CN211063410U - 一种不间断后备电源 - Google Patents

Abstract

一种不间断后备电源，包括有市电输入端、与市电输入端相连的AC适配器、分别与AC适配器输出端相连的充电电池以及负载端，还包括有总控MCU、DC稳压电路、切换电路组以及检测电路；DC稳压电路通过切换电路组分别连接于AC适配器与充电电池之间、充电电池与负载端之间，通过切换电路组可对DC稳压电路的工作位置进行切换，总控MCU用于根据检测电路的数据输出对切换电路和DC稳压电路进行控制。基于以上电路的相互配合，可实现仅通过一个DC稳压电路便可以对电池充、放电进行电压电流稳定控制的效果，节约了使用成本，同时，DC稳压电路使得本电源在使用充电电池供电时同样具有稳定输出,提高了该电源的效率与使用范围。

Description

一种不间断后备电源

技术领域

本实用新型涉及PUS后备式电源技术领域，尤其是一种不间断后备电源。

背景技术

后备电源具备不间断输出的能力，对于使用锂电池的系统，电压输入输出范围宽，会超过有些系统的电压输入范围要求，而且AC适配器功率较大，不具备恒流输出能力，大电流给电池充电容易损坏电池。同时，电池作为后备电源进行输出时，其输出电压电流往往也得不到较好的控制。现有技术中，常常通过两个或多个模块来实现对电池输入和输出时的电压电流控制，大大增加了电路成本。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种不间断后备电源。

本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种不间断后备电源，包括有市电输入端、与市电输入端相连的AC适配器、分别与AC适配器输出端相连的充电电池以及负载端，还包括有总控MCU、DC稳压电路、切换电路组以及检测电路；市电经所述AC适配器通过一供电输入端V_IN+向DC稳压电路输入电流，所述DC稳压电路通过切换电路组分别连接于AC适配器与充电电池之间、充电电池与负载端之间，用于进行恒流输出，通过切换电路组可对DC稳压电路的工作位置进行切换，所述总控MCU的输入端与检测电路相连，总控MCU的输出端与切换电路和DC稳压电路相连，所述总控MCU用于根据检测电路的数据输出对切换电路和DC稳压电路进行控制。

优选的，所述切换电路组由电池充电切换电路组、电池放电切换电路以及稳压放电切换电路组组成，且所述电池充电切换电路组、电池放电切换电路以及稳压放电切换电路组分别由若干结构完全相同的切换电路组成。

优选的，所述切换电路的通断通过开关管进行控制，所述开关管的基极与主控MCU的输出引脚11-16相连。

优选的，所述切换电路包括有电池充电切换电路、电池放电切换电路、稳压放电切换电路；所述电池充电切换电路包括有第一电池充电切换电路、第二电池充电切换电路以及第三电池充电切换电路，所述稳压放电切换电路包括有第一稳压放电切换电路、第二稳压放电切换电路。

优选的，所述第一电池充电切换电路连接于供电输入端V_IN+与DC稳压电路输入端VIN之间，所述第二电池充电切换电路连接于DC稳压电路输出端VOUT与充电电池正极BAT+之间，所述第三电池充电切换电路连接于供电输入端V_IN+与负载端V_OUT之间；所述电池放电切换电路组连接于充电电池正极BAT+与负载端V_OUT之间；所述第一稳压放电切换电路连接于充电电池正极BAT+与DC稳压电路输入端VIN之间，所述第二稳压放电切换电路连接于DC稳压电路输出端VOUT与负载端V_OUT之间。

优选的，所述不间断后备电源还包括有太阳能板，所述太阳能板的输出端通过DC稳压电路与充电电池相连，所述太阳能板用于太阳能供电。

优选的，所述检测电路分为第一电流检测电路与第二电流检测电路。

优选的，所述第一电流检测电路用于对DC稳压电路的输入电流进行采样，第一电流检测电路的输出端CH1与主控MCU的输入引脚2相连；所述第二电流检测电路用于对DC稳压电路的输出电流进行采样，第二电流检测电路的输出端CH2与主控MCU的输入引脚3相连。

优选的，所述充电电池连有一电池保护芯片，所述电池保护芯片可对充电电池进行充/放电过压、过流保护。

优选的，所述不间断后备电源还设有辅助供电电路，用于对总控MCU以及检测电路进行供电。

本实用新型的优点和积极效果是：

1、基于DC稳压电路与切换电路的相互配合，在电池充电时，DC稳压电路可对电池充电电压电流进行恒流限制，在电池放电时，通过切换电路令DC稳压电路对电池放电电流进行恒流限制，从而实现仅通过一个DC稳压电路便可以对电池充、放电进行电压电流控制的效果，大大节省了成本。

2、本实用新型在电池放电时的输出端连接有DC稳压电路，从而可以匹配对电压输入精度要求高的设备,从而提高了该电源的效率与使用范围。

3、本实用新型可兼容市电或者太阳能电池板发电，并集成了MPPT最大功率点跟踪的功能，从而提高了本电源的功能性。

附图说明

图1是本实用新型的工作流程图；

图2是本实用新型的主控MCU的电路示意图；

图3是本实用新型的切换电路组的电路示意图；

图4是本实用新型的DC稳压电路的电路示意图；

图5是本实用新型的检测电路的电路示意图；

图6是本实用新型的电池保护芯片的电路示意图；

图7是本实用新型的辅助供电电路的电路示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型实施例做进一步详述：

如图1、图2、图3、图4、图5所示，本实用新型提供一种不间断后备电源，包括有市电输入端、与市电输入端相连的AC适配器、分别与AC适配器输出端相连的充电电池以及负载端，还包括有总控MCU、DC稳压电路、切换电路组以及检测电路；市电经所述AC适配器通过一供电输入端V_IN+向DC稳压电路输入电流，所述DC稳压电路通过切换电路组分别连接于AC适配器与充电电池之间、充电电池与负载端之间，用于进行恒流输出，通过切换电路组可对DC稳压电路的工作位置进行切换，所述总控MCU的输入端与检测电路相连，总控MCU的输出端与切换电路和DC稳压电路相连，所述总控MCU用于根据检测电路的数据输出对切换电路和DC稳压电路进行控制。

具体地，在本实用新型的一个实施例中，所述不间断后备电源可在有市电输入时，通过市电为负载进行供电，并同时通过市电为充电电池进行充电，当市电断开后，所述充电电池进行放电继续为负载提供电压以保证负载能正常工作。

进一步地，如图3所示，所述切换电路组由电池充电切换电路组、电池放电切换电路以及稳压放电切换电路组组成，且所述电池充电切换电路组、电池放电切换电路以及稳压放电切换电路组分别由若干结构完全相同的切换电路组成。

进一步地，如图1、图2、图3所示，所述切换电路的通断通过开关管进行控制，所述开关管的基极与主控MCU的输出引脚11-16相连。

进一步地，如图2所示，所述切换电路包括有电池充电切换电路、电池放电切换电路、稳压放电切换电路；所述电池充电切换电路包括有第一电池充电切换电路、第二电池充电切换电路以及第三电池充电切换电路，所述稳压放电切换电路包括有第一稳压放电切换电路、第二稳压放电切换电路。

具体地，在本实用新型的一个实施例中，所述第一电池充电切换电路设有第一开关管Q18、第二电池充电切换电路设有第二开关管Q19、第三电池充电切换电路设有第三开关管Q23、电池放电切换电路设有第四开关管Q22、第一稳压放电切换电路设有第五开关管Q27、第二稳压放电切换电路设有第六开关管Q21。以所述第一电池充电切换电路为例，所述第一开关管Q18与主控MCU的输出引脚11相连，当所述主控MCU的输出引脚11置高电平时，所述第一开关管Q18导通，与所述第一开关管Q18集电极相连的MOS管Q3、Q4导通，从而有第一电池充电切换电路导通。所述切换电路组中各切换电路结构原理完全相同，故此处不作过多阐述。

进一步地，如图1、图2、图3、图4所示，所述第一电池充电切换电路连接于供电输入端V_IN+与DC稳压电路输入端VIN之间，所述第二电池充电切换电路连接于DC稳压电路输出端VOUT与充电电池正极BAT+之间，所述第三电池充电切换电路连接于供电输入端V_IN+与负载端V_OUT之间；所述电池放电切换电路组连接于充电电池正极BAT+与负载端V_OUT之间；所述第一稳压放电切换电路连接于充电电池正极BAT+与DC稳压电路输入端VIN之间，所述第二稳压放电切换电路连接于DC稳压电路输出端VOUT与负载端V_OUT之间。

具体地，在本实用新型的一个实施例中，所述AC适配器的输出端与供电输入端V_IN+相连。所述主控MCU的输入端VC1通过一输入采样电阻R1与供电输入端V_IN+相连，用于检测是否有市电通过AC适配器输出，当检测到市电输入时，所述主控MCU的输出引脚11-12置高电平，从而有第一开关管Q18、第二开关管Q19导通，所述第一电池充电切换电路与第二电池充电切换电路导通，所述市电先后经AC适配器、DC稳压电路对充电电池进行充电。在充电过程中，所述主控MCU的输入端VC2与DC稳压电路的输出端VOUT相连，用于检测DC稳压电路的输出电压，并通过输入端CH2接收检测电路对DC稳压电路的输出电流采样，所述主控MCU对DC稳压电路的输出电压电流分析后通过输出引脚17输出PWM信号，所述PWM信号经积分滤波后输入到双运放U5的输入引脚5，再经双运放U5放大比较后输入到DC稳压电路的输入端OVPLVL，所述DC稳压电路接收OVPLVL端输入的反馈信号进行分析后对输出端VOUT电压进行控制向电池充电，从而实现了对充电电池恒流充电的动态控制。需要补充的是，所述双运放U5的输入引脚3通过一电池电流采集电阻R18与电池端PACK-相连。同时，所述主控MCU的输出引脚15置高电平，从而有第三开关管Q23导通，所述第三电池充电切换电路导通，所述市电经AC适配器向负载供电。反之，当所述主控MCU的输入端VC1未检测到有市电输入时，所述主控MCU的输出引脚14置高电平，所述第四开关管Q22导通，所述电池放电切换电路导通，所述充电电池直接向负载端进行充电；当所述负载对电压输入精度要求较高时，所述主控MCU的输出引脚14置低电平，输出引脚13、16置高电平，所述第五开关管Q27、第六开关管Q21导通，所述第一稳压放电切换电路与第二稳压放电切换电路导通，所述充电电池经DC稳压电路向负载充电，所述主控MCU通过检测DC稳压电路的输出电压与电流对DC稳压电路进行输出控制。基于切换电路的设计，实现了DC稳压电路在输入与输出电路之间的自由切换，从而在节约成本的同时，实现对充电电池的稳定输入或充电电池的稳定输出，提高了效率与稳定性。

进一步地，如图1所示，所述不间断后备电源还包括有太阳能板，所述太阳能板的输出端通过DC稳压电路与充电电池相连，所述太阳能板用于太阳能供电。

进一步地，如图5所示，所述检测电路分为第一电流检测电路与第二电流检测电路。

进一步地，如图1、图2所示，所述第一电流检测电路的输入引脚1与供电输入电流采样端V_IN-相连，输入引脚3与电池端PACK-相连，所述第一电流检测电路用于对DC稳压电路的输入电流进行采样，第一电流检测电路的输出端CH1与主控MCU的输入引脚2相连；所述第二电流检测电路的采样端与电池端PACK-相连，电池端PACK-与充电电池负极端B-相连，所述第二电流检测电路用于对DC稳压电路的输出电流进行采样，第二电流检测电路的输出端CH2与主控MCU的输入引脚3相连。

具体地，在本实用新型的一个实施例中，所述太阳能板可对充电电池进行太阳能充电。所述太阳能板的输出端通过供电输入端V_IN+与DC稳压电路相连，且DC稳压电路与充电电池相连。当进行太阳能供电时，所述主控MCU的输入端VC1通过供电输入端V_IN+对太阳能板的输出电压进行采样，输入引脚2通过第一电流检测电路对太阳能板的输出电流进行采样，从而使得主控MCU可对太阳能板的输出功率进行计算；所述主控MCU的输入端VC2对DC稳压电路的输出电压进行采样，输入引脚3通过第二电流检测电路对DC稳压电路的输出电流进行采样，从而可对DC稳压电路的输出功率进行计算。之后所述主控MCU根据扰动跟踪算法，逐步调整输出的PWM信号来改变DC稳压电路的输出电流值并进行采集，进而通过数据对比，得到最大功率点给充电电池充电，实现充分利用太阳能的效果。当所述主控MCU的输出引脚15置高电平时，第三开关管Q23导通，所述第三电池充电切换电路导通，所述太阳能板可通过供电输入端V_IN+直接向负载供电。

进一步地，如图1、图6所示，所述充电电池连有一电池保护芯片，所述电池保护芯片可对充电电池进行充/放电过压、过流保护。

具体地，在本实用新型的一个实施例中，所述充电电池由若干首尾相连的锂电池组成，所述电池保护芯片的V7-V13引脚连接于各锂电池接点之间。所述充电电池负极端B-通过采样电阻R55、MOS管N1与N3连接至电池端PACK-，所述采样电阻R55可对充电电池的工作电流进行采样，并通过第一滤波电阻R24、第一滤波电容C26进行滤波后输出至电池保护芯片的电流检测引脚ISENSE，当所述电池保护芯片检测到充电或者放电电流超过内部阈值时，所述电池保护芯片通过输出引脚C-FET或者D-FET输出关闭信号，所述MOS管N1、N3截止，电池端PACK-与充电电池负极端B-之间的电路断开，从而实现过流保护功能。所述电池保护芯片还具有短路保护功能，当发生负载短路时，所述采样电阻R55的压降加上MOS管N1的导通压降经第一分压电阻R36与第二分压电阻R53分压后，再经第二滤波电阻R22、第二滤波电容C9延时滤波送入短路保护开关管Q1，短路保护开关管Q1得电导通，通过第一拉低电阻R23将MOS管N1的栅极拉低，再通过第二拉低电阻R66将MOS管Q6拉低，从而间歇式工作以维持短路保护状态，当负载断开或者短路解除后，电路自动恢复。

进一步地，如图7所示，所述不间断后备电源还设有辅助供电电路，用于对总控MCU以及检测电路进行供电。

具体地，所述不间断后备电源的工作过程如下：

本实用新型提供一种不间断后备电源，包括有市电输入端、与市电输入端相连的AC适配器、分别与AC适配器输出端相连的充电电池以及负载端，还包括有总控MCU、DC稳压电路、切换电路组以及检测电路；市电经所述AC适配器通过一供电输入端V_IN+向DC稳压电路输入电流，所述DC稳压电路通过切换电路组分别连接于AC适配器与充电电池之间、充电电池与负载端之间。所述主控MCU可通过输入端VC1对市电输入电压进行检测，当检测到有市电输入时，所述主控MCU控制第一电池充电切换电路与第二电池充电切换电路导通，所述市电先后经AC适配器、DC稳压电路对充电电池进行充电，所述主控MCU通过检测DC稳压电路输出的电压电流输出PWM信号经双运放U5放大与电池电流比较对DC稳压电路进行反馈控制，实现控制DC稳压电路对充电电池的稳定输出。同时，所述主控MCU通过输出引脚15控制第三电池充电切换电路导通，令市电经AC适配器向负载供电。当未检测到有市电输入时，所述主控MCU控制电池放电切换电路导通，所述充电电池直接向负载端进行充电，当负载对电压输入有较高要求时，所述主控MCU控制第一稳压放电切换电路与第二稳压放电切换电路导通，所述充电电池经DC稳压电路向负载充电，并有主控MCU通过检测DC稳压电路输出的电压电流输出PWM信号对DC稳压电路进行反馈控制，实现控制DC稳压电路对负载的稳定输出。同时，所述充电电池还可通过太阳能进行充电，当进行太阳能供电时，所述太阳能板的输出端通过DC稳压电路与充电电池相连，所述MCU可通过检测电路对DC稳压电路的输出电流进行控制，并具有最大功率点跟踪功能。且所述太阳能板可同时对负载进行供电。所述充电电池还连接有一电池保护电路，所述电池保护电路可对充电电池进行充/放电过压过流保护。基于以上各电路之间的相互配合，可实现仅通过一个DC稳压电路便可以对电池充、放电进行电压电流稳定控制的效果，节约了使用成本，同时，DC稳压电路使得本电源在电池放电过程中可输出稳定电压，从而可以匹配对电压输入精度要求高的设备,提高了该电源的效率与使用范围。

需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。

Claims (10)

1.一种不间断后备电源，包括有市电输入端、与市电输入端相连的AC适配器、分别与AC适配器输出端相连的充电电池以及负载端，其特征在于：还包括有总控MCU、DC稳压电路、切换电路组以及检测电路；市电经所述AC适配器通过一供电输入端V_IN+向DC稳压电路输入电流，所述DC稳压电路通过切换电路组分别连接于AC适配器与充电电池之间、充电电池与负载端之间，用于进行恒流输出，通过切换电路组可对DC稳压电路的工作位置进行切换，所述总控MCU的输入端与检测电路相连，总控MCU的输出端与切换电路和DC稳压电路相连，所述总控MCU用于根据检测电路的数据输出对切换电路和DC稳压电路进行控制。

2.根据权利要求1所述的不间断后备电源，其特征在于：所述切换电路组由电池充电切换电路组、电池放电切换电路以及稳压放电切换电路组组成，且所述电池充电切换电路组、电池放电切换电路以及稳压放电切换电路组分别由若干结构完全相同的切换电路组成。

3.根据权利要求2所述的不间断后备电源，其特征在于：所述切换电路的通断通过开关管进行控制，所述开关管的基极与主控MCU的输出引脚11-16相连。

4.根据权利要求3所述的不间断后备电源，其特征在于：所述切换电路包括有电池充电切换电路、电池放电切换电路、稳压放电切换电路；所述电池充电切换电路包括有第一电池充电切换电路、第二电池充电切换电路以及第三电池充电切换电路，所述稳压放电切换电路包括有第一稳压放电切换电路、第二稳压放电切换电路。

5.根据权利要求4所述的不间断后备电源，其特征在于：所述第一电池充电切换电路连接于供电输入端V_IN+与DC稳压电路输入端VIN之间，所述第二电池充电切换电路连接于DC稳压电路输出端VOUT与充电电池正极BAT+之间，所述第三电池充电切换电路连接于供电输入端V_IN+与负载端V_OUT之间；所述电池放电切换电路组连接于充电电池正极BAT+与负载端V_OUT之间；所述第一稳压放电切换电路连接于充电电池正极BAT+与DC稳压电路输入端VIN之间，所述第二稳压放电切换电路连接于DC稳压电路输出端VOUT与负载端V_OUT之间。

6.根据权利根据权利要求1所述的不间断后备电源，其特征在于：所述不间断后备电源还包括有太阳能板，所述太阳能板的输出端通过DC稳压电路与充电电池相连，所述太阳能板用于太阳能供电。

7.根据权利根据权利要求6所述的不间断后备电源，其特征在于：所述检测电路分为第一电流检测电路与第二电流检测电路。

8.根据权利根据权利要求7所述的不间断后备电源，其特征在于：所述第一电流检测电路用于对DC稳压电路的输入电流进行采样，第一电流检测电路的输出端CH1与主控MCU的输入引脚2相连；所述第二电流检测电路用于对DC稳压电路的输出电流进行采样，第二电流检测电路的输出端CH2与主控MCU的输入引脚3相连。

9.根据权利根据权利要求1所述的不间断后备电源，其特征在于：所述充电电池连有一电池保护芯片，所述电池保护芯片可对充电电池进行充/放电过压、过流保护。

10.根据权利根据权利要求1所述的不间断后备电源，其特征在于：所述不间断后备电源还设有辅助供电电路，用于对总控MCU以及检测电路进行供电。

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