CN209267263U - 用于网关掉电续传的备用电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了用于网关掉电续传的备用电源，包括主电源电路、锂电池管理电路、MCU电路、锂电池保护电路和RS485通信电路，MCU电路、锂电池保护电路均连接锂电池管理电路，RS485通信电路连接MCU电路。本实用新型解决了由于电网220V电压中断后网关数据不能实时上传的问题，同时设计轻巧，便于携带，安装方便，与网关产品只需要四根信号线就能相连等特点，解决了布线施工困难，占用场地面积大的问题。

Description

用于网关掉电续传的备用电源

技术领域

本实用新型涉及一种电源技术领域，尤其涉及一种用于网关掉电续传的备用电源。

背景技术

目前，随着全世界物联网的推进，各种智能家居、智能设备、智能仪表的普及。各大产商都在争先研发智能设备，可是各智能设备之间相互通信、相互交流的通信协议和数据格式各不相同，因此会用到智能网关，网关又称之为网间连接器。

网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连。网关其实是一种充当转换重任的计算机系统设备它把收集到的智能设备上传的数据信息通过不同的通信协议、数据格式或者语音信息重新打包统一的格式，再上传到后台的服务处理平台。而网关这种数据转换设备，本身并没有配备用电源，需要给它接入主电源220V的市电或者配置专用220V转5V电源适配器。当我们市电网220V电源突然出现比较长中断时间，而此时智能设备正好在向网关传送数据时，由于网关设备的突然断电导致智能设备最后的历史数据没有上传至后台控制中心。造成数据的不完整性和有效性，导致后台控制中心并不能及时统计和分析当前智能设备的状态，对于分析和处理设备的检修和维护带来诸多的不便。

但是，现有的网关存在以下缺陷：

现有网关的备用220V电源一般由专门的储能蓄电池或者发电机来提供备用电源，这势必会带来布线施工困难，占用场地面积，增加设备额外成本，同时也会对于智能网关行业的普及起到阻碍作用。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供用于网关掉电续传的备用电源，其可有效降低智能网关使用成本。

本实用新型采用如下技术方案实现：

用于网关掉电续传的备用电源，包括主电源电路、锂电池管理电路、MCU电路、锂电池保护电路和RS485通信电路，MCU电路、锂电池保护电路均连接锂电池管理电路，RS485通信电路连接MCU电路；所述主电源电路包括共模电感T1、整流桥BR1、电容C1、电阻R1、二极管D2、开关管U3、变压器TF1、二极管D1、LC滤波电路、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、可控硅U2、光耦U1、电容C7和电容C8，共模电感T1的第一端连接市电的火线端，共模电感T1的第二端连接市电的零线端，共模电感T1的第三端连接整流桥BR1的第四端，共模电感T1的第四端连接整流桥BR1的第三端，所述电容C1的一端、所述电阻R1的一端均连接所述整流桥BR1的第二端，所述电容C1的另一端和所述电阻R1的另一端均连接所述二极管D2的负极，所述电阻R1的一端还连接变压器TF1的初级线圈的第一端，所述二极管D2的正极连接所述变压器TF1的初级线圈的第二端，所述变压器TF1的次级线圈的第一端连接所述二极管D1的正极，所述LC滤波电路的第一输入端连接所述二极管D1的负极，所述LC滤波电路的第二输入端连接所述变压器TF1的次级线圈的第二端，所述电阻R2的一端、所述电阻R3的一端、所述电阻R4的一端均连接所述LC滤波电路，所述电阻R2的另一端连接所述光耦U1的第一引脚，所述光耦U1的第一引脚、所述电阻R3的另一端、电容C7的一端均与所述可控硅U2的一端连接，所述可控硅U2的可控端、所述电容C7的另一端连接在所述电阻R4与电阻R5之间，所述电阻R4的另一端通过所述电阻R5与所述可控硅U2的另一端连接，所述开关管U3的限流端通过所述电容C8连接所述可控硅U2的另一端，开关管U3的使能端连接所述光耦U1的第四引脚，光耦U1的第三引脚和开关管U3的源极端均连接整流桥BR1的第一端；所述开关管U3的漏极端连接所述二极管D2的正极；所述LC滤波电路的第一输出端和第二输出端均连接锂电池管理电路。

进一步地，MCU电路包括MCU芯片、电阻R7、电阻R26、电阻R27、电阻R28和电容C4，所述电阻R7的一端、所述电阻R26的一端、所述电阻R27的一端、所述电阻R28的一端均与所述MCU芯片连接，所述电阻R7的另一端、所述电阻R26的另一端、所述电阻R27的另一端、所述电阻R28的另一端均通过所述电容C4接地，所述MCU芯片还与所述锂电池管理电路连接。

进一步地，所述MCU芯片的型号为STM8S003F3U。

进一步地，所述锂电池管理电路包括电池管理芯片，所述电池管理芯片的型号为BQ25895，所述电池管理芯片连接所述LC滤波电路的第一输出端和第二输出端，所述MCU芯片连接所述电池管理芯片。

进一步地，所述RS485通信电路包括驱动转换芯片U8、电阻R15和电阻R16，所述驱动转换芯片U8的通信引脚与所述MCU芯片连接，所述电阻R15的一端和所述电阻R16的一端均连接驱动转换芯片U8，所述电阻R15的另一端和所述电阻R16的另一端均接地。

进一步地，所述锂电池保护电路包括锂电池保护芯片、N-MOS管U5和N-MOS管U10所述锂电池保护芯片用于控制所述N-MOS管U5与所述N-MOS管U10的开关切换，所述锂电池保护芯片与锂电池管理芯片连接。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型解决了由于电网220V电压中断后网关数据不能实时上传的问题，同时设计轻巧，便于携带，安装方便，与网关产品只需要四根信号线就能相连等特点，解决了布线施工困难，占用场地面积大的问题。

附图说明

图1为本实用新型的用于网关掉电续传的备用电源的模块图；

图2为本实用新型的主电源电路的电路结构图；

图3为本实用新型的MCU电路的电路结构图；

图4为本实用新型的锂电池保护电路的电路结构图；

图5为本实用新型的锂电池管理电路的电路结构图；

图6为本实用新型的RS485通信电路的电路结构图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

如图1至图6所示的用于网关掉电续传的备用电源，包括主电源电路、锂电池管理电路、MCU电路、锂电池保护电路和RS485通信电路，MCU电路、锂电池保护电路均连接锂电池管理电路，RS485通信电路连接MCU电路。主电源电路变压器转换输出5V/0.5A，输出的5V电压通过锂电池管理电路内部的升压机制将供电的5V电压升压到5V/2A，并控制其充电时电流、电压的大小。通过锂电池管理电路给内置的一颗3350mhA的锂电池充电。MCU电路与锂电池管理电路通过I2C通讯实现数据交互，读取当前充放电状态。RS485通信电路与网关的RS58通信电路相连，读取网关掉电信息。并将网关的掉电信息，传送到MCU电路，MCU电路接收到RS485通信电路传送过来的掉电信息之后，识别确认是网关掉电信息之后，MCU主控电路通过RS485通信电路将掉电警告信息传到后台控制中心，并使用I2C通讯的方式与锂电池管理电路实现数据交互，锂电池管理电路一旦接收到MCU电路传过来的网关掉电信息，将自动切换到放电状态，输出5V电压给网关供电，实现网关掉电续传数据功能，解决了由于电网220V电压中断后网关数据不能实时上传的问题。

主电源电路包括共模电感T1、整流桥BR1、电容C1、电阻R1、二极管D2、开关管U3、变压器TF1、二极管D1、LC滤波电路、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、可控硅U2、光耦U1、电容C7和电容C8，共模电感T1的第一端连接市电的火线端，共模电感T1的第二端连接市电的零线端，共模电感T1的第三端连接整流桥BR1的第四端，共模电感T1的第四端连接整流桥BR1的第三端，电容C1的一端、电阻R1的一端均连接整流桥BR1的第二端，电容C1的另一端和所述电阻R1的另一端均连接二极管D2的负极，电阻R1的一端还连接变压器TF1的初级线圈的第一端，二极管D2的正极连接变压器TF1的初级线圈的第二端，变压器TF1的次级线圈的第一端连接二极管D1的正极，LC滤波电路的第一输入端连接二极管D1的负极，LC滤波电路的第二输入端连接变压器TF1的次级线圈的第二端，电阻R2的一端、电阻R3的一端、电阻R4的一端均连接LC滤波电路，电阻R2的另一端连接光耦U1的第一引脚，光耦U1的第一引脚、电阻R3的另一端、电容C7的一端均与可控硅U2的一端连接，可控硅U2的可控端、电容C7的另一端连接在电阻R4与电阻R5之间，电阻R4的另一端通过电阻R5与可控硅U2的另一端连接，开关管U3的限流端通过电容C8连接可控硅U2的另一端，开关管U3的使能端连接光耦U1的第四引脚，光耦U1的第三引脚和开关管U3的源极端均连接整流桥BR1的第一端；开关管U3的漏极端连接二极管D2的正极；LC滤波电路的第一输出端和第二输出端均连接锂电池管理电路。图1中还有电容C9，电容C8经过电容C9之后再与可控硅U2的另一端连接。

220V交流电压通过共模电感TI滤除线上干扰信号，再经过整流桥BR1将交流电转换成直流电，直流电压经过变压器变比之后输出一个5V电压。电容C2、电容C3、电感L1构成LC滤波电路，电阻R3、电阻R4、电阻R5、光耦U1、可控硅U2、开关管U3构成输出电压的反馈回路，目的是将变压器二次侧输出的5V电压信号通过固定周期振荡反馈给到变压器的一次侧，以便于变压器能够精准的输出5V电压。其中光耦U1起到隔离作用，将电信号-光信号-电信号的转变。开关管U3为MOS管，能够实现振荡周期的开关作用。

MCU电路包括MCU芯片、电阻R7、电阻R26、电阻R27、电阻R28和电容C4，电阻R7的一端、电阻R26的一端、电阻R27的一端、电阻R28的一端均与MCU芯片连接，电阻R7的另一端、电阻R26的另一端、电阻R27的另一端、电阻R28的另一端均通过所述电容C4接地，MCU芯片还与锂电池管理电路连接。MCU芯片的型号为STM8S003F3U。该型号的MCU芯片功耗低。小型封装。内置8K的Flash、10BitADC采样率，内部还有独立的晶体振荡器，支持RS485通讯和I2C通讯，作为小型化产品的主控芯片非常适用。能节约更多的外围电路，只使用一颗MCU芯片就能构成单片机的最小系统。MCU芯片通过I2C接口与锂电池管理芯片实现数据交互。由R6、R14、R18可以检测主电源电路上的5V电压是否输出正常，用以检测备用电源是否能正常充电。R7、R26、R27、R28为I²C通讯时的上拉电阻，作用于提高I²C通讯时的抗干扰的能力。

锂电池管理电路包括电池管理芯片，电池管理芯片的型号为BQ25895，电池管理芯片连接LC滤波电路的第一输出端和第二输出端，MCU芯片连接所述电池管理芯片。BQ25895的电池管理芯片是一款适用于锂电池的高度集成型5A开关模式电池充放电系统电源路径管理器件，该器件支持高输入电压快速充电模式，能够自主监测充电状态，实现过压保护、过流保护、短路保护等。并具有灵活的I2C串行接口可以与外置MCU芯片实现更高速率的数据交互。图中电阻R8、电容C16、电容C17、电阻R11构成RC滤波电路，滤除输入端的干扰。二极管D3为单向二极管，防止输出端的电压反向。电容C11、电容C12、电容C13、电容C15、电感L2构成LC滤波电路，滤除5V输出电压的干扰。

RS485通信电路包括驱动转换芯片U8、电阻R15和电阻R16，驱动转换芯片U8的通信引脚与MCU芯片连接，电阻R15的一端和所述电阻R16的一端均连接驱动转换芯片U8，电阻R15的另一端和电阻R16的另一端均接地。其中图中的MCU_RX、MCU_TX分别为MCU发送数据和接收数据。MCU_RTS为发送接收使能信号，当网关掉电后，掉电信息通过上面两组信号传送到MCU芯片内部，MCU芯片接收到了掉电信息后，再通过I2C通讯将掉电信息交互给锂电池管理IC，锂电池管理IC收到交互的数据后，启动放电程序并输出5V电压，给网关设备供电。图中U8为SN75176BDR，用于平衡传输线上面的高、低电平，防止采集到的外部数据出错。电阻R15、R16分别为上下拉电阻，用于进一步确定通讯线路上的电平，提高总线的抗干扰的能力。A+和B-为对外采集数据端口。

锂电池保护电路包括锂电池保护芯片U6、N-MOS管U5和N-MOS管U10所述锂电池保护芯片用于控制所述N-MOS管U5与所述N-MOS管U10的开关切换，所述锂电池保护芯片与锂电池管理芯片连接。U5、U10为双N-MOS管，它能有效减小锂电池放电时的损耗，提高充电时的效率。锂电池保护芯片U6为锂电池保护IC芯片它能够更好的控制双N-MOS管的开关切换。对充放电时的过压和过流起到保护作用。

上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。

Claims (6)

1.用于网关掉电续传的备用电源，其特征在于，包括主电源电路、锂电池管理电路、MCU电路、锂电池保护电路和RS485通信电路，MCU电路、锂电池保护电路均连接锂电池管理电路，RS485通信电路连接MCU电路；所述主电源电路包括共模电感T1、整流桥BR1、电容C1、电阻R1、二极管D2、开关管U3、变压器TF1、二极管D1、LC滤波电路、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、可控硅U2、光耦U1、电容C7和电容C8，共模电感T1的第一端连接市电的火线端，共模电感T1的第二端连接市电的零线端，共模电感T1的第三端连接整流桥BR1的第四端，共模电感T1的第四端连接整流桥BR1的第三端，所述电容C1的一端、所述电阻R1的一端均连接所述整流桥BR1的第二端，所述电容C1的另一端和所述电阻R1的另一端均连接所述二极管D2的负极，所述电阻R1的一端还连接变压器TF1的初级线圈的第一端，所述二极管D2的正极连接所述变压器TF1的初级线圈的第二端，所述变压器TF1的次级线圈的第一端连接所述二极管D1的正极，所述LC滤波电路的第一输入端连接所述二极管D1的负极，所述LC滤波电路的第二输入端连接所述变压器TF1的次级线圈的第二端，所述电阻R2的一端、所述电阻R3的一端、所述电阻R4的一端均连接所述LC滤波电路，所述电阻R2的另一端连接所述光耦U1的第一引脚，所述光耦U1的第一引脚、所述电阻R3的另一端、电容C7的一端均与所述可控硅U2的一端连接，所述可控硅U2的可控端、所述电容C7的另一端连接在所述电阻R4与电阻R5之间，所述电阻R4的另一端通过所述电阻R5与所述可控硅U2的另一端连接，所述开关管U3的限流端通过所述电容C8连接所述可控硅U2的另一端，开关管U3的使能端连接所述光耦U1的第四引脚，光耦U1的第三引脚和开关管U3的源极端均连接整流桥BR1的第一端；所述开关管U3的漏极端连接所述二极管D2的正极；所述LC滤波电路的第一输出端和第二输出端均连接锂电池管理电路。

2.如权利要求1所述的备用电源，其特征在于，所述MCU电路包括MCU芯片、电阻R7、电阻R26、电阻R27、电阻R28和电容C4，所述电阻R7的一端、所述电阻R26的一端、所述电阻R27的一端、所述电阻R28的一端均与所述MCU芯片连接，所述电阻R7的另一端、所述电阻R26的另一端、所述电阻R27的另一端、所述电阻R28的另一端均通过所述电容C4接地，所述MCU芯片还与所述锂电池管理电路连接。

3.如权利要求2所述的备用电源，其特征在于，所述MCU芯片的型号为STM8S003F3U。

4.如权利要求2所述的备用电源，其特征在于，所述锂电池管理电路包括电池管理芯片，所述电池管理芯片的型号为BQ25895，所述电池管理芯片连接所述LC滤波电路的第一输出端和第二输出端，所述MCU芯片连接所述电池管理芯片。

5.如权利要求2所述的备用电源，其特征在于，所述RS485通信电路包括驱动转换芯片U8、电阻R15和电阻R16，所述驱动转换芯片U8的通信引脚与所述MCU芯片连接，所述电阻R15的一端和所述电阻R16的一端均连接驱动转换芯片U8，所述电阻R15的另一端和所述电阻R16的另一端均接地。

6.如权利要求2所述的备用电源，其特征在于，所述锂电池保护电路包括锂电池保护芯片、N-MOS管U5和N-MOS管U10所述锂电池保护芯片用于控制所述N-MOS管U5与所述N-MOS管U10的开关切换，所述锂电池保护芯片与锂电池管理芯片连接。