CN201750208U - 带备用蓄电池的嵌入式设备双电源自动切换电路 - Google Patents

带备用蓄电池的嵌入式设备双电源自动切换电路 Download PDF

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Abstract

一种带备用蓄电池的嵌入式设备双电源供电自动切换电路,由AC/DC市电220V转换模块与备用蓄电池两套供电电源组成,嵌入式设备的MCU通过数字端口I/O1检测市电的供电状态,通过数字端口I/O2及光耦将控制信号连接到继电器的线圈,备用蓄电池的电量检测信号连接到MCU的ADC1模拟端口,由嵌入式设备MCU完成市电供电状态及蓄电池电量的自动检测,实现双电源供电的自动切换。本实用新型可实现备用蓄电池的充、放电智能控制,并保证在市电掉电或断开时对嵌入式设备不产生供电间隙,提高户外无人值守嵌入式设备供电的可靠性。

Description

带备用蓄电池的嵌入式设备双电源自动切换电路
技术领域
本实用新型涉及嵌入式设备的电源控制电路系统,尤其涉及带备用蓄电池的双电源供电自动切换电路。在市电供电时,蓄电池可处于充电状态或放电抑制状态,当市电掉电或断开时,蓄电池能够自动快速为嵌入式设备提供电源。
背景技术
随着嵌入式技术的飞速发展,现今对嵌入式设备性能的要求越来越高,对嵌入式设备供电电源的可靠性要求也越来越高,尤其是对于一些户外使用、无人值守的实时信息采集或实时控制的嵌入式设备,如果供电电源突然中断,极易造成重要信息的遗失或造成整个控制系统的崩溃,造成不可挽回的损失。
为了防止上述情况的发生,对一些重要的嵌入式设备,除了用规定的市电作为主要电源外,还经常提供蓄电池作为备用电源。当市电掉电或断开而中断对嵌入式设备的供电时,需要通过一个电源回路切换开关将嵌入式设备的供应电源切换至蓄电池备用电源,当市电恢复正常时,切换开关将供电电源重新切换至市电电源,而当蓄电池电量不足时,需要通过市电完成对蓄电池的充电。目前,对于双电源供电的嵌入式设备,一般是选配电源管理模块,通过集成的电源管理软件来完成双电源的选择和切换,增加了硬件成本;而常规的双电源切换控制装置系统仅为实现双电源切换,若用于带备用蓄电池的双电源供电管理,当市电正常供电而切断蓄电池后,充电管理不方便,若市电和蓄电池同时供电,则又使得备用蓄电池电源失去备用功能,而且常规的双电源切换控制装置一般采用逻辑门电路,所需的电子元器件数目较多,进行双电源切换电路板开发成本高,从而造成整体使用成本也较高。
发明内容
为了克服常规双电源切换装置的上述缺陷,本实用新型提供一种带备用蓄电池的嵌入式设备双电源自动切换电路,该电路将电源模块和嵌入式设备的微处理器联系在一起,通过微处理器的智能控制对蓄电池的运行状态进行管理,解决了市电掉电或断开时的自动切换,还可以完成蓄电池电量的实时检测与充电管理。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案如下。
本实用新型的双电源供电自动切换电路设有两套供电电源,由AC/DC市电220V转换模块与备用蓄电池组成,由嵌入式设备的微处理器实时检测市电的供电状态以及蓄电池的电量,市电供电状态检测信号连接到MCU的I/O1数字端口,备用蓄电池的电量检测信号连接到MCU的ADC1模拟端口,并通过I/O2数字端口控制继电器线圈的通、断状态,实现备用蓄电池的充、放电管理。市电存在是蓄电池能够切换到充电状态的前提,当市电正常供电时,若检测到蓄电池电量不足,则通过控制继电器线圈导通,常开触点K2闭合,实现了蓄电池充、放电状态自动切换;在蓄电池电量充足且市电正常供电的情况下,由于VCC_C端的电位高于蓄电池的电位,可以达到抑制蓄电池放电的效果;当市电掉电或断开时,由于开关K1为常闭触点,备用蓄电池可立即为嵌入式设备提供电源,保证了在市电掉电时对嵌入式设备不产生供电间隙,实现了嵌入式设备双供电电源的快速自动切换。
本实用新型的有益效果是,对于带备用蓄电池的嵌入式设备双电源供电系统,可以在市电正常供电的情况下,实现备用蓄电池的自动充电管理,而当市电掉电或断开时,实现双电源供电的快速自动切换,为嵌入式设备提供无间隙连续供电电源。该电路结构简单,仅需利用嵌入式设备微处理器的三个引脚,成本较低。
附图说明
图1是本实用新型的电路模块连接框图;
图2是本实用新型的实施例电路原理图。
具体实施方式
现结合附图说明和具体实施方式对本实用新型进一步说明。
如图1所示,市电或蓄电池为嵌入式设备的MCU提供直流稳压电源,市电供电状态检测信号通过R2、R3、D2、Q1连接到嵌入式设备MCU的I/O1数字端口,备用蓄电池的电量检测信号连接到嵌入式设备MCU的ADC1模拟端口,继电器的控制信号连接到嵌入式设备MCU的I/O2数字端口;
如图2所示,220V市电经过变压器输出的13V直流电源连接整流桥D1,整流桥D1的输出并联平波电容C1、C2,再串联二极管D3连接到集成稳压器78H05的1号和2号脚,78H05的2号和3号脚并联电容C3和C4连接到嵌入式设备MCU的电源和接地引脚;220V市电经过变压器输出的18V直流电源经过整流桥D2和平波电容C5、C6同时连接到集成稳压电路LM317的1号脚和双光耦521_4的1号脚,双光耦521_4的8号脚为市电的状态检测输出信号,连接到嵌入式设备MCU的I/O1数字端口,同时连接到双光耦521_4的6号脚。嵌入式设备的MCU对继电器的控制信号通过I/O2数字端口通过电阻R5连接到三极管Q2的基极,Q2的集电极连接到双光耦521_4的4号脚;U4为双刀双掷电磁式继电器,1、2号脚为继电器的常开触点,对应图1中的开关K2,连接到集成稳压电路LM317的2、3号引脚,3、4号脚为继电器的常闭触点,对应图1中的开关K1,经过电阻R1和二极管D4连接到78H05的2号和1脚,5、6号脚为继电器的动刀臂,分别连接备用蓄电池的负极和正极,7、8号脚是继电器的线圈引出端,7号脚接地,8号脚经过电阻R6和电容C7连接到双光耦521_4的5号脚;电阻R9和R10分别连接备用蓄电池的正极和负极,蓄电池的分压信号连接到嵌入式设备MCU的模拟端口ADC1
如图2所示,双光耦521_4的6号脚和市电供电状态检测信号相连,若市电掉电或断开,无论三极管Q2是否导通,双光耦521_4的5号脚均没有信号输出,即嵌入式设备MCU通过I/O1数字端口发出的控制信号无效,这时继电器无法吸合,蓄电池处于强制放电状态,即市电电源正常供电是蓄电池能够切换到充电状态的前提;进一步地,在市电电源正常供电时,若嵌入式设备MCU的I/O1数字端口的控制信号为低电平,三极管Q2不导通,继电器不动作,因此,备用蓄电池保持与继电器的3、4号脚(即,常闭触点K1)连接,由于连接到VCC_C端的电位高于蓄电池的电位,可以达到抑制蓄电池放电的效果;若嵌入式设备检测到蓄电池电量不足,通过MCU的I/O1数字端口给出的控制信号为高电平,三极管Q2将导通,双光耦521_4的5号脚有信号输出,继电器得电动作,备用蓄电池从放电状态切换到充电状态。
进一步地,如图2所示,利用电磁式继电器触点吸合电流要求比较大而保持电流可以比吸合电流小的多的特点,本实用新型在继电器线圈的导通回路中增加了一个电阻R6,并在电阻R6的两端并联了一个电解电容C7。当继电器线圈处在断开状态时,电容上存储的电能通过电阻消耗;当继电器触点要吸合的时候,由于电解电容在充电的瞬间会有一个较大的冲击电流,会使继电器在这个大电流的作用下迅速吸合,而当电解电容充电结束后,相当于断开状态,此时电路通过电阻R6为继电器提供维持触点吸合的小电流,从而达到降低功耗的效果。

Claims (4)

1.一种带备用蓄电池的嵌入式设备双电源供电自动切换电路,其特征是:由AC/DC市电220V转换模块与备用蓄电池组成的两套供电电源,嵌入式设备的微处理器实时检测市电的供电状态以及备用蓄电池的电量,市电供电状态检测信号连接到嵌入式设备MCU的I/O1数字端口,备用蓄电池的电量检测信号连接到MCU的ADC1模拟端口,继电器的控制信号连接到嵌入式设备MCU的I/O2数字端口,实现市电与备用蓄电池双电源供电的自动切换,并通过控制继电器线圈的通、断状态,实现蓄电池的充、放电管理。
2.根据权利要求1所述的双电源供电自动切换电路,其特征是:备用蓄电池连接到继电器的常闭触点K1,当市电正常供电且蓄电池电量充足时,备用蓄电池处于抑制放电状态,可保证在市电掉电时对嵌入式设备不产生供电间隙。
3.根据权利要求1所述的双电源供电自动切换电路,其特征是:双光耦521_4的6号脚和市电供电状态检测信号相连,使得在市电掉电或断开时,继电器不受嵌入式设备MCU的控制,备用蓄电池处于强制放电状态,保证嵌入式设备的稳定运行。
4.根据权利要求1所述的双电源供电自动切换电路,其特征是:在继电器线圈的导通回路中串联了一个电阻R6,并在电阻R6的两端并联了一个电解电容C7,达到了降低功耗的效果。
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