CN209593046U - 一种基于充电电池的供电电路及气象站 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供了一种基于充电电池的供电电路及气象站，供电电路包括供电模块和用电模块；供电模块包括充电电池、电源以及分别与所述电源连接的供电管理单元、充电检测单元和电压控制单元；所述用电模块包括状态识别单元和用电设备。充电检测单元用于检测充电电池的充电状态并输出控制信号至电压控制单元，电压控制单元用于根据控制信号控制供电管理单元的输出端输出不同电压值的电压；状态识别单元用于检测供电管理单元的输出端的电压值，并输出用于指示充电电池的充电状态的指示信号至用电设备，用电设备获知充电电池的充电状态，并调整自身的工作模式，对用电设备进行合理的用电管理，同时避免充电电池过放，提高充电电池的使用寿命。

Description

一种基于充电电池的供电电路及气象站

技术领域

本实用新型涉及供电设备技术领域，尤其涉及一种基于充电电池的供电电路及气象站。

背景技术

气象站是一种可集成监测多项气象要素的观测系统，可采集温度、湿度、风向、雨量、气压、光照度、图片等多项信息并做公告和趋势分析。

气象站设置于户外，通常远离市电，为了保证气象站有足够的电能对气象站上的用电设备供电，在气象站上通常设置有充电电池，并通过气象站上的太阳能电池板或者适配器对充电电池充电。目前的供电系统中，为方便布线，一般使用两线(地线，电源线)供电方式为用电设备供电。

但由于使用两线(地线，电源线)供电，当采用太阳能电池板供电时，会缺少充电电池的充电状态的指示线，进而，用电设备无法获知充电电池的充电状态，导致用电设备不能根据充电电池的充电状态调整自身的工作模式，同时还会导致充电电池过放，影响充电电池的充放电效果和使用寿命，严重时可能会发生安全事故。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种基于充电电池的供电电路及气象站，解决了用电模块采用两线供电时，用电设备无法获知充电电池的充电状态的问题，使得用电设备能够根据充电电池的充电状态调整自身的工作模式，对用电设备进行合理的用电管理，同时避免充电电池过放，提高充电电池的使用寿命。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种基于充电电池的供电电路，包括供电模块和用电模块；

所述供电模块包括充电电池、电源以及分别与所述电源连接的供电管理单元、充电检测单元和电压控制单元；

所述充电检测单元分别与所述充电电池和所述电压控制单元连接，所述充电检测单元用于检测所述充电电池的充电状态并输出控制信号至所述电压控制单元；

所述电压控制单元与所述供电管理单元连接，所述电压控制单元用于根据所述控制信号控制所述供电管理单元的输出端输出不同电压值的电压；

所述用电模块包括状态识别单元和用电设备；

所述状态识别单元分别与所述供电管理单元的输出端和所述用电设备连接，所述状态识别单元用于检测所述供电管理单元的输出端的电压值，并输出用于指示所述充电电池的充电状态的指示信号至所述用电设备。

可选的，所述电源包括太阳能电池板。

可选的，所述供电管理单元包括第一变压器和分压电路；

所述第一变压器的输入端与所述电源连接，所述第一变压器的输出端与所述分压电路的输入端连接，所述分压电路的输出端作为所述供电管理单元的输出端，所述分压电路的控制端与所述电压控制单元的输出端连接，所述分压电路在所述电压控制单元的控制下输出不同电压值的电压。

可选的，所述分压电路包括第一电阻、第二电阻和第三电阻，所述第一电阻的一端与所述第一变压器的输出端连接，所述第一电阻的另一端与所述供电管理单元的输出端连接，所述第一电阻与所述第一变压器的公共节点通过所述第二电阻接地，并且通过所述第三电阻与所述电压控制单元的输出端连接。

可选的，所述电压控制单元包括电子开关，所述电子开关的控制端与所述充电检测单元的输出端连接，所述电子开关的第一端与所述分压电路的控制端连接，所述电子开关的第二端接地，所述电子开关根据所述充电检测单元输出的控制信号控制所述第一端与所述第二端导通或者截止，以控制所述分压电路输出不同的电压值的电压。

可选的，所述电子开关为三极管或者MOS管。

可选的，所述状态识别单元包括电压比较器；

所述电压比较器的第一输入端与所述供电管理单元的输出端连接，所述电压比较器的第二输入端用于输入参考电压，所述电压比较器的输出端与所述用电设备连接。

可选的，所述用电模块还包括用电管理单元，所述用电管理单元分别与所述供电管理单元的输出端与所述用电设备连接，用于将所述供电管理单元输出的电压转换为所述用电设备的工作电压。

可选的，所述用电管理单元包括第二变压器、第五电阻和第六电阻；

所述第五电阻的一端与所述第二变压器的输出端连接，所述第五电阻的另一端作为所述用电管理单元的输出端，所述第五电阻与所述第二变压器的公共节点通过所述第六电阻接地。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种气象站，包括本实用新型任一实施例所述的基于充电电池的供电电路。

本实用新型实施例提供的基于充电电池的供电电路，在供电模块端，充电检测单元用于检测充电电池的充电状态并输出控制信号至电压控制单元，电压控制单元用于根据控制信号控制供电管理单元的输出端输出不同电压值的电压；在用电模块端，状态识别单元用于检测供电管理单元的输出端的电压值，并输出用于指示充电电池的充电状态的指示信号至用电设备，用电设备获知充电电池的充电状态，并根据充电电池的充电状态调整自身的工作模式，对用电设备进行合理的用电管理，同时避免充电电池过放，提高充电电池的使用寿命。

附图说明

下面根据附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

图1为本实用新型实施例提供的一种基于充电电池的供电电路的结构框图；

图2为本实用新型实施例提供的一种基于充电电池的供电电路的电路原理图。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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实用新型中的具体含义。

图1为本实用新型实施例提供的一种基于充电电池的供电电路的结构框图，如图1所示，该基于充电电池的供电电路包括供电模块100和用电模块200。

供电模块100包括充电电池110、电源120以及分别与电源120连接的供电管理单元130、充电检测单元140和电压控制单元150。

其中，电源120可以是太阳能电池板，也可以是其他通过适配器连接的电源设备；充电电池110可以是可充电的锂离子电池或其他类型的可充电电池，本实用新型实施例对电源和充电电池的类型不加以限制。充电检测单元140分别与充电电池110和电压控制单元150连接，充电检测单元140用于检测充电电池110的充电状态并输出控制信号至电压控制单元150，例如，在检测到充电电池充电时输出高电平信号，在检测到充电电池放电时输出低电平信号。

电压控制单元150与供电管理单元130连接，电压控制单元150用于根据控制信号控制供电管理单元130的输出端输出不同电压值的电压。

用电模块200包括状态识别单元210和用电设备220。

状态识别单元210分别与供电管理单元130的输出端和用电设备220连接，状态识别单元210用于检测供电管理单元130的输出端的电压值，并输出用于指示充电电池110的充电状态的指示信号至用电设备220。

本实用新型实施例的基于充电电池的供电电路的工作原理如下：

在供电模块100端，电源120用于对充电电池110和供电管理单元130供电，充电检测单元140检测充电电池110是否处于充电状态，若是，则充电检测单元140输出第一控制信号至电压控制单元150，电压控制单元150根据该第一控制信号，控制供电管理单元130输出第一电压；若否，则充电检测单元140输出第二控制信号至电压控制单元150，电压控制单元150根据该第二控制信号，控制供电管理单元130输出第二电压。

在用电模块200端，状态识别单元210用于检测供电管理单元130的输出端的电压值，若检测到供电管理单元130输出第一电压，则状态识别单元210输出第一指示信号至用电设备220，用电设备220根据该第一指示信号向用户反馈充电电池110正在充电；若检测到供电管理单元130输出第二电压，则状态识别单元210输出第二指示信号至用电设备220，用电设备220根据该第二指示信号向用户反馈充电电池110未在充电。

用电设备220在获知充电电池110的充电状态后，可以调整自身的工作模式，示例性的，用电设备220在获知充电电池110正在充电时，可以关闭功耗较高的功能，进入低功耗模式或休眠模式，在充电电池110充满或接近充满时，开启功耗较高的功能，进入正常工作模式，进而对用电设备进行合理的用电管理。此外，充电电池110正在充电时，进入低功耗模式或休眠模式，充电电池110的充电速度更快，能以更短的时间将充电电池110充满；进入低功耗模式或休眠模式，减少用电量，也能避免充电电池110过放，提高充电电池110的使用寿命。

本实用新型实施例提供的基于充电电池的供电电路，在供电模块端，充电检测单元用于检测充电电池的充电状态并输出控制信号至电压控制单元，电压控制单元用于根据控制信号控制供电管理单元的输出端输出不同电压值的电压；在用电模块端，状态识别单元用于检测供电管理单元的输出端的电压值，并输出用于指示充电电池的充电状态的指示信号至用电设备，用电设备获知充电电池的充电状态，并根据充电电池的充电状态调整自身的工作模式，对用电设备进行合理的用电管理，同时避免充电电池过放，，提高充电电池的使用寿命。

图2为本实用新型实施例提供的一种基于充电电池的供电电路的电路原理图。

如图2所示，供电管理单元130包括第一变压器U1和分压电路M。

其中，第一变压器U1的输入端VIN与电源120连接，第一变压器U1的输出端FB与分压电路M的输入端连接，分压电路M的输出端作为供电管理单元130的输出端，分压电路M的控制端与电压控制单元150的输出端连接，第一变压器U1用于将电源120的电压VBAT转换为预设的、稳定的电压；分压电路M用于在电压控制单元150的控制下以在供电管理单元130的输出端输出不同电压值的电压。

在本实用新型的一个实施例中，供电管理单元130还包括去耦电容C1和C2、滤波电感L1，去耦电容C1的一端与第一变压器U1的输入端VIN连接，另一端接地；去耦电容C2的一端与供电管理单元130的输出端连接，另一端接地；滤波电感L1连接在第一变压器U1的输出端LX和供电管理单元130的输出端之间。去耦电容C1和C2分别用于滤除电源120输入的信号中的高频噪声和滤除供电管理单元130输出的信号中的高频噪声，起到抗干扰的作用。

在本实用新型的一个实施例中，分压电路M包括第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3，第一电阻R1的一端与第一变压器U1的输出端FB连接，第一电阻R1的另一端与供电管理单元130的输出端连接，第一电阻R1与第一变压器U1的公共节点通过第二电阻R2接地，并且通过第三电阻R3与电压控制单元150的输出端连接。

如图2所示，在本实用新型的可选实施例中，电压控制单元150包括电子开关Q1，电子开关Q1的控制端与充电检测单元140的输出端连接，电子开关Q1的第一端与分压电路M的控制端，即第三电阻R3连接，电子开关Q1的第二端接地，电子开关Q1根据充电检测单元140输出的控制信号控制第一端与第二端导通或者截止，以控制分压电路M输出不同的电压值的电压。

在实际应用中，电子开关Q1可以为三极管或MOS管，示例性的，在本实用新型实施例中，电子开关Q1为NMOS管。

在本实用新型的一个实施例中，电压控制单元150还包括下拉电阻R4，下拉电阻R4连通NMOS管的栅极和源极。由于场效应管的G-S极间的电阻值较大，当有少量静电时，G-S极间的等效电容两端产生高电压，有可能使场效应管产生误动作，甚至击穿其G-S极，通过下拉电阻连接栅极与源极把静电泻放掉，从而起到了保护场效应管的作用。

为了使得本领域技术人员更清楚地理解本实用新型实施例，以电子开关Q1为NMOS管为示例，对本实用新型中供电模块100的工作原理进行说明，本示例中供电模块100的工作原理如下：

第一变压器U1用于将自电源120输入的电压转换为预设的、稳定的电压Urf，以对充电电池110和供电管理单元130供电。

充电检测单元140用于检测充电电池110的充电状态，在充电电池110在充电时，充电检测单元140输出高电平的控制信号，NMOS管的栅极接收到高电平的控制信号，使得源极和漏极导通，进而使得电阻R3接地，分压电路M中，R2和R3并联，此时供电管理单元130的输出电压VCC为：

其中，Urf为第一变压器U1的输出端FB输出的电压。

在充电电池110没有在充电时，充电检测单元140输出低电平的控制信号，NMOS管的栅极接收到低电平的控制信号，源极和漏极截止，进而使得第三电阻R3被断路，分压电路M中，第三电阻R3对供电管理单元130的输出电压VCC无作用，此时供电管理单元130的输出电压VCC为：

由于第三电阻R3不能为0且取有限值，故第二电阻R2大于所以VCC1大于VCC2。因此，当充电电池110正在充电时，供电模块100对外输出电压VCC1，当充电电池110不充电时，供电模块100对外输出VCC2，且VCC1大于VCC2。

以上以电子开关Q1为NMOS管作为示例对供电模块100的工作原理进行了说明，在实际应用中，电子开关Q1也可以是PMOS管或者三极管等电子开关管。

在本实用新型的一个实施例中，用电模块200还包括用电管理单元230，用电管理单元230分别与供电管理单元130的输出端与用电设备220连接，用于将供电管理单元130输出的电压转换为用电设备220的工作电压VDD。

其中，用电管理单元230可以包括第二变压器U2、第五电阻R5和第六电阻R6。

第五电阻R5的一端与第二变压器U2的输出端FB连接，第五电阻R5的另一端作为用电管理单元230的输出端，第五电阻R5与第二变压器U2的公共节点通过第六电阻R6接地。

在实际应用中，用电管理单元230还可以包括去耦电容C3和C4、滤波电感L2，去耦电容C3的一端与第二变压器U2的输入端VIN连接，另一端接地；去耦电容C4的一端与用电管理单元230的输出端连接，另一端接地；滤波电感L2连接在第二变压器U2的输出端LX和用电管理单元230的输出端之间。去耦电容C3和C4分别用于滤除供电管理单元130输入的信号中的高频噪声和滤除用电管理单元230输出的信号中的高频噪声，起到抗干扰的作用。

在本实用新型的一个实施例中，状态识别单元210包括电压比较器U3，电压比较器U3的第一输入端与供电管理单元130的输出端连接，电压比较器U3的第二输入端用于输入参考电压Vrf，参考电压Vrf设置为VCC2和VCC1之间的电压值，为电压比较器U3的输出端与用电设备220的指示信号输入端GPIO连接。

在本实用新型的可选实施例中，状态识别单元210还包括第七电阻R7、第八电阻R8和第九电阻R9。其中，第七电阻R7的一端与用电管理单元230的输出端连接，第七电阻R7的另一端与电压比较器U3的第二输入端连接，第七电阻R7与电压比较器U3的公共节点与第八电阻R8的一端连接，第八电阻R8的另一端接地，第九电阻R9连接在电压比较器U3的输出端和用电设备220的指示信号输入端GPIO之间。电压比较器U3的电源输入端与用电管理单元230的输出端连接，电压比较器U3的接地端接地。第九电阻R9用于将电压比较器U3输出的电平调整至用电设备220的可检测电平范围。

参考电压可以通过调节第七电阻R7和第八电阻R8的阻值，使得VCC2＜Vrf＜VCC1。

以下结合图2对本实用新型实施例的用电模块200的工作原理如下：

如图2所示，第二变压器U2用于将自供电管理单元130输入的电压VCC转换为稳定的工作电压VDD，以对用电设备220供电。

电压比较器U3的第一输入端接收来自供电管理单元130输入的电压VCC，当VCC＝VCC1＞Vrf时，电压比较器U3向用电设备220输出高电平的指示信号，用电设备220检测到该高电平指示信号，确定充电电池正在充电，则进入低功耗模式；当VCC＝VCC2＜Vrf时，电压比较器U3向用电设备220输出低电平的指示信号，用电设备220检测到该低电平指示信号，确定充电电池不是处于充电状态，则进入正常工作模式。

在本实用新型的一个实施例中，用电设备220还可以包括计时电路，用电设备220在检测到电压比较器U3输出的高电平的指示信号的同时，计时电路开始计时，根据该高电平的指示信号的持续时间，得到充电电池110的充电时间，进而可以知道充电电池110当前的电量。在对充电电池110充电的过程中，当充电电池110的电量大于第一预设值时(例如80％)，用电设备由低功耗模式进入正常工作模式。

本实用新型实施例还提供了一种气象站，该气象站包括本实用新型任一实施例所述的基于充电电池的供电电路。

在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理。这些描述只是为了解释本实用新型的原理，而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其它具体实施方式，这些方式都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于充电电池的供电电路，其特征在于，包括供电模块和用电模块；

所述供电模块包括充电电池、电源以及分别与所述电源连接的供电管理单元、充电检测单元和电压控制单元；

所述充电检测单元分别与所述充电电池和所述电压控制单元连接，所述充电检测单元用于检测所述充电电池的充电状态并输出控制信号至所述电压控制单元；

所述电压控制单元与所述供电管理单元连接，所述电压控制单元用于根据所述控制信号控制所述供电管理单元的输出端输出不同电压值的电压；

所述用电模块包括状态识别单元和用电设备；

所述状态识别单元分别与所述供电管理单元的输出端和所述用电设备连接，所述状态识别单元用于检测所述供电管理单元的输出端的电压值，并输出用于指示所述充电电池的充电状态的指示信号至所述用电设备。

2.根据权利要求1所述的基于充电电池的供电电路，其特征在于，所述电源包括太阳能电池板。

3.根据权利要求1所述的基于充电电池的供电电路，其特征在于，所述供电管理单元包括第一变压器和分压电路；

所述第一变压器的输入端与所述电源连接，所述第一变压器的输出端与所述分压电路的输入端连接，所述分压电路的输出端作为所述供电管理单元的输出端，所述分压电路的控制端与所述电压控制单元的输出端连接，所述分压电路在所述电压控制单元的控制下输出不同电压值的电压。

4.根据权利要求3所述的基于充电电池的供电电路，其特征在于，所述分压电路包括第一电阻、第二电阻和第三电阻，所述第一电阻的一端与所述第一变压器的输出端连接，所述第一电阻的另一端与所述供电管理单元的输出端连接，所述第一电阻与所述第一变压器的公共节点通过所述第二电阻接地，并且通过所述第三电阻与所述电压控制单元的输出端连接。

5.根据权利要求3或4所述的基于充电电池的供电电路，其特征在于，所述电压控制单元包括电子开关，所述电子开关的控制端与所述充电检测单元的输出端连接，所述电子开关的第一端与所述分压电路的控制端连接，所述电子开关的第二端接地，所述电子开关根据所述充电检测单元输出的控制信号控制所述第一端与所述第二端导通或者截止，以控制所述分压电路输出不同的电压值的电压。

6.根据权利要求5所述的基于充电电池的供电电路，其特征在于，所述电子开关为三极管或者MOS管。

7.根据权利要求1-4任一项所述的基于充电电池的供电电路，其特征在于，所述状态识别单元包括电压比较器；

所述电压比较器的第一输入端与所述供电管理单元的输出端连接，所述电压比较器的第二输入端用于输入参考电压，所述电压比较器的输出端与所述用电设备连接。

8.根据权利要求1-4任一项所述的基于充电电池的供电电路，其特征在于，所述用电模块还包括用电管理单元，所述用电管理单元分别与所述供电管理单元的输出端与所述用电设备连接，用于将所述供电管理单元输出的电压转换为所述用电设备的工作电压。

9.根据权利要求8所述的基于充电电池的供电电路，其特征在于，所述用电管理单元包括第二变压器、第五电阻和第六电阻；

所述第五电阻的一端与所述第二变压器的输出端连接，所述第五电阻的另一端作为所述用电管理单元的输出端，所述第五电阻与所述第二变压器的公共节点通过所述第六电阻接地。

10.一种气象站，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的基于充电电池的供电电路。