CN115954995A - 一种车载lcd播放控制器备用电源系统及控制方法 - Google Patents

一种车载lcd播放控制器备用电源系统及控制方法 Download PDF

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孙士杰
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陈明康
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Guangdong Huazhiyuan Information Engineering Co ltd
Guangzhou Huajia Software Co ltd
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Abstract

本发明公开了一种车载LCD播放控制器备用电源系统及控制方法，所述系统包括冗余切换模块、DC/DC充电模块和超级电容组模块，所述冗余切换模块的输出端和超级电容组模块的输出端均与车载LCD播放控制器的输入端连接，所述超级电容组模块的输入端通过DC/DC充电模块与冗余切换模块的输出端连接。在本发明中，通过冗余切换模块进行冗余供电，同时通过DC/DC充电模块向超级电容组模块进行充电，使得超级电容组模块进行储能，并作为备用电源进行备用，当外部供电断开时，超级电容组模块向车载LCD播放控制器提供一定时长的延时供电。

Description

一种车载LCD播放控制器备用电源系统及控制方法
技术领域
本发明涉及车载电源设备技术领域，尤其涉及一种车载LCD播放控制器备用电源系统及控制方法。
背景技术
车载乘客信息系统通过车载LCD播放控制器实现多媒体播放和信息发布，并在LCD显示屏上进行显示。车载LCD播放控制器通过车地无线传输设备连接地面PIS专用网络从编播中心接收直播流、播表及录播文件，并在本地播放。直播数据流如下：直播服务器->车载LCD播放控制器->LCD显示屏录播及文本信息数据流：中心服务器->车载LCD播放控制器->LCD显示屏。
目前，常规备用电源多采用能量密度大的锂电池作为储能器件，由于车载LCD播放控制器温度环境使用要求40～70℃，锂电池备用电源需采用加热处理解决低温充放电问题，这增加系统的复杂度和维护成本，并且锂电池由于内部结构原因受制于充放电次数，无法长时间重复使用。
超级电容作为一种无源器件，介于电池与普通电容之间，具有电容的大电流快速充放电特性，同时也有电池的储能特性，并且重复使用寿命长，放电时利用移动导体间的电子(而不依靠化学反应)释放电流，从而为设备提供电源，成为设备备用电源的一种较好的选择。然而超级电容器自身单体电压较低，在车载LCD播放控制器中需要串联使用，同时由于材料、制造水平等因素的制约，超级电容器单体间等效容值、等效串联电阻值等参数存在明显的不一致性，直接应用在车载LCD播放控制器会导致超级电容器组性能因木桶效应受特性最差单体制约，还会随时间和循环次数不断增大，影响超级电容器模块输出特性和寿命，甚至引发故障。
另外，虽然超级电容组具备大电流快速充放电特性，在车载LCD播放控制器首次上电时，供电电源给超级电容组提供大电流充电的过程中，由于充电模块与超级电容组是并联在整个供电主回路中，首次上电时电流都给到超级电容组充电，而车载LCD播放控制器中接在备用电源后端的播放控制器主控板无法短时间开机。
还有，由于充电模块与超级电容组是并联在整个供电主回路中，在正常供电中为了防止超级电容组给前端的供电电源以及充电模块放电，需要在整个回路中增加多个开关或继电器等控制装置，使整个系统设计过于复杂。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种车载LCD播放控制器备用电源系统，其能解决现有的车载LCD播放控制器备用电源系统的使用寿命短且故障率高的问题。
本发明的目的之二在于提供一种车载LCD播放控制器备用电源系统的控制方法，其能解决现有的车载LCD播放控制器备用电源系统的使用寿命短且故障率高的问题。
本发明的目的之三在于提供一种车载LCD播放控制器备用电源系统的控制方法，其能解决现有的车载LCD播放控制器备用电源系统的使用寿命短且故障率高的问题。
本发明的目的之四在于提供一种车载LCD播放控制器备用电源系统的控制方法，其能解决现有的车载LCD播放控制器备用电源系统的使用寿命短且故障率高的问题。
为了达到上述目的之一，本发明所采用的技术方案如下：
一种车载LCD播放控制器备用电源系统，包括冗余切换模块、DC/DC充电模块和超级电容组模块，所述冗余切换模块的输出端和超级电容组模块的输出端均与车载LCD播放控制器的输入端连接，所述超级电容组模块的输入端通过DC/DC充电模块与冗余切换模块的输出端连接。
优选的，所述超级电容组模块包括若干超级电容串联而成的超级电容组，每一超级电容上连接有均衡单元，所述车载LCD播放控制器与超级电容组之间连接ADC电压采样单元，所述超级电容组的输入端与DC/DC充电模块的输出端连接，所述冗余切换模块的输出端和车载LCD播放控制器的输入端均与超级电容组的输出端连接。
优选的，所述均衡单元包括超级电容管理芯片U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、MOS管Q1和发光二极管LED1，所述超级电容的正极、电阻R1的一端、电阻R2的一端、电阻R3的一端、电阻R4的一端和电阻R5的一端均与超级电容管理芯片U1的第一引脚VDD连接，所述超级电容的负极和发光二极管LED1的负极均与超级电容管理芯片U1的第二引脚GND连接，所述电阻R1的另一端与超级电容管理芯片U1的第三引脚SEL连接，所述电阻R6的一端与超级电容管理芯片U1的第四引脚LED连接，所述电阻R7的一端和MOS管Q1的栅极均与超级电容管理芯片U1的第五引脚IOUT连接，所述电阻R2的另一端、电阻R3的另一端、电阻R4的另一端和电阻R5的另一端均与MOS管Q1的漏极连接，所述电阻R6的另一端、电阻R7的另一端和发光二极管LED1的正极均与MOS管Q1的源极连接。
优选的，所述冗余切换模块包括二极管D1和二极管D2，所述二极管D1的正极连接有第一电源，所述二极管D2的正极连接有第二电源，所述DC/DC充电模块的输入端的正极、车载LCD播放控制器的输入端的正极和二极管D2的负极均与二极管D1的负极连接，所述第二电源的负极、DC/DC充电模块的输入端的负极、车载LCD播放控制器的输入端的负极均与第一电源的负极连接。
优选的，还包括二级管组，所述二级管组包括二极管D3、二极管D4和二极管D5，所述二极管D1的负极和二极管D2的负极均与二极管D3的正极连接，所述超级电容组模块的输出端与二极管D4的正极连接，所述二极管D3的负极和二极管D4的负极均与车载LCD播放控制器的输入端连接，所述DC/DC充电模块的输出端与二极管D5的正极连接，所述二极管D5的负极与超级电容组模块的输入端连接。
优选的，还包括MCU模块，所述MCU模块包括开关单元、第一电压采样单元、第二电压采样单元、通讯单元和MCU单元，所述二极管D4的负极通过开关单元与车载LCD播放控制器的输入端连，所述二极管D1的负极和二极管D3的正极均与第一电压采样单元的检测端连接，所述第二电压采样单元的检测端与超级电容组模块连接，所述第一电压采样单元的输出端、第二电压采样单元的输出端和开关单元均与MCU单元连接，所述MCU单元的通讯端通过通讯单元与车载LCD播放控制器连接。
优选的，还包括缓冲单元，所述二极管D4的正极、二极管D5的负极和超级电容组模块均与缓冲单元连接，其中所述缓冲单元为绕线电感或金属铝壳电阻。
为了达到上述目的之二，本发明所采用的技术方案如下：
一种应用于的车载LCD播放控制器备用电源系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
驱使冗余切换模块依次通过DC/DC充电模块对超级电容组充电，同时对车载LCD播放控制器进行冗余供电，并且由车载LCD播放控制器实时监控超级电容组的运行状态。
为了达到上述目的之三，本发明所采用的技术方案如下：
一种应用于车载LCD播放控制器备用电源系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
驱使冗余切换模块依次通过DC/DC充电模块、二极管D5对超级电容组充电，同时对车载LCD播放控制器进行冗余供电；通过MCU模块实时监控串联超级电容组的运行状态，并驱使均衡单元对超级电容器进行电压均衡；驱使MCU单元通过第一电压采样单元检测到车载LCD播放控制器与冗余切换模块之间是否断路，若是，则通过MCU单元块驱使开关单元闭合，超级电容组开始通过二极管D4对车载LCD播放控制器供电，同时通过二极管D3和二极管D5防止超级电容组对前端的DC/DC充电模块以及冗余切换模块进行放电，若否，则通过MCU单元块驱使开关单元断路，使得超级电容组处于充电状态。
为了达到上述目的之四，本发明所采用的技术方案如下：
一种应用于车载LCD播放控制器备用电源系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
驱使冗余切换模块依次通过DC/DC充电模块、二极管D5和缓冲单元对超级电容组进行充电，同时对车载LCD播放控制器进行冗余供电，其中缓冲单元抑制充电过程中电流突变及减小电源纹波的作用；通过MCU模块实时监控串联超级电容组的运行状态，并驱使均衡单元对超级电容器进行电压均衡；驱使MCU单元通过第一电压采样单元检测到车载LCD播放控制器与冗余切换模块之间是否断路，若是，则通过MCU单元块驱使开关单元闭合，超级电容组开始通过缓冲单元和二极管D4对车载LCD播放控制器供电，其中缓冲单元抑制放电过程中电流突变及减小电源纹波的作用，同时通过二极管D3和二极管D5防止超级电容组对前端的DC/DC充电模块以及冗余切换模块进行放电，若否，则通过MCU单元块驱使开关单元断路，使得超级电容组处于充电状态。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
1.选用超级电容组作为车载LCD播放控制器的备用电源，解决了常规锂电池备用电源难以满足系统的使用温度环境问题。超级电容组中每个超级电容器单体结构匹配一个电压均衡单元，均衡单元包括超级电容管理芯片和电压均衡电路，实现大电流泄放保护，最大泄流能力可以达到几十安培，满足大容量法拉电容模组如120F超级电容的保护要求，提升了超级电容器组储能模块的性能和可靠性。
2.通过冗余切换模块向车载LCD播放控制器进行冗余供电，同时通过DC/DC充电模块向超级电容组模块进行充电，保障车载LCD播放控制器能够在短时间进行开机以及超级电容组模块及时进行储能，使得超级电容组模块作为备用电源进行备用，当外部供电断开时，超级电容组模块向车载LCD播放控制器提供一定时长的延时供电，实现外部电源断电时车载LCD播放控制器延时关机。
3.在整个备用电源系统中采用二级管组，不需要在整个回路中增加多个开关或继电器等控制装置，使整个系统设计进一步简化。
4.在超级电容组前端增加了缓冲电路模块，以抑制超级电容组模块在充电和放电过程中电流突变及减小电源纹波的作用。
附图说明
图1为实施例一中所述的车载LCD播放控制器备用电源系统的结构示意图。
图2为本发明中所述的均衡单元的电路图。
图3为实施例二中所述的车载LCD播放控制器备用电源系统的结构示意图。
图4为实施例三中所述的车载LCD播放控制器备用电源系统的结构示意图。
图5为实施例四中所述的备用电源充电装置的结构示意图。
图6为实施例四中所述的备用电源充电装置的电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：
在本发明中，超级电容作为一种无源器件，介于电池与普通电容之间，其兼备电容的大电流快速充放电特性以及电池的储能特性，并且超级电容能够多次重复使用，使用寿命长，其放电时利用移动导体间的电子(而不依靠化学反应)释放电流，从而为设备提供电源，成为设备备用电源的一种较好的选择。
实施例一：
如图1和图2所示，一种车载LCD播放控制器备用电源系统，包括冗余切换模块、DC/DC充电模块和超级电容组模块，所述冗余切换模块的输出端和超级电容组模块的输出端均与车载LCD播放控制器的输入端连接，所述超级电容组模块的输入端通过DC/DC充电模块与冗余切换模块的输出端连接。通过冗余切换模块向车载LCD播放控制器进行冗余供电，同时通过DC/DC充电模块向超级电容组模块进行充电，保障车载LCD播放控制器能够在短时间进行开机以及超级电容组模块及时进行储能，使得超级电容组模块作为备用电源进行备用，当外部供电断开时，超级电容组模块向车载LCD播放控制器提供一定时长的延时供电，实现外部电源断电时车载LCD播放控制器延时关机。
进一步的，所述冗余切换模块包括二极管D1和二极管D2，所述二极管D1的正极连接有第一电源，所述二极管D2的正极连接有第二电源，所述DC/DC充电模块的输入端的正极、车载LCD播放控制器的输入端的正极和二极管D2的负极均与二极管D1的负极连接，所述第二电源的负极、DC/DC充电模块的输入端的负极、车载LCD播放控制器的输入端的负极均与第一电源的负极连接。在本实施例中，结合系统的冗余供电需求，使用第一电源和第二电源进行供电，并且在第一电源和第二电源分别设置二极管D1和二极管D2，以防止双电源输出端互相倒灌导致电源损坏。进一步的，所述第一电源和第二电源可选用符合BS EN/EN50155和BS EN/EN45545-2铁路系统认证、满足车载场景应用的电源设备，优选明纬电源RSD-100D-12，其中明纬电源RSD-100D-12的输出的最大电流为8.4A，为了保证首次上电或超级电容组在充电时，车载LCD播放控制器中接在备用电源后端的播放控制器主控板能够正常开机，DC/DC充电模块中的恒流限压电路将DC/DC充电模块的充电电流限制为5A给超级电容组充电，同时多余的电流能够使车载LCD播放控制器主控板能够正常开机。
优选的，还包括二级管组，所述二级管组包括二极管D3、二极管D4和二极管D5，所述二极管D1的负极和二极管D2的负极均与二极管D3的正极连接，所述超级电容组模块的输出端与二极管D4的正极连接，所述二极管D3的负极和二极管D4的负极均与车载LCD播放控制器的输入端连接，所述DC/DC充电模块的输出端与二极管D5的正极连接，所述二极管D5的负极与超级电容组模块的输入端连接。在本实施例中，通过二极管的单向导电特性，使得分布在供电回路中的二极管D3、二极管D4和二极管D5，起到指引电流方向的作用，另外由于是无源器件，不需要在整个回路中增加多个开关或继电器等控制装置，使整个系统设计进一步简化。
进一步的，所述超级电容组模块包括若干超级电容串联而成的超级电容组，每一超级电容上连接有均衡单元，所述车载LCD播放控制器与超级电容组之间连接ADC电压采样单元，所述超级电容组的输入端与DC/DC充电模块的输出端连接，所述冗余切换模块的输出端和车载LCD播放控制器的输入端均与超级电容组的输出端连接。在本实施例中，多个超级电容串联起来组成一个超级电容组，超级电容组的输入端连接所述DC/DC充电模块输出端，车载LCD播放控制器的主控板和至少有一台明纬电源RSD-100D-12的输出端均与超级电容组连接，并且，超级电容组通过ADC电压采样单元与车载LCD播放控制器进行连接。在本实施例中，选用超级电容组作为车载LCD播放控制器的备用电源，超级电容器作为一种新兴无源器件，介于电池与普通电容之间，具有电容的大电流快速充放电特性，同时也有电池的储能特性，并且具备重复使用寿命长，工作温度范围宽(40～70℃)的特性，解决了常规锂电池备用电源难以满足系统的使用温度环境问题，在车载LCD播放控制器外部供电断开时，提供大于30S的延时供电能力；根据超级电容容量计算公式：C＝(Vwork+Vmin)*I*t/(Vwork2-Vmin2)，Vwork(V)：正常工作电压，Vmin(V)：截止工作电压；t(s)：在电路中要求持续工作时间，I(A)：负载电流，取Vwork＝13V，Vmin＝8V，t＝30s，I＝2A，则有C＝[(13+8)*2*30]/(132-82)＝12F，优选的，超级电容组采用6只容量为20F的超级电容串联，形成120F容量；进一步的，在超级电容组中每个超级电容器单体结构匹配连接有一个电压均衡单元，均衡单元包括超级电容管理芯片和电压均衡电路，超级电容管理芯片采用高精度内部电压基准，确保保护电压精度在1％以内，内置功率管可以提供大电流泄放能力，在没有外部扩流管的条件下，可以提供700mA的电流泄放能力，从而通过均衡单元来克服多个超级电容之间因木桶效应受特性最差单体制约的问题，超级电容之间因木桶效应是由于材料、制造水平等因素的制约，导致超级电容器单体间等效容值、等效串联电阻值等参数存在明显的不一致性而产生的。
优选的，所述均衡单元包括超级电容管理芯片U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、MOS管Q1和发光二极管LED1，所述超级电容的正极、电阻R1的一端、电阻R2的一端、电阻R3的一端、电阻R4的一端和电阻R5的一端均与超级电容管理芯片U1的第一引脚VDD连接，所述超级电容的负极和发光二极管LED1的负极均与超级电容管理芯片U1的第二引脚GND连接，所述电阻R1的另一端与超级电容管理芯片U1的第三引脚SEL连接，所述电阻R6的一端与超级电容管理芯片U1的第四引脚LED连接，所述电阻R7的一端和MOS管Q1的栅极均与超级电容管理芯片U1的第五引脚IOUT连接，所述电阻R2的另一端、电阻R3的另一端、电阻R4的另一端和电阻R5的另一端均与MOS管Q1的漏极连接，所述电阻R6的另一端、电阻R7的另一端和发光二极管LED1的正极均与MOS管Q1的源极连接。在本实施例中，所述超级电容管理芯片U1采用高精度电压基准，确保保护电压精度在1％以内，内置功率管可以提供大电流泄放能力，在没有外部扩流管的条件下，可以提供700mA的电流泄放能力，进一步的，还设置有MOS管Q1，当超级电容管理芯片U1的第三引脚SEL设置拉高，将单体超级电容的充电电压设置电压基准为2.65V，在充电时超级电容单体电压超过2.65V时，超级电容管理芯片U1的第五引脚IOUT输出0.7A的电流泄放到电阻R7，优选的，在超级电容管理芯片U1的第五引脚IOUT后连接有MOS管Q1，进一步将泄放电流增加到7A，当过压时，MOS管Q1导通，超级电容C1两端通过并联的电阻R2、电阻R3、电阻R4和电阻R5放电，满足大容量法拉电容模组如120F超级电容的保护要求。
在本实施例中，当车载LCD播放控制器首次开机时，冗余切换模块通过DC/DC充电模块、经二极管D5给超级电容组充电，同时车载LCD播放控制器正常开机运行整个系统；充电过程中，播放控制器主控板实时监控串联超级电容组的运行状态，并通过均衡单元对超级电容器进行电压均衡，有效地解决串联超级电容器组内各超级电容器的电压均衡问题，避免因个体差异影响备用电源的性能和使用寿命，降低维护成本；外部电源断电时，超级电容组通过二极管D4对车载LCD播放控制器供电，同时二极管D3和二极管D5防止超级电容组对前端的DC/DC充电模块以及冗余切换模块进行不必要的放电，以达到节能的目的。
实施例二：
如图2和图3所示，一种车载LCD播放控制器备用电源系统，包括冗余切换模块、DC/DC充电模块和超级电容组模块，所述冗余切换模块的输出端和超级电容组模块的输出端均与车载LCD播放控制器的输入端连接，所述超级电容组模块的输入端通过DC/DC充电模块与冗余切换模块的输出端连接。通过冗余切换模块向车载LCD播放控制器进行冗余供电，同时通过DC/DC充电模块向超级电容组模块进行充电，保障车载LCD播放控制器能够在短时间进行开机以及超级电容组模块及时进行储能，使得超级电容组模块作为备用电源进行备用，当外部供电断开时，超级电容组模块向车载LCD播放控制器提供一定时长的延时供电，实现外部电源断电时车载LCD播放控制器延时关机。
进一步的，所述冗余切换模块包括二极管D1和二极管D2，所述二极管D1的正极连接有第一电源，所述二极管D2的正极连接有第二电源，所述DC/DC充电模块的输入端的正极、车载LCD播放控制器的输入端的正极和二极管D2的负极均与二极管D1的负极连接，所述第二电源的负极、DC/DC充电模块的输入端的负极、车载LCD播放控制器的输入端的负极均与第一电源的负极连接。在本实施例中，结合系统的冗余供电需求，使用第一电源和第二电源进行供电，并且在第一电源和第二电源分别设置二极管D1和二极管D2，以防止双电源输出端互相倒灌导致电源损坏。进一步的，所述第一电源和第二电源可选用符合BS EN/EN50155和BS EN/EN45545-2铁路系统认证、满足车载场景应用的电源设备，优选明纬电源RSD-100D-12，其中明纬电源RSD-100D-12的输出的最大电流为8.4A，为了保证首次上电或超级电容组在充电时，车载LCD播放控制器中接在备用电源后端的播放控制器主控板能够正常开机，DC/DC充电模块中的恒流限压电路将DC/DC充电模块的充电电流限制为5A给超级电容组充电，同时多余的电流能够使车载LCD播放控制器主控板能够正常开机。
优选的，还包括二级管组，所述二级管组包括二极管D3、二极管D4和二极管D5，所述二极管D1的负极和二极管D2的负极均与二极管D3的正极连接，所述超级电容组模块的输出端与二极管D4的正极连接，所述二极管D3的负极和二极管D4的负极均与车载LCD播放控制器的输入端连接，所述DC/DC充电模块的输出端与二极管D5的正极连接，所述二极管D5的负极与超级电容组模块的输入端连接。在本实施例中，通过二极管的单向导电特性，使得分布在供电回路中的二极管D3、二极管D4和二极管D5，起到指引电流方向的作用，另外由于是无源器件，不需要在整个回路中增加多个开关或继电器等控制装置，使整个系统设计进一步简化。
进一步的，所述超级电容组模块包括若干超级电容串联而成的超级电容组，每一超级电容上连接有均衡单元，所述车载LCD播放控制器与超级电容组之间连接ADC电压采样单元，所述超级电容组的输入端与DC/DC充电模块的输出端连接，所述冗余切换模块的输出端和车载LCD播放控制器的输入端均与超级电容组的输出端连接。在本实施例中，多个超级电容串联起来组成一个超级电容组，超级电容组的输入端连接所述DC/DC充电模块输出端，车载LCD播放控制器的主控板和至少有一台明纬电源RSD-100D-12的输出端均与超级电容组连接，并且，超级电容组通过ADC电压采样单元与车载LCD播放控制器进行连接。在本实施例中，选用超级电容组作为车载LCD播放控制器的备用电源，超级电容器作为一种新兴无源器件，介于电池与普通电容之间，具有电容的大电流快速充放电特性，同时也有电池的储能特性，并且具备重复使用寿命长，工作温度范围宽(40～70℃)的特性，解决了常规锂电池备用电源难以满足系统的使用温度环境问题，在车载LCD播放控制器外部供电断开时，提供大于30S的延时供电能力；根据超级电容容量计算公式：C＝(Vwork+Vmin)*I*t/(Vwork2-Vmin2)，Vwork(V)：正常工作电压，Vmin(V)：截止工作电压；t(s)：在电路中要求持续工作时间，I(A)：负载电流，取Vwork＝13V，Vmin＝8V，t＝30s，I＝2A，则有C＝[(13+8)*2*30]/(132-82)＝12F，优选的，超级电容组采用6只容量为20F的超级电容串联，形成120F容量；进一步的，在超级电容组中每个超级电容器单体结构匹配连接有一个电压均衡单元，均衡单元包括超级电容管理芯片和电压均衡电路，超级电容管理芯片采用高精度内部电压基准，确保保护电压精度在1％以内，内置功率管可以提供大电流泄放能力，在没有外部扩流管的条件下，可以提供700mA的电流泄放能力，从而通过均衡单元来克服多个超级电容之间因木桶效应受特性最差单体制约的问题，超级电容之间因木桶效应是由于材料、制造水平等因素的制约，导致超级电容器单体间等效容值、等效串联电阻值等参数存在明显的不一致性而产生的。
优选的，所述均衡单元包括超级电容管理芯片U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、MOS管Q1和发光二极管LED1，所述超级电容的正极、电阻R1的一端、电阻R2的一端、电阻R3的一端、电阻R4的一端和电阻R5的一端均与超级电容管理芯片U1的第一引脚VDD连接，所述超级电容的负极和发光二极管LED1的负极均与超级电容管理芯片U1的第二引脚GND连接，所述电阻R1的另一端与超级电容管理芯片U1的第三引脚SEL连接，所述电阻R6的一端与超级电容管理芯片U1的第四引脚LED连接，所述电阻R7的一端和MOS管Q1的栅极均与超级电容管理芯片U1的第五引脚IOUT连接，所述电阻R2的另一端、电阻R3的另一端、电阻R4的另一端和电阻R5的另一端均与MOS管Q1的漏极连接，所述电阻R6的另一端、电阻R7的另一端和发光二极管LED1的正极均与MOS管Q1的源极连接。在本实施例中，所述超级电容管理芯片U1采用高精度电压基准，确保保护电压精度在1％以内，内置功率管可以提供大电流泄放能力，在没有外部扩流管的条件下，可以提供700mA的电流泄放能力，进一步的，还设置有MOS管Q1，当超级电容管理芯片U1的第三引脚SEL设置拉高，将单体超级电容的充电电压设置电压基准为2.65V，在充电时超级电容单体电压超过2.65V时，超级电容管理芯片U1的第五引脚IOUT输出0.7A的电流泄放到电阻R7，优选的，在超级电容管理芯片U1的第五引脚IOUT后连接有MOS管Q1，进一步将泄放电流增加到7A，当过压时，MOS管Q1导通，超级电容C1两端通过并联的电阻R2、电阻R3、电阻R4和电阻R5放电，满足大容量法拉电容模组如120F超级电容的保护要求。
在本实施例中，还包括MCU模块，所述MCU模块包括开关单元、第一电压采样单元、第二电压采样单元、通讯单元和MCU单元，所述二极管D4的负极通过开关单元与车载LCD播放控制器的输入端连，所述二极管D1的负极和二极管D3的正极均与第一电压采样单元的检测端连接，所述第二电压采样单元的检测端与超级电容组模块连接，所述第一电压采样单元的输出端、第二电压采样单元的输出端和开关单元均与MCU单元连接，所述MCU单元的通讯端通过通讯单元与车载LCD播放控制器连接。具体的，MCU单元由其自带的供电电源或者DC/DC充电模块进行供电，MCU单元作为车载LCD播放控制器备用电源装置的处理器，负责判断车载LCD播放控制器系统外部是否断电，从而驱使开关单元处于断开或者闭合，当外部断电，则驱使开关单元闭合，超级电容组给车载LCD播放控制器提供备用电源，当外界正常供电，则驱使开关单元断路，由冗余切换模块给车载LCD播放控制器供电，优选的，MCU单元还监测超级电容组的运行状态以及通过通讯单元将超级电容组的运行数据传输至车载LCD播放控制器。其中，第一电压采样单元用于采样二极管D1与二极管D3连接点对地的电压，以判断车载LCD播放控制器系统外部是否断电，第二电压采样单元用于采集超级电容组的电压，以监测串联超级电容组的运行状态信息，所述通讯单元优选RS232通讯设备，用于与车载LCD播放控制器的主控板进行串口数据通讯。
在本实施例中，当车载LCD播放控制器首次开机时，冗余切换模块通过DC/DC充电模块、经二极管D5给超级电容组充电，同时车载LCD播放控制器正常开机运行整个系统；充电过程中，MCU模块实时监控串联超级电容组的运行状态，并通过均衡单元对超级电容器进行电压均衡，有效地解决串联超级电容器组内各超级电容器的电压均衡问题，避免因个体差异影响备用电源的性能和使用寿命，降低维护成本；当外部电源断电时，第一电压采样单元检测到车载LCD播放控制器与冗余切换模块之间断路，MCU单元块驱使开关单元闭合，超级电容组开始通过二极管D4对车载LCD播放控制器供电，同时二极管D3和二极管D5防止超级电容组对前端的DC/DC充电模块以及冗余切换模块进行不必要的放电，以达到节能的目的，使得车载LCD播放控制器备用电源系统运行过程中，车载LCD播放控制器备用电源系统单独工作，使整个系统设计进一步独立化。
实施例三：
如图2和图4所示，一种车载LCD播放控制器备用电源系统，包括冗余切换模块、DC/DC充电模块和超级电容组模块，所述冗余切换模块的输出端和超级电容组模块的输出端均与车载LCD播放控制器的输入端连接，所述超级电容组模块的输入端通过DC/DC充电模块与冗余切换模块的输出端连接。通过冗余切换模块向车载LCD播放控制器进行冗余供电，同时通过DC/DC充电模块向超级电容组模块进行充电，保障车载LCD播放控制器能够在短时间进行开机以及超级电容组模块及时进行储能，使得超级电容组模块作为备用电源进行备用，当外部供电断开时，超级电容组模块向车载LCD播放控制器提供一定时长的延时供电，实现外部电源断电时车载LCD播放控制器延时关机。
进一步的，所述冗余切换模块包括二极管D1和二极管D2，所述二极管D1的正极连接有第一电源，所述二极管D2的正极连接有第二电源，所述DC/DC充电模块的输入端的正极、车载LCD播放控制器的输入端的正极和二极管D2的负极均与二极管D1的负极连接，所述第二电源的负极、DC/DC充电模块的输入端的负极、车载LCD播放控制器的输入端的负极均与第一电源的负极连接。在本实施例中，结合系统的冗余供电需求，使用第一电源和第二电源进行供电，并且在第一电源和第二电源分别设置二极管D1和二极管D2，以防止双电源输出端互相倒灌导致电源损坏。进一步的，所述第一电源和第二电源可选用符合BS EN/EN50155和BS EN/EN45545-2铁路系统认证、满足车载场景应用的电源设备，优选明纬电源RSD-100D-12，其中明纬电源RSD-100D-12的输出的最大电流为8.4A，为了保证首次上电或超级电容组在充电时，车载LCD播放控制器中接在备用电源后端的播放控制器主控板能够正常开机，DC/DC充电模块中的恒流限压电路将DC/DC充电模块的充电电流限制为5A给超级电容组充电，同时多余的电流能够使车载LCD播放控制器主控板能够正常开机。
优选的，还包括二级管组，所述二级管组包括二极管D3、二极管D4和二极管D5，所述二极管D1的负极和二极管D2的负极均与二极管D3的正极连接，所述超级电容组模块的输出端与二极管D4的正极连接，所述二极管D3的负极和二极管D4的负极均与车载LCD播放控制器的输入端连接，所述DC/DC充电模块的输出端与二极管D5的正极连接，所述二极管D5的负极与超级电容组模块的输入端连接。在本实施例中，通过二极管的单向导电特性，使得分布在供电回路中的二极管D3、二极管D4和二极管D5，起到指引电流方向的作用，另外由于是无源器件，不需要在整个回路中增加多个开关或继电器等控制装置，使整个系统设计进一步简化。
进一步的，所述超级电容组模块包括若干超级电容串联而成的超级电容组，每一超级电容上连接有均衡单元，所述车载LCD播放控制器与超级电容组之间连接ADC电压采样单元，所述超级电容组的输入端与DC/DC充电模块的输出端连接，所述冗余切换模块的输出端和车载LCD播放控制器的输入端均与超级电容组的输出端连接。在本实施例中，多个超级电容串联起来组成一个超级电容组，超级电容组的输入端连接所述DC/DC充电模块输出端，车载LCD播放控制器的主控板和至少有一台明纬电源RSD-100D-12的输出端均与超级电容组连接，并且，超级电容组通过ADC电压采样单元与车载LCD播放控制器进行连接。在本实施例中，选用超级电容组作为车载LCD播放控制器的备用电源，超级电容器作为一种新兴无源器件，介于电池与普通电容之间，具有电容的大电流快速充放电特性，同时也有电池的储能特性，并且具备重复使用寿命长，工作温度范围宽(40～70℃)的特性，解决了常规锂电池备用电源难以满足系统的使用温度环境问题，在车载LCD播放控制器外部供电断开时，提供大于30S的延时供电能力；根据超级电容容量计算公式：C＝(Vwork+Vmin)*I*t/(Vwork2-Vmin2)，Vwork(V)：正常工作电压，Vmin(V)：截止工作电压；t(s)：在电路中要求持续工作时间，I(A)：负载电流，取Vwork＝13V，Vmin＝8V，t＝30s，I＝2A，则有C＝[(13+8)*2*30]/(132-82)＝12F，优选的，超级电容组采用6只容量为20F的超级电容串联，形成120F容量；进一步的，在超级电容组中每个超级电容器单体结构匹配连接有一个电压均衡单元，均衡单元包括超级电容管理芯片和电压均衡电路，超级电容管理芯片采用高精度内部电压基准，确保保护电压精度在1％以内，内置功率管可以提供大电流泄放能力，在没有外部扩流管的条件下，可以提供700mA的电流泄放能力，从而通过均衡单元来克服多个超级电容之间因木桶效应受特性最差单体制约的问题，超级电容之间因木桶效应是由于材料、制造水平等因素的制约，导致超级电容器单体间等效容值、等效串联电阻值等参数存在明显的不一致性而产生的。
优选的，所述均衡单元包括超级电容管理芯片U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、MOS管Q1和发光二极管LED1，所述超级电容的正极、电阻R1的一端、电阻R2的一端、电阻R3的一端、电阻R4的一端和电阻R5的一端均与超级电容管理芯片U1的第一引脚VDD连接，所述超级电容的负极和发光二极管LED1的负极均与超级电容管理芯片U1的第二引脚GND连接，所述电阻R1的另一端与超级电容管理芯片U1的第三引脚SEL连接，所述电阻R6的一端与超级电容管理芯片U1的第四引脚LED连接，所述电阻R7的一端和MOS管Q1的栅极均与超级电容管理芯片U1的第五引脚IOUT连接，所述电阻R2的另一端、电阻R3的另一端、电阻R4的另一端和电阻R5的另一端均与MOS管Q1的漏极连接，所述电阻R6的另一端、电阻R7的另一端和发光二极管LED1的正极均与MOS管Q1的源极连接。在本实施例中，所述超级电容管理芯片U1采用高精度电压基准，确保保护电压精度在1％以内，内置功率管可以提供大电流泄放能力，在没有外部扩流管的条件下，可以提供700mA的电流泄放能力，进一步的，还设置有MOS管Q1，当超级电容管理芯片U1的第三引脚SEL设置拉高，将单体超级电容的充电电压设置电压基准为2.65V，在充电时超级电容单体电压超过2.65V时，超级电容管理芯片U1的第五引脚IOUT输出0.7A的电流泄放到电阻R7，优选的，在超级电容管理芯片U1的第五引脚IOUT后连接有MOS管Q1，进一步将泄放电流增加到7A，当过压时，MOS管Q1导通，超级电容C1两端通过并联的电阻R2、电阻R3、电阻R4和电阻R5放电，满足大容量法拉电容模组如120F超级电容的保护要求。
在本实施例中，还包括MCU模块，所述MCU模块包括开关单元、第一电压采样单元、第二电压采样单元、通讯单元和MCU单元，所述二极管D4的负极通过开关单元与车载LCD播放控制器的输入端连，所述二极管D1的负极和二极管D3的正极均与第一电压采样单元的检测端连接，所述第二电压采样单元的检测端与超级电容组模块连接，所述第一电压采样单元的输出端、第二电压采样单元的输出端和开关单元均与MCU单元连接，所述MCU单元的通讯端通过通讯单元与车载LCD播放控制器连接。具体的，MCU单元由其自带的供电电源或者DC/DC充电模块进行供电，MCU单元作为车载LCD播放控制器备用电源装置的处理器，负责判断车载LCD播放控制器系统外部是否断电，从而驱使开关单元处于断开或者闭合，当外部断电，则驱使开关单元闭合，超级电容组给车载LCD播放控制器提供备用电源，当外界正常供电，则驱使开关单元断路，由冗余切换模块给车载LCD播放控制器供电，优选的，MCU单元还监测超级电容组的运行状态以及通过通讯单元将超级电容组的运行数据传输至车载LCD播放控制器。其中，第一电压采样单元用于采样二极管D1与二极管D3连接点对地的电压，以判断车载LCD播放控制器系统外部是否断电，第二电压采样单元用于采集超级电容组的电压，以监测串联超级电容组的运行状态信息，所述通讯单元优选RS232通讯设备，用于与车载LCD播放控制器的主控板进行串口数据通讯。
优选的，还包括缓冲单元，所述二极管D4的正极、极管D5的负极和超级电容组模块均与缓冲单元连接，进一步的，所述缓冲单元选用绕线电感或金属铝壳电阻，优选为100μH/30A/1.2mm双线并绕电感或50W/4Ω电阻。以抑制充电和放电过程中电流突变及减小电源纹波的作用。
在本实施例中，当车载LCD播放控制器首次开机时，冗余切换模块通过DC/DC充电模块、经二极管D5和缓冲单元给超级电容组充电，其中缓冲单元抑制充电过程中电流突变及减小电源纹波的作用，同时车载LCD播放控制器正常开机运行整个系统；充电过程中，MCU模块实时监控串联超级电容组的运行状态，并通过均衡单元对超级电容器进行电压均衡，有效地解决串联超级电容器组内各超级电容器的电压均衡问题，避免因个体差异影响备用电源的性能和使用寿命，降低维护成本；当外部电源断电时，第一电压采样单元检测到车载LCD播放控制器与冗余切换模块之间断路，MCU单元块驱使开关单元闭合，超级电容组开始通过缓冲单元和二极管D4对车载LCD播放控制器供电，其中缓冲单元抑制放电过程中电流突变及减小电源纹波的作用，同时二极管D3和二极管D5防止超级电容组对前端的DC/DC充电模块以及冗余切换模块进行不必要的放电，以达到节能的目的，使得车载LCD播放控制器备用电源系统运行过程中，车载LCD播放控制器备用电源系统单独工作，使整个系统设计进一步独立化。
实施例四：
如图1-6所示，上述实施例一、实施例二或实施例三中的DC/DC充电模块包括备用电源充电装置，所述备用电源充电装置包括主回路和控制回路，所述主回路包括EMC单元、第一滤波单元、Buck-Boost单元、第二滤波单元、第一过流保护单元和第二过流保护单元，所述控制回路包括控制IC、软启动单元、升压单元和电压调节单元，所述EMC单元的输出端与第一滤波单元的输入端连接，所述第一滤波单元的输出端和Buck-Boost单元的输入端均与第一过流保护单元连接，所述Buck-Boost单元的输出端和第二滤波单元的输入端均与第二过流保护单元连接，所述软启动单元、电压调节单元、升压单元、Buck-Boost单元、第一过流保护单元和第二过流保护单元均与控制IC连接，所述Buck-Boost单元与升压单元连接。在本实施例中，通过第一过流保护单元连接在第一滤波单元与Buck-Boost单元之间，对电流起检测作用，可实现快速而可靠的短路保护，同时第二过流保护单元连接在Buck-Boost单元与第二滤波单元之间，同样对电流起检测作用，可实现快速而可靠的短路保护，两个过流保护单元互相独立，实现了对备用电源充电装置中的输入输出电流进行保护的同时，有利于降低电流的检测成本以及缩小电流的检测时延。
优选的，所述EMC单元优选EMC电路，其为电磁兼容性电路，可选用EMC滤波器，用于防护前端雷击浪涌。所述第一滤波单元和第二滤波单元分别作为备用电源充电装置的输入端和输出端的滤波电路减小整个电路的纹波，所述Buck-Boost单元作为主回路的拓扑电路，第一过流保护单元连接在第一滤波单元与Buck-Boost单元之间，对电流起检测作用，可实现快速而可靠的短路保护，同时第二过流保护单元连接在Buck-Boost单元与第二滤波单元之间，同样对电流起检测作用，可实现快速而可靠的短路保护，并且两个过流保护单元互相独立不会相互影响，所述控制IC作为备用电源充电装置的核心部件起到控制蓄能设备充电的作用，所述软启动单元与控制IC连接，可以有效地减小启动过程中电路造成的冲击电流，具体通过固定频率辅助振荡器确定，另外，电压调节单元通过对第二滤波单元的输出电压进行采样，并反馈给到控制IC，控制IC内部通过输出PWM的占空比控制Buck-Boost单元进而调节输出电压；进一步的，控制IC控制所述升压单元实现Buck-Boost单元中提高驱动电压，实现所述Buck-Boost单元中出现驱动电压不够的情况时升压驱动Buck-Boost单元。
具体的，所述第一滤波单元包括电容C18、电容C19、电容C20、电容C21、电容C22和电容C23，所述EMC单元的输出端、电容C18的一端、电容C19的一端、电容C20的一端、电容C21的一端、电容C22的一端、电容C23的一端、第一过流保护单元和控制IC的第四引脚CSP1均与控制IC的第五引脚IN连接，所述电容C18的另一端、电容C19的另一端、电容C20的另一端、电容C21的另一端、电容C22的另一端和电容C23的另一端共接地。优选的，所述第一过流保护单元包括采样电阻器RS1，所述EMC单元的输出端、电容C18的一端、电容C19的一端、电容C20的一端、电容C21的一端、电容C22的一端和电容C23的一端、控制IC的第四引脚CSP1和控制IC的第五引脚IN均与电阻器RS1的一端连接，所述Buck-Boost单元的输入端和控制IC的第三引脚CSN1均与电阻器RS1的另一端连接。在本实施例中，所述Buck-Boost单元可以替换为Buck转换器、Buck-Boost转换器或Boost转换器，其中Buck-Boost转换器能够根据应用使用相同的电路对电压进行升压或降压，并且车载LCD播放控制器备用电源系统中超级电容组可根据项目的具体要求选择电容串联的个数，因此选择输出电压可调节的Buck-Boost为优选，而Buck-Boost电路中采用H桥的拓扑为优选，H桥的拓扑具有倍频、储能电感小、输入输出电压同极性、宽输入输出电压等一系列常规Buck-Boost电路不具备的优点。具体的，所述Buck-Boost单元包括MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3、MOS管Q4、功率电感L4、电阻R13、电阻R14、电阻R15和电阻16，所述控制IC的第三引脚CSN1和电阻器RS1的另一端均与MOS管Q1的漏极连接，所述MOS管Q1的栅极通过电阻R14与控制IC的第二十三引脚DH1连接，所述升压单元、功率电感L4的一端和MOS管Q3的漏极均与MOS管Q1的源极连接，所述MOS管Q3的栅极通过电阻R16与控制IC的第一引脚DL1连接，所述MOS管Q3的源极接地，所述第二过流保护单元和控制IC的第十五引脚CSP2均与MOS管Q2的漏极连接，所述MOS管Q2的栅极通过电阻R13与控制IC的第二十引脚DH2连接，所述功率电感L4的另一端、升压单元和MOS管Q4的漏极均与MOS管Q2的源极连接，所述MOS管Q4的栅极通过电阻R15与控制IC的第十八引脚DL2连接，所述MOS管Q4的源极接地。具体的，在H桥的拓扑中，在进行降压转换时，每个周期主要包括以下阶段：电感充电阶段，所述Buck-Boost单元中的MOS管Q1、MOS管Q2导通，MOS管Q3、MOS管Q4断开，此时功率电感L4开始充电；电感续流阶段，所述Buck-Boost单元中的MOS管Q2、MOS管Q3导通，MOS管Q1、MOS管Q4断开，此时功率电感L4开始放电；经过上述电感充电阶段和电感放电阶段，可以使所述Buck-Boost单元实现降压转换。
在进行升压转换时，每个周期主要包括以下阶段：电感充电阶段，所述Buck-Boost单元中的MOS管Q1、MOS管Q4导通，MOS管Q2、三MOS管Q3断开，此时功率电感L4开始充电；电感续流阶段，所述Buck-Boost单元中的MOS管Q2、MOS管Q3导通，所MOS管Q1、MOS管Q4断开，此时功率电感L4开始放电；经过上述电感充电阶段和电感放电阶段，可以使所述Buck-Boost单元实现升压转换。Buck-Boost单元通过调节电感充电和放电时间的比例就能实现电压的升降压操作。H桥的拓扑还具有储能电感小的优点，在选择升压时所述功率电感L4的电感值为
Figure BDA0003990061080000131
，进一步的，所述功率电感L4的电感值选取2.2μH，只是常规的Buck-Boost电路中的电感值的不到1/10。
优选的，所述第二过流保护单元包括采样电阻器RS2，所述MOS管Q2的漏极和控制IC的第十五引脚CSP2均与采样电阻器RS2的一端连接，所述控制IC的第十四引脚CSN2、控制IC的第十三引脚OUT和第二滤波单元的输入端均与采样电阻器RS2的另一端连接。进一步的，所述第二滤波单元包括电容C24、电容C25、电容C26、电容C27和电容C28，所述电容C24的一端、电容C25的一端、电容C26的一端、电容C27的一端、电容C28的一端、电压调节单元、控制IC的第十四引脚CSN2和控制IC的第十三引脚OUT均与采样电阻器RS2的另一端连接，所述电容C24的另一端、电容C25的另一端、电容C26的另一端、电容C27的另一端和电容C28的另一端共接地。在本实施例中，第二过流保护单元连接在Buck-Boost单元与第二滤波单元之间，同样对电流起检测作用，可实现快速而可靠的短路保护，并且第一过流保护单元和第二过流保护单元互相独立不会相互影响，实习了对备用电源充电装置的输入、输出电流进行保护的同时，有利于降低电流的检测成本，还有利于缩小电流的检测时延。
优选的，所述软启动单元包括电阻R24，具体的，所述控制IC的第九引脚FSW通过电阻R24接地，在本实施例中，通过电阻R24的阻值来选择固定频率辅助振荡器确定软启动时间来保护电路，有效降低充电电路在启动过程中会造成很大的冲击电流，保护了H桥中开关器件，并提高备用电源充电装置的使用寿命
优选的，所述升压单元包括电容C15、电容C16、电阻R17、电阻R18和整流桥D10，具体的，所述功率电感L4的一端、MOS管Q3的漏极和MOS管Q1的源极均与电容C15的一端连接，所述功率电感L4的另一端、MOS管Q4的漏极和MOS管Q2的源极均与电容C16的一端连接，所述电容C15的另一端和电阻R17的一端均与整流桥D10的第一输出端连接，所述电容C16的另一端和电阻R18的一端均与整流桥D10的第二输出端连接，所述电阻R17的另一端与控制IC的第二十四引脚BST1连接，所述电阻R18的另一端与控制IC的第十九引脚BST2连接，所述整流桥D10的输入端与控制IC的第十七引脚VCC连接。在本实施例中，所述MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3和MOS管Q4优选为车规级MOS管NVMFS5C460NL，该型号的NMOS管的VGS电压不同导通内阻不一致，为了进一步降低MOS管的传导损耗，通过给电容充电来提高所述MOS管Q1与MOS管Q2的VGS电压，当MOS管Q1断开时，电源电压VCC给电容C15充电，当MOS管Q2断开时，电源电压VCC给电容C16充电，当MOS管Q1需要导通时，MOS管Q1的驱动电压VGS为电容C15上的电压加上VCC，当MOS管Q2需要导通时，MOS管Q2的驱动电压VGS为电容C16上的电压加上VCC，实现了减小H桥充电电路的传导损耗。
进一步的，所述电压调节单元包括电阻R22、电阻R28和电阻R30，所述电容C24的一端、电容C25的一端、电容C26的一端、电容C27的一端和电容C28的一端均与电阻R22的一端连接，所述电阻R28的一端与电阻R22的另一端连接，所述电阻R30的一端和电阻R28的另一端均与控制IC的第八引脚FB连接，所述电阻R30的另一端接地。在本实施例中，所述电阻R22、电阻R28和电阻R30组成的分压电路，对备用电源充电装置的输出端进行采样并通过电压反馈环给到控制IC的第八引脚FB以调节输出电压。
实施例五：
一种应用于如实施例一至四任意一项所述的车载LCD播放控制器备用电源系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
驱使冗余切换模块依次通过DC/DC充电模块对超级电容组充电，同时对车载LCD播放控制器进行冗余供电，并且由车载LCD播放控制器实时监控超级电容组的运行状态。
实施例六：
一种应用于如实施例二至四所述任意一项的车载LCD播放控制器备用电源系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
驱使冗余切换模块依次通过DC/DC充电模块、二极管D5对超级电容组充电，同时对车载LCD播放控制器进行冗余供电；通过MCU模块实时监控串联超级电容组的运行状态，并驱使均衡单元对超级电容器进行电压均衡；驱使MCU单元通过第一电压采样单元检测到车载LCD播放控制器与冗余切换模块之间是否断路，若是，则通过MCU单元块驱使开关单元闭合，超级电容组开始通过二极管D4对车载LCD播放控制器供电，同时通过二极管D3和二极管D5防止超级电容组对前端的DC/DC充电模块以及冗余切换模块进行放电，若否，则通过MCU单元块驱使开关单元断路，使得超级电容组处于充电状态。
实施例七：
一种应用于如实施例三至四所述任意一项所述的车载LCD播放控制器备用电源系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
驱使冗余切换模块依次通过DC/DC充电模块、二极管D5和缓冲单元对超级电容组进行充电，同时对车载LCD播放控制器进行冗余供电，其中缓冲单元抑制充电过程中电流突变及减小电源纹波的作用；通过MCU模块实时监控串联超级电容组的运行状态，并驱使均衡单元对超级电容器进行电压均衡；驱使MCU单元通过第一电压采样单元检测到车载LCD播放控制器与冗余切换模块之间是否断路，若是，则通过MCU单元块驱使开关单元闭合，超级电容组开始通过缓冲单元和二极管D4对车载LCD播放控制器供电，其中缓冲单元抑制放电过程中电流突变及减小电源纹波的作用，同时通过二极管D3和二极管D5防止超级电容组对前端的DC/DC充电模块以及冗余切换模块进行放电，若否，则通过MCU单元块驱使开关单元断路，使得超级电容组处于充电状态。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种车载LCD播放控制器备用电源系统，其特征在于：包括冗余切换模块、DC/DC充电模块和超级电容组模块，所述冗余切换模块的输出端和超级电容组模块的输出端均与车载LCD播放控制器的输入端连接，所述超级电容组模块的输入端通过DC/DC充电模块与冗余切换模块的输出端连接。
2.如权利要求1所述的车载LCD播放控制器备用电源系统，其特征在于：所述超级电容组模块包括若干超级电容串联而成的超级电容组，每一超级电容上连接有均衡单元，所述车载LCD播放控制器与超级电容组之间连接ADC电压采样单元，所述超级电容组的输入端与DC/DC充电模块的输出端连接，所述冗余切换模块的输出端和车载LCD播放控制器的输入端均与超级电容组的输出端连接。
3.如权利要求2所述的车载LCD播放控制器备用电源系统，其特征在于：所述均衡单元包括超级电容管理芯片U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、MOS管Q1和发光二极管LED1，所述超级电容的正极、电阻R1的一端、电阻R2的一端、电阻R3的一端、电阻R4的一端和电阻R5的一端均与超级电容管理芯片U1的第一引脚VDD连接，所述超级电容的负极和发光二极管LED1的负极均与超级电容管理芯片U1的第二引脚GND连接，所述电阻R1的另一端与超级电容管理芯片U1的第三引脚SEL连接，所述电阻R6的一端与超级电容管理芯片U1的第四引脚LED连接，所述电阻R7的一端和MOS管Q1的栅极均与超级电容管理芯片U1的第五引脚IOUT连接，所述电阻R2的另一端、电阻R3的另一端、电阻R4的另一端和电阻R5的另一端均与MOS管Q1的漏极连接，所述电阻R6的另一端、电阻R7的另一端和发光二极管LED1的正极均与MOS管Q1的源极连接。
4.如权利要求1所述的车载LCD播放控制器备用电源系统，其特征在于：所述冗余切换模块包括二极管D1和二极管D2，所述二极管D1的正极连接有第一电源，所述二极管D2的正极连接有第二电源，所述DC/DC充电模块的输入端的正极、车载LCD播放控制器的输入端的正极和二极管D2的负极均与二极管D1的负极连接，所述第二电源的负极、DC/DC充电模块的输入端的负极、车载LCD播放控制器的输入端的负极均与第一电源的负极连接。
5.如权利要求4所述的车载LCD播放控制器备用电源系统，其特征在于：还包括二级管组，所述二级管组包括二极管D3、二极管D4和二极管D5，所述二极管D1的负极和二极管D2的负极均与二极管D3的正极连接，所述超级电容组模块的输出端与二极管D4的正极连接，所述二极管D3的负极和二极管D4的负极均与车载LCD播放控制器的输入端连接，所述DC/DC充电模块的输出端与二极管D5的正极连接，所述二极管D5的负极与超级电容组模块的输入端连接。
6.如权利要求5所述的车载LCD播放控制器备用电源系统，其特征在于：还包括MCU模块，所述MCU模块包括开关单元、第一电压采样单元、第二电压采样单元、通讯单元和MCU单元，所述二极管D4的负极通过开关单元与车载LCD播放控制器的输入端连，所述二极管D1的负极和二极管D3的正极均与第一电压采样单元的检测端连接，所述第二电压采样单元的检测端与超级电容组模块连接，所述第一电压采样单元的输出端、第二电压采样单元的输出端和开关单元均与MCU单元连接，所述MCU单元的通讯端通过通讯单元与车载LCD播放控制器连接。
7.如权利要求6所述的车载LCD播放控制器备用电源系统，其特征在于：还包括缓冲单元，所述二极管D4的正极、极管D5的负极和超级电容组模块均与缓冲单元连接；
其中所述缓冲单元为绕线电感或金属铝壳电阻。
8.一种应用于如权利要求1-7任意一项所述的车载LCD播放控制器备用电源系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
驱使冗余切换模块依次通过DC/DC充电模块对超级电容组充电，同时对车载LCD播放控制器进行冗余供电，并且由车载LCD播放控制器实时监控超级电容组的运行状态。
9.一种应用于如权利要求6-7任意一项所述的车载LCD播放控制器备用电源系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
驱使冗余切换模块依次通过DC/DC充电模块、二极管D5对超级电容组充电，同时对车载LCD播放控制器进行冗余供电；通过MCU模块实时监控串联超级电容组的运行状态，并驱使均衡单元对超级电容器进行电压均衡；驱使MCU单元通过第一电压采样单元检测到车载LCD播放控制器与冗余切换模块之间是否断路，若是，则通过MCU单元块驱使开关单元闭合，超级电容组开始通过二极管D4对车载LCD播放控制器供电，同时通过二极管D3和二极管D5防止超级电容组对前端的DC/DC充电模块以及冗余切换模块进行放电，若否，则通过MCU单元块驱使开关单元断路，使得超级电容组处于充电状态。
10.一种应用于如权利要求7所述的车载LCD播放控制器备用电源系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
驱使冗余切换模块依次通过DC/DC充电模块、二极管D5和缓冲单元对超级电容组进行充电，同时对车载LCD播放控制器进行冗余供电，其中缓冲单元抑制充电过程中电流突变及减小电源纹波的作用；通过MCU模块实时监控串联超级电容组的运行状态，并驱使均衡单元对超级电容器进行电压均衡；驱使MCU单元通过第一电压采样单元检测到车载LCD播放控制器与冗余切换模块之间是否断路，若是，则通过MCU单元块驱使开关单元闭合，超级电容组开始通过缓冲单元和二极管D4对车载LCD播放控制器供电，其中缓冲单元抑制放电过程中电流突变及减小电源纹波的作用，同时通过二极管D3和二极管D5防止超级电容组对前端的DC/DC充电模块以及冗余切换模块进行放电，若否，则通过MCU单元块驱使开关单元断路，使得超级电容组处于充电状态。
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