CN205202916U - 一种不间断电源电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种不间断电源电路，包括稳压模块和储能模块，储能模块包含N个顺序串联的储能单元，一个储能单元包含并联的控制电路与储能电容，其中，N为大于或等于1的整数，N个顺序串联的储能单元依次为第一储能单元到第N储能单元；稳压模块的电压输出端与储能模块的输入端连接，储能模块的输入端与第一储能单元的输入端连接，第i储能单元的输出端与第i+1储能单元的输入端连接，第N储能单元的输出端连接到地，其中，0<i<＝(N-1)<N，i为整数；第一储能单元中储能电容的正极与储能模块的输出端连接，储能模块的输出端与稳压模块的电压输入端连接。本实用新型能够提供一种不间断电源。

Description

一种不间断电源电路

技术领域

本实用新型涉及电力电子领域，尤其涉及一种不间断电源电路。

背景技术

现有技术中，车载设备通常采用与汽车电源直接连线的方式，一旦汽车电源与车载设备的连接中断，比如汽车电源断电等，在没有外置备用电池以及充电控制电路的情况下，车载设备将因无电源供电而无法工作，从而无法保存断电时和断电后车载设备所获取的数据以及状态，以及引起车载设备的异常关机等，影响车载设备的性能。尽管在UPS(UninterruptiblePowerSupply，不间断电源)电路技术中，大多会采用外置备用电池，并配合使用IC(integratedcircuit，集成电路)器件管理电池的充放电，实现在汽车电源断开后为车载设备供电，但是通常情况下，备用电池需要占用空间较大，同时电路成本较高，此外，一些备用电池，比如锂电池，反复的充放电会影响锂电池的续航能力，因此，采用外置备用电池的方式虽然能够为车载设备提供供电电源，但不利于车载设备的小型化、也不能够实现低成本以及高耐用性的用户需求。

此外，大部分的车载设备要求稳定的供电电压，比如传统行车记录仪的监控系统需要12V或24V的稳定供电电压，汽车电源与车载设备之间直接连线的方式将导致能够汽车上能够使用的车载设备需要与具体的车型和汽车电源有一定适配性，车载设备的适用范围受到限制，不利于车载设备的大批量生产。图1示出了一种传统行车记录仪与汽车电源直接连线的场景。可以看到传统行车记录仪，在电源连接断开后，只能通过备用锂电池以及充电控制电路维持监控系统一段时间的正常工作。

因此，如何克服现有车载设备电源技术的不足，提供一种不间断电源，是业界所亟待研究和解决的问题。

实用新型内容

本实用新型提供了一种不间断电源电路，用以提供一种不间断电源。

本实用新型的一个实施例提供的一种不间断电源电路，包括稳压模块和储能模块：

储能模块包含N个顺序串联的储能单元，一个储能单元包含并联的控制电路与储能电容，其中，N为大于或等于1的整数，N个顺序串联的储能单元依次为第一储能单元到第N储能单元；

稳压模块的电压输出端与储能模块的输入端连接，储能模块的输入端与第一储能单元的输入端连接，第i储能单元的输出端与第i+1储能单元的输入端连接，第N储能单元的输出端连接到地，其中，0<i<＝(N-1)<N，i为整数；

第一储能单元中储能电容的正极与储能模块的输出端连接，储能模块的输出端与稳压模块的电压输入端连接。

其中，储能电容为一个或多个顺序串联的法拉电容。

具体地，一个储能单元中的控制电路包含稳压管D1、晶体管D2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4：

晶体管D2的发射极、第三电阻R3的一端、第一电阻R1的一端与该储能单元中的储能电容的正极相连接，作为一个储能单元的输入端；

晶体管D2的基极连接到第三电阻R3的另一端和稳压管D1的负极；晶体管D2的集电极连接到第四电阻R4的一端；第一电阻R1的另一端连接到稳压管D1的基准电压端和第二电阻R2的一端；

第四电阻R4的另一端、第二电阻R2的另一端、稳压管D1的正极与该储能单元中的储能电容的负极连接在一起，作为一个储能单元的输出端。

其中，稳压管D1为可调精度稳压管，在基准电压为2.5V时导通，导通后稳定电压为0.7V。

其中，晶体管D2为三极管或者场效应管。

优选地，稳压模块的电压输出端与储能模块的输入端之间还连接有限流电阻。

优选地，本实用新型的一个实施例提供的一种不间断电源电路还包括：第i储能单元的输出端通过滤波电容连接到地。

具体地，稳压模块中包含Buck-Boost升降压式DC/DC控制器。

进一步地，稳压模块的电压输出端还连接到外部工作电路，向外部工作电路提供稳定的输出电压；稳压模块的电压输入端还连接到外部电源电路，接收来自外部电源电路的输入电压。

具体地，本实用新型的一个实施例提供的一种不间断电源电路集成在印刷电路板上。

本实用新型的实施例提供了一种不间断电源电路，包括稳压模块和储能模块。可以看到，本实用新型提供的不间断电源电路的储能模块采用顺序串联的储能单元进行储能，每个储能单元采用储能电容储能，并由控制电路控制，因此，本实用新型提供的不间断电源电路可以集成在电路板上，成本低，此外储能电容的使用以及储能单元串联的连接方式，能够减小线性充电损耗，同时可以提高可供电压阀值，提升储能能力。本实用新型提供的不间断电源电路还采用了稳压模块，稳压模块可以为储能模块提供稳定的充电电压，并可以在储能模块向外放电时，将储能模块输出的电压转换为稳定电压输出，从而为外部设备提供不间断电源，在一定时间内维持外部设备正常工作或正常关机。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中一种传统行车记录仪与汽车电源直接连线的示意图；

图2为本实用新型的一个实施例提供的不间断电源的示意图；

图3为本实用新型的一个实施例提供的不间断电源的一个储能单元的示意图；

图4为本实用新型的一个实施例提供的一种包含4个顺序串联的储能单元的储能模块的示意图；

图5(a)为本实用新型的一个实施例提供的不间断电源电路的集成到行车记录仪的结构示意图；

图5(b)为本实用新型的一个实施例提供的不间断电源电路的集成到传统行车记录仪的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部份实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为了克服现有车载设备电源技术的不足，解决传统车载设备与汽车电源直接连线的方式所可能导致的车载设备非正常关机以及数据丢失等问题，以及备用电池方式不利于车载设备小型化、低成本以及耐用性的问题。本实用新型提出一种不间断电源电路，用以提供一种不间断电源。

本实用新型所提出的不间断电源电路能够应用到各种需要外部供电或者可以具有外部供电特性的设备的电路系统设计中，比如，以车载设备为例，通常情况下，大部分车载设备由汽车电源进行供电，而在汽车电源断电后，本实用新型所提出的不间断电源电路能够使应用了本实用新型所提出的不间断电源电路的车载设备得到一定时间内的供电电压，从而维持在汽车电源断电后的一定时间内的正常工作或完成正常关机过程。

下面结合附图，对本实用新型提出的一种不间断电源电路进行详细说明。图2示出了本实用新型的一个实施例提出的不间断电源电路，包括有稳压模块201和储能模块202。

储能模块202包含N个顺序串联的储能单元203，一个储能单元203包含并联的控制电路与储能电容，其中，N为大于或等于1的整数，N个顺序串联的储能单元203依次为第一储能单元到第N储能单元。

稳压模块201的电压输出端与储能模块202的输入端连接，储能模块202的输入端与第一储能单元的输入端连接，第i储能单元的输出端与第i+1储能单元的输入端连接，第N储能单元的输出端连接到地，其中，0<i<＝(N-1)<N，i为整数。

第一储能单元中储能电容的正极与储能模块202的输出端连接，储能模块202的输出端与稳压模块201的电压输入端连接。

具体地，稳压模块201在储能模块202的充电过程可以通过电压输出端向第一储能单元到第N储能单元提供充电电压，稳压模块201在储能模块202的放电过程通过电压输入端从第一储能单元到第N储能单元获得供电电压。

可以看到，储能模块202中采用储能单元顺序串联的方式能够使得本实用新型的一个实施例所提供的不间断电源电路能够提供的供电电压阀值取决与顺序串联的储能单元的数量，因此，采用多个储能单元顺序串联可以实现较高的可供电压阈值，使得电路的储能能力得到提升。

其中，一个储能单元203中的储能电容为一个或多个顺序串联的法拉电容。

可以看到，储能单元203中采用法拉电容顺序串联以及储能模块202中采用多个储能单元203顺序串联的方式，能够减小储能模块202在充电过程中的线性充电损耗。同样的，法拉电容顺序串联的方式也能够使得每一个储能单元的储能能力得到提升。

具体地，一个储能单元203中的控制电路可以包含稳压管D1、晶体管D2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4。

其中，晶体管D2的发射极、第三电阻R3的一端、第一电阻R1的一端与该储能单元中的储能电容的正极相连接，作为一个储能单元203的输入端。

其中，晶体管D2的基极连接到第三电阻R3的另一端和稳压管D1的负极，晶体管D2的集电极连接到第四电阻R4的一端，第一电阻R1的另一端连接到稳压管D1的基准电压端和第二电阻R2的一端。

其中，第四电阻R4的另一端、第二电阻R2的另一端、稳压管D1的正极与该储能单元中的储能电容的负极连接在一起，作为一个储能单元203的输出端。

其中，一个储能单元203中的稳压管D1为可调精度稳压管，在基准电压为2.5V时导通，导通后稳定电压为0.7V。

其中，一个储能单元203中的晶体管D2为三极管，或者场效应管。

其中，对于一个储能单元，第一电阻R1和第二电阻R2可以通过分压的作用限定该储能单元中的储能电容的最大充电电压。

可以看到，本实用新型的一个实施例提供的不间断电源电路中的每一个储能单元都可以采用分立的元器件，即稳压管D1、晶体管D2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4，对储能单元内用于储能的法拉电容做充电的电流和/或电压的均衡控制。

优选地，稳压模块201的电压输出端与储能模块202的输入端之间还连接有限流电阻。对于稳压模块201的输出稳定电压，串联的限流电阻可以起到限流及降压的作用，避免电路中的其他元器件因为过压或过流而损坏。

基于上述电路结构，对于本发实用新型的一个实施例所提供的不间断电源电路中的储能模块的具体充电过程可以描述如下：

稳压模块向储能模块提供充电电压，充电电流通过限流电阻依次流过储能模块中顺序串联的第一储能单元到第N储能单元中的第一电阻R1和第二电阻R2，第一储能单元到第N储能单元中每个储能单元的储能电容均开始充电，充电起始阶段时，每个储能单元中的稳压管D1与晶体管D2均处于关闭状态；

由于第一电阻R1与第二电阻R2限定了储能电容的最高电压，并且第一电阻R1与第二电阻R2相连接的一端同时连接到稳压管D1的基准电压端，随着对每个储能单元中储能电容的充电，每个储能单元中稳压管D1基准电压端上的电压随之升高，而由于器件差异(比如，器件电气参数等)的存在，每个储能单元的充电速度不同，因此每个储能单元中稳压管D1基准电压端上的电压达到基准电压的时刻，即储能电容完成充电的时刻可能是不同的；

而对于第一储能单元到第N储能单元中的任意一个储能单元，当该储能单元中稳压管D1基准电压端上的电压达到基准电压，该储能单元中的稳压管D1以及晶体管D2将相继导通，使得原先流向该储能单元中的第一电阻R1和第二电阻R2对该储能单元进行充电的充电电流，转而流向该储能单元中导通后的晶体管D2和第四电阻R4，再流向与该储能单元顺序串联的下一个储能单元，从而达到将该储能单元进行旁路，不再充电的效果；

当第一储能单元到第N储能单元中的每一个储能单元中的稳压管D1以及晶体管D2均被导通，电路中的电流则依次通过每一个储能单元导通后的晶体管D2与第四电阻R4流向接地端，储能模块完成充电。

图3示出了基于上述电路结构的一个储能单元的示例，该示例的储能单元中的稳压管D1为可调精度稳压管，在基准电压为2.5V时导通，导通后稳定电压为0.7V，该示例储能单元中的晶体管D2为PNP型三极管。

优选地，本实用新型的一个实施例所提出的不间断电源电路，还可以包括滤波电容，其中滤波电容可以对电路起到稳压和整流的作用。

基于图3所示的储能单元示例，图4示出了本实用新型的一个实施例提供的一种包含4个顺序串联的储能单元的储能模块：

其中的第一储能单元中包含储能电容CE1、可调精度稳压管D1、PNP型三极管D2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4，第二储能单元中包含储能电容CE2、可调精度稳压管D3、PNP型三极管D4、第一电阻R5、第二电阻R6、第三电阻R7和第四电阻R8，第三储能单元中包含储能电容CE3、可调精度稳压管D5、PNP型三极管D6、第一电阻R9、第二电阻R10、第三电阻R11和第四电阻R12，第四储能单元中包含储能电容CE4、可调精度稳压管D7、PNP型三极管D8、第一电阻R13、第二电阻R14、第三电阻R15和第四电阻R16，电路中还包括滤波电容C1、C2、C3，Vin为稳压模块电压输出端输出的稳定电压，充电电流经过限流电阻R17后流向该储能模块的输入端(节点201)，该储能模块的输出端的输出电压为Vups。

具体地，如图4所示，充电过程中，输入电压Vin最初上电时，整个电路的电流通过限流电阻R17顺序流过每个储能单元的第一电阻和第二电阻，即充电电流依次流过R17、R1、R2、R5、R6、R9、R10、R13、R14后到接地端，此时每个储能单元中的可调精度稳压管和PNP型三极管，即D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7和D8为关闭状态，充电电流对第一储能单元到第四储能单元中的储能电容CE1、CE2、CE3、CE4进行充电；随着充电的过程，每个储能单元中稳压管的基准电压端上的电压升高，即图4所示电路中节点301、节点302、节点303和节点304端的电压升高，由于器件差异，每个储能单元的充电速度存在差别，即节点301、节点302、节点303和节点304端的电压到达基准电压值的时间可能不相同，假设节点302端的电压首先达到基准电压，则第二储能单元中的D3和D4相继导通，充电电流流向节点202，通过导通后的D4和R8流向第三储能单元，对第二储能单元进行旁路不再充电，随着充电过程，节点301、节点303和节点304端的电压也相继到达基准电压值，即第一储能单元的D1和D2第一储能单元的D5和D6、第一储能单元的D7和D8也随之相继导通，充电电流不再对稳压管与晶体管均导通后的储能单元不再充电，当第一储能单元到第四储能单元中的D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7和D8均为导通状态后，图4所示的储能模块完成充电过程，充电电流将通过D2、R4、D4、R8、D6、R12、D8和R16连接到接地端。

优选地，本实用新型的一个实施例所提出的不间断电源电路中的稳压模块201中可以包含Buck-Boost升降压式DC/DC控制器。

其中，Buck-BoostDC/DC(直流/直流)控制器可以将一定范围内的输入电压转换为稳定的输出电压，是一种输出电压为稳定电压，并且输出电压既可低于输入电压，也可高于输入电压的单管非隔离式DC/DC控制器，其主电路可以由开关管、二极管、电感和电容等构成。

进一步地，稳压模块201还可以包括输出控制电路，使得在储能模块202需要进行充电时，稳压模块201的电压输出端向储能模块202的输入端输出充电电压，其它时刻稳压模块201的电压输出端对储能模块202不输出充电电压；稳压模块201还可以包括输入控制电路，使得需要储能模块202进行供电时，稳压模块201的电压输入端从储能模块202的输出端获取供电电压，其它时刻稳压模块201的电压输入端不向储能模块202获取供电电压。

具体地，本实用新型的一个实施例所提出的不间断电源电路中的稳压模块201的电压输出端还可以进一步地连接到外部工作电路，向外部工作电路提供稳定的输出电压；稳压模块201的电压输入端还可以进一步地连接到外部电源电路，接收来自外部电源电路的输入电压。

可以看到，通过包含Buck-BoostDC/DC控制器的稳压模块201可以使得在本实用新型的实施例所提出的不间断电源电路所适用的输入电压范围更广，并且能够提供稳定的输出电压。

在一些具体的实施例中，本实用新型的一个实施例所提出的一种不间断电源电路可以集成在印刷电路板上。

具体地，本实用新型的实施例所提出的不间断电源电路可以整合并集成到设备的电路系统设计中，集成有本实用新型的实施例所提出的不间断电源电路的设备，其稳压模块可以连接到该设备的工作电路，并提供与外部电源的连接接口，或者连接到与设备中用于对外部输入的供电电压进行预处理的电路单元(比如与外部电源连接的保护电路单元)等，在实际使用的时候，外部电源输入的供电电压通过该稳压模块进行稳压后，在由稳压模块输出稳定电压向工作电路供电，在外部电源断开或异常等不能正常供电的情况下，由储能模块通过稳压模块向工作电路提供一定时间内的供电电压。

以一种集成了本实用新型所提出的不间断电源电路的行车记录仪为例，图5(a)示出的行车记录仪包括有本实用新型的实施例所提供的不间断电源电路(稳压模块和储能模块)和监控系统(即工作电路)，图5(b)示出了基于图1所示的传统的行车记录仪的电路系统，按照本实用新型的实施例所提出的不间断电源电路，改进后的行车记录仪包括有本实用新型的实施例所提供的不间断断电源电路(稳压模块和储能模块)、保护电路以及监控系统(即工作电路)。

具体地，基于图5(b)所示的行车记录仪，汽车电源(即外部电源)与该行车记录仪中的保护电路进行连接，汽车电源输入的供电电压在通过保护电路后，首先输入到不间断电源电路的稳压模块，由稳压模块稳压后向行车记录仪的监控系统提供稳定的供电电压。在汽车电源正常供电的情况下，汽车电源输出3V～36V范围内的供电电压，该供电电压经保护电路输入稳压模块，稳压模块将输入的电压转换为稳定的12V输出电压输出到该行车记录仪的监控系统，使监控系统正常工作，在储能模块处于充电状态时，稳压模块可以将该稳定的12V输出电压输出到储能模块，对储能模块进行充电，直到储能模块完成充电；在汽车电源断开或异常等不能正常供电的情况下，不间断电源电路中的储能模块可以输出电压到稳压模块，由稳压模块进行稳压后输出稳定的12V电压维持该行车记录仪的监控系统在一定时间内正常工作或者执行正常关机的过程。

通过以上描述可以看出，本实用新型的实施例提供了一种不间断电源电路，包括稳压模块和储能模块，其中的储能模块采用顺序串联的储能单元进行储能，每个储能单元采用储能电容储能，由控制电路控制，控制电路采用分立元器件。因此，本实用新型的实施例提供了一种不间断电源电路可以集成在电路板上，成本低，此外储能电容的使用以及储能单元串联的连接方式，能够减小线性充电损耗，同时可以提高可供电压阀值，提升储能能力。本实用新型提供的不间断电源电路还采用了稳压模块，稳压模块可以为储能模块提供稳定的充电电压，并可以在储能模块向外放电时，将储能模块输出的电压转换为稳定电压输出，从而为外部设备提供不间断电源，在一定时间内维持外部设备正常工作或正常关机。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种不间断电源电路，其特征在于，包括稳压模块和储能模块：

所述储能模块包含N个顺序串联的储能单元，一个储能单元包含并联的控制电路与储能电容，其中，N为大于或等于1的整数，所述N个顺序串联的储能单元依次为第一储能单元到第N储能单元；

所述稳压模块的电压输出端与所述储能模块的输入端连接，所述储能模块的输入端与第一储能单元的输入端连接，第i储能单元的输出端与第i+1储能单元的输入端连接，第N储能单元的输出端连接到地，其中，0<i<＝(N-1)<N，i为整数；

所述第一储能单元中储能电容的正极与所述储能模块的输出端连接，所述储能模块的输出端与所述稳压模块的电压输入端连接。

2.如权利要求1所述的不间断电源电路，其特征在于，所述储能电容为一个或多个顺序串联的法拉电容。

3.如权利要求1所述的不间断电源电路，其特征在于，所述一个储能单元中的控制电路包含稳压管D1、晶体管D2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4：

所述晶体管D2的发射极、第三电阻R3的一端、第一电阻R1的一端与该储能单元中的储能电容的正极相连接，作为一个储能单元的输入端；

所述晶体管D2的基极连接到所述第三电阻R3的另一端和稳压管D1的负极；所述晶体管D2的集电极连接到第四电阻R4的一端；所述第一电阻R1的另一端连接到所述稳压管D1的基准电压端和第二电阻R2的一端；

所述第四电阻R4的另一端、所述第二电阻R2的另一端、所述稳压管D1的正极与该储能单元中的储能电容的负极连接在一起，作为一个储能单元的输出端。

4.如权利要求3所述的不间断电源电路，其特征在于，所述稳压管D1为可调精度稳压管，在基准电压为2.5V时导通，导通后稳定电压为0.7V。

5.如权利要求3所述的不间断电源电路，其特征在于，所述晶体管D2为三极管、或者场效应管。

6.如权利要求1所述的不间断电源电路，其特征在于，所述稳压模块的电压输出端与所述储能模块的输入端之间还连接有限流电阻。

7.如权利要求1所述的不间断电源电路，其特征在于，还包括：所述第i储能单元的输出端通过滤波电容连接到地。

8.如权利要求1所述的不间断电源电路，其特征在于，所述稳压模块中包含Buck-Boost升降压式DC/DC控制器。

9.如权利要求1所述的不间断电源电路，其特征在于，所述稳压模块的电压输出端还连接到外部工作电路，向外部工作电路提供稳定的输出电压；

所述稳压模块的电压输入端还连接到外部电源电路，接收来自外部电源电路的输入电压。

10.如权利要求1所述的不间断电源电路，其特征在于，所述不间断电源电路集成在印刷电路板上。