CN113675815B - 一种电源管理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电源管理系统，应用于智能家居系统，智能家居系统包括依次并联连接在市电电源总线上的多个终端、中央控制器、以及与中央控制器和终端连接的终端控制器，电源管理系统包括数据传输总线和断电保护单元，断电保护单元包括连接在市电电源总线的第一端口、第二端口和连接在数据传输总线上的第三端口、连接至第一端口和第二端口之间的过压过流保护模块、与过压过流保护模块连接的处理模块、与第一端口和处理模块连接的开关电路、与处理模块和第三端口连接并与开关电路连接的存储模块。防止电源突然断电时存储模块内的设备运行信息丢失和电压电流冲击，确保了智能家居系统的工作安全性。

Description

一种电源管理系统及方法

技术领域

本发明涉及电源电路领域，具体涉及一种电源管理系统及方法。

背景技术

电源管理是将电源有效分配给系统的不同组件，对于依赖电池电源的移动式设备至关重要，电源管理可以应用于智能家居中，而智能家居是通过物联网技术将家中的各种设备连接在一起，各个设备均与市电电源总线直接连接。当断电时，整个系统中的所有设备同时断电，由于家中不会配备不间断电源(Uninterruptible Power Supply，UPS)外部电源断电时，所有设备同时关闭，对于一些精密的用电设备，电源突然关闭或开启造成的电流尖峰，容易对设备造成损坏。目前的智能家居系统很少具备数据的读取和保存功能，家用设备在执行某项功能时，例如洗衣机在执行洗衣流程时，若突然断电至恢复供电时，没法重新按照之前执行的流程继续进行，需要用户重新开启或重新执行该设备，浪费了资源，也加速了设备老化。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种断电保护、可以对各个设备运行信息收集和传输的电源管理系统及方法，来解决上述存在的技术问题，具体采用以下技术方案来实现。

第一方面本发明提供了一种电源管理系统，应用于智能家居系统，所述智能家居系统包括依次并联连接在市电电源总线上的多个终端、中央控制器、以及与所述中央控制器和所述终端连接的终端控制器，所述电源管理系统包括：

数据传输总线，与所述多个终端、所述终端控制器连接；

断电保护单元，连接至所述市电电源总线和所述数据传输总线，所述断电保护单元包括连接在所述市电电源总线的第一端口、第二端口和连接在所述数据传输总线上的第三端口、连接至所述第一端口和所述第二端口之间的过压过流保护模块、与所述过压过流保护模块连接的处理模块、与所述第一端口和所述处理模块连接的开关电路、与所述处理模块和所述第三端口连接并与所述开关电路连接的存储模块；

当市电电源异常关闭时，所述过压过流保护模块开启且所述处理模块内的低压锂电池给所述断电保护模块供电；

当市电电源重新开启时，所述处理模块通过所述开关电路检测到市电打开时，所述开关电路关闭，所述处理模块控制所述过压过流保护模块开启；

其中，所述开关电路包括：

并联在所述第一端口的第一二极管和第二二极管，所述第一二极管的阳极与所述第二二极管的阳极连接，所述第一二极管的阴极连接第一开关管的漏极，所述第二二极管的阴极连接第三二极管的阳极，所述第三二极管的阴极与所述处理模块连接，所述第二二极管连接第二开关管的源极，所述第二开关管的漏极连接第一电阻，所述第一开关管的栅极连接第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端连接所述处理模块，所述第二开关管的栅极连接第三电阻的一端、与所述第一电阻并联的第一电容，所述第三电阻的另一端与所述处理模块连接，所述第一开关管的源极连接第四二极管的阳极，所述第一电阻、所述第一电容与所述存储模块连接。

作为上述技术方案的进一步改进，当市电电源正常工作时，所述处理模块控制所述开关电路关闭，市电通过所述过压过流保护模块经过所述第二端口给所述智能家居系统中的各个终端正常供电，所述存储模块通过所述数据传输总线收集所述终端的工作状态信息。

作为上述技术方案的进一步改进，所述过压过流保护模块包括：

与所述第四二极管的阴极连接的第三开关管的漏极和第四电阻的一端，所述第四电阻的另一端连接所述第二端口和第四开关管的漏极，所述第三开关管的栅极与所述处理模块连接，所述第三开关管的源极连接第五电阻的一端，所述第五电阻的另一端连接第二电容和第六电阻的一端，所述第六电阻的另一端连接所述第四开关管的栅极，所述第四开关管的源极与所述第二电容连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一二极管、所述第二二极管、所述第三二极管和所述第四二极管为续流二极管，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管和所述第四开关管为MOS开关管。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻、所述第四电阻、所述第五电阻和所述第六电阻为稳压电阻，所述第一电容和所述第二电容为滤波电容。

作为上述技术方案的进一步改进，所述低压锂电池的电压为12V。

第二方面，本发明还提供了一种电压环管理方法，包括以下步骤：

获取市电电源正常工作时，所述处理模块控制所述开关电路关闭，市电通过所述过压过流保护模块经过所述第二端口给所述智能家居系统中的各个终端正常供电，所述存储模块通过所述数据传输总线收集所述终端的工作状态信息；

获取市电电源异常关闭时，所述过压过流保护模块开启且所述处理模块内的低压锂电池给所述断电保护单元供电；

获取市电电源重新开启时，所述处理模块通过所述开关电路检测到市电打开时，所述开关电路关闭，所述处理模块控制所述过压过流保护模块开启。

本发明提供了一种电源管理系统及方法，与现有技术相比，具有以下的有益效果：

通过在智能家居系统中增加了断电保护单元和数据传输总线，数据传输总线和多个终端、终端控制器连接，断电保护单元连接市电电源总线、数据传输总线以及各个终端，断电保护单元可以实现对智能家居系统的断电保护和通电后的过压过流保护，还可以对各个设备运行信息收集和传输。断电包括单元包括三个端口、过压过流保护模块、处理模块、开关电路和存储模块，当市电电源突然关闭时，过压过流保护模块可以有效防止电源的突然关闭对系统的冲击，此时处理模块内部的低压锂电池开始给整个断电保护单元供电，防止存储模块内的设备运行信息丢失。当市电电源重新开通时，处理模块通过开关电路检测到市电打开，此时开关电路关闭，处理模块通过控制过压过流保护模块，防止电压电流尖峰对智能家居系统的冲击导致设备损坏。

另外，由于开关电路关闭，市电通过过压过流保护单元开始对设备供电，此时处理模块内部的低压锂电模块开始给子系统供电，形成开关电路-处理模块-存储模块-数据传输总线-智能家居系统的通路，处理模块读取存储模块内的断电前设备运行信息，并将此信息通过数据总线发送至智能家居系统的中央控制器中，通知各个设备以及用户，方便用户或设备判断是否继续断电前的运行状态继续运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明实施例提供的智能家居系统的结构框图；

图2为本发明实施例提供的断电保护单元的结构框图；

图3为本发明实施例提供的过压过流保护模块的电路图；

图4为本发明实施例提供的电源管理方法的流程图。

主要元件符号说明如下：

10-市电电源总线；20-终端；30-中央控制器；40-终端控制器；50-数据传输总线；60-断电保护单元；61-第一端口；62-第二端口；63-第三端口；64-过压过流保护模块；65-处理模块；66-开关电路；67-存储模块；70-第一二极管；71-第二二极管；72-第一开关管；73-第三二极管；74-第二开关管；75-第一电阻；76-第二电阻；77-第三电阻；78-第一电容；79-第四二极管；80-第三开关管；81-第四电阻；82-第四开关管；83-第五电阻；84-第二电容；85-第六电阻。

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。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参阅图1和图2，本发明提供了一种电源管理系统，应用于智能家居系统，所述智能家居系统包括依次并联连接在市电电源总线10上的多个终端20、中央控制器30、以及与所述中央控制器30和所述终端20连接的终端控制器40，所述电源管理系统包括：

数据传输总线50，与所述多个终端20、所述终端控制器40连接；

断电保护单元60，连接至所述市电电源总线10和所述数据传输总线50，所述断电保护单元60包括连接在所述市电电源总线10的第一端口61、第二端口62和连接在所述数据传输总线50上的第三端口63、连接至所述第一端口61和所述第二端口62之间的过压过流保护模块64、与所述过压过流保护模块64连接的处理模块65、与所述第一端口61和所述处理模块65连接的开关电路66、与所述处理模块65和所述第三端口63连接并与所述开关电路66连接的存储模块67；

当市电电源正常工作时，所述处理模块65控制所述开关电路66关闭，市电通过所述过压过流保护模块64经过所述第二端口62给所述智能家居系统中的各个终端正常供电，所述存储模块67通过所述数据传输总线50收集所述终端20的工作状态信息；

当市电电源异常关闭时，所述过压过流保护模块64开启且所述处理模块65内的低压锂电池给所述断电保护单元60供电；

当市电电源重新开启时，所述处理模块65通过所述开关电路66检测到市电打开时，所述开关电路66关闭，所述处理模块65控制所述过压过流保护模块64开启。

本实施例中，智能家居系统是采用先进的计算机技术、网络通讯技术、智能云端控制、综合布线技术、医疗电子技术依照人体工程学原理融合个性需求，将与家居生活有关的各个子系统如安防、灯光控制等有机地结合在一起，通过网络化综合智能控制和管理。多个终端20是可以建立网络通信连接在一起的用电设备，中央控制器30可以是CPU，终端控制器40可以是微处理器MCU，数据传输总线50可以是CAN总线。过压保护是指被保护线路电压超过预定的最大值时，是电源断开或使受控设备电压降低的一种保护方式。过流保护是指：很多电子设备都有额定电流，不允许超过额定电流，不然会损坏设备，当电流超过设定电流时，设备自动断电以保护设备。过压过流保护模块64是将过压保护和过流保护结合在一起，以保证电路的正常工作。

需要说明的是，市电电源正常工作即市电电源总线输出的电压或电流正常供电，处理模块65控制开关电路66关闭，市电通过过压过流保护模块64经过第二端口62给智能家居系统中的各个终端正常供电，可以将所有终端20的工作状态通过数据传输总线50传输至存储模块67，这样可以便于后续终端20的维护。在市电电源异常关闭时，过压过流保护模块64可以有效防止电源的突然关闭对智能家居系统的冲击，处理模块65内部安装有低压锂电池可以给整个断电保护单元60供电，可以防止存储模块67中的设备运行信息丢失。当市电电源重新开通即恢复时，处理模块65通过开关电路66检测市电开启，控制开关电路66关闭，处理模块65通过控制过压过流保护模块64来防止电压电流尖峰对智能家居系统的冲击，从而导致设备损坏的风险。

应理解，开关电路66关闭时，市电通过过压过流保护模块64开始对终端20进行供电，处理模块65内的低压锂电池给电源管理系统供电，所述低压锂电池的电压为12V，可以形成开关电路66-处理模块65-存储模块67-数据传输总线50-智能家居系统的通路，处理模块65读取存储模块67内的断电前保存的设备运行信息，并将此信息通过数据传输总线50发送至智能家居系统的中央处理器30，以通知各个终端20或用户，便于用户或设备判断是否继续断电前的运行状态来继续运行。例如洗衣机在洗衣服时，突然断电后恢复正常，就需要电源管理系统进行有效管理，以保证设备正常使用的寿命。

参阅图3，可选地，所述开关电路66包括：

并联在所述第一端口61的第一二极管70和第二二极管71，所述第一二极管70的阳极与所述第二二极管71的阳极连接，所述第一二极管70的阴极连接第一开关管72的漏极，所述第二二极管71的阴极连接第三二极管73的阳极，所述第三二极管73的阴极与所述处理模块65连接，所述第二二极管71连接第二开关管74的源极，所述第二开关管74的漏极连接第一电阻75，所述第一开关管72的栅极连接第二电阻76的一端，所述第二电阻76的另一端连接所述处理模块65，所述第二开关管74的栅极连接第三电阻77的一端、与所述第一电阻75并联的第一电容78，所述第三电阻77的另一端与所述处理模块65连接，所述第一开关管72的源极连接第四二极管79的阳极，所述第一电阻75、所述第一电容78与所述存储模块67连接。

本实施例中，第一二极管70记为D1和第二二极管71记为D2并联在第一端口61，第一二极管70的阳极和第二二极管71的阳极连接，可以控制电流的流向。第一开关管72记为M1连接至第一二极管70的阴极并与第二电阻76记为R2连接，第二二极管71还连接第三二极管73记为D3、第二开关管74记为M2，第二开关管74连接第一电阻75记为R1并连接第三端口63，第一电容78记为C1并联在第二开关管74和第一电阻75两端，第二二极管71的阴极还连接第三电阻77记为R3，第一开关管72还连接第四二极管79记为R4。灵活控制开关电路66的开闭可以保证智能家居系统在市电电源重新开通时不被大电压或大电流冲击，以提高了智能家居系统的工作安全性。

再次参阅图3，可选地，所述过压过流保护模块64包括：

与所述第四二极管79的阴极连接的第三开关管80的漏极和第四电阻81的一端，所述第四电阻81的另一端连接所述第二端口62和第四开关管82的漏极，所述第三开关管80的栅极与所述处理模块65连接，所述第三开关管80的源极连接第五电阻83的一端，所述第五电阻83的另一端连接第二电容84和第六电阻85的一端，所述第六电阻85的另一端连接所述第四开关管82的栅极，所述第四开关管82的源极与所述第二电容84连接。

本实施例中，所述第一二极管70、所述第二二极管71、所述第三二极管73和所述第四二极管79为续流二极管，所述第一开关管72、所述第二开关管74、所述第三开关管80和所述第四开关管82为MOS开关管。所述第一电阻75、所述第二电阻76、所述第三电阻77、所述第四电阻81、所述第五电阻83和所述第六电阻85为稳压电阻，所述第一电容78和所述第二电容84为滤波电容。第三开关管80记为M3连接第四二极管79的阴极，第三开关管80与第四电阻81记为R4连接，第三开关管80还连接第五电阻83记为R5，第五电阻83连接第六电阻85记为R6和第二电容84记为C2，第六电阻85与第四开关管79记为M4连接。开关电路66和过压过流保护模块64的电路中均采用了MOS管和稳压电阻，过压过流保护模块64的集成度高，使用元件少和成本低，过压和过流模块通过两个MOS开关管集成到一个电路中，可以保证断电保护单元60的灵敏度高和及时性。

参阅图4，本发明实施例提供了一种电压环管理方法，包括以下步骤：

S1：获取市电电源正常工作时，所述处理模块控制所述开关电路关闭，市电通过所述过压过流保护模块经过所述第二端口给所述智能家居系统中的各个终端正常供电，所述存储模块通过所述数据传输总线收集所述终端的工作状态信息；

S2：获取市电电源异常关闭时，所述过压过流保护模块开启且所述处理模块内的低压锂电池给所述断电保护模块供电；

S3：获取市电电源重新开启时，所述处理模块通过所述开关电路检测到市电打开时，所述开关电路关闭，所述处理模块控制所述过压过流保护模块开启。

本实施例中，市电电源主要有正常工作和异常工作两种工作情况，当市电电源正常时，处理模块65控制开关电路66关闭，市电通过过压过流保护模块64，经过第二端口62正常给智能家居系统的各个终端20即设备供电，所有设备的工作状态经过数据传输总线50传输相关数据至存储模块67收集。当市电电源突然关闭时，过压过流保护模块64可以有效防止电源的突然关闭对系统的冲击。处理模块65内部的低压锂电池开始给整个断电保护单元60供电，防止存储模块67的闪存内的设备运行信息丢失。当市电电源重新开通时，处理模块65通过开关电路66检测到市电打开，此时开关电路66关闭，处理模块65通过控制过压过流保护模块64，防止电压电流尖峰对智能家居系统的冲击导致设备损坏。另外，由于开关电路66关闭，市电通过过压过流保护模块64开始对设备供电，此时处理模块65内部的低压锂电开始给电源管理系统供电，形成开关电路66-处理模块65-存储模块67-数据传输总线50-智能家居系统的通路，处理模块65读取存储器内的断电前设备运行信息，并将此信息通过数据总线发送至智能家居系统的中央控制器30中，通知各个设备或用户，方便用户或设备判断是否继续断电前的运行状态继续运行。

本发明提供了一种电源管理系统及方法，通过在智能家居系统中增加了断电保护单元和数据传输总线，数据传输总线和多个终端、终端控制器连接，断电保护单元连接市电电源总线、数据传输总线以及各个终端，断电保护单元可以实现对智能家居系统的断电保护和通电后的过压过流保护，还可以对各个设备运行信息收集和传输。断电包括单元包括三个端口、过压过流保护模块、处理模块、开关电路和存储模块，当市电电源突然关闭时，过压过流保护模块可以有效防止电源的突然关闭对系统的冲击，此时处理模块内部的低压锂电池开始给整个断电保护单元供电，防止存储模块内的设备运行信息丢失。当市电电源重新开通时，处理模块通过开关电路检测到市电打开，此时开关电路关闭，处理模块通过控制过压过流保护模块，防止电压电流尖峰对智能家居系统的冲击导致设备损坏。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种电源管理系统，应用于智能家居系统，其特征在于，所述智能家居系统包括依次并联连接在市电电源总线上的多个终端、中央控制器、以及与所述中央控制器和所述终端连接的终端控制器，所述电源管理系统包括：

数据传输总线，与所述多个终端、所述终端控制器连接；

断电保护单元，连接至所述市电电源总线和所述数据传输总线，所述断电保护单元包括连接在所述市电电源总线的第一端口、第二端口和连接在所述数据传输总线上的第三端口、连接至所述第一端口和所述第二端口之间的过压过流保护模块、与所述过压过流保护模块连接的处理模块、与所述第一端口和所述处理模块连接的开关电路、与所述处理模块和所述第三端口连接并与所述开关电路连接的存储模块；

当市电电源异常关闭时，所述过压过流保护模块开启且所述处理模块内的低压锂电池给所述断电保护单元供电；

当市电电源重新开启时，所述处理模块通过所述开关电路检测到市电打开时，所述开关电路关闭，所述处理模块控制所述过压过流保护模块开启；

其中，所述开关电路包括：

并联在所述第一端口的第一二极管和第二二极管，所述第一二极管的阳极与所述第二二极管的阳极连接，所述第一二极管的阴极连接第一开关管的漏极，所述第二二极管的阴极连接第三二极管的阳极，所述第三二极管的阴极与所述处理模块连接，所述第二二极管连接第二开关管的源极，所述第二开关管的漏极连接第一电阻，所述第一开关管的栅极连接第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端连接所述处理模块，所述第二开关管的栅极连接第三电阻的一端、与所述第一电阻并联的第一电容，所述第三电阻的另一端与所述处理模块连接，所述第一开关管的源极连接第四二极管的阳极，所述第一电阻、所述第一电容与所述存储模块连接；

所述过压过流保护模块包括：

与所述第四二极管的阴极连接的第三开关管的漏极和第四电阻的一端，所述第四电阻的另一端连接所述第二端口和第四开关管的漏极，所述第三开关管的栅极与所述处理模块连接，所述第三开关管的源极连接第五电阻的一端，所述第五电阻的另一端连接第二电容和第六电阻的一端，所述第六电阻的另一端连接所述第四开关管的栅极，所述第四开关管的源极与所述第二电容连接。

2.根据权利要求1所述的电源管理系统，其特征在于，当市电电源正常工作时，所述处理模块控制所述开关电路关闭，市电通过所述过压过流保护模块经过所述第二端口给所述智能家居系统中的各个终端正常供电，所述存储模块通过所述数据传输总线收集所述终端的工作状态信息。

3.根据权利要求1所述的电源管理系统，其特征在于，所述第一二极管、所述第二二极管、所述第三二极管和所述第四二极管为续流二极管，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管和所述第四开关管为MOS开关管。

4.根据权利要求1所述的电源管理系统，其特征在于，所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻、所述第四电阻、所述第五电阻和所述第六电阻为稳压电阻，所述第一电容和所述第二电容为滤波电容。

5.根据权利要求1所述的电源管理系统，其特征在于，所述低压锂电池的电压为12V。

6.一种根据权利要求1-5任一项所述的电源管理系统的电源管理方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取市电电源正常工作时，所述处理模块控制所述开关电路关闭，市电通过所述过压过流保护模块经过所述第二端口给所述智能家居系统中的各个终端正常供电，所述存储模块通过所述数据传输总线收集所述终端的工作状态信息；

获取市电电源异常关闭时，所述过压过流保护模块开启且所述处理模块内的低压锂电池给所述断电保护单元供电；

获取市电电源重新开启时，所述处理模块通过所述开关电路检测到市电打开时，所述开关电路关闭，所述处理模块控制所述过压过流保护模块开启。