CN112186879A - 一种下电控制系统 - Google Patents
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Abstract
本说明书提供一种下电控制系统，所述系统包括：后备电源、下电控制模块、电源转换模块和储能释放模块。所述后备电源用于在外部电源断开时为所述电源转换模块和所述下电控制模块供电；所述下电控制模块用于当所述后备电源的输出电压高于阈值时，控制所述电源转换模块开启、控制所述储能释放模块关闭，当所述后备电源的输出电压低于阈值时，控制所述电源转换模块关闭、控制所述储能释放模块开启；所述电源转换模块用于开启时为外部负载提供工作电压；所述储能释放模块用于当所述电源转换模块关闭时，释放后备电源的储能。旨在解决现有技术中，后备电池输出电压震荡，电源转换模块容易损坏的问题。
Description
技术领域
本说明书涉及电子技术领域，尤其涉及一种下电控制系统。
背景技术
目前，对电源供给有严格要求的电路系统通常会设计后备电源，使电路系统在供电电源中断的情况下，能够进行结束任务、保存数据等操作，以避免恢复供电后，出现设备无法重启或重启后功能报错、数据丢失等问题。
相关技术中，一种设计有后备电源的电路系统，参考图1，通过一个与供电电源相连接的分压电阻的输出电压，来控制电源转换模块的开启与关闭。当供电电源中断时，由后备电源供电。当后备电源的供电电压下降到使分压电阻的输出电压低于电源转换模块的开启电压，电源转换模块关闭。由于后备电源本身存在等效串联电阻等参数，后备电源的输出电压会发生震荡，容易造成电源转换模块的损坏。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种下电控制系统，其目的在于控制电路系统中电源转换模块的下电，避免因为后备电源输出电压发生震荡造成电源转换模块损坏。
根据上述目的，本发明提出了一种下电控制系统，所述系统包括：后备电源、下电控制模块、储能释放模块和电源转换模块；
所述后备电源用于在外部电源断开时为所述电源转换模块和所述下电控制模块供电；
所述下电控制模块用于当所述后备电源的输出电压高于阈值时，控制所述电源转换模块开启、控制所述储能释放模块关闭；当所述后备电源的输出电压低于阈值时，控制所述电源转换模块关闭、控制所述储能释放模块开启；
所述电源转换模块用于开启时为外部负载提供工作电压；
所述储能释放模块用于当所述电源转换模块关闭时，释放后备电源的储能。
从上述方案中可以看出，利用本发明，当外部供电电源断开，后备电源供电时，如果后备电源的输出电压下降到使下电控制模块的输入信号低于阈值，下电控制模块控制电源转换模块关闭，控制储能释放模块开启。储能释放模块的开启，保证了后备电源负载的持续存在。因此，后备电源不会因为突然失去负载而输出电压突然升高，进而下电控制模块的输入信号不会再高于阈值，电源转换模块保持关闭状态，克服了现有技术中后备电源的输出电压发生震荡，容易引起电源转换模块损坏的问题。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本说明书。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本说明书的实施例，并与说明书一起用于解释本说明书的原理。
图1是现有技术中一种设计有后备电源的电路系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的第一种下电控制系统的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的第二种下电控制系统的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的第三种下电控制系统的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的一种后备电源的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的一种输入电压转换模块的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的一种储能释放模块的结构示意图；
图8是本发明实施例提供的另一种储能释放模块的结构示意图；
图9是本发明实施例提供的一种电源转换模块的结构示意图；
图10是本发明实施例提供的第四种下电控制系统的结构示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本说明书相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本说明书的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本说明书使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本说明书。在本说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本说明书可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本说明书范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
接下来对本说明书实施例进行详细说明。
图2是本发明实施例提供的第一种下电控制系统的结构示意图，参见图2，所述下电控制系统200包括：后备电源201、下电控制模块202、电源转换模块203以及储能释放模块204。
后备电源201用于在外部电源断开时为下电控制模块202和电源转换模块203供电；
下电控制模块202用于当后备电源201的输出电压高于阈值时，控制电源转换模块203开启、控制储能释放模块204关闭；当后备电源201的输出电压低于所述阈值时，控制电源转换模块203关闭、控制储能释放模块204开启；
电源转换模块203用于开启时为外部负载提供工作电压；
储能释放模块204用于当电源转换模块203关闭时，释放后备电源201的储能。
进一步的，
参见图3，下电控制模块202至少具有三个端口：信号输入端、电源输入端以及使能端；电源转换模块203至少具有三个端口：电源输入端、使能端以及输出端；储能释放模块204至少具有两个端口：电源输入端和使能端。
后备电源201的输出端与下电控制模块202的电源输入端和信号输出端、电源转换模块203的电源输入端、储能释放模块204的电源输入端以及外部供电电源的输入端均相连。下电控制模块202的使能端与电源转换模块203的使能端以及储能释放模块204的使能端均相连。
作为例子，对于下电控制模块202，当信号输入端的电压高于预设的阈值时，使能端输出高电平；当信号输入端的电压低于预设的阈值时，使能端输出低电平。对于电源转换模块203，在使能端为高电平时开启；在使能端为低电平时关闭。对于储能释放模块204，在使能端为高电平时关闭；在使能端为低电平时开启。
当外部供电电源供电时，后备电源201进行充电或者维持电量充满的状态。下电控制模块202和电源转换模块203由外部供电电源供电。下电控制模块202的信号输入端口的电压高于预设的阈值，使能端输出高电平；电源转换模块203在使能端为高电平时开启，为外部负载提供工作电压；储能释放模块203在使能端为高电平时关闭，不会产生功耗。
当外部供电电源断开时，后备电源201进行放电，为下电控制模块202以及电源转换模块203供电，因此，下电控制模块202以及电源转换模块203会继续工作一段时间。随着后备电源201的放电，后备电源201的输出电压不断下降。当输出电压高于下电控制模块202的信号输入端预设的阈值时，下电控制模块202的使能端输出高电平；电源转换模块203在使能端为高电平时开启，为外部负载提供工作电压；储能释放模块204在使能端为高电平时关闭，不会产生功耗。当输出电压低于下电控制模块202的信号输入端预设的阈值时，下电控制模块202的使能端输出低电平；电源转换模块203在使能端为低电平时关闭，不再为外部负载提供工作电压；储能释放模块204在使能端为低电平时开启，为后备电源提供负载，释放后备电源的储能。
应当理解，以上实施例仅为一个示例，并不是对下电控制模块的输入信号的电压与使能端输出电平的关系、电源转换模块以及储能释放模块的开启与关闭和使能端电平的关系的限定。例如，当信号输入端的电压高于预设的阈值时，使能端还可以输出低电平；当信号输入端的电压低于预设的阈值时，使能端对应输出高电平，对此，相关联的控制关系和连接关系只需做对应的变换。这是本领域技术人员在不付出创造性劳动的情况下，可以理解并实现的，这里不再赘述。
从上述方案中可以看出，利用本发明，当外部供电电源断开，后备电源供电时，如果后备电源的输出电压下降到使下电控制模块的输入信号低于阈值，下电控制模块控制电源转换模块关闭，控制储能释放模块开启。储能释放模块的开启，保证了后备电源负载的持续存在。因此，后备电源不会因为突然失去负载而输出电压突然升高，进而下电控制模块的输入信号不会再高于阈值，电源转换模块保持关闭状态，克服了现有技术中后备电源输出电压震荡，从而电源转换模块容易损坏的问题。
参见图4，下电控制模块202可以是集成电路，举例来说，集成电路可以选择电源控制芯片ISL8702。ISL8702芯片主要包括欠压输入引脚UV、控制输出引脚EN以及本身的电源引脚VCC等。UV引脚用于设定输入电压阈值，当UV引脚的输入电压高于预设的阈值时，EN引脚输出高电平；当UV引脚的输入电压低于预设的阈值时，EN引脚输出低电平，所属领域技术人员也可以根据实际的设计需求选择其他型号的芯片。
此外，下电控制模块202也可以是逻辑电路，逻辑电路具有至少两个端口，该逻辑电路具有的功能为：当输入端输入的电压高于预设的阈值时，输出端输出高电平；当输出端输入的电压低于预设的阈值时，输出端输出低电平。
下电控制模块202还可以是可编程逻辑芯片。该芯片被设计为：当输入端输入的电压高于预设的阈值时，输出端输出高电平；当输出端输入的电压低于预设的阈值时，输出端输出低电平。
所述下电控制系统还包括分压电阻，所述分压电阻位于所述后备电源和下电控制模块之间。
参见图4，外部供电电源或者后备电源201提供的电压通过分压电阻205接入到下电控制模块202的信号输入端，为下电控制模块202提供输入信号。该输入电压低于外部供电电源及后备电源201所提供的电压。
参见图5，后备电源201包括超级电容206。超级电容是一种介于传统电容器和传统充电电池之间的新型储能装置，既具有电容器快速充放电的特征，同时又具有电池的储能特性。在外部供电电源供电时，超级电容进行充电或者维持充满状态，正极积累正电荷、负极积累负电荷；在外部供电电源断开时，超级电容放电，正负极电荷运动，为其他设备提供电压。
所述后备电源201还可以包括一个二极管207，所述二极管与超级电容206串联，二极管207的负极与超级电容相连，用于防止电路中的电流向超级电容倒灌。所述下电控制系统还可以包括一个二极管，所述二极管位于所述后备电源和所述电源转换模块之间，正极与所述后备电源以及外部供电电源的输入端相连，用于防止电路中的电流向供电的后备电源以及外部供电电源倒灌。
所述下电控制系统还可以包括连接于外部供电电源输入端的输入电压转换模块，其中，所述输入电压转换模块用于将外部供电电源输入的电压转换为系统的工作电压。
参见图6，在外部供电电源输入端，连接有一个输入电压转换模块208，将输入电压转换为系统的工作电压。例如，供电电源输入48V的电压，而下电控制系统200的工作电压为12V，则外部供电电源输入的电压先经过输入电压转换模块转换为12V的电压，供下电控制系统200工作。
输入电压转换模块208可以由上电缓启芯片209和电压转换芯片210构成，上电缓启芯片209用于减缓电源上电时对后续电路的冲击，特别是避免上电瞬间的大电流对后续电压转换芯片210造成的冲击，以保护后级的电路模块。电压转换芯片210用于实现将输入电压转换为工作电压。
所述下电控制系统的储能释放模块还可以包括开关电路和负载，其中，所述开关电路位于所述后备电池和负载之间，以控制后备电池和负载之间的连通与断开。
参见图7，储能释放模块204由开关电路204a和负载构成。其中，开关电路204a至少具有三个端口：信号输入端、使能端和输出端。信号输入端与后备电源201的输出端相连，使能端与下电控制模块202的使能端相连，输出端与负载相连。
所述开关电路在使能端为高电平时断开，在使能端为低电平时连通。
当外部供电电源供电时，后备电源201进行充电或者维持电量充满的状态。下电控制模块202的信号输入端口的电压高于预设的阈值，使能端输出高电平；开关电路204a在使能端为高电平时断开，则负载与外部供电电源断开，负载不工作，也不产生功耗。
当外部供电电源断开时，后备电源201进行放电。随着后备电源201的放电，后备电源201的输出电压不断下降。当后备电源201的输出电压高于下电控制模块202的信号输入端预设的阈值时，下电控制模块202的使能端输出高电平；开关电路204a在使能端为高电平时断开，负载不工作，也不产生功耗。当后备电源201的输出电压低于下电控制模块202的信号输入端预设的阈值时，下电控制模块202的使能端输出低电平；开关电路204a在使能端为低电平时连通，则负载与后备电源201连通，负载工作，消耗后备电源201的储能。
所述开关电路可以为场效应晶体管。
场效应晶体管是一种利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件。场效应晶体管都具有三个电极：栅极(G)、源极(S)和漏极(D)。漏极与源极之间的导通电流由栅极电压控制。场效应晶体管主要有两大类：结型场效应管和MOS(Metal-OxideSemiconductor，金属-氧化物-半导体)管。MOS管又可以分为N沟道增强型MOS管、P沟道增强型MOS管、N沟道耗尽型MOS管以及P沟道耗尽型MOS管。不管哪种场效应晶体管，都可以用作开关电路，区别在于电极的连接方式及导通条件不同。这里，以P沟道增强型MOS管为例，描述由场效应晶体管作为开关电路，控制储能释放模块的开启与关闭的过程。应当理解，其他场效应晶体管也可以进行合适的连接，用作开关电路。
参见图8，P沟道增强型MOS管为所述储能释放模块204中的开关电路204a。所述MOS管的栅极(G)与下电控制模块202的使能端相连，源极(S)与后备电源201的输出端相连，漏极(D)与负载相连。
对于开启电压为UGS(th)的P沟道增强型MOS管，当栅极(G)的电压UG低于源极(S)的电压US，且|UG-US|＞|UGS(th)|，MOS管导通，源极与漏极之间有电流通过；当|UG-US|≤|UGS(th)|，MOS管不导通，源极与漏极之间没有电流通过。因此，当下电控制模块202的使能端输出高电平，与后备电源201的输出电压的差值的绝对值小于MOS管的开启电压UGS(th)，则MOS管不能导通，源极与漏极之间没有电流通过，负载不工作，没有功耗产生。当下电控制模块202的使能端输出低电平，与后备电源201的输出电压的差值的绝对值大于MOS管的开启电压UGS(th)，则MOS管导通，源极与漏极之间有电流通过，负载工作，为后备电源201释放能量。
此外，所述电源转换模块还可以包括至少一个电源转换子模块，每个电源转换子模块均包括使能端和输出端，首个电源转换子模块的使能端与所述下电控制模块的使能端连接，末尾的电源转换子模块的输出端与所述外部负载连接；级联的电源转换子模块通过各自的使能端与前向级联的电源转换子模块的输出端连接、通过各自的输出端与后向级联的电源子模块的使能端连接。图9给出了包含三个电源转换子模块的电源转换模块的示意图。
参见图10，以所述电源转换模块包括三个电源转换子模块为例，描述电源转换模块的连接，以及整个下电控制系统的工作过程。
每个电源转换子模块都至少具有三个端口：输入端、使能端以及输出端。三个电源转换子模块的输入端都与后备电池201的输出端相连；第一个电源转换子模块1的使能端与下电控制模块202的使能端相连，输出端与第二个电源转换子模块2的使能端相连；第二个电源转换子模块2的输出端与第三个电源转换子模块3的使能端相连。
当外部供电电源供电时，下电控制模块202和电源转换模块203中的三个电源转换子模块均由外部供电电源供电。下电控制模块202的信号输入端口的电压高于预设的阈值，使能端输出高电平；第一个电源转换子模块1在使能端为高电平时开启，输出高电平，第二个电源转换子模块2和第三个电源转换子模块3随之开启，三个电源转换子模块为外部负载供电；储能释放模块204的开关电路204a在使能端为高电平时断开，负载与供电电源断开，不会产生功耗。
当外部供电电源断开时，后备电源201进行放电，为下电控制模块202以及电源转换模块203中的各个电源转换子模块供电，因此，下电控制模块202以及电源转换模块203中的各个电源转换子模块会继续工作一段时间。随着后备电源201的放电，后备电源201的输出电压不断下降。当输出电压高于下电控制模块202的信号输入端预设的阈值时，下电控制模块202的使能端输出高电平；第一个电源转换子模块1在使能端为高电平时开启，输出高电平，第二个电源转换子模块2和第三个电源转换子模块3随之开启，三个电源转换子模块为外部负载供电；储能释放模块204的开关电路204a在使能端为高电平时断开，负载与供电电源断开，不会产生功耗。
当输出电压低于下电控制模块202的信号输入端预设的阈值时，下电控制模块202的使能端输出低电平；第一个电源转换子模块1在使能端为低电平时关闭，输出低电平；第二个电源转换子模块2和第三个电源转换子模块3随之关闭，三个电源转换子模块不再为外部负载供电；储能释放模块204的开关电路204a在使能端为低电平时连通，负载与后备电源201连通，负载工作，为后备电池201释放能量。
从上述方案中可以看出，利用本发明，当外部供电电源断开，后备电源供电时，如果后备电源的输出电压下降到使下电控制模块的输入信号低于阈值，下电控制模块控制电源转换模块关闭，控制储能释放模块开启。储能释放模块的开启，保证了后备电源负载的持续存在。因此，后备电源不会因为突然失去负载而输出电压突然升高，进而下电控制模块的输入信号不会再高于阈值，电源转换模块保持关闭状态，克服了现有技术中后备电源输出电压震荡，从而电源转换模块容易损坏的问题。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里申请的发明后，将容易想到本说明书的其它实施方案。本说明书旨在涵盖本说明书的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本说明书的一般性原理并包括本说明书未申请的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本说明书的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本说明书并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本说明书的范围仅由所附的权利要求来限制。
以上所述仅为本说明书的较佳实施例而已，并不用以限制本说明书，凡在本说明书的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种下电控制系统，其特征在于，所述系统包括：后备电源、下电控制模块、电源转换模块和储能释放模块；
所述后备电源用于在外部电源断开时为所述电源转换模块和所述下电控制模块供电；
所述下电控制模块用于当所述后备电源的输出电压高于阈值时，控制所述电源转换模块开启、控制所述储能释放模块关闭；当所述后备电源的输出电压低于阈值时，控制所述电源转换模块关闭、控制所述储能释放模块开启；
所述电源转换模块用于开启时为外部负载提供工作电压；
所述储能释放模块用于当所述电源转换模块关闭时，释放后备电源的储能。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述下电控制模块、电源转换模块和储能释放模块均包括与后备电源的输出端相连的信号输入端；所述下电控制模块、电源转换模块和储能释放模块均包括使能端，所述下电控制模块的使能端分别与所述电源转换模块和所述储能释放模块的使能端连接，以实现控制所述电源转换模块和所述储能释放模块的开启或关闭。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述下电控制模块为集成电路或逻辑电路或可编程逻辑芯片。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：分压电阻，所述分压电阻连接于所述后备电源和下电控制模块之间。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述后备电源包括超级电容。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括一个二极管，所述二极管位于所述后备电源和所述电源转换模块之间，二极管的正极与所述后备电源相连。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括连接于外部电源输出端的输入电压转换模块，用于将外部供电电源输入的电压转换为系统的工作电压。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述储能释放模块包括开关电路和负载，其中，所述开关电路位于所述后备电源和负载之间，以控制后备电源和负载之间的连通与断开。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述开关电路为场效应晶体管。
10.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述电源转换模块包括至少一个电源转换子模块，每个电源转换子模块均包括使能端和输出端，首个电源转换子模块的使能端与所述下电控制模块的使能端连接，末尾的电源转换子模块的输出端与外部负载连接；级联的电源转换子模块通过各自的使能端与前向级联的电源转换子模块的输出端连接、通过各自的输出端与后向级联的电源子模块的使能端连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210105 |