为了确保电路能正常充电，使超级电容不至于因电压过高而受损，在充电模块2与超级电容模块1之间还连接有由第一电阻R1和第二电阻R2并联形成的限流模块9。同时，电压检测模块还包括设置在第四NPN型三极管V2的基极与超级电容模块1之间的限流采样电阻模块10，该限流采样电阻模块10由并联的第三电阻R9、第四电阻R10、第五电阻R11形成，三个电阻并联后形成的一个并联端分别连接第四三极管V2的基极和超级电容模块1而另一并联端接地。
整个电路的具体工作过程如下：
电表正常工作时，MCU7输出高电平至第一NPN型三极管V1，三极管V1导通并输出低电平，第一P沟道增强型MOS管M1也相继导通，由变压器T输出5.3V电压，经过二极管VD1降压、电容C1滤波后进入PMOS管M1，经过第一电阻R1、第二电阻R2限流后为超级电容C2、C3充电；当超级电容充电后存储电量过大时，第三电阻R9、第四电阻R10、第五电阻R11形成的限流采样电阻模块10会采样到高电平，进而使得第四NPN型三极管V2输出低电平，将三极管V1基极电压拉低，致使三极管V1不导通并输出高电平，PMOS管M1也由此关断，截止充电，从而达到充电保护功能；且在外部电源正常时，MCU7也会输出高电平至第二NPN型三极管V4的基极，而此时掉电检测芯片8同样会输出高电平，使得三级管V3导通并输出低电平，该低电平便会将三极管V4的基极电平拉低，致使三极管V4不导通并输出高电平，第二P沟道增强型MOS管M2不导通，此时超级电容模块1不提供放电功能，换言之，在外部电源正常时，负载5由外部电源供电，超级电容模块不提供放电功能。
当外部电源掉电后，掉电检测芯片8会输出低电平至三极管V3，三级管V3不导通并输出高电平，此时三极管V4导通并输出低电平，控制PMOS管M2导通，超级电容模块1存储的电能量通过PMOS管M2、二极管VD2、VD3为负载供电，该负载一般包括GPRS模块，也即即使外部电源断电，该GPRS模块也会由于超级电容模块1的供电而继续得电，在此期间该GPRS模块会将断电信息、掉电后数据等上报至主站，完成掉电数据上报功能，保存数据不丢失。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种用于电表的充放电电路，其特征在于：包括，
超级电容模块(1)，所述超级电容模块(1)设置在电表的主板(4)背面并进行储能和泄能；
充电模块(2)，所述充电模块(2)设置在超级电容模块(1)前端并根据接收到的充电信号控制超级电容模块(1)进行充电储能；
放电模块(3)，所述放电模块(3)与超级电容模块(1)相连并根据接收到的掉电信息控制超级电容模块(1)为设置在超级电容模块(1)后端的负载(5)充电泄能。
2.根据权利要求1所述用于电表的充放电电路，其特征在于：
所述充放电电路还包括与充电模块(2)和超级电容模块(1)电连接的电压检测模块(6)，所述电压检测模块(6)检测超级电容模块(1)的电压并根据检测信号控制充电模块(2)的通断。
3.根据权利要求1所述用于电表的充放电电路，其特征在于：
所述超级电容模块(1)包括两个串联且容值相等的超级电容和分别对应并联在两个超级电容两端的均压电阻。
4.根据权利要求1所述用于电表的充放电电路，其特征在于：
所述充电模块(2)的输入端连接MCU(7)并受控于MCU(7)以接收所述充电信号；
所述放电模块(3)还连接掉电检测芯片(8)和MCU(7)并接收来自掉电检测芯片(8)的所述掉电信息和来自MCU(7)的所述充电信号。
5.根据权利要求4所述用于电表的充放电电路，其特征在于：
所述充电模块(2)包括第一开关管(21)、与第一开关管(21)和超级电容模块(1)分别电连接的第二开关管(22)；
所述第一开关管(21)的输入端与MCU(7)相连并接收所述充电信号且根据所述充电信号进行导通或关断，所述第二开关管(22)与第一开关管(21)同步导通或关断以控制超级电容充电与否。
6.根据权利要求5所述用于电表的充放电电路，其特征在于：
所述第一开关管(21)为第一NPN型三极管(V1)，第二开关管(22为第一P沟道增强型MOS管(M1)；
所述第一NPN型三极管(V1)的基极与MCU(7)相连而集电极与第一P沟道增强型MOS管(M1)的栅极电连接且发射极接地，所述第一P沟道增强型MOS管(M1)的源极连接变压器(T)而漏极与超级电容模块(1)相连。
7.根据权利要求4所述用于电表的充放电电路，其特征在于：
所述放电模块(3)包括第三开关管(31)、与超级电容模块(1)和第三开关管(31)分别相连的第四开关管(32)；
所述第三开关管(32)的输入端与掉电检测芯片(8)和MCU(7)分别电连接并根据接收到的所述掉电信息和充电信息导通或关断，所述第四开关管(32)与第三开关管(31)的导通状态相异以控制超级电容放电与否。
8.根据权利要求7所述用于电表的充放电电路，其特征在于：
所述第三开关管(31)包括两个级联的第二NPN型三极管(V3)和第三NPN型三极管(V4)，第四开关管(32)为第二P沟道增强型MOS管(M2)；
所述第二NPN型三极管(V3)基极连接掉电检测芯片(8)而集电极连接第三NPN型三极管(V4)的基极后与MCU(7)相连且发射极接地；
第三NPN型三极管(V4)的集电极连接第二P沟道增强型MOS管(M2)的栅极而发射极接地，第二P沟道增强型MOS管(M2)的源极连接超级电容模块(1)而漏极与负载相连。
9.根据权利要求2所述用于电表的充放电电路，其特征在于：
所述电压检测模块(6)包括基极与超级电容模块(1)相连而集电极与第一NPN型三极管(V1)的基极相连且发射极接地的第四NPN型三极管(V2)。
10.根据权利要求2所述用于电表的充放电电路，其特征在于：
所述充电模块(2)与超级电容模块(1)间还连接有由第一电阻(R1)和第二电阻(R2)并联形成的限流模块(9)。
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