CN111983950A - 智能通信供电单元 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了智能通信供电单元，涉及集成电路控制系统技术领域。本发明包括输入电源、升压直流模块、充放电模块、电压采样、电流采样、比较模块、D/A转换模块、A/D转换模块，其中输入电源通过升压直流模块与充放电模块连接，比较模块一端与A/D转换模块连接，并将比较结果传输至A/D转换模块，所述A/D一端与充放电模块连接，并向其传输PWM信号。本发明通过本发明通过设置可编程控制电路由单片机软件部分实现PWM信号控制功率MOS开关管的关闭和导通，同时单片机对A/D转换模块采集的输出反馈电压、电流信号进行运算处理，程序设置D/A转换模块输出与电源输出结果通过比较模块进行比较，来改变PWM信号输出状态，达到稳定输出电源电流的目的。
Description
技术领域
本发明属于集成电路控制系统技术领域，特别是涉及智能通信供电单元。
背景技术
智能通信供电单元利用STC15W4K6OS4单片机是一款性能优异、稳定可靠、电路简单、故障率低的智能开关电源控制器，它将电池的电能转换为恒流输出，驱动负载。通过STC15W4K60S4单片机发送PWM信号，搭建硬件电路，通过外部接口改变输出的电流或者电压，软件编程控制其内部的占空比实现人为改变其输出的功能，同时此电源具有输出电压限压保护和自动稳压功能。
发明内容
本发明的目的在于提供智能通信供电单元，解决现有的智能开关电源控制器电路复杂、电流波动大和故障率高的问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为智能通信供电单元，主要是以STC15W4K60S4单片机为核心控制负载驱动电源的智能开关电源控制器，包括输入电源、升压直流模块、充放电模块、电压采样、电流采样、比较模块、D/A转换模块、A/D转换模块，其特征在于：所述输入电源包括锂电池和智能电池板，所述输入电源通过升压直流模块与充放电模块连接，所述充放电模块一端输出12V，另一端与比较模块连接，所述充放电模块通过电压采样和电流采样与A/D转换模块连接，所述A/D转换模块通过D/A转换模块与比较模块连接,所述比较模块一端与A/D转换模块连接，并将比较结果传输至A/D转换模块，所述A/D一端与充放电模块连接，并向其传输PWM信号，所述A/D转换模块另一端分别与按键和LED连接。
进一步地，所述智能电源控制器的工作电路包括过充电控制电路、电压指示电路、电压显示电路、过放电控制电路、开灯检测控制电路、定时控制电路和输出控制电路，所述过充电控制电路包括芯片U5，所述芯片U5的引脚7通过分压电阻R40与引脚2和引脚6并联，所述分压电阻R40通过分压电阻R13串联接入12V蓄电池正极，所述引脚2与分压电阻R38与分压电阻R39串联接入地线，所述芯片U5的引脚4与引脚8并联接入9V输出端，所述芯片U5的引脚1与地线连接，所述芯片U5的引脚5通过电容C4接入地线，所述引脚3通过R41与三极管Q7基极连接，所述三极管Q7的发射极接入地线，所述三极管Q7的集电极通过电阻R42和电阻R52分别与二极管Q8和二极管D2连接，所述二极管Q8和二极管D2相互并联与引脚PVn连接。
进一步地，所述电压指示电路包括芯片U4A、芯片U4B、芯片U4C和芯片U4D，所述芯片U4A、芯片U4B、芯片U4C和芯片U4D相互并联，并分别通过电阻R7、电阻R35、电阻R56和电阻R37与电阻R22并联，所述电阻R22与电阻R20和电阻R21串联接入地线，所述电压指示电路通过电阻R27与滑动电阻VR4连接，通过电阻R43与电阻R44连接，所述滑动电阻VR4与电阻R44并联接入过充电控制电路，所述电压指示电路通过电阻R19与电压显示电路连接。
进一步地，所述电压显示电路通过9V输入端分别与电容C3和三极管Q3的发射极连接，所述电容C3与三极管Q3并联，所述三极管Q3的集电极与电阻R19并联接入定时控制电路，所述定时控制电路包括芯片U2，所述芯片U2的引脚9、引脚10、引脚12、引脚13和引脚14相互并联，并与发光二极管LED2的正极并联接入三极管Q1的发射极，所述发光二极管LED2的负极与电阻R16连接，所述电阻R16与芯片U2的引脚8并联接入电阻R54，所述电阻R54与三极管Q2的基极连接，所述三极管Q2的集电极通过二极管Q1与12V蓄电池的正极连接。
进一步地，所述输出控制电路包括控制三极管Q3驱动的继电器，所述芯片U2的引脚1与三极管Q5的集电极连接，所述三极管Q5的基极与电阻R30连接，并与电阻R17并联接入定时控制电路，所述三极管Q5的发射极与滑动电阻VR2的引脚1连接，所述芯片U2的引脚1同时与三极管Q6的发射极连接，所述三极管Q6的基极与电阻R51连接，并与电阻R30并联接入定时控制电路，所述三极管Q6的集电极与滑动电阻VR3的引脚1连接，所述滑动电阻VR3和滑动电阻VR2分别通过电阻R12和电阻R11并联，并通过电容C2与芯片U2的引脚2连接，同时通过电阻R35与芯片U2的引脚3连接，所述电阻R35与电容C2相互并联。
进一步地，所述过放电控制电路主要包括芯片U1B，所述芯片U1B的引脚5通过电阻R3与9V输出端连接，所述芯片U1B的引脚6通过电阻R28和电阻R29与12V蓄电池连接，所述引脚5和引脚6分别通过电阻R4和电阻R2相互并联接入输出控制电路，所述引脚6通过电阻R10与引脚7并联，并联后通过电阻R15与三极管Q4的基极连接，所述三极管Q4的发射极与电阻R2和电阻R4并联接入输出控制电路，所述三极管Q4通过与电阻R14并联接入三极管Q1的基极，所述三极管Q1的发射极通过发光二极管LED2接入定时控制电路。
进一步地，所述开灯检测控制电路包括芯片U1A，所述芯片U1A的引脚1与电阻R14连接，所述引脚3通过电阻R9与引脚5并联，在于9V输入端并联接入三极管Q1的集电极，所述插孔CZ1的引脚PVe通过电阻R1与发光二极管LED1正极连接，再由负极接入引脚GND，所述引脚PVe通过电阻R5和电阻R6接入地线，所述电阻R5与钳位二极管DW1和电容C1并联接入引脚GND，并与芯片U1A的引脚2连接，同时通过滑动电阻VR1接入芯片U1A的引脚4。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过设置可编程控制电路由单片机软件部分实现PWM信号控制功率MOS开关管的关闭和导通，同时单片机对A/D采集的输出反馈电压、电流信号进行运算处理，程序设置D/A转换器输出与电源输出结果通过比较器进行比较，来改变PWM信号输出状态，达到稳定输出电源电流的目的。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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为本发明的一种智能通信供电单元的智能开关电源控制系统框图；
图2为本发明的一种智能通信供电单元的电路工作原理图。
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“中”、“外”、“内”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1-2所示，本发明为智能通信供电单元主要是以STC15W4K60S4单片机为核心控制负载驱动电源的智能开关电源控制器，包括输入电源、升压直流模块、充放电模块、电压采样、电流采样、比较模块、D/A转换模块、A/D转换模块，其特征在于：输入电源包括锂电池和智能电池板，输入电源通过升压直流模块与充放电模块连接，充放电模块一端输出12V，另一端与比较模块连接，充放电模块通过电压采样和电流采样与A/D转换模块连接，A/D转换模块通过D/A转换模块与比较模块连接,比较模块一端与A/D转换模块连接，并将比较结果传输至A/D转换模块，A/D一端与充放电模块连接，并向其传输PWM信号，A/D转换模块另一端分别与按键和LED连接。
其中，智能电源控制器的工作电路包括过充电控制电路、电压指示电路、电压显示电路、过放电控制电路、开灯检测控制电路、定时控制电路和输出控制电路，过充电控制电路包括芯片U5，芯片U5的引脚7通过分压电阻R40与引脚2和引脚6并联，分压电阻R40通过分压电阻R13串联接入12V蓄电池正极，引脚2与分压电阻R38与分压电阻R39串联接入地线，芯片U5的引脚4与引脚8并联接入9V输出端，芯片U5的引脚1与地线连接，芯片U5的引脚5通过电容C4接入地线，引脚3通过R41与三极管Q7基极连接，三极管Q7的发射极接入地线，三极管Q7的集电极通过电阻R42和电阻R52分别与二极管Q8和二极管D2连接，二极管Q8和二极管D2相互并联与引脚PVn连接。
其中，电压指示电路包括芯片U4A、芯片U4B、芯片U4C和芯片U4D，芯片U4A、芯片U4B、芯片U4C和芯片U4D相互并联，并分别通过电阻R7、电阻R35、电阻R56和电阻R37与电阻R22并联，电阻R22与电阻R20和电阻R21串联接入地线，电压指示电路通过电阻R27与滑动电阻VR4连接，通过电阻R43与电阻R44连接，滑动电阻VR4与电阻R44并联接入过充电控制电路，电压指示电路通过电阻R19与电压显示电路连接。
其中，电压显示电路通过9V输入端分别与电容C3和三极管Q3的发射极连接，电容C3与三极管Q3并联，三极管Q3的集电极与电阻R19并联接入定时控制电路，定时控制电路包括芯片U2，芯片U2的引脚9、引脚10、引脚12、引脚13和引脚14相互并联，并与发光二极管LED2的正极并联接入三极管Q1的发射极，发光二极管LED2的负极与电阻R16连接，电阻R16与芯片U2的引脚8并联接入电阻R54，电阻R54与三极管Q2的基极连接，三极管Q2的集电极通过二极管Q1与12V蓄电池的正极连接。
其中，输出控制电路包括控制三极管Q3驱动的继电器，芯片U2的引脚1与三极管Q5的集电极连接，三极管Q5的基极与电阻R30连接，并与电阻R17并联接入定时控制电路，三极管Q5的发射极与滑动电阻VR2的引脚1连接，芯片U2的引脚1同时与三极管Q6的发射极连接，三极管Q6的基极与电阻R51连接，并与电阻R30并联接入定时控制电路，三极管Q6的集电极与滑动电阻VR3的引脚1连接，滑动电阻VR3和滑动电阻VR2分别通过电阻R12和电阻R11并联，并通过电容C2与芯片U2的引脚2连接，同时通过电阻R35与芯片U2的引脚3连接，电阻R35与电容C2相互并联。
其中，过放电控制电路主要包括芯片U1B，芯片U1B的引脚5通过电阻R3与9V输出端连接，芯片U1B的引脚6通过电阻R28和电阻R29与12V蓄电池连接，引脚5和引脚6分别通过电阻R4和电阻R2相互并联接入输出控制电路，引脚6通过电阻R10与引脚7并联，并联后通过电阻R15与三极管Q4的基极连接，三极管Q4的发射极与电阻R2和电阻R4并联接入输出控制电路，三极管Q4通过与电阻R14并联接入三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极通过发光二极管LED2接入定时控制电路。
其中，开灯检测控制电路包括芯片U1A，芯片U1A的引脚1与电阻R14连接，引脚3通过电阻R9与引脚5并联，在于9V输入端并联接入三极管Q1的集电极，插孔CZ1的引脚PVe通过电阻R1与发光二极管LED1正极连接，再由负极接入引脚GND，引脚PVe通过电阻R5和电阻R6接入地线，电阻R5与钳位二极管DW1和电容C1并联接入引脚GND，并与芯片U1A的引脚2连接，同时通过滑动电阻VR1接入芯片U1A的引脚4。
实施例1：
本实施例为一种智能通信供电单元的智能开关电源控制器的电路工作原理：
该电路由以芯片U5为核心组成的蓄电池过充电控制电路、以芯片U4A～U4D为核心组成的电压指示电路及显示电压按钮开关KS1的电压显示电路、以芯片U1B组成的蓄电池过放电控制电路、以芯片U1A组成的开灯检测控制电路、以芯片U2组成的定时控制电路，以及以控制三极管Q2驱动继电器组成的输出控制电路等组成，其工作原理如下：
在过充电、过放电检测保护部分智能电池组件板或阵列由插口CZ1的引脚1输入，加至防反充电二极管D2的正极，D2的负极接12V蓄电池的正极，即插口CZ1的引脚3。控制器在初始上电时，由于电容C4的作用使芯片U5的引脚2为低电平，引脚3输出高电平，三极管Q7导通，二极管Q8截止，允许智能电池给蓄电池充电。当蓄电池所充电压小于12.6V时，由分压电阻R13、(分压电阻R38+分压电阻R39)组成的串联分压电路送至芯片U5的引脚2和引脚6；电压低于6V时，电路维持充电状态；随着充电时间的延长，蓄电池电压逐渐升高，当芯片U5的引脚2和引脚6的电压高于6V时，芯片U5引脚3输出低电平，三极管Q7截止、二极管Q8导通，给智能电池板泄放电流，停止对蓄电池充电。在芯片U5引脚3输出低电平的状态下，其引脚7导通。此时电路的分压比为：R38+R39∶R40∶IRl3+(R38+R39)∶R40，当蓄电池电压低于设定值13V时，电路状态再次翻转，芯片U5引脚3输出高电平，允许蓄电池充电；
在开灯检测方法与控制中，智能电池板是一个很好的光敏元件，其输出电流、电压能随着接受光的强度和照度变化而变化，本控制器就是利用这一原理实现开、关灯控制的。智能电池板PVin输入电压经R5、R6串联分压后；加至运放芯片U1A引脚2，其引脚3接于电阻R9、电阻R8+滑动电阻VR1的分压点上。在白天，智能电池板在阳光的照射下输出电压很高，其经电阻R5、电阻R6分压后使运放芯片U1A引脚2电压高于引脚3，芯片U1A引脚1输出低电平，三极管Q1截止，芯片U2无供电电压不工作，三极管Q2截止，继电器常闭，系统输出电压；
随着天色渐黑，智能电池板输出电压降低。芯片U1A引脚2的电压也同步降低，当芯片U1A引脚2电压低于引脚3时，比较器翻转，芯片U1A引脚1输出高电平，三极管Q1导通，定时控制电路的芯片U2得电工作，三极管Q2导通、JDQ1吸合断开无输出。图中滑动电阻VR1为开关时刻设置调节电位器，调节滑动电阻VRl可设置不同时刻开启。钳位二极管DW1用于避免白天智能电池板接受的电压过高导致芯片U1A引脚2输入电压过高而损坏。电容C1为储能电容，作用是防止芯片U1A引脚2电压瞬时突变误关闭输出。电阻R14为反馈电阻.其作用是使芯片U1A成为一个迟滞比较器，防止和避免芯片U1A在关闭点附近振荡而反复开、关。
实施例2：
需要进一步说明的是，延时控制电路选用STC15W4K6OS4可编程定时控制芯片，它功耗低、内置可编程分频器电路。本控制器设计定时开和定时关时间调节电路，调节范围：2～12小时，分别由滑动电阻VR2和滑动电阻VR3控制调节；
当天亮时电路开启，蓄电池开始放电给设备供电，随着光线增强智能电池板给蓄电池充电和设备供电，三极管Q4导通.此时无论芯片U1A输出高电平与否，均会使三极管Q1截止，从而保护蓄电池避免过放或过充电损坏；
为了让现场看管、维护人员及时了解、掌握蓄电池的状态，本控制器设有LED电池电压指示装置，通过LED点亮的数量指示蓄电池电压的高低。
实施例3：
请参阅图1-2所示，本实施例为智能通信供电单元的工作电路中部分电子元器件的型号或参数如下：
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
Claims (7)
1.智能通信供电单元，主要是以STC15W4K60S4单片机为核心控制负载驱动电源的智能开关电源控制器，包括输入电源、升压直流模块、充放电模块、电压采样、电流采样、比较模块、D/A转换模块、A/D转换模块，其特征在于：所述输入电源包括锂电池和智能电池板，所述输入电源通过升压直流模块与充放电模块连接，所述充放电模块一端输出12V，另一端与比较模块连接，所述充放电模块通过电压采样和电流采样与A/D转换模块连接，所述A/D转换模块通过D/A转换模块与比较模块连接,所述比较模块一端与A/D转换模块连接，并将比较结果传输至A/D转换模块，所述A/D一端与充放电模块连接，并向其传输PWM信号，所述A/D转换模块另一端分别与按键和LED连接。
2.根据权利要求1所述的智能通信供电单元，其特征在于，所述智能电源控制器的工作电路包括过充电控制电路、电压指示电路、电压显示电路、过放电控制电路、开灯检测控制电路、定时控制电路和输出控制电路，所述过充电控制电路包括芯片U5，所述芯片U5的引脚7通过分压电阻R40与引脚2和引脚6并联，所述分压电阻R40通过分压电阻R13串联接入12V蓄电池正极，所述引脚2与分压电阻R38与分压电阻R39串联接入地线，所述芯片U5的引脚4与引脚8并联接入9V输出端，所述芯片U5的引脚1与地线连接，所述芯片U5的引脚5通过电容C4接入地线，所述引脚3通过R41与三极管Q7基极连接，所述三极管Q7的发射极接入地线，所述三极管Q7的集电极通过电阻R42和电阻R52分别与二极管Q8和二极管D2连接，所述二极管Q8和二极管D2相互并联与引脚PVn连接。
3.根据权利要求1所述的智能通信供电单元，其特征在于，所述电压指示电路包括芯片U4A、芯片U4B、芯片U4C和芯片U4D，所述芯片U4A、芯片U4B、芯片U4C和芯片U4D相互并联，并分别通过电阻R7、电阻R35、电阻R56和电阻R37与电阻R22并联，所述电阻R22与电阻R20和电阻R21串联接入地线，所述电压指示电路通过电阻R27与滑动电阻VR4连接，通过电阻R43与电阻R44连接，所述滑动电阻VR4与电阻R44并联接入过充电控制电路，所述电压指示电路通过电阻R19与电压显示电路连接。
4.根据权利要求1所述的智能通信供电单元，其特征在于，所述电压显示电路通过9V输入端分别与电容C3和三极管Q3的发射极连接，所述电容C3与三极管Q3并联，所述三极管Q3的集电极与电阻R19并联接入定时控制电路，所述定时控制电路包括芯片U2，所述芯片U2的引脚9、引脚10、引脚12、引脚13和引脚14相互并联，并与发光二极管LED2的正极并联接入三极管Q1的发射极，所述发光二极管LED2的负极与电阻R16连接，所述电阻R16与芯片U2的引脚8并联接入电阻R54，所述电阻R54与三极管Q2的基极连接，所述三极管Q2的集电极通过二极管Q1与12V蓄电池的正极连接。
5.根据权利要求1所述的智能通信供电单元，其特征在于，所述输出控制电路包括控制三极管Q3驱动的继电器，所述芯片U2的引脚1与三极管Q5的集电极连接，所述三极管Q5的基极与电阻R30连接，并与电阻R17并联接入定时控制电路，所述三极管Q5的发射极与滑动电阻VR2的引脚1连接，所述芯片U2的引脚1同时与三极管Q6的发射极连接，所述三极管Q6的基极与电阻R51连接，并与电阻R30并联接入定时控制电路，所述三极管Q6的集电极与滑动电阻VR3的引脚1连接，所述滑动电阻VR3和滑动电阻VR2分别通过电阻R12和电阻R11并联，并通过电容C2与芯片U2的引脚2连接，同时通过电阻R35与芯片U2的引脚3连接，所述电阻R35与电容C2相互并联。
6.根据权利要求1所述的智能通信供电单元，其特征在于，所述过放电控制电路主要包括芯片U1B，所述芯片U1B的引脚5通过电阻R3与9V输出端连接，所述芯片U1B的引脚6通过电阻R28和电阻R29与12V蓄电池连接，所述引脚5和引脚6分别通过电阻R4和电阻R2相互并联接入输出控制电路，所述引脚6通过电阻R10与引脚7并联，并联后通过电阻R15与三极管Q4的基极连接，所述三极管Q4的发射极与电阻R2和电阻R4并联接入输出控制电路，所述三极管Q4通过与电阻R14并联接入三极管Q1的基极，所述三极管Q1的发射极通过发光二极管LED2接入定时控制电路。
7.根据权利要求1所述的智能通信供电单元，其特征在于，所述开灯检测控制电路包括芯片U1A，所述芯片U1A的引脚1与电阻R14连接，所述引脚3通过电阻R9与引脚5并联，在于9V输入端并联接入三极管Q1的集电极，所述插孔CZ1的引脚PVe通过电阻R1与发光二极管LED1正极连接，再由负极接入引脚GND，所述引脚PVe通过电阻R5和电阻R6接入地线，所述电阻R5与钳位二极管DW1和电容C1并联接入引脚GND，并与芯片U1A的引脚2连接，同时通过滑动电阻VR1接入芯片U1A的引脚4。
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