CN114175447A - 控制器的时钟和关键数据保存的备用电源生成技术 - Google Patents

Abstract

一种包括微控制器和控制电路的控制器。控制电路包括被构造为感测来自耦合到控制器的电流互感器的交流电(AC)、将AC转换为直流电(整流输出DC)、使用电流互感器的整流输出DC将电容器充电到第一预定电压电平，并且从用于微控制器的主电源切换到包括电容器的辅助电源的电路。该控制电路包括被构造成使辅助电源的电容器以第二电压电平向耦合到微控制器的时钟供电的电路。

Description

控制器的时钟和关键数据保存的备用电源生成技术

技术领域

本公开涉及一种备用电源系统。更具体地，本公开涉及中的控制器的实时时钟和微控制器功能(包括关键数据保存)的备用电源生成，备用电源系统例如发电机组(“发电机集合”)、发电机系统和/或执行连续负载电流测量的自动电力传输系统。

背景技术

发电机组用于提供备用电源——例如，在预计会发生停电的区域和/或在任务关键型系统(即，基本上需要零停机时间的系统)中，以最小化系统停机时间。发电机组可以包括发动机和发电机，并且可以通过控制器进行管理。现代电子系统(例如与发电机组电子耦合或包含在发电机组中的系统)都配备有时钟(例如，内置于控制器系统中的实时时钟)，即使在电子系统本身关闭时也能跟踪时间。通常，时钟在未连接到电子系统的控制器的主电源的专用电池上运行。当电源供应中断时，例如当主电池处于断开状态或不可操作时，关键数据可能会丢失。因此，有必要继续为电子系统的各种组件提供备用电源，例如时钟、任何微控制器、RAM存储块、ROM存储块等。在这种情况下，通常使用备用电源。在电子系统中提供备用电源通常使用备用电池来完成。备用电池具有有限的容量，因此在有限的时间内提供备用电源，而不是提供持续的电源。此外，备用电池可能需要离线进行维护或更换。

发明内容

一个示例性实施例涉及一种包括控制器的装置。所述控制器包括微控制器和电路。所述电路被构造成感测来自耦合到所述控制器的电流互感器的交流电(AC)。所述电路被构造成将从电流互感器感测的交流电转换为直流电(整流输出DC)。所述电路被构造成使用所述电流互感器的整流输出DC将电容器充电到第一预定电压电平。所述电容器耦合到所述控制器和辅助电源，所述辅助电源被构造成在主电源停止供电时向所述微控制器供电。所述电路被构造为响应于确定被构造为向所述微控制器供电所述主电源停止供电，并且响应于从所述主电源切换到所述辅助电源，激活所述辅助电源。所述电路被构造成使所述辅助电源的电容器以不同于所述第一预定电压电平的第二预定电压电平向所述微控制器供电。所述电路被构造成使所述辅助电源的电容器向耦合到所述微控制器的时钟供电。

在一些实施例中，所述时钟是实时时钟(RTC)。

在一些实施例中，所述装置的控制器包括电压切换电路，并且所述电压切换电路包括硬件电路，所述硬件电路被构造为使所述控制器设置所述第二预定电压电平。在一些实施例中，所述电压切换电路进一步包括硬件电路，所述硬件电路被构造成使得耦合到所述微控制器的电压调节器保持在所述第二预定电压电平的1％以内的基本恒定电压电平。在一些实施例中，所述第一预定电压电平是5V。在一些实施例中，所述第二预定电压电平是3.3V。

在一些实施例中，所述装置的控制器被构造成控制耦合到发电机组的电子组件的操作，并且其中所述控制器是自动转换开关控制器、负载管理控制器和AC分配控制器中的一种。

另一个示例性实施例涉及一种系统，例如用于耦合到发电机组的电子部件的控制系统。该系统包括与控制系统的控制器相关联的微控制器，该控制器包括控制电路。微控制器包括时钟。在一些实施例中，所述时钟是实时时钟。所述系统包括用于所述微控制器的主电源和用于所述微控制器的辅助电源，所述辅助电源耦合到电流互感器并且包括电容器。所述控制电路被构造成感测来自所述电流互感器的交流电(AC)。所述控制电路被构造成将从电流互感器感测到的交流电转换为直流电(整流输出DC)。所述控制电路被构造成使用所述电流互感器的整流输出DC将所述电容器充电到第一预定电压电平。所述控制电路被构造成响应于确定所述主电源停止供电并且响应于从所述主电源切换到所述辅助副电源，激活所述辅助电源。所述控制电路被构造成使所述辅助电源的所述电容器以不同于所述第一预定电压电平的第二预定电压电平向所述微控制器供电。所述控制电路被构造成使所述辅助电源的所述电容器以所述第二预定电压电平向所述时钟供电。

在一些实施例中，所述第一预定电平和所述第二预定电压电平的至少一个通过配置硬件电路来设置。

在一些实施例中，所述控制器被构造成使得耦合到所述微控制器的电压调节器保持在所述第二预定电压电平的1％以内的基本恒定电压电平在一些实施例中，所述第一预定电压电平是5V，所述第二预定电压电平是3.3V。在一些实施例中，所述控制器是自动转换开关控制器、负载管理控制器和AC分配控制器中的一个。

另一个示例性实施例涉及一种用于与耦合到发电机组的电子组件相关联的微控制器的备用电源生成的方法。所述方法包括由控制器的控制电路感测来自电流互感器的交流电(AC)。所述方法包括将从电流互感器感测的AC转换为直流电(整流输出DC)。所述方法包括使用所述电流互感器的整流输出DC将电容器充电到第一预定电压电平，其中所述电容器耦合到辅助电源，该辅助电源被构造成在主电源停止供电时向所述微控制器供电。所述方法包括：响应于确定被构造为向所述微控制器供电的所述主电源停止供电，从所述主电源切换到所述辅助电源，激活所述辅助电源。并且使所述辅助电源的电容器以不同于所述第一预定电压电平的第二预定电压电平向所述微控制器供电。

在一些实施例中，所述微控制器包括实时时钟，并且所述方法还包括通过所述控制电路使所述辅助电源向所述实时时钟供电。

在一些实施例中，使所述辅助电源的所述电容器以所述第二预定电压电平向所述微控制器供电进一步包括：通过所述控制器的电压切换电路达到所述第二预定电压电平1％以内的值。

在一些实施例中，所述控制器的电压切换电路耦合到电压调节器。所述方法还包括由所述电压切换电路使所述电压调节器保持对应于所述第二预定电压电平的基本恒定电压电平。在一些实施例中，所述第一预定电压电平是5V。在一些实施例中，所述第二预定电压电平是3.3V。

在一些实施例中，来自所述电流互感器的所述AC的流量在100毫安和500毫安之间(包括100毫安和500毫安)。在一些实施例中，所述控制器被构造成控制耦合到发电机组的电子组件的操作，并且其中所述控制器是自动转换开关控制器、负载管理控制器和AC分配控制器中的一种。

从以下结合附图的详细描述中，这些和其他特征以及其操作的组织和方式将变得显而易见。

附图说明

图1是根据一个示例性实施例的包括电耦合到控制器的发电机组的系统的示意图。

图2是根据一个示例性实施例的图1的系统的控制器的示意图。

图3是根据一个示例性实施例的由图1的系统的控制器执行的用于时钟和微控制器功能的备用电源生成的方法的流程图。

图4是根据一个示例性实施例的用于对图1的系统中的电容器充电和电压切换的电子电路的电路图。

图5是根据一个示例性实施例的图1的系统的电源切换布置的示意图。

图6是根据一个示例实施例的图5的第一控制电路506和第二控制电路508的电路图。

具体实施方式

以下是与用于时钟和微控制器关键数据存储的备用电源生成的方法、装置和系统相关的各种概念和实现的更详细描述。以上介绍以及在下面更详细讨论的各种概念可以以任何数量的方式实施，因为所描述的概念不限于任何特定的实施方式。主要为了说明的目的提供了具体实施和应用的示例。

总体上参照附图，本文公开的各种实施例涉及电力系统、装置和方法，并且更具体地，涉及用于为可用于控制器的关键数据保存的时钟的备用电源生成的系统和方法。在主控制器电池由于维修(或任何其他原因)而断开的情况下，时钟通常由辅助电池(例如，3.3V)或超级电容器(其可以将来自主控制器电池的电荷存储一定时间)供电。然而，这些方法并不是持续供电的最佳方法。因此，申请人已经开发了本文公开的解决方案，由此当为控制器供电的主电池不可操作时，控制器(诸如包括在发电机组的组件中或耦合到发电机组的组件的控制器)通过使用电流互感器的能量收集保持供电。

现在参考图1，示出了根据一个示例实施例的包括耦合到控制器130的发电机组120的系统100的示意图。如图1所示，系统100通常包括电源110、发电机组120、控制器130、一个或多个负载140、一个或多个自动转换开关150、一个或多个第一导体152、一个或多个第二导体154、电流互感器160、电池170和耦合到系统100的一个或多个组件的传感器180。这些组件将在此处更全面地描述。

本领域技术人员将认识到，本公开适用于多种实施方式。如所示并且根据一个示例实施例，电源110可以是供电的公用事业单位(utility)并且系统100可以是电力生产系统。如图所示，系统100包括一个或多个负载140。负载140可以是电器、工业机械、电子设备等，并且可以被构造为和/或认为(rated)以交流电(AC)或直流电(DC)的形式消耗电力。电源110经由一个或多个第一导体152和/或一个或多个第二导体154提供电力。在系统100的一些操作状态中，通过发电机组120经由一个或多个第一导体152和/或一个或多个第二导体154提供电力(例如，在电源110不可用时处于故障转移模式)。在一些实施例中，电源110和/或发电机组120是AC电压生成系统。在负载140是DC负载的实施例中，发电机组120可以耦合到被构造成将交流电转换成直流电的整流器。

系统100的组件可以使用任何类型和任何数量的有线或无线连接来彼此通信或与其他组件通信。例如，有线连接可以包括串行电缆、光纤电缆、CAT5电缆或任何其他形式的有线连接。无线连接可以包括因特网、Wi-Fi、蜂窝、无线电、蓝牙、ZigBee等。在一些实施例中，控制器区域网络(CAN)总线提供信号、信息和/或数据的交换。CAN总线包括任意数量的有线和无线连接。因为控制器130耦合到图1的系统100中的系统和组件，所以控制器130被构造成接收关于图1中所示的组件中的一个或多个的数据。例如，数据可以包括关于系统100的操作条件的操作数据。操作数据可以由一个或多个传感器(诸如传感器180)提供。作为另一个示例，操作数据可以包括来自发电机组120的一个或多个组件的输入。控制器130可以被构造成根据经由与相应子系统相关联的输入/输出接口提供的外部用户输入和/或根据在系统100的任何组件的操作期间获取的操作数据确定如何控制发电机组120、自动转换开关150、负载140等。

在图1的实施例中，电源110是被配置为供应和/或传输电力的实体(例如，电气组件的网络)。例如，电源110可以包括电力系统、电网、发电系统、发电站、配电系统/变电站等或是其中的一部分。在一个示例性实施例中，电源110是供电的公用事业单位，为商业或住宅应用提供电力。电源110可以是用于将(例如，可燃的)潜能或(例如，水的)势能转换成电能的机械的集合。电源110可以以各种方式产生和/或接收其电力，包括例如核能、化石燃料(煤、天然气等)、地热、水力发电、风能、太阳能等。

发电机组120在电源110不可用的情况下或当电源110的容量降低到预定容量阈值以下时提供备用电源。在一个示例性实施例中，发电机组120包括耦合到发电机124的发动机122，该发电机124在由发动机122驱动时产生能量。发动机122可以被配置为向发电机124提供机械动力。发动机122可包括将燃料(例如，柴油、汽油、天然气、生物柴油、乙醇、液态石油气或其任何组合)转换成机械能的内燃(“IC”)发动机。发动机122可以包括用于燃烧燃料以产生机械能的多个活塞和汽缸对。在一些实施例中，发动机122是火花点火发动机。在一些实施例中，发动机122是压燃式发动机。

发动机122可以经由轴耦合到发电机124，以便响应于由发电机124施加在发动机上的负载需求而向其提供机械动力。发电机124可以包括交流发电机，例如绕线转子或永磁交流发电机，其被构造成将由发动机122产生的旋转机械动力转换成电能。发动机124被配置为产生电力输出。电力输出可以包括电压和/或电流，并且与由发动机122提供给发电机124的速度或扭矩成比例。发电机124被配置为例如基于负载140从发电机124所需的负载需求(例如，功率、速度、扭矩等)向发动机122施加负载需求。

如图1的实施例所示，发电机组120的发动机122和/或发电机124耦合到控制器130(例如，控制系统、控制单元等)，根据各种实施例并且如本文进一步描述的，控制器可以被构造成作为发电机组120的自动转换开关控制器、负载管理控制器、交流(AC)分配控制器等。控制器130可以包括各种电路，并且在所示的示例中包括微控制器138。根据一个替代实施例，微控制器138与控制器130分离，使得控制器130通信地耦合到微控制器138。控制器130和/或微控制器138可以包括用于管理系统100的各种组件的控制电路，诸如数据管理功能和/或操作控制功能、数据保存等。控制器130和/或微控制器138可以包括时钟139(在所示的示例架构中，微控制器138包括时钟139)。在一些实施例中，时钟139是被构造为保存(keep)时间的集成电路。在一些实施例中，时钟139包括读/写寄存器，每个寄存器与唯一物理地址或多个唯一物理地址相关联，并且分别用于跟踪时间单位(例如，微秒、毫秒、秒、分钟、小时、天、日、月、年等)和/或跟踪时钟控制功能(12小时模式、24小时模式等)。在一些实施例中，时钟139是实时时钟(RTC)。

如图所示，控制器130耦合到主电源132和备用电源134，每个电源被构造为向微控制器138和/或时钟139供电。如图所示，微控制器138和/或时钟139可以由主电源132和/或备用电源134供电。主电源132包括能量存储设备，诸如便携式能量存储设备(例如，电池170)。电池170可以是锂离子电池、锂空气电池、锂硫电池等。备用电源134是能量存储装置，其可以包括或耦合到电容器133。在一些实施例中，电源134是便携式能量存储设备。在一些实施例中，备用电源包括一个或多个电容器133。例如，电源134可以是包括多个电容器133的电容器组。电容器组可以设置或以其他方式耦合到电源电路板(power circuit board，PCB)。在一些实施例中，主电源132和/或备用电源134是5V DC设备。控制器130包括和/或耦合到电压切换电路136，其被构造成将主电源132或包括电容器133的备用电源134的输出电压(例如，5V DC)转换为电路电源电压(例如，3.3V)以为各种电子组件供电，例如图1的微控制器138、图1的时钟139等。当主电源132发生故障、离线和/或以其他方式停止供电(例如，给控制器130、微控制器138、时钟139)时，控制器130被构造成切换到备用电源134。备用电源134从电容器133汲取电力，电容器133用于从电流互感器160的电流输出收集和累积能量。

电源110和发电机组120中的每一个经由一个或多个第一导体152和/或一个或多个第二导体154电耦合到电流互感器160。一个或多个第一导体152和/或一个或多个第二导体154可以被构造成将电力从电源110和/或发电机组120经由电流互感器160输送到一个或多个负载140。一个或多个第一导体152和/或一个或多个第二导体154可以包括支撑在绝缘体(例如玻璃、瓷、聚合物等)上的铜、铝等。在一些实施方案中，一个或多个第一导体152和/或一个或多个第二导体154包括高温超导体(HTS)，例如铜和氧的化合物、铁基化合物、硫化氢等。

电流互感器160被构造成测量(在一些实施例中，基于系统的操作参数确定)交流电(AC)，以帮助监测系统100的操作(包括电源110的操作和/或发电机组120的操作)。电流互感器160经由一个或多个第二导体154将电流信号提供到能量存储设备，例如，在图1的示例性实施例中，备用电源134的电容器133。在一些实施例中，电流互感器160被构造成以高达且包括500毫安的流量向电容器133提供输出电流。在一些实施例中，电流互感器160被构造成以大约100毫安的流量提供输出电流。

电容器133是能够累积能量用于为控制器130的各种组件(例如微控制器138和/或时钟139)供电的能量存储设备。电容器133电耦合到控制器130的备用电源134。在一些实施例中，备用电源包括电容器133。

根据各种实施方式，控制器130和/或微控制器138可以是自动转换开关控制器、负载管理控制器、交流(AC)分配控制器等。在一些实施方式中，控制器130控制发电机组120中的组件(例如，发动机122)的一些或多个操作。控制器130可以包括一个或多个存储器模块和电路，其被构造成执行如本文进一步描述的操作(例如，检索数据、保存数据等)。在一些实施例中并且如上文所示和描述的，控制器130包括微控制器138(并且在某些实施例中，可以包括多于一个的微控制器)。如上所述，微控制器138可以包括时钟139；在其他实施例中，时钟139可以与微控制器138分离，使得微控制器138可以通过芯片组(例如，通过串行外围接口(SPI)、内部集成电路(I2C)等)通信地耦合到时钟139。

在图1的实施例中，控制器130包括自动转换开关控制器功能。作为电源110和发电机组120之间的故障转移过程的一部分，控制器130耦合到一个或多个自动转换开关150并控制一个或多个自动转换开关150的操作。一个或多个自动转换开关150耦合到电源110和发电机组120中的每一个。一个或多个自动转换开关150被配置为在电源110和发电机组120之间切换负载(诸如负载140)，使得发电机组120可以在电源110发生故障或以其他方式不可用时提供临时电力。一个或多个自动转换开关150可以是断开转换、闭合转换、三相(两个源均关闭)和/或编程的条件转换开关。在一些实施例中，控制器130被配置为经由自动转换开关150短暂地连接电源110和发电机组120(长达100毫秒)。在一些实施例中，控制器130被配置为提供软负载(斜坡(ramping，慢加速))闭合转换。根据各种实施方式，自动转换开关150的安培数(例如，安培额定值)可以变化。在一个示例性实施例中，自动转换开关150的安培额定值高达并包括1,000安培。在一些实施例中，自动转换开关150的安培数可以基于例如发电机组120的发电机124的额定负载而变化。根据各种实施例，自动转换开关150可具有介于40安培和4,000安培之间(包括40安培和4,000安培)的安培额定值。

控制器130可以被配置为当检测到预定条件(例如，基于使用控制器130、电流互感器160和/或传感器180监测的来自电源110和/或发电机组120的电力输出)时命令发电机组120的发动机122和/或发电机124启动。在一些实施例中，控制器130可以被配置为连续地和/或周期性地(例如，每100毫秒、1秒、5秒、30秒、每分钟、每5分钟等)监控电源110，例如，确定电源110的电力输出，一旦检测到电源110运行，生成并向发电机组120的发动机122和/或发电机124提供指令以停止运行，并且激活自动转换开关150以从发电机组120切换到电源110。在一些实施例中，控制器130不是在电源110和发电机组120之间切换，而是被构造成操作自动转换开关150以实现从第一公用电源(utility source)(诸如电源110)到另一公用电源的故障转移。

在一些实施例中，控制器130可以被构造成使用合适的通信协议(例如，BACNet、Modbus、LonWorks等)促进从自动转换开关150到其他转换开关、监督控制和数据采集(SCADA)联网附件、发电机组120等的电子通信。控制器130可以被配置为收集关于自动转换开关150的操作的附加信息，诸如网络状态、操作事件等。在一些实施例中，该附加信息的收集和/或存储(诸如数据保存)由微控制器138管理。有利地，即使当主电源132到控制器130不可操作时，这些功能仍继续。

进一步关于图1，系统100包括一个或多个传感器180。传感器180耦合到系统100的一个或多个组件。传感器180可以被构造成监测系统100的各种组件的操作特性。作为示例，传感器180可以促进对负载140、电流互感器160等的操作条件的监测。在一些实施例中，传感器180是功率传感器、电压传感器等。在一些实施例中，传感器180是用于确定(感测)流向备用电源134的电力输出(例如，电流、电压)的功率传感器。在一些实施例中，传感器180包括(例如，由控制器130的电压切换电路136)使用的一个或多个电阻器来确定从主电源132和/或备用电源134到时钟139和/或微控制器138的输出电压。

现在参考图2，示意图示出了图1的系统100的控制器130(这里，在示例实施例中示出为控制器230)。如图2所示，控制器130包括：处理电路231，其包括处理器232和存储器233；电压切换电路240；控制电路250；以及通信接口270。如本文所述，控制器230可以被构造成管理为图1所示的微控制器138和/或时钟139提供备用电源。

在一种配置中，电压切换电路240、控制电路250和/或通信接口270被实现为可由处理器(诸如处理器232)执行的机器或计算机可读介质。如本文所述以及在其他用途中，机器可读介质促进特定操作的执行以实现数据的接收和传输。例如，机器可读介质可以提供指令(例如，命令等)以例如获取数据。在这方面，机器可读介质可包括定义数据采集频率(或数据传输)的可编程逻辑。因此，计算机可读介质可包括可以以包括但不限于Java等的任何编程语言和任何常规过程编程语言(诸如“C”编程语言或类似编程语言)编写的代码。计算机可读程序代码可以在一个处理器232或一个或多个远程处理器上执行。在后一种情况下，远程处理器可以通过任何类型的网络(例如，CAN总线等)彼此连接。

在另一种配置中，电压切换电路240、控制电路250和/或通信接口270被实现为硬件单元，例如电子控制单元。因此，电压切换电路240、控制电路250和/或通信接口270可以实现为一个或多个电路组件，包括但不限于处理电路、网络接口、外围设备、输入设备、输出设备、传感器等。在一些实施例中，电压切换电路240、控制电路250和/或通信接口270可以采用一个或多个模拟电路、电子电路(例如，集成电路(IC)、分立电路、片上系统(SOC)电路、微控制器等)、电信电路、混合电路和任何其他类型的“电路”的形式。在这方面，电压切换电路240、控制电路250和/或通信接口270可以包括用于实现或促进实现本文所述操作的任何类型的组件。例如，这里描述的电路可以包括一个或多个晶体管、逻辑门(例如NAND、AND、NOR、OR、XOR、NOT、XNOR等)、电阻器、多路复用器、寄存器、电容器、电感器、二极管、布线等等)。因此，电压切换电路240、控制电路250和/或通信接口270还可以包括可编程硬件设备，例如现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑设备等。在这点上，电压切换电路240、控制电路250和/或通信接口270可以包括一个或多个用于存储可由电压切换电路240、控制电路250、和/或通信接口270的(一个或多个)处理器执行的指令的存储器设备。一个或多个存储器设备和处理器可以具有与下面关于存储器233和处理器232提供的相同的定义。因此，在该硬件单元配置中，电压切换电路240、控制电路250和/或通信接口270可以地理上分散在系统100中的各个不同位置(例如，各个控制单元等)。可替代地，并如图所示，电压切换电路240、控制电路250和/或通信接口270可以被体现在单个单元/壳体中或内部，其示出为控制器230。

在所示的示例中，控制器230包括具有处理器232和存储器233的处理电路231。处理电路231可以被构造或配置为执行或实现本文关于电压切换电路240、控制电路250和/或通信接口270描述的指令、命令和/或控制过程。因此，所描绘的配置表示前述布置，其中电压切换电路240、控制电路250和/或通信接口270被实现为机器或计算机可读介质。然而，如上所述，由于本发明考虑了其他实施例，例如电压切换电路240、控制电路250和/或通信接口270被配置为硬件单元的前述实施例，因此本说明并不意味着限制。所有这些组合和变化都旨在落入本公开的范围内。

处理器232可以被实施为一个或多个通用处理器、专用集成电路(ASIC)、一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、一组处理组件或其他合适的电子处理组件。在一些实施例中，一个或多个处理器可以由多个电路共享(例如，电压切换电路240、控制电路250和/或通信接口270可包括或者以其他方式共享相同的处理器，在一些示例性实施例中，该处理器可以执行存储的或以其他方式经由存储器的不同区域访问的指令)。可选地或另外地，一个或多个处理器可构造成独立于一个或多个协同处理器来执行或以其他方式执行某些操作。在其他示例实施例中，两个或更多个处理器可通过总线耦合以实现独立、并行、流水线或多线程指令执行。所有这些变化都旨在落入本公开的范围内。存储器233(例如，RAM、ROM、闪存、硬盘存储器等)可以存储用于促进本文描述的各种处理的数据和/或计算机代码。存储器233可以连接到处理器232，以向处理器232提供计算机代码或指令以执行本文描述的至少一些处理。此外，存储器233可以是或包括有形的非瞬态易失性存储器或非易失性存储器。因此，存储器233可以包括数据库组件、目标代码组件、脚本组件、或用于支持本文描述的各种活动和信息结构的任何其他类型的信息结构。

通信接口270可以包括用于与各种系统、设备或网络进行数据通信的有线或无线接口(例如，插孔、天线、发送器、接收器、收发器、有线终端等)。例如，通信接口270可以包括用于经由基于以太网的通信网络发送和接收数据的以太网卡和端口和/或用于经由无线通信网络进行通信的Wi-Fi收发器。通信接口270可以被构造成经由局域网或广域网(例如，因特网等)通信，并且可以使用各种通信协议(例如，IP、本地操作网络(LON)、控制器局域网(CAN)、J1939、本地互连网络(LIN)、蓝牙、ZigBee、无线电、蜂窝、近场通信等)。

控制器230的通信接口270可以促进控制器230与图1的系统100的一个或多个组件(如图所示，电源110、发电机组120和/或自动转换开关150)之间以及之中的通信。控制器230与系统100的组件之间以及之中的通信可以经由任何数量的有线或无线连接(例如，IEEE 802下的任何标准等)。例如，有线连接可以包括串行电缆、光纤电缆、CAT5电缆或任何其他形式的有线连接。相比之下，无线连接可以包括因特网、Wi-Fi、蜂窝、蓝牙、ZigBee、无线电等。在一个实施例中，CAN总线提供信号、信息和/或数据的交换。CAN总线可以包括提供信号、信息和/或数据的交换的任何数量的有线和无线连接。CAN总线可(例如，通过CAN总线适配器)与局域网(LAN)或广域网(WAN)进行通信，或与外部计算机建立连接(例如，通过使用因特网服务提供商的因特网)。

电压切换电路240被构造成将主电源132或包括电容器133的备用电源134的输出电压(例如，5V DC)转换为电路电源电压(例如，3.3V)为各种电子组件(例如图1的微控制器138、图1的时钟139等)供电。电压切换电路可以包括被构造成调节输出电压电平的各种电子组件，诸如一个或多个电阻器、电压调节器等。电压切换电路240被构造为与电源无关。在一个示例性实施例中，电压切换电路被构造成在图1的系统100的整个持续时间内处于运转(active)操作状态，使得用于微控制器138和/或时钟139的任何电源(例如，主电源132或备用电源134)的输出电压被转换成电路电源电压(例如，3.3V)以支持微控制器138和/或时钟139的功能。

控制电路250被构造成执行与用于时钟和微控制器功能(包括关键数据保存)的备用电源生成相关的过程和操作。在示例实施例中，控制电路250被构造成管理从电流互感器160感测AC(交流电)、将感测的AC转换为DC(直流电)、将备用电源134的电容器133充电到预定值(例如，5V DC)、确定电池170是否离线、一旦确定电池170离线切换到备用电源134、为微控制器138供电、为时钟139供电等的过程。在一些实施例中，控制电路250包括一个或多个电子电路，诸如图4的电子电路400，其被构造为对电容器充电，和/或图5的控制电路506，其被构造成执行与从主电源切换到辅助电源相关的操作，如图6中更详细示出的。在一个示例实施例中，控制电路250被构造成管理和/或执行用于备用电源生成的方法300的操作，本文将参考图3进一步描述该方法。

现在参考图3，根据一个示例实施例，图3是由图1的系统的控制器130(在一个示例实施例中也示出为图2的控制器230)执行的用于时钟和微控制器功能的备用电源生成的方法300的流程图。方法300的操作和过程可以由控制器230的电压切换电路240和/或控制电路250执行。因此，可以参照图1和图2描述方法300，使得被构造为执行方法300的操作和过程的控制器302，可以包括图1的控制器130和/或图2的控制器230的一些或所有组件，并且可以耦合到图1或2中所示的各种组件，例如主电源132、备用电源134、一个或多个自动转换开关150、电流互感器160等。

在过程304，控制器302(例如，图1的控制器130或图2的控制器230)被构造成从电流互感器(诸如图1的电流互感器160)接收指示感测的AC量的信息。在一些实施例中，电流互感器160被构造成以高达且包括500毫安的流量提供输出AC。在一些实施例中，电流互感器160被构造成以大约100毫安的流量提供输出AC。更具体地，在一些实施例中，图1和图3的布置可以包括降压电流互感器，使得图1的电流互感器160。在一些实施例中，发电机组120的额定电流可以是约为每相100安培，电流互感器160的额定值可以选择为100：1安培、100：5安培等。随着电流互感器160的主电流(例如，负载140的电流)增加或减少，电流互感器160的辅助电流相应地增加或减少。主电流是流过电流互感器160的主绕组的电流，辅助电流是流过电流互感器160的辅助绕组的电流。在一个示例中，其中电流互感器160的额定值为100：1安培并且负载电流是50安培，辅助电流是0.5安培。

在一些实施例中，控制器302耦合到图1的传感器180。传感器180被构造成提供关于电流互感器160的输出AC的数据。控制器302被构造成在永久性或暂时性或非暂时性存储器(诸如图2的存储器233)中接收、解释和/或存储由传感器180提供的输出值。例如，传感器180可以被构造成确定并提供关于电流互感器160的输出AC的流量、幅值等。

在过程306，控制器302被构造成将感测到的AC转换成DC。在示例实施例中，控制器302包括一个或多个整流器电路(诸如包括图4的二极管的那些)，其可以包括一个或多个被构造成控制从图1的电流互感器160到图1的备用电源134的电容器133的电流的方向的二极管。

在过程308，控制器302被构造成使用转换成DC的感测电流对电容器(诸如图1的备用电源134的电容器133)充电。控制器302的一个或多个电路可以包括控制结构，诸如体现在图4的电子电路400中的一个，其可以被配置为允许电容器133充电到预定值(例如，5V)。

在过程310，控制器302被构造成连续地或周期性地监测主电池(诸如图1的电池170)的操作状态。在一些实施例中，控制器302被构造成监视图1的主电源132的操作状态。如果在判决(decisional，判断框)312处确定电池170和/或主电源132是不可操作的(例如，电池170和/或主电源132离线)，则在过程314，控制器302被构造成从图1中的主电池170和/或主电源132切换到备用电源134。如图所示，备用电源134包括电容器133并且被构造成提供5V DC输出。图1的电压切换电路被构造为将备用电源134的输出电压(例如，5V DC)转换为电路电源电压(例如，3.3V)，以向图1的微控制器138、图1的时钟139等供电。

在过程316，控制器302被构造成使用图1的备用电源134中的电容器133的转换输出电压(例如，图1的电压切换电路136执行的操作的输出)为时钟(例如图1中的时钟139)供电。在一个示例实施例中，转换的输出电压是3.3V。

在过程318，控制器302被构造成以图1的备用电源134中的电容器133的转换输出电压电平为图1的时钟和/或微控制器138供电。在一个示例实施例中，转换的输出电压是3.3V。

现在参考图4，示出了根据一个示例实施例的用于时钟和微控制器功能的备用电源生成的电子电路400的电路图。如图所示，电子电路400被构造为给电容器充电，诸如图1的系统100的备用电源134的电容器133。如图所示，电子电路400也被构造成将包括电容器133的备用电源134的输出电压(例如，5V DC)转换为电路电源电压(例如，3.3V)，以向图1的微控制器138、图1的时钟139等供电。本文参照本公开的图1-3描述了电子电路400的结构和操作。在该示例性实施例中，电子电路400的一些组件被构造成实施图1-3中描绘的组件的过程和操作。

根据各种实施例，电子电路400可以包括一个或多个电感器404、一个或多个二极管406、一个或多个金属氧化物半导体(MOS)408、一个或多个电容器410和一个或多个电阻器412。如根据一个示例实施例所示，电子电路400包括多个电感器(例如分别为电感器404的L1和L2，其中L1和L2被构造成承载经由图1的电流互感器160的一个或多个负载140的负载电流)、多个二极管(诸如二极管406的二极管D1-D5)、MOS 408、电容器410和多个电阻器(诸如电阻器412的电阻R1-R3)。

在一些实施例中，图1的电流互感器160被构造成以高达且包括500毫安的流量提供输出AC。在一些实施例中，电流互感器160被构造成以大约100毫安的流量提供输出AC。来自图1的电流互感器160的电流经由一个或多个电感器404输送到MOS 408。二极管D1-D4被构造成经由一个或多个电感器404控制从图1的电流互感器160到MOS 408的电流流动的方向。根据一个示例实施例，一个或多个电感器404和二极管D1-D4一起被构造成实施图3的过程304-306的操作，其中AC被感测以及来自图1的电流互感器160的感测的AC经由二极管D1-D4被转换为DC。根据各种实施例，可以使用任何合适的二极管布置(例如二极管桥、整流器等)将AC转换为DC。

如图所示，MOS 408、电阻器R1-R3和二极管D5被构造成根据一个示例性实施例实施图3的过程308的操作和/或图1的电压切换电路136的操作。电容器410(例如，图1的电容器133)使用从图1的电流互感器160通过一个或多个电感器404经由二极管D1-D4输送的DC来充电。MOS 408被构造成允许电容器410充电到预定电压电平，例如5V。在一个示例实施例中，MOS 408包括一个或多个晶体管。一个或多个晶体管实现一个或多个栅极，其被构造为当检测到电容器410的电压电平小于5V时周期性地打开。所述一个或多个栅极被构造成当检测到电容器410的电压电平等于5V时周期性地关闭。在一些实施例中，传感器(诸如图1的传感器180)被构造成确定电容器410的电压电平。在一些实施例中，传感器被构造成以周期性间隔(例如，每100毫秒、1秒、5秒、30秒、每分钟、每5分钟等)进行该确定。有利地，根据该示例性实施例，保持电容器410的5V充电，使得可以从电容器410(例如，图1的备用电源134的电容器133)汲取电力持续地用于图1的微控制器138和时钟139。

在该示例性实施例中，电阻器R2和R3控制电容器410的输出电压，并实施图1的电压切换电路136的操作。在一个示例实施例中，电容器410被构造成提供5V DC输出。电阻器R1、R2和R3被构造成限制电子的流动并且将电容器410的输出电压(例如，5V DC)设置为电路电源电压，以向图1的微控制器138、图1的时钟139等供电。电路电源电压可以是1.8V、3.3V或适合于微控制器及其组件(诸如易失性存储器、非易失性存储器等)的另一电压电平。

为了说明图4的布置的操作，在一个示例性实施例中，由图1的电流互感器160感测的交流电在402处由包括二极管D1-D4的二极管桥整流，并且因此从AC转换为DC。DC对电容器410(例如，图1的电容器133)充电。电路电源电压的电压电平在414被预设为由Vref定义的电平。如果电容器电量大于预期的预设电压(例如，5V)，则MOS 408将被打开(“导通”状态)以减小电容器410的充电电流。如果电容器电压从预期的设定电压(例如5V DC)下降，然后MOS 408被关断(“截止(off)”状态)并且增加电容器充电电流以使其两端的DC电压等于预设电压(例如5V)。因此，跨电容器410的一段时间内(诸如1秒、5秒、60秒等)的平均电压等于或近似等于预设电压(例如5V)。在一些实施例中，一段时间内的实际电压在预设电压的1％以内。

现在参考图5，示出了根据一个示例性实施例的图1的系统的电源切换布置500的示意图。如图所示，电源切换布置500可以被构造为实施关于图1-4和图6讨论的一些或全部功能和组件。例如，电源切换布置500可以实施图1的控制器130、图2和/或图6的电路、图3的过程和/或图4的电子电路400的组件的部分或全部功能。

如图所示，电源切换布置500包括第一MOS 502、第二MOS 504、第一控制电路506、第二控制电路508、第一电压调节器510和第二电压调节器512。第一电压调节器510可以耦合到图1的主电源132和/或备用电源134。在所示的实施例中，第一电压调节器510耦合到图1的主电源132，主电源132包括电池170。第二电压调节器512可以耦合到图1的电压切换电路136或被包括在其中。当图1的电池170不可操作时，如在C处的Vbatt电压(电池电压)所指示的，第一调节器510的输出D是不可检测的。换句话说，第一调节器510是不可操作的，其通过第一控制电路506导通第一MOS 502。当低压差调节器(即第二电压调节器512)由于第一调节器510是不可操作的而不可操作时，输出E是不可检测的，其通过第二控制电路508导通第二MOS 504。当第一MOS 502和第二MOS 504都导通时，备用电源134(在A)连接到微控制器138的电源(在B)，其向图1的微控制器138和/或时钟139供电。

现在参考图6，示出了根据一个示例性实施例的用于图5的第一控制电路506和第二控制电路508的电路图600。第一控制电路506和第二控制电路508位于图4的电子电路400的下游，使得在图6中，假定电路400的操作已经被执行，并且在图6的点A处，来自电容器(例如，图4的电容器410)的备用电源电压约为5V。如图所示，电路图600包括多个MOS Mn、多个电阻Rn以及多个晶体管Qn。部分或全部晶体管Qn可以是双极结型晶体管(BJT)。

如图5所示，当图1的电池170(Vbatt)在点C处连接并可操作时，点D处的调节电压(在图6中也示出为点D)为5V，点E处的调节电压为3.3V。在一些实施例中，调节电压电平在目标值的1％以内(例如，在5V、3.3V等的1％以内)。当晶体管Q1处于“导通”状态时，Q2的基极偏压变得小于0.6V，结果，晶体管Q2关断(“截止”状态)。当晶体管Q5处于“导通”状态时，Q6的基极偏压变得小于0.6V，结果，晶体管Q6关断(“截止”状态)。

如果图1的备用电源134也被连接(如图6中的A所示)，并且如果晶体管Q2处于“截止”状态，则MOS M1(在图5中示出为第一MOS 502)将关断。如果晶体管Q6处于“关断”状态，则MOS M2(在图5中示出为第二MOS 504)将关断。

因此，在点A处来自电源的备用电源将不会传递到图1的微控制器138(在图6的点B处显示为VDD_Micro)，并且图5的第二电压调节器512的输出将在点B处显示为3.3V。

当主电池Vbatt(例如，图1的主电池170)从其连接器移除时，第一BJT Q1和第二BJT Q5将被关断。在这种情况下，如果A点的备用电源仍然连接，它将打开BJT Q2和BJT Q6，其将分别接通第一MOS Ml(在图5中示为第一MOS502)和第二MOS M2(在图5中示为第二MOS504)。因此，来自点A处的电源的备用电源将被传递到图1的微控制器138(在图6的点B处示出为VDD_Micro)。在图5和图6的实施例中，第二MOS M2(图5的第二MOS 504)被构造成在发生接地短路或电池短路的情况时保护电路。

为了本公开的目的，术语“耦合”是指两个组件直接或间接地彼此联接或连接。这种联接本质上可以是固定的或可移动的。例如，发动机的传动轴“耦合”到变速器的表示可移动的耦合。这种联接可以用两个构件或两个构件以及任何附加的中间构件来实现。例如，电路A“耦合”到电路B可表示电路A直接与电路B通信(即没有中间媒介)或与电路B间接通信(例如通过一个或多个中间媒介)。

虽然图1中示出了具有特定功能的各种电路，但是应当理解，控制器130可以包括用于完成本文描述的功能的任何数量的电路。还可以包括具有附加功能的附加电路。此外，应当理解，控制器130可以进一步控制超出本公开范围的其他活动。

如上所述并且在一种配置中，“电路”可以在机器可读介质中实现，以由各种类型的处理器(例如图2的处理器232)执行。例如，所识别的可执行代码的电路可以包括计算机指令的一个或多个例如被组织为对象、过程或功能的物理或逻辑块。然而，所识别的电路的可执行文件不需要在物理上位于一起，而是可以包括存储在不同位置的分散指令，当这些指令逻辑地连接在一起时，构成电路并实现电路的所述目的。实际上，计算机可读程序代码的电路可以是单个指令或许多指令，并且甚至可以分布在几个不同的代码段、不同的程序之间以及跨几个存储器设备。类似地，运行数据可以在本文中在电路内被识别和说明，并且可以以任何合适的形式来体现并且被组织在任何适当类型的数据结构内。操作数据可以收集作为单个数据集，或者可以分布在包括不同存储设备的不同位置上，并且可以至少部分地仅作为系统或网络上的电子信号存在。

尽管以上简要地定义了术语“处理器”，但应该理解，术语“处理器”和“处理电路”意在被广泛地解释。就此而言并且如上所述，“处理器”可以被实现为一个或多个通用处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)或构造成执行由存储器提供的指令的其他合适的电子数据处理组件。一个或多个处理器可以采取单核处理器、多核处理器(例如，双核处理器、三核处理器、四核处理器等)、微处理器等形式。在一些实施例中，一个或多个处理器可以在设备外部，例如，一个或多个处理器可以是远程处理器(例如，基于云的处理器)。优选地或另外地，一个或多个处理器可以是在装置的内部和/或本地的。在这方面，给定电路或其组件可以布置在本地或远程(例如，作为远程服务器的一部分，例如基于云的服务器)。为此，如本文所述的“电路”可包括分布在一个或多个位置上的组件。

应该注意的是，虽然这里的图表可以示出方法步骤的具体顺序和组成，但应该理解的是，这些步骤的顺序可以不同于所描绘的。例如，可以同时执行或者部分同时执行两个或更多个步骤。而且，可以组合作为分离的步骤执行的一些方法步骤，可以将组合步骤执行的步骤分成分离的步骤，某些过程的顺序可以颠倒或以其他方式变化，分离的过程的性质或数量可以被改变或变化。根据替代实施例，任何元件或装置的顺序或序列可以变化或替换。因此，所有这样的修改旨在被包括在如所附权利要求所限定的本公开的范围内。这些变化将取决于所选择的机器可读介质和硬件系统以及设计人员的选择。应该理解，所有这些变化都在本公开的范围内。

出于说明和描述的目的提出了对实施例的上述描述。这并非旨在穷举或将本公开限制为所公开的精确形式，并且根据上述教导可以进行修改和变化，或者可以从本公开中获得修改和变化。选择和描述实施例是为了解释本公开的原理及其实际应用，以使本领域技术人员能够利用各种实施方式以及适合于预期的特定用途的各种修改。在不脱离如所附权利要求中表达的本公开的范围的情况下，可以在实施例的设计、操作条件和布置中做出其他替代、修改、改变和省略。

Claims (20)

1.一种包括控制器的装置，其特征在于，所述控制器包括电路，所述电路被构造为：

感测来自耦合到所述控制器的电流互感器的交流电(AC)；

将从所述电流互感器感测的交流电转换为直流电(整流输出DC)；

使用所述电流互感器的整流输出直流电将电容器充电到第一预定电压电平，其中所述电容器耦合到所述控制器和辅助电源，所述辅助电源被构造成在主电源停止供电时向微控制器供电，其中所述控制器包括所述微控制器；以及

响应于确定被构造为向所述微控制器供电的所述主电源停止供电，

响应于从所述主电源切换到所述辅助电源，激活所述辅助电源；

使所述辅助电源的所述电容器以不同于所述第一预定电压电平的第二预定电压电平向所述微控制器供电；以及

使所述辅助电源的所述电容器向耦合到所述微控制器的时钟供电。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述时钟是实时时钟(RTC)。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器还包括电压切换电路，并且其中所述电压切换电路包括硬件电路，所述硬件电路被构造为使所述控制器设置所述第二预定电压电平。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述电压切换电路进一步包括硬件电路，所述硬件电路被构造成使得耦合到所述微控制器的电压调节器保持在所述第二预定电压电平的1％以内的基本恒定电压电平。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一预定电压电平是5V。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二预定电压电平是3.3V。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器被构造成控制耦合到发电机组的电子组件的操作，并且其中所述控制器是自动转换开关控制器、负载管理控制器和AC分配控制器中的一种。

8.一种系统，其特征在于，包括：

微控制器，所述微控制器与控制系统的控制器相关联，所述控制器包括控制电路，其中所述微控制器包括时钟，其中所述时钟是实时时钟；

用于所述微控制器的主电源；以及

用于所述微控制器的辅助电源，所述辅助电源耦合到电流互感器，所述辅助电源包括电容器；

其中，所述控制电路被构造为：

感测来自所述电流互感器的交流电(AC)；

将从所述电流互感器感测的交流电转换为直流电(整流输出DC)；

使用所述电流互感器的整流输出直流电将所述电容器充电至第一预定电压电平；以及

响应于确定所述主电源停止供电，

响应于从所述主电源切换到所述辅助电源，激活所述辅助电源；

使所述辅助电源的所述电容器以不同于所述第一预定电压电平的第二预定电压电平向所述微控制器供电；以及

使所述辅助电源的所述电容器以第二预定电压电平向所述时钟供电。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述第一预定电平和所述第二预定电压电平的至少一个通过配置硬件电路来设置。

10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述控制器被构造成使得耦合到所述微控制器的电压调节器保持在所述第二预定电压电平的1％以内的基本恒定电压电平。

11.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述第一预定电压电平是5V，并且所述第二预定电压电平是3.3V。

12.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述控制器是自动转换开关控制器、负载管理控制器和AC分配控制器中的一个。

13.一种用于与耦合到发电机组的电子组件相关联的微控制器的备用电源生成的方法，其特征在于，所述方法包括：

由控制器的控制电路感测来自电流互感器的交流电(AC)；

将从所述电流互感器感测的所述交流电转换为直流电(整流输出DC)；

使用所述电流互感器的整流输出直流电将电容器充电到第一预定电压电平，其中所述电容器耦合到辅助电源，所述辅助电源被构造成在主电源停止供电时向所述微控制器供电；以及

响应于确定被构造为向所述微控制器供电的所述主电源停止供电，

从所述主电源切换到所述辅助电源；

激活所述辅助电源；以及

使所述辅助电源的所述电容器以不同于所述第一预定电压电平的第二预定电压电平向所述微控制器供电。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述微控制器包括实时时钟，所述方法还包括通过所述控制电路使所述辅助电源向所述实时时钟供电。

15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，使所述辅助电源的所述电容器以所述第二预定电压电平向所述微控制器供电进一步包括：通过所述控制器的电压切换电路达到所述第二预定电压电平1％以内的值。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述控制器的所述电压切换电路耦合到电压调节器，所述方法还包括由所述电压切换电路使所述电压调节器保持对应于所述第二预定电压电平的基本恒定电压电平。

17.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述第一预定电压电平是5V。

18.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述第二预定电压电平是3.3V。

19.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，来自所述电流互感器的所述直流电的流量在100毫安和500毫安之间，包括100毫安和500毫安在内。

20.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述控制器被构造成控制耦合到所述发电机组的所述电子组件的操作，并且其中所述控制器是自动转换开关控制器、负载管理控制器和AC分配控制器中的一个。

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