CN210693553U - 一种嵌入式ups模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种嵌入式UPS模块，包括24V充电接口、锂电池、五个MOS管开关和低功耗单片机，I²C接口用于与外部主机通信。当电子设备外部电源异常断电时，本实用新型可以维持电子设备控制板继续工作10秒以上，使电子设备有足够时间完成数据存储和正常关机，降低外部电源异常断电对板载存储设备造成数据丢失的影响；本实用新型采用标准I²C接口，能够与主机通信，交换信息，更利于主控设备与本实用新型高效协同工作；因为本实用新型仅对设备核心部件供电，供电过程中不会消耗本实用新型大量电能，所以本实用新型可以小型化，易于系统集成；模块超低功耗，高效管理锂电池充放电过程使锂电池使用寿命更长。

Description

一种嵌入式UPS模块

技术领域

本实用新型涉及嵌入式供电模块技术领域，尤其涉及一种嵌入式UPS模块。

背景技术

目前重要电子设备在工作期间往往配备有不间断电源即UPS电源，当外部供电中断时，由UPS电源蓄电池经过逆变器提供电能，使设备继续正常工作，但是，常规UPS电源是给整个设备供电，往往体积较大，或不能长时间工作，当UPS电源切换不畅或UPS电池耗尽时，工作中的机械设备依然会突然断电，造成重要数据信息不能及时存储而丢失，带来损失，甚至损坏电子设备。

发明内容

本实用新型旨在解决现有技术的不足，而提供一种嵌入式UPS模块。

本实用新型为实现上述目的，采用以下技术方案：一种嵌入式UPS模块，包括24V充电接口、锂电池、五个MOS管开关和低功耗单片机，其特征在于，五个MOS管开关分别为第一MOS管开关、第二MOS管开关、第三MOS管开关、第四MOS管开关和第五MOS管开关，第一MOS管开关、第二MOS管开关、第三MOS管开关、第四MOS管开关和第五MOS管开关均与低功耗单片机连接，24V充电接口通过第一MOS管开关连有24V转12V降压模块，24V转12V降压模块通过第二MOS管开关与锂电池的输入端连接，24V转12V降压模块用于给锂电池充电，锂电池的输出端通过第五MOS管开关连有12V转5V降压模块，12V转5V降压模块通过第四MOS管开关连有法拉电容器和5V输出供电线，锂电池的输出端连有12V转3.3V降压模块，12V转3.3V降压模块与低功耗单片机连接，12V转3.3V降压模块用于给低功耗单片机供电，锂电池的输出端通过第三MOS管开关连有电压采集芯片，电压采集芯片的输出端与低功耗单片机连接，锂电池上贴合有温度传感器，温度传感器的输出端与低功耗单片机连接，低功耗单片机连有I²C接口，I²C接口用于与外部主机通信。

电压采集芯片为ADS1115芯片，ADS1115芯片属于模数转换芯片的一种，可以将采集的模拟信号转化成数字信号。

温度传感器为热敏电阻NTC温度采集传感器。

锂电池为18650电池组12V。

本实用新型的有益效果是：当电子设备外部电源异常断电时，本实用新型可以维持电子设备控制板继续工作10秒以上，使电子设备有足够时间完成数据存储和正常关机，降低外部电源异常断电对板载存储设备造成数据丢失的影响；本实用新型采用标准I²C接口，能够与主机通信，交换信息，更利于主控设备与本实用新型高效协同工作；因为本实用新型仅对设备核心部件供电，供电过程中不会消耗本实用新型大量电能，所以本实用新型可以小型化，易于系统集成；模块超低功耗，高效管理锂电池充放电过程使锂电池使用寿命更长。

附图说明

图1为本实用新型的连接框图；

图中：1-24V充电接口；2-第一MOS管开关；3-24V转12V降压模块；4-第二MOS管开关；5-12V转3.3V降压模块；6-低功耗单片机；7-I²C接口；8-温度传感器；9-电压采集芯片；10-第三MOS管开关；11-锂电池；12-12V转5V降压模块；13-第四MOS管开关；14-5V输出供电线；15-法拉电容器；16-第五MOS管开关；

以下将结合本实用新型的实施例参照附图进行详细叙述。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

如图1所示，一种嵌入式UPS模块，包括24V充电接口1、锂电池11、五个MOS管开关和低功耗单片机6，其特征在于，五个MOS管开关分别为第一MOS管开关2、第二MOS管开关4、第三MOS管开关10、第四MOS管开关13和第五MOS管开关16，第一MOS管开关2、第二MOS管开关4、第三MOS管开关10、第四MOS管开关13和第五MOS管开关16均与低功耗单片机6连接，24V充电接口1通过第一MOS管开关2连有24V转12V降压模块3，24V转12V降压模块3通过第二MOS管开关4与锂电池11的输入端连接，24V转12V降压模块3用于给锂电池11充电，锂电池11的输出端通过第五MOS管开关16连有12V转5V降压模块12，12V转5V降压模块12通过第四MOS管开关13连有法拉电容器15和5V输出供电线14，锂电池11的输出端连有12V转3.3V降压模块5，12V转3.3V降压模块5与低功耗单片机6连接，12V转3.3V降压模块5用于给低功耗单片机6供电，锂电池11的输出端通过第三MOS管开关10连有电压采集芯片9，电压采集芯片9的输出端与低功耗单片机6连接，锂电池11上贴合有温度传感器8，温度传感器8的输出端与低功耗单片机6连接，低功耗单片机6连有I²C接口7，I²C接口7用于与外部主机通信。

电压采集芯片为ADS1115芯片，ADS1115芯片属于模数转换芯片的一种，可以将采集的模拟信号转化成数字信号。

温度传感器8为热敏电阻NTC温度采集传感器。

锂电池11为18650电池组12V。

本实用新型工作时，①主控设备供电正常：主控设备开机，主控设备与本实用新型通过I²C接口7进行I²C通信，本实用新型从休眠状态被唤醒，自检后进入充电模式或待机模式。②异常断电：主控设备采集到的远端电压下降，本实用新型的法拉电容器15瞬时供电，主机中断响应，与本实用新型I²C通信，本实用新型使用锂电池11向外供电；主机存储数据后与本实用新型I²C通信，进入关机程序；主机关机完成，本实用新型对外延时断电后进入休眠模式。

本实用新型超低功耗待机。自身锂电池11电能耗尽后，当外界电源接入时本实用新型自动对锂电池11进行充电，本实用新型自动完成初始化。

本实用新型应急工作时不对整台机械设备供电，仅对设备的核心控制板进行供电，用于异常掉电后核心控制板存储数据和完成正常关机。

本实用新型能对锂电池11进行智能管理，低功耗单片机6可以实时监测锂电池11温度电压，控制充放电状态，当锂电池11充满后立即关断充电第一MOS管开关2，切断充电电源防止锂电池11过充，有利于延长锂电池寿命。当电池放电一段时间只有锂电池11电量达到设定下限时才开始充电，防止锂电池11频繁充电缩短使用寿命。

本实用新型采用标准I²C接口，能够与主机通信，交换信息，更利于主控设备与本实用新型高效协同工作。因其体积小巧，接口标准，所以易于系统集成。

该本实用新型通过24V充电接口1，第一MOS管开关2，24V转12V降压模块3，第二MOS管开关4对锂电池11进行充电；锂电池11通过12V转3.3V降压模块5对低功耗单片机6供电，低功耗单片机6为MSP430G2553低功耗单片机；低功耗低功耗单片机6通过温度传感器8采集锂电池11温度；低功耗单片机6通过电压采集芯片9经过第三MOS管开关采集锂电池11电压；低功耗单片机6通过第五MOS管开关16，12V转5V降压模块12，第四MOS管开关13向外供电。

五个MOS管开关处于关断时的作用：

第一MOS管开关2用于关断充电电源，防止锂电池11过充。

第二MOS管开关4用于关断锂电池11与24V转12V降压模块3的连接，防止锂电池11对24V转12V降压模块3反充。

第三MOS管开关10和第五MOS管开关16用于休眠模式下关断锂电池11对电压采集芯片9和12V转5V降压模块12的供电，减少耗电。

第四MOS管开关13用于关断本实用新型对外界的供电。

上述MOS管开关作用均为本实用新型节能降耗设计。

五个MOS管开关处于打开时的作用：

第一MOS管开关2和第二MOS管开关4同时打开，用于对锂电池11充电，

第三MOS管开关10和MOS管16同时打开，用于锂电池11对电压采集芯片9的供电和12V转5V降压模块12的电容等器件的预充电，缩短应急反应时间。

第四MOS管开关13打开用于本实用新型对外界快速稳定供电。

上述MOS管作用均为本实用新型快速应急反应设计。

本实用新型分5种工作状态：

①休眠状态：

本实用新型关闭锂电池11的充电电路(第一MOS管开关2，24V转12V降压电路3，第二MOS管开关4)；关闭锂电池11的放电电路(第五MOS管开关16，12V转5V降压电路12，第四MOS管开关13)；关闭锂电池11的电压采集电路(第三MOS管开关10)；关闭锂电池11的温度采集电路8；此时只有12V转3.3V降压电路5工作对低功耗低功耗单片机6正常供电，低功耗低功耗单片机6进入超低功耗模式。

②充电状态：

本实用新型12V转3.3V降压电路5工作对低功耗低功耗单片机6正常供电，低功耗低功耗单片机6处于被唤醒工作状态，打开锂电池11的电压采集电路(第三MOS管开关10)；打开锂电池11的温度采集电路8；打开锂电池11的充电电路(第一MOS管开关2，24V转12V降压电路3，第二MOS管开关4)；关闭锂电池11的放电电路(第五MOS管开关16，12V转5V降压电路12，第四MOS管开关13)。

③待机状态：

本实用新型12V转3.3V降压电路5工作对低功耗低功耗单片机6正常供电，低功耗低功耗单片机6处于被唤醒工作状态。打开锂电池11的电压采集电路(第三MOS管开关10)，打开锂电池11的温度采集电路8，打开锂电池11的放电电路(第五MOS管开关16，12V转5V降压电路12)，12V转5V降压电路12的电容等器件蓄能完毕；关闭锂电池11的充电电路(第一MOS管开关2，24V转12V降压电路3，第二MOS管开关4)；关闭锂电池11的对外供电电路(第四MOS管开关13)；随时准备开启对外供电电路(第四MOS管开关13)，对外界供电。

④供电状态：

本实用新型12V转3.3V降压电路5工作对低功耗低功耗单片机6正常供电，低功耗低功耗单片机6处于被唤醒工作状态，打开锂电池11的电压采集电路(第三MOS管开关10)；打开锂电池11的温度采集电路8；打开锂电池11的放电电路(第五MOS管开关16，12V转5V降压电路12)，

关闭锂电池11的充电电路(第一MOS管开关2，24V转12V降压电路3，第二MOS管开关4)；打开锂电池11的放电电路(第四MOS管开关13)；本实用新型通过对外供电接口14对外界供电。

⑤报警状态：

本实用新型工作在以上四种状态时，周期性采集锂电池11电压和温度，当数据异常时，立即作出相应动作，并通过I²C接口7向主控设备发出报警。

本实用新型的工作流程：

分为两种情况，一种情况是主控外部供电正常，另一种情况是主控外部突然断电。

(1)主控外部供电正常：

当主控设备开机工作后，主控与本实用新型进行I²C通信，本实用新型从休眠状态被唤醒，自检后进入充电状态或进入待机模式。

唤醒过程：本实用新型处于休眠状态的低功耗单片机6通过I²C接口7收到主控设备开机工作信号后进行中断响应主动退出休眠模式，首先进行自检包括打开第三MOS管开关10、第五MOS管开关16采集锂电池11电压，然后通过温度传感器8采集锂电池11温度，均正常后进入待机模式。

若检测到锂电池11电压不足，低功耗单片机6打开第一MOS管开关2和第二MOS管开关4对锂电池11进行充电，待充电达到设定指标后关闭第一MOS管开关2、第二MOS管开关4进入待机模式。

主控设备正常关机流程：主控设备与本实用新型I²C通信后进入关机程序；主机关机完成，本实用新型进入休眠模式。

(2)主控外部供电异常断开：

主机工作时，突然断电，主机检测到节点前电压下降，本实用新型法拉电容器15对节点后线路及时补充电能，主机与本实用新型通过I²C接口7通讯，低功单片机6从待机状态超快速进入供电状态。待主机存储数据后与本实用新型I²C通信，进入关机程序；主机关机完成，本实用新型对外延时断电后进入休眠模式。

上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种嵌入式UPS模块，包括24V充电接口(1)、锂电池(11)、五个MOS管开关和低功耗单片机(6)，其特征在于，五个MOS管开关分别为第一MOS管开关(2)、第二MOS管开关(4)、第三MOS管开关(10)、第四MOS管开关(13)和第五MOS管开关(16)，第一MOS管开关(2)、第二MOS管开关(4)、第三MOS管开关(10)、第四MOS管开关(13)和第五MOS管开关(16)均与低功耗单片机(6)连接，24V充电接口(1)通过第一MOS管开关(2)连有24V转12V降压模块(3)，24V转12V降压模块(3)通过第二MOS管开关(4)与锂电池(11)的输入端连接，24V转12V降压模块(3)用于给锂电池(11)充电，锂电池(11)的输出端通过第五MOS管开关(16)连有12V转5V降压模块(12)，12V转5V降压模块(12)通过第四MOS管开关(13)连有法拉电容器(15)和5V输出供电线(14)，锂电池(11)的输出端连有12V转3.3V降压模块(5)，12V转3.3V降压模块(5)与低功耗单片机(6)连接，12V转3.3V降压模块(5)用于给低功耗单片机(6)供电，锂电池(11)的输出端通过第三MOS管开关(10)连有电压采集芯片(9)，电压采集芯片(9)的输出端与低功耗单片机(6)连接，锂电池(11)上贴合有温度传感器(8)，温度传感器(8)的输出端与低功耗单片机(6)连接，低功耗单片机(6)连有I²C接口(7)，I²C接口(7)用于与外部主机通信。

2.根据权利要求1所述的嵌入式UPS模块，其特征在于，温度传感器(8)为热敏电阻NTC温度采集传感器。

3.根据权利要求1所述的嵌入式UPS模块，其特征在于，锂电池(11)为18650电池组12V。

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