CN115224784A - 一种燃气表超级脉冲复合电容供电电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃气表超级脉冲复合电容供电电路，解决了现有燃气表系统掉电设计存在掉电上报成功率低、局限性大、改善效果差的问题，其技术方案要点是包括有干电池组，通过干电池组供电对燃气通断进行切换控制的电机阀，耦接于干电池组将电压由6V转为3.6V输出的第一LDO模块，耦接于第一LDO模块以限流保护的限流电阻，耦接于第一LDO模块用于储能及备用供电的UPC模块，耦接于第一LDO模块及UPC模块的负载开关，耦接且受控于负载开关的NB‑IoT模组，电机阀耦接于UPC模块通过UPC模块备用供电，本发明的一种燃气表超级脉冲复合电容供电电路，设计简单、成本低，能满足多种工况下稳定控制关阀和上报通讯，更加稳定、安全。

Description

一种燃气表超级脉冲复合电容供电电路
技术领域
本发明涉及燃气表供电电路，特别涉及一种燃气表超级脉冲复合电容供电电路。
背景技术
在智能制造的推动下，智能燃气表的普及及推广均在加速，市场对IC卡表、机械表的改造热情在持续高涨，需求也在进一步的加大，预估在2023年NB智能燃气表的市场份额会超过传统表具，迎来真正的爆发。NB智能燃气表虽然抄表容易、缴费简单、平台智能监管等优点众多，但是因为引入了NB通信技术，对燃气表的电源要求会进一步的提高。传统燃气表在更换电池掉电的状态下，需要关闭阀门并储存数据，消耗电流较大，表具的稳定性较差， NB通信的引入，进一步的加剧了问题的产生。
目前燃气表行业里对于系统掉电的处理一般有如下几种方法：
1.选用2个大容量的电解电容以及ER18505的锂电池进行供电，其成本较低，设计复杂度低，但其稳定性差，对于掉电上报通讯的成功率很差，更难以应对NB通信的引入；
2.选用两个超级电容和ER14505锂电池的组合，其具备掉电关阀及掉电上报通讯功能，但其储能有限，难以支撑掉电关阀和上报通讯全部电量，上报成功率低，且其设计复杂，成本高，局限性大，防爆认证困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种燃气表超级脉冲复合电容供电电路，设计简单、成本低，能满足多种工况下稳定控制关阀和上报通讯，更加稳定、安全。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种燃气表超级脉冲复合电容供电电路，包括有：
干电池组，用于为整体系统供电；
电机阀，耦接于所述干电池组，通过干电池组供电，对燃气通断进行切换控制；
第一LDO模块，耦接于干电池组进行稳压，将干电池提供的系统电压由6V转换为3.6V输出；
限流电阻，耦接于所述第一LDO模块的输出端，用于限流保护；
UPC模块，为UPC1520超级脉冲复合电容，耦接于限流电阻，用于储能及备用供电；所述电机阀耦接于所述UPC模块通过UPC模块备用供电；
负载开关及NB-IoT模组，负载开关耦接于限流电阻及UPC模块，所述NB-IoT模组耦接且受控于所述负载开关。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
通过干电池组能稳定进行正常系统供电，UPC模块能与干电池配合在正常情况下实现充电储能和对NB-IoT模组的稳定控制，UPC 模块的超级脉冲复合电容通过其大容量、稳定放电，能在干电池组不能正常供电时，稳定保证电机阀的关阀供电及NB-IoT模组的通讯上报，且整体电路设计简单、成本低，能满足多种工况下的稳定供电，同时通过引入限流电阻实现限流设计，UPC1520超级脉冲复合电容符合防爆认证，增强了系统的稳定性，更加安全。
附图说明
图1为本供电电路的电路原理图；
图2为UPC模块为NB-IoT模组供电的电流分配图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
根据一个或多个实施例，公开了一种燃气表超级脉冲复合电容供电电路，如图1所示，包括有干电池组、第一LDO模块、UPC模块、负载开关与NB-IoT模组、电机阀、第二LDO模块、MCU、外部设备。
电机阀耦接于干电池组，通过干电池组进行正常情况下的供电，保证对燃气通断的正常控制。第一LDO模块耦接于干电池组，对干电池组输出的电源进行稳压，将系统供电由6V稳压转换为3.6V以供给后续电路。
第一LDO模块的输出端耦接有用于限流保护的限流电阻，确保当UPC模块欠压时，通过限流电阻对第一LDO模块进行限流保护，同时受第一LDO模块的输出带载能力及限流电阻的双重约束，此时第一LDO模块输出端输出的最大电流为50mA，避免第一LDO模块因为负载冲击过高引起损坏或降低寿命。
UPC模块通过限流电阻耦接至第一LDO模块的输出端，进行储能及备用供电，将从干电池组充过来的电进行二次分配。UPC模块为为UPC1520超级脉冲复合电容，其容量适中，放电特性能力强，极大的简化了设计，增强了系统的稳定性。NB-IoT模组耦接于负载开关，负载开关控制NB-IoT模组电源的关断，确保NB-IoT模组电源可控。负载开关同样通过限流电阻耦接至第一LDO模块的输出端，同时UPC模块连接至负载开关，可通过UPC模块同时与干电池组为 NB-IoT模组供电。
当NB-IoT模组不工作时，负载开关控制NB-IoT模组的供电回路断路，此时，若UPC模块与第一LDO模块有压差，则干电池组通过第一LDO模块给UPC充电，实现对干电池组提供的电源的一次分配。受第一LDO模块的输出带载能力及限流电阻的双重约束，此时允许给UPC模块的UPC1520充电最大电流为50mA。当UPC1520两端的电压与第一LDO模块的输出电压压差达到动态平衡后，充电即停止。此时第一LDO模块负载仅为自身的静态消耗，可以忽略不计。 UPC模块也处于饱和状态，不充电，也不消耗电。
当NB-IoT模组工作时，如图2所示，负载开关控制NB-IoT模组的供电回路通路，此时需要很大电流，约250mA，远大于通过第一 LDO模块通过限流电阻后的供电电流，此时UPC模块承担主要供电，约200mA，与干电池组提供的50mA同时通过负载开关后对NB-IoT 模组供电，实现对干电池组提供电源的二次分配。UPC1520的放电能力远远大于经过第一LDO及限流电阻双重限制的干电池组，所以能减少对干电池组的瞬时消耗，确保系统的稳定。同时UPC1520为防爆认证过的器件，能保证产品供电的安全。
UPC1520容量能达到50mAh以上，远远超过超级电容约0.2mAh 的容量，能很好的满足燃气表掉电关阀(约消耗30uAh)、上报(约消耗300uAh)通讯的电量支撑；其次UPC1520低温时性能虽然也会受到一定的影响，但其容量大、放电稳定，足以满足燃气表掉电关阀、上报的电量消耗；采用UPC1520仅仅只需要1颗核心物料就可代替了传统方案的多颗物料，成本优势明显，相较于现有的方案，核心物料减少，设计简化，降本优势明显。
电机阀与干电池组之间的供电回路串联有第一隔离二极管D1，第一隔离二极管D1的阳极耦接于干电池组与第一LDO模块的连接节点，阴极耦接于电机阀的输入端。电机阀的输入端还耦接至UPC模块，在电机阀和UPC模块的供电回路中串联有第二隔离二极管D2，第二隔离二极管D2的阳极耦接于UPC模块，阴极耦接于第一隔离二极管D1与电机阀的连接节点。
当干电池组进行供电时，第一隔离二极管D1的阳极电压高于阴极，第一隔离二极管D1正向导通，通过干电池组对电机阀供电；通过第一LDO模块的电压转换，第二隔离二极管D2的阳极电压低于阴极电压，第二隔离二极管D2截止，UPC模块至电机阀的供电回路断开，保证在有干电池供电时，电机阀的供电由干电池组提供；同时通过第一LDO模块，在NB-IoT模组不工作且UPC1520电压与第一 LDO模块有压差的情况下，通过干电池组对UPC模块进行充电，实现对干电池组提供的电源的一次分配；在NB-IoT模组工作时，UPC 模块通过负载开关与干电池组一起为NB-IoT模组供电，实现对干电池组的电源的二次分配。
当更换电池、拔掉电池或干电池电量低时，UPC模块充当备用电源承接整个系统的供电，当用户更换新电池后，能确保表端数据不丢失，做到真正的稳定可靠。此时第一隔离二极管D1的阳极电压低于阴极，第一隔离二极管D1截止，通过UPC模块供电，第二隔离二极管D2的阳极电压高于阴极电压，第二隔离二极管D2正向导通，UPC 模块为电机阀供电，以控制关闭燃气阀门，同时通过负载开关为NB- IoT模组供电，以确保上报功能正常；通过第一隔离二极管D1截止，避免UPC供电电压反灌至第一LDO模块的电源前端。限流电阻的限流保护、第一隔离二极管D1及第二隔离二极管D2的防反灌设计，大大增加了系统的稳定性及抗干扰能力。
第二LDO模块耦接于限流电阻和UPC模块的连接节点，干电池组及UPC模块进行供电，通过第二LDO模块进行电压转换，将3.6V 电压转换成MCU及外部设备所需的电压，为MCU及外部设备供电，保证MCU及外设的正常数据存储及保存，同时为外设中的LCD屏供电进行提醒。大大提升了系统掉电下的稳定性，能很好的满足在各种工况下，燃气表关阀、上报、数据存储等功能。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (4)

1.一种燃气表超级脉冲复合电容供电电路，其特征是，包括有：
干电池组，用于为整体系统供电；
电机阀，耦接于所述干电池组，通过干电池组供电，对燃气通断进行切换控制；
第一LDO模块，耦接于干电池组进行稳压，将干电池提供的系统电压由6V转换为3.6V输出；
限流电阻，耦接于所述第一LDO模块的输出端，用于限流保护；
UPC模块，为UPC1520超级脉冲复合电容，耦接于限流电阻，用于储能及备用供电；所述电机阀耦接于所述UPC模块，通过UPC模块备用供电；
负载开关及NB-IoT模组，负载开关耦接于限流电阻及UPC模块，所述NB-IoT模组耦接且受控于所述负载开关。
2.根据权利要求1所述的燃气表超级脉冲复合电容供电电路，其特征是：所述电机阀与所述干电池组的供电回路中串联有第一隔离二极管；
所述第一隔离二极管的阳极耦接于干电池组与第一LDO模块的连接节点，阴极耦接于电机阀的输入端。
3.根据权利要求2所述的燃气表超级脉冲复合电容供电电路，其特征是：所述电机阀与所述UPC模块的供电回路中串联有第二隔离二极管；
所述第二隔离二极管的阳极耦接于UPC模块，阴极耦接于第一隔离二极管与电机阀的连接节点。
4.根据权利要求1所述的燃气表超级脉冲复合电容供电电路，其特征是：还包括有MCU、耦接于MCU的外部设备、进行稳压输出的第二LDO模块；所述第二LDO模块的输入端耦接于限流电阻与UPC模块的连接节点、输出端耦接于所述MCU。
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