CN112952980A - 一种电源延时断电模块 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电源延时断电模块，该电源延时断电模块包括充电管理电路、超级电容模组、升压电路、自动切换电路；充电管理电路的输入端、自动切换电路的第一输入端与提供输入电压的直流输入电源连接；充电管理电路的输出端与超级电容模组连接；升压电路的输入端与超级电容模组连接，升压电路的输出端与自动切换电路的第二输入端连接；自动切换电路用于进行切换输出，以便在输入电压正常时将第一输入端的电压输出，而在输入电压断电时将第二输入端的电压输出以实现延时断电。本申请利用超级电容模组进行延时断电，节约了器件安装空间，并能实现用电设备的延时断电，有效避免了设备重启、交易失败、交易记录丢失等异常情况的发生。

Description

一种电源延时断电模块

技术领域

本申请涉及电源技术领域，特别涉及一种电源延时断电模块。

背景技术

对于许多用电设备来说，例如车站售检票设备(自动检票机、自动售票机)等，需要考虑针对突然断电的应对问题。因此，为了应对市电异常断电、保证地铁车站设备稳定运行，现有技术中一般配备了车站级不间断电源(Uninterruptible Power Supply，UPS)，并利用开关柜控制市电和UPS的供电切换：市电正常时，开关柜切换到市电输出模式；市电异常断电或者波动时，开关柜切换到UPS输出模式。

但是，以当前技术水平，开关柜的切换时间一般在100～200毫秒左右，而普通开关电源的保持时间仅为20-30毫秒(约一个市电周期)。因此，在开关柜切换期间，车站售检票设备内部的开关电源还是会暂时失去电源供应。如此，切换使用站级UPS的过程，会出现设备开关电源的断电、上电，引起设备重启。售检票设备的重启会造成以下不利后果：购票交易失败、乘客进出站失败、交易记录丢失、交易记录错误等。

并且，由于UPS电源并不具备延时断电功能，而一笔交易往往需要3～5秒才能完成。在市电长时间断电的情况下，UPS电源耗尽时若正在处理一笔交易，则无法保障及时将交易记录上传至上级服务器。

鉴于此，提供一种解决上述技术问题的方案，已经是本领域技术人员所亟需关注的。

发明内容

本申请的目的在于提供一种电源延时断电模块，以便能够在输入电压暂停或彻底断开后，令电源的输出保持几秒种的稳定输出，有效避免设备重启、交易失败等异常情况发生。

为解决上述技术问题，本申请公开了一种电源延时断电模块，包括充电管理电路、超级电容模组、升压电路、自动切换电路；

所述充电管理电路的输入端、所述自动切换电路的第一输入端均与提供输入电压的直流输入电源连接；所述充电管理电路的输出端与所述超级电容模组连接，用于基于所述输入电压对所述超级电容模组充电；所述升压电路的输入端与所述超级电容模组连接，所述升压电路的输出端与所述自动切换电路的第二输入端连接；

所述自动切换电路用于进行切换输出，以便在所述输入电压正常时将所述第一输入端的电压输出，而在所述输入电压断电时将所述第二输入端的电压输出以实现延时断电。

可选地，所述超级电容模组包括若干个串联的超级电容单体，以及若干个分别与对应的所述超级电容单体并联的均流电阻。

可选地于，所述输入电压为24V，所述自动切换电路的输出端为所述电源延时断电模块的24V电压输出端。

可选地，所述充电管理电路中设置有充电电压上下限；当所述超级电容模组的电压低于充电电压下限时，所述充电管理电路开启充电；当所述超级电容模组的电压达到充电电压上限时，所述充电管理电路停止充电。

可选地，所述电源延时断电模块还包括第一二极管、第二二极管、升/降压电路、降压电路；

所述第一二极管的阳极与所述超级电容连接，所述第二二极管的阳极与所述直流输入电源连接；所述第一二极管的阴极与所述第二二极管的阴极并接后，分别与所述升/降压电路和所述降压电路的输入端连接；所述升/降压电路的输出端为所述电源延时断电模块的12V电压输出端；所述降压电路的输出端为所述电源延时断电模块的5V电压输出端。

可选地，当所述超级电容模组的电压高于12V时，所述升/降压电路进行降压变换以输出12V电压；当所述超级电容模组的电压低于12V时，所述升/降压电路进行升压变换以输出12V电压。

可选地，还包括：

与所述直流输入电源连接的过压保护单元和欠压保护单元。

可选地，还包括：

与所述24V电压输出端、12V电压输出端、5V电压输出端连接的过压保护单元、过流保护单元、短路保护单元、过热保护单元。

可选地，还包括：

与所述自动切换电路连接的状态反馈接口，用于反馈所述自动切换电路当前的输出切换状态。

可选地，还包括：

与所述直流输入电源耦合的强制关断接口，用于在接收到关断指令后关断所述直流输入电源的输出。

本申请所提供的电源延时断电模块所具有的有益效果是：本申请利用超级电容模组进行储能和延时断电，不仅节约了器件安装空间，利于设备轻量化，而且能够在直流输入电源掉电后，继续维持一定时间的正常电源供应，实现用电设备的延时断电，有效避免了设备重启、交易失败、交易记录丢失等异常情况的发生。

附图说明

为了更清楚地说明现有技术和本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和本申请实施例描述中需要使用的附图作简要的介绍。当然，下面有关本申请实施例的附图描述的仅仅是本申请中的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图，所获得的其他附图也属于本申请的保护范围。

图1为本申请实施例公开的一种电源延时断电模块的电路框图；

图2为本申请实施例公开的又一种电源延时断电模块的电路结构图。

具体实施方式

本申请的核心在于提供一种电源延时断电模块，以便能够在输入电压暂停或彻底断开后，令电源的输出保持几秒种的稳定输出，有效避免设备重启、交易失败等异常情况发生。

为了对本申请实施例中的技术方案进行更加清楚、完整地描述，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行介绍。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参见图1所示，本申请实施例公开了一种电源延时断电模块，包括充电管理电路101、超级电容模组102、升压电路103、自动切换电路104；

充电管理电路101的输入端、自动切换电路104的第一输入端均与提供输入电压的直流输入电源连接；充电管理电路101的输出端与超级电容模组102连接，用于基于输入电压对超级电容模组102充电；升压电路103的输入端与超级电容模组102连接，升压电路103的输出端与自动切换电路104的第二输入端连接；

自动切换电路104用于进行切换输出，以便在输入电压正常时将第一输入端的电压输出，而在输入电压断电时将第二输入端的电压输出以实现延时断电。

具体地，需要指出的是，本申请基于超级电容模组102而实现了电源延时断电功能。由此，当输入电压断电后，本申请利用超级电容模组102内的储能可仍然实现几秒钟的正常电源供应，保障在开关柜切换期间或者断电彻底断开后依然能有效完成当前处理的交易，避免设备重启、交易失败、交易记录丢失等异常情况发生。

并且，超级电容模组102体积小、重量轻，便于设备轻量化。并且，超级电容具有充电时间短(几十秒)、工作温度范围宽、无充放电次数限制、使用寿命长、无需定期维护等优点，十分便于使用与维护。

其中，超级电容模组102包括若干个串联的超级电容单体。一般地，一个超级电容单体的耐压值V₀较低(2.7V～5.5V)，因此需要将多个超级电容单体串联使用。当N个耐压值为V₀、容值为C₀的超级电容单体串联后，整个超级电容模组102的耐压值V和容值C分别为：

V＝V₀·N；

C＝C₀/N。

需要说明的是，可以根据实际需要输出的电压大小以及每个超级电容单体的耐压值大小来设置超级电容单体的总数量。进而，根据电源的额定输出电流，通过选择合适容量的超级电容模组102，便可得到期望的断电延时时长。在一个具体实施例中，可通过合理设置，令断电延时时长为5秒，以足够支撑完成一笔交易。

作为一个具体实施例，超级电容模组102还包括若干个分别与对应的超级电容单体并联的均流电阻。具体地，由于在实际使用中，因超级电容单体的容值存有一定误差(通常20％左右)，串联使用时会造成每个单体所承受电压不均衡，因此本申请还可对超级电容模组102的耐压留足够的余量，且在每个超级电容单体的两端并联上均流电阻。

在输入电压正常的情况下，充电管理电路101将对超级电容模组102充电，令超级电容模组102储存电能；在输入电压掉电的情况下，超级电容模组102中储存的电能经后级的升压电路103处理后，将代替已断电的输入电压对外提供电能，从而在一段时间内维持输出电压的稳定。

容易理解的是，由于留有一定耐压余量的原因，超级电容模组102的电压一般低于输入电压的正常电压值。因此，选择升压电路103对超级电容模组102的电压进行升压变换，如此以保持输出电压的大小稳定。

可见，本申请实施例所提供的电源延时断电模块，利用超级电容模组进行储能和延时断电，不仅节约了器件安装空间，利于设备轻量化，而且能够在直流输入电源掉电后，继续维持一定时间的正常电源供应，实现用电设备的延时断电，有效避免了设备重启、交易失败、交易记录丢失等异常情况的发生。

参见图2，图2为本申请实施例所提供的又一种电源延时模块的电路结构图。图2中，自动切换电路104以等效开关S表示，超级电容模组以等效电容C表示。

作为一种具体实施例，本申请实施例所公开的电源延时断电模块在上述内容的基础上，输入电压为24V，自动切换电路104的输出端为电源延时断电模块的24V电压输出端。

如前，当24VDC输入电压在正常范围以内，自动切换电路104选择该输入电压产生24VDC输出电压；当24VDC输入电压因断电跌落出正常电压范围后，自动切换电路104将选择升压电路103产生的24VDC作为输出电压。

作为一种具体实施例，本申请实施例所公开的电源延时断电模块在上述内容的基础上，充电管理电路101中设置有充电电压上下限；当超级电容模组102的电压低于充电电压下限时，充电管理电路101开启充电；当超级电容模组102的电压达到充电电压上限时，充电管理电路101停止充电。

需要说明的是，为了充分利用超级电容模组102的储能(利用率达到87％)，同时将升压电路103的工作电流控制在合理范围以内，可为超级电容模组102的输出电压设置上下限。同时，考虑到漏电流的存在，针对充电的启停，也可设置充电电压上下限。如此，充电管理电路101可对超级电容模组102的两端电压Vc持续进行监测，以便随时进行充电管理。

在一个具体实施例中，可将超级电容模组102的输出电压下限设为8V，输出电压上限设为22.6V。此外。在一个具体实施例中，考虑到24VDC输入电压存在有±10％的误差范围，可具体将充电电压下限设定为22VDC，将充电电压上限设定为22.6VDC。

如此，一旦Vc低于22VDC，充电管理电路101便启动充电过程；一旦Vc高于22.6VDC，充电管理电路101便关闭充电过程。充电过程中可选择简单的限流电阻充电方式或者较为复杂的恒流(CC)充电模式。

作为一种具体实施例，本申请实施例所公开的电源延时断电模块在上述内容的基础上，电源延时断电模块还包括第一二极管D1、第二二极管D2、升/降压电路、降压电路；

第一二极管D1的阳极与超级电容连接，第二二极管D2的阳极与直流输入电源连接；第一二极管D1的阴极与第二二极管D2的阴极并接后，分别与升/降压电路和降压电路的输入端连接；升/降压电路的输出端为电源延时断电模块的12V电压输出端；降压电路的输出端为电源延时断电模块的5V电压输出端。

具体地，许多用电设备中所使用的直流电不仅包括24VDC，还包括一些其他电压，例如12VDC、5VDC。

当24VDC输入电压正常时，由于超级电容模组102的最高电压在22.6VDC，因此D1反向偏置而D2正相偏置，由24VDC输入电压经D2为12VDC的升/降压电路和5V的降压电路提供电源。当24VDC输入电压掉电后，因其电压低于超级电容模组102的22～22.6VDC，因此D1正向偏置而D2反向偏置，由超级电容模组102经D1为升/降压电路和降压电路提供电源。

作为一种具体实施例，本申请实施例所公开的电源延时断电模块在上述内容的基础上，当超级电容模组102的电压高于12V时，升/降压电路进行降压变换以输出12V电压；当超级电容模组102的电压低于12V时，升/降压电路进行升压变换以输出12V电压。

具体地，12VDC输出电压由升/降压电路产生。如上，超级电容模组102的有效供电范围为8～22.6V，因此，在12V～22.6V之间，升/降压电路工作在降压模式，产生稳定的12VDC输出；在8～12V之间，升/降压电路工作在升压工作模式，产生稳定的12VDC输出。

而由于5VDC输出电压始终低于超级电容8～22.6VDC的输出电压，因此使用降压电路产生5VDC输出。

作为一种具体实施例，本申请实施例所公开的电源延时断电模块在上述内容的基础上，还包括：

与直流输入电源连接的过压保护单元和欠压保护单元。

作为一种具体实施例，本申请实施例所公开的电源延时断电模块在上述内容的基础上，还包括：

与24V电压输出端、12V电压输出端、5V电压输出端连接的过压保护单元、过流保护单元、短路保护单元、过热保护单元。

作为一种具体实施例，本申请实施例所公开的电源延时断电模块在上述内容的基础上，还包括：

与自动切换电路104连接的状态反馈接口，用于反馈自动切换电路104当前的输出切换状态。

具体地，当24VDC输入电压掉电后，电源延时断电模块在利用超级电容模组102的能量进行延时断电的同时，可通过状态反馈接口输出对应的提醒信号，以便通知用户该用电设备当前正工作在延时断电阶段，用户应当加快处理当前业务。

作为一种具体实施例，本申请实施例所公开的电源延时断电模块在上述内容的基础上，还包括：

与直流输入电源耦合的强制关断接口，用于在接收到关断指令后关断直流输入电源的输出。

具体地，考虑到在一些情况下，如测试、维护过程中，需要切断输入电压以进行延时断电测试，因此，本实施例中还配置了强制关断接口，可实现此功能。

本申请中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的设备而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需说明的是，在本申请文件中，诸如“第一”和“第二”之类的关系术语，仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或者操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。此外，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电源延时断电模块，其特征在于，包括充电管理电路、超级电容模组、升压电路、自动切换电路；

所述充电管理电路的输入端、所述自动切换电路的第一输入端均与提供输入电压的直流输入电源连接；所述充电管理电路的输出端与所述超级电容模组连接，用于基于所述输入电压对所述超级电容模组充电；所述升压电路的输入端与所述超级电容模组连接，所述升压电路的输出端与所述自动切换电路的第二输入端连接；

所述自动切换电路用于进行切换输出，以便在所述输入电压正常时将所述第一输入端的电压输出，而在所述输入电压断电时将所述第二输入端的电压输出以实现延时断电。

2.根据权利要求1所述的电源延时断电模块，其特征在于，所述超级电容模组包括若干个串联的超级电容单体，以及若干个分别与对应的所述超级电容单体并联的均流电阻。

3.根据权利要求1所述的电源延时断电模块，其特征在于，所述输入电压为24V，所述自动切换电路的输出端为所述电源延时断电模块的24V电压输出端。

4.根据权利要求3所述的电源延时断电模块，其特征在于，所述充电管理电路中设置有充电电压上下限；当所述超级电容模组的电压低于充电电压下限时，所述充电管理电路开启充电；当所述超级电容模组的电压达到充电电压上限时，所述充电管理电路停止充电。

5.根据权利要求3所述的电源延时断电模块，其特征在于，所述电源延时断电模块还包括第一二极管、第二二极管、升/降压电路、降压电路；

所述第一二极管的阳极与所述超级电容连接，所述第二二极管的阳极与所述直流输入电源连接；所述第一二极管的阴极与所述第二二极管的阴极并接后，分别与所述升/降压电路和所述降压电路的输入端连接；所述升/降压电路的输出端为所述电源延时断电模块的12V电压输出端；所述降压电路的输出端为所述电源延时断电模块的5V电压输出端。

6.根据权利要求5所述的电源延时断电模块，其特征在于，当所述超级电容模组的电压高于12V时，所述升/降压电路进行降压变换以输出12V电压；当所述超级电容模组的电压低于12V时，所述升/降压电路进行升压变换以输出12V电压。

7.根据权利要求6所述的电源延时断电模块，其特征在于，还包括：

与所述直流输入电源连接的过压保护单元和欠压保护单元。

8.根据权利要求7所述的电源延时断电模块，其特征在于，还包括：

与所述24V电压输出端、12V电压输出端、5V电压输出端连接的过压保护单元、过流保护单元、短路保护单元、过热保护单元。

9.根据权利要求1至8任一项所述的电源延时断电模块，其特征在于，还包括：

与所述自动切换电路连接的状态反馈接口，用于反馈所述自动切换电路当前的输出切换状态。

10.根据权利要求9所述的电源延时断电模块，其特征在于，还包括：

与所述直流输入电源耦合的强制关断接口，用于在接收到关断指令后关断所述直流输入电源的输出。

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