CN115051462A - 供电电路及用电设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种供电电路及用电设备，涉及电力电子技术领域。供电电路包括：电源输入模块，用于将接入的外部电源转换为第一电源；电容模块，利用第一电源进行充电；开关模块，开关模块在处于导通状态时，利用电容模块的放电提供第二电源；控制模块，用于在检测到外部电源输入时，向开关模块输出第一信号；还用于在未检测到外部电源输入，且检测到供电信号时，向开关模块输出第二信号；第一信号用于控制开关模块处于断开状态，第二信号用于控制开关模块处于导通状态；电源输出模块，利用第一电源或第二电源为控制模块和负载供电，实现在设备断电的情况完成预定动作，取消了设备中的备用电池，降低了设备成本，使得设备更加节能、环保、低碳。

Description

供电电路及用电设备

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种供电电路及用电设备。

背景技术

目前，大多数智能家居设备都具有停电状态下的短暂运行功能，主要用于完成因突然断电而未完成的操作，或者提供用户在紧急状态下的应急运行功能。例如，智能马桶都能够实现在停电状态下进行冲水的功能，避免用户上厕所的过程中断电，无法冲厕所。

然而，大多数智能家居设备实现停电状态下的短暂运行功能的主要方式为利用备用电池作用应急电源。但备用电池属于耗材需要定期更换，售后费用高，也不符合低碳、节能环保的要求。因此提供一种低成本、节能环保的紧急供电方式是亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种供电电路及用电设备，旨在解决现有技术中设备断电状态下的紧急供电方式需要依赖电池实现，导致设备成本高，不符合低碳、节能环保要求的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出一种供电电路，所述供电电路包括：

电源输入模块，用于将接入的外部电源转换为第一电源；

电容模块，与所述电源输入模块连接，利用所述第一电源进行充电；

开关模块，与所述电容模块连接，所述开关模块在处于导通状态时，利用所述电容模块的放电提供第二电源；

控制模块，与所述电源输入模块和所述开关模块连接，用于在检测到所述外部电源输入时，向所述开关模块输出第一信号；还用于在未检测到所述外部电源输入，且检测到供电信号时，向所述开关模块输出第二信号；其中，所述第一信号用于控制所述开关模块处于断开状态，所述第二信号用于控制所述开关模块处于导通状态；

电源输出模块，分别与所述电源输入模块、所述开关模块、所述控制模块和负载连接，利用所述第一电源或所述第二电源为所述控制模块和所述负载供电。

可选的，所述控制模块包括：

阻抗单元，所述阻抗单元的第一端分别与所述电源输入模块和所述开关模块连接，用于接入所述外部电源；

按键单元，与所述阻抗单元的第二端连接，用于在被按压时，使所述阻抗单元的第二端接地，并生成供电信号；

主控芯片，与所述按键单元连接，用于在未检测到所述外部电源输入，且检测到所述供电信号时，提供第三信号；

保持单元，分别与所述主控芯片和所述阻抗单元的第二端连接，用于在接收到所述第三信号时，使所述第二端接地。

可选的，所述按键单元包括；

按键，所述按键的第一端接地，所述按键的第二端与所述阻抗单元的第二端连接，所述按键在被按压时，所述第一端和所述第二端连通；

第一分压单元，所述第一分压单元的输入端与所述电源输出模块连接，所述第一分压单元的输出端与所述主控芯片连接，所述第一分压单元的分压端与所述按键的第二端连接。

可选的，所述保持单元包括：

三极管，集电极与所述阻抗单元的第二端连接，发射极接地，基极与所述主控芯片连接，用于接入所述第三信号。

可选的，所述主控芯片，还与所述负载连接，用于在接收到所述供电信号时，控制所述负载运行。

可选的，所述开关模块包括：

MOS管，栅极与所述控制模块连接，源极与所述电容模块连接，漏极与所述电源输出模块连接，所述栅极和所述源极之间通过电阻连接。

可选的，所述电源输出模块包括：

升压单元，分别与所述电源输入模块、所述开关模块和所述负载连接，用于对所述第一电源或所述第二电源进行升压，获得第三电源，并利用所述第三电源为所述负载供电；

第一降压单元，分别与所述升压单元和所述控制模块连接，用于对所述第三电源进行将压，获得第四电源，并利用所述第四电源为所述控制模块供电。

可选的，所述电源输出模块还包括：

第二分压单元，所述第二分压单元的输出端接地，所述第二分压单元的分压端与所述控制模块连接，所述第二分压单元的输入端与所述升压单元连接，用于接入所述第三电源。

可选的，所述电源输入模块包括：

电源接入端，用于接入外部电源；

第二降压单元，分别与所述电源接入端、所述电容模块和所述电源输出模块连接，用于对所述外部电源进行降低，获得第五电源，并利用所述第五电源为所述电容模块充电，以及为所述电源输出模块提供输入电源。

为实现上述目的，本发明还提出一种用电设备，所述用电设备包括如上述的供电电路。

本发明中，通过设置电源输入模块、电容模块、开关模块、控制模块和电源输出模块构成供电电路，利用电容模块作为设备内的储能元件，并在电源输入模块接入外部电源时，进行充电，在电源输入模块没有接入外部电源时，在开关模块、控制模块的控制下进行放电，通过电源输出模块为设备供电，从而实现在设备断电的情况完成预定动作，取消了设备中的备用电池，降低了设备成本，使得设备更加节能、环保、低碳。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明供电电路一实施方式的结构框图；

图2为本发明供电电路另一实施方式的结构框图；

图3为本发明供电电路一实施方式的电路原理图；

图4为本发明供电电路又一实施方式的结构框图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				1	供电电路	405	第一分压单元
10	电源输入模块	50	电源输出模块
				101	电源接入端	501	升压单元
102	第二降压单元	502	第一降压单元
				20	电容模块	503	第二分压单元
30	开关模块	2	负载
				40	控制模块	V1～V2	第一至第二电压
401	阻抗单元	VCC	负载工作电压
				402	按键单元	T	三极管
403	主控芯片	Q	MOS管
				404	保持单元	A	按键

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

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的一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

参照图1，图1为本发明供电电路一实施方式的结构框图。本发明提出供电电路的一实施方式。

如图1所示，在一实施例中，供电电路1包括：电源输入模块10，用于将接入的外部电源转换为第一电源；电容模块20，与电源输入模块10连接，利用第一电源进行充电；开关模块30，与电容模块20连接，开关模块30在处于导通状态时，利用电容模块20的放电提供第二电源；控制模块40，与电源输入模块10和开关模块30连接，用于在检测到外部电源输入时，向开关模块30输出第一信号；还用于在未检测到外部电源输入，且检测到供电信号时，向开关模块30输出第二信号；其中，第一信号用于控制开关模块30处于断开状态，第二信号用于控制开关模块30处于导通状态；电源输出模块50，分别与电源输入模块10、开关模块20、控制模块40和负载2连接，利用第一电源或第二电源为控制模块40和负载2供电。

电容模块20可以包括一个或者多个电容元件，例如电容模块20可以由一个超级电容组成。超级电容的可充放电次数可以达到50万次，在设备的寿命周期内，超级电容都可以保证正常使用，不需要更换。

控制模块40根据是否有外部电源输入和供电信号的有无控制开关模块30的导通或断开，进而控制电容模块20的充放电。其中，外部电源可以为市电或者其他电源适配器所提供的电源。在存在外部电源输入时，包含供电电路1的设备处于上电状态。外部电源输入时，开关模块30处于断开状态，电容模块20在电源输入模块10所输出的电源在进行充电，并且负载2的电源来源于电源输入模块10所输出的电源。在不存在外部电源输入时，包含供电电路1的设备处于上电状态。此时，若设备需要用电，则可以使用电容模块20内存储的电量。

负载2可以为设备中的用电元件。以包含供电电路的设备为智能马桶为例，负载2可以为冲水机构，该冲水结构可以包括虹吸脉冲阀和冲刷脉冲阀，虹吸脉冲阀和冲刷脉冲阀可以由控制模块40控制。在外部电源输入时，若检测到供电信号的输入，控制模块40、虹吸脉冲阀和冲刷脉冲阀由外部电源进行供电，控制模块40直接控制虹吸脉冲阀和冲刷脉冲阀进行冲水。在不存在外部电源输入时，若检测到供电信号的输入，控制模块40先控制开关模块30导通，然后再控制虹吸脉冲阀和冲刷脉冲阀进行冲水。

供电信号可以由用户操作触发，用户在需要用电时(如进行冲水)则可以通过操作设备上预设的交互组件输入供电信号。并且，由于控制模块40在工作时也需要电源，因此可以使交互组件在被操作时，在没有外部电源的情况下，短暂地控制开关模块30导通，使电容模块20给负载2及控制模块40供电。控制模块40在上电后，输出第二信号使开关模块30保持导通，并控制负载2运行。在负载2完成既定动作后，控制开关模块30断开。

在本实施方式中，供电电路1包括电源输入模块10、电容模块20、开关模块30、控制模块40和电源输出模块50，利用电容模块20作为设备内的储能元件，并在电源输入模块10接入外部电源时，进行充电，在电源输入模块10没有接入外部电源时，在开关模块30、控制模块40的控制下进行放电，通过电源输出模块50为设备供电，从而实现在设备断电的情况完成预定动作，取消了设备中的备用电池，降低了设备成本，使得设备更加节能、环保、低碳。

参照图2，图2为本发明供电电路另一实施方式的结构框图。在一实施例中，控制模块40可以包括：阻抗单元401，阻抗单元401的第一端分别与电源输入模块10和开关模块30连接，用于接入外部电源；按键单元402，与阻抗单元401的第二端连接，用于在被按压时，使阻抗单元401的第二端接地，并生成供电信号；主控芯片403，与按键单元402连接，用于在未检测到外部电源输入，且检测到供电信号时，提供第三信号；保持单元404，分别与主控芯片403和阻抗单元402的第二端连接，用于在接收到第三信号时，使第二端接地。

阻抗单元401可以由一个或者多个电阻元件组成，例如阻抗单元401可以包括一个电阻。阻抗单元401的第一端与开关模块30的控制端连接，因此在存在外部电源时，开关模块30的控制端被施加有外部电源，此时外部电源可以作为第一信号。

开关模块30通常由两个相反的信号控制，在外部电源作为第一信号的情况下，第一信号可以理解为一高电平信号，因此第二信号需要为低电平信号。为使阻抗单元401的第一端为低电平，可以使阻抗单元401的第二端接地。按键单元402和保持单元404中均设置有接地端，按键单元402被按下后，可以使接地端与阻抗单元401的第二端连通。保持单元404也可以在接受主控芯片403的控制下，使接地端与阻抗单元401的第二端连通。

由于阻抗单元401的存在，在外部电源输入的情况下，即使阻抗单元401的第二端接地，开关模块30的控制端接收的信号依旧为高电平，由此保证了在外部电源输入的情况下，按键单元402被按压后不会使开关模块30导通。

主控芯片403还与负载2连接，继续以智能马桶为例，负载2可以为虹吸脉冲阀和冲刷脉冲阀的驱动电路连接。按键单元402被按压时，还向主控芯片403传输供电信号，主控芯片403在接收到供电信号后，控制虹吸脉冲阀和冲刷脉冲阀的驱动电路动作。同时，若智能马桶处于断电情况下，则向保持单元404传输第三信号。虹吸脉冲阀和冲刷脉冲阀的驱动电路已有成熟技术，本实施方式在此不再赘述。

其中，主控芯片403可以通过对供电信号的识别判断智能马桶是否处于断电情况。具体的，智能马桶不处于断电情况时，主控芯片403一直处于上电状态，若用户按下按键单元402，主控芯片403接收到供电信号。智能马桶处于断电情况时，用户按下按键单元402，向主控芯片403传输供电信号，同时使开关模块30导通，主控芯片403上电，此时，主控芯片403立即接收到了供电信号。因此，主控芯片403可以通过判断接收到供电信号的时间与上电时间之间的间隔判断智能马桶是否处于断电情况。

参照图3，图3为本发明供电电路一实施方式的电路原理图。在一实施方式中，按键单元403可以包括；按键A，按键A的第一端接地，按键A的第二端与阻抗单元401的第二端连接，按键A在被按压时，第一端和第二端连通；第一分压单元405，第一分压单元405的输入端与电源输出模块50连接，第一分压单元405的输出端与主控芯片403连接，第一分压单元405的分压端与按键A的第二端连接。

第一分压单元405可以包括多个电阻，例如第一分压单元405由两个电阻串联而成，第一分压单元405的分压端为两个电阻的连接处，第一分压单元405的输出端和输入端为两个电阻的另一端。在按键A未被按下时，第一分压单元405的输出端为高电平，在按键A被按下时，第一分压单元405的输出端为低电平，主控芯片403接收到低电平时，判定接收到供电信号。其中，为避免按键A的第二端所连接的两条回路相互干扰，两个回路上均设有二极管，防止串流。

参照图3，在一实施方式中，保持单元404可以包括三极管T，集电极与阻抗单元401的第二端连接，发射极接地，基极与主控芯片403连接，用于接入第三信号。

第三信号为高电平信号，三极管T的基极与发射极之间通过电阻连接，在基极的电压大于一定电压时，三极管T导通阻抗单元401的第二端接地，在未接入外部电源的情况下，开关模块30导通。

参照图3，在一实施方式中，开关模块30可以包括MOS管Q，栅极与控制模块40连接，源极与电容模块20连接，漏极与电源输出模块50连接，栅极和源极之间通过电阻连接。

MOS管Q在栅极与阻抗单元401的第一端连接，即在外部电源接入时，MOS管Q的栅极的电压为外部电源电压V1，MOS管处于关断状态。在外部电源消失后，若阻抗单元401的第二端接地，则MOS管Q的栅极为低电平，MOS管Q导通，电容模块20开始放电。同时，为了防止电容模块20放电时延MOS管Q的栅极向电源输入模块10传输，MOS管Q的栅极与外部电源接入端之间设置有二极管。

参照图4，图4为本发明供电电路又一实施方式的结构框图。在一实施方式中，电源输出模块50可以包括升压单元501，分别与电源输入模块10、开关模块30和负载2连接，用于对第一电源或第二电源进行升压，获得第三电源，并利用第三电源为负载2供电；第一降压单元502，分别与升压单元501和控制模块40连接，用于对第三电源进行将压，获得第四电源，并利用第四电源为控制模块40供电。

电容模组20的电压不能过高，否则会导致电容模组20的低于负载2的电压时无法使用，如此便会导致要实现负载2同样次数的工作需要大容量的超级电容，设备成本增加。故本实施方式中的电容模组20的电压较小，小于负载20工作电压VCC。例如，若负载2的工作电压为12V或者15V，则电容模组20的电压为5V或者5.4V等。由此，为正常给负载2进行供电，需要利用升压单元501对电容模组20输出的电压进行升压，再提供给负载2。同时，由于主控芯片403的工作电压较低，需要再设置第一降压单元502对升压单元501升压后的电压进行降压，再提供给主控芯片403等。

参照图3，升压单元501可以采用升压芯片组成，利用电感等元件实现对开关MOS管Q或者有电源输入模块10传输的电源进行升压。第一降压单元502可以采用降压芯片组成，降压后的电压符合主控模块40中的各单元的电压需要，如5V等。降压后的电压为第二电压V2，第二电压V2可以作为主控芯片403的工作电压，或者为第一分压单元405的输入端的输入电压。

参照图4，在一实施例中，电源输出模块50还包括：第二分压单元503，第二分压单元的输出端接地，第二分压单元的分压端与控制模块连接，第二分压单元的输入端与升压单元连接，用于接入第三电源。

参照图3，第二分压单元503可以包括多个电阻，例如第二分压单元503由两个电阻串联而成，第二分压单元503的分压端为两个电阻的连接处，第二分压单元503的输出端和输入端为两个电阻的另一端。第二分压单元503主要用于采集升压单元501的输出电压，以判断负载2的供电是否正常，进而有效地控制负载2的运行。

参照图4，电源输入模块10可以包括：电源接入端101，用于接入外部电源；第二降压单元102，分别与电源接入端、电容模块和电源输出模块连接，用于对外部电源进行降低，获得第五电源，并利用第五电源为电容模块充电，以及为电源输出模块提供输入电源。

参照图3，由于电容模组20的电压较低，为避免击穿电容模组，需要对接入的外部电源进行降压处理。电源接入端101，用于与外部供电端连接，以接入外部电源。第二降压单元102的输出端分别与电容模组20和升压单元501连接。第二降压单元102也同样由降压芯片组成，对外部电源电压V1进行降压处理。为避免电容模组20在放电时，向第二降压单元102反反灌电流，第二降压单元102的输出端与电容模组20之间设置有二极管。

为实现上述目的，本发明还提出一种用电设备，用电设备包括如上述的供电电路。该用电设备可以为智能马桶，智能马桶内部设有冲水结构，如虹吸脉冲阀和冲刷脉冲阀。供电电路与冲水机构连接，用于为冲水机构进行供电。该电路的具体结构参照上述实施例，由于本装置可以采用上述所有实施例的技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的有益效果，在此不再一一赘述。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种供电电路，其特征在于，所述供电电路包括：

电源输入模块，用于将接入的外部电源转换为第一电源；

电容模块，与所述电源输入模块连接，利用所述第一电源进行充电；

开关模块，与所述电容模块连接，所述开关模块在处于导通状态时，利用所述电容模块的放电提供第二电源；

控制模块，与所述电源输入模块和所述开关模块连接，用于在检测到所述外部电源输入时，向所述开关模块输出第一信号；还用于在未检测到所述外部电源输入，且检测到供电信号时，向所述开关模块输出第二信号；其中，所述第一信号用于控制所述开关模块处于断开状态，所述第二信号用于控制所述开关模块处于导通状态；

电源输出模块，分别与所述电源输入模块、所述开关模块、所述控制模块和负载连接，利用所述第一电源或所述第二电源为所述控制模块和所述负载供电。

2.如权利要求1所述的供电电路，其特征在于，所述控制模块包括：

阻抗单元，所述阻抗单元的第一端分别与所述电源输入模块和所述开关模块连接，用于接入所述外部电源；

按键单元，与所述阻抗单元的第二端连接，用于在被按压时，使所述阻抗单元的第二端接地，并生成供电信号；

主控芯片，与所述按键单元连接，用于在未检测到所述外部电源输入，且检测到所述供电信号时，提供第三信号；

保持单元，分别与所述主控芯片和所述阻抗单元的第二端连接，用于在接收到所述第三信号时，使所述第二端接地。

3.如权利要求2所述的供电电路，其特征在于，所述按键单元包括；

按键，所述按键的第一端接地，所述按键的第二端与所述阻抗单元的第二端连接，所述按键在被按压时，所述第一端和所述第二端连通；

第一分压单元，所述第一分压单元的输入端与所述电源输出模块连接，所述第一分压单元的输出端与所述主控芯片连接，所述第一分压单元的分压端与所述按键的第二端连接。

4.如权利要求2所述的供电电路，其特征在于，所述保持单元包括：

三极管，集电极与所述阻抗单元的第二端连接，发射极接地，基极与所述主控芯片连接，用于接入所述第三信号。

5.如权利要求2所述的供电电路，其特征在于，所述主控芯片，还与所述负载连接，用于在接收到所述供电信号时，控制所述负载运行。

6.如权利要求1-5中任一项所述的供电电路，其特征在于，所述开关模块包括：

MOS管，栅极与所述控制模块连接，源极与所述电容模块连接，漏极与所述电源输出模块连接，所述栅极和所述源极之间通过电阻连接。

7.如权利要求1-5中任一项所述的供电电路，其特征在于，所述电源输出模块包括：

升压单元，分别与所述电源输入模块、所述开关模块和所述负载连接，用于对所述第一电源或所述第二电源进行升压，获得第三电源，并利用所述第三电源为所述负载供电；

第一降压单元，分别与所述升压单元和所述控制模块连接，用于对所述第三电源进行将压，获得第四电源，并利用所述第四电源为所述控制模块供电。

8.如权利要求7所述的供电电路，其特征在于，所述电源输出模块还包括：

第二分压单元，所述第二分压单元的输出端接地，所述第二分压单元的分压端与所述控制模块连接，所述第二分压单元的输入端与所述升压单元连接，用于接入所述第三电源。

9.如权利要求1-5中任一项所述的供电电路，其特征在于，所述电源输入模块包括：

电源接入端，用于接入外部电源；

第二降压单元，分别与所述电源接入端、所述电容模块和所述电源输出模块连接，用于对所述外部电源进行降低，获得第五电源，并利用所述第五电源为所述电容模块充电，以及为所述电源输出模块提供输入电源。

10.一种用电设备，其特征在于，所述用电设备包括如权利要求1-9中任一项所述的供电电路。

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