CN211830316U - 一种满足瞬间大功率设备供电需求的电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种满足瞬间大功率设备供电需求的电路，包括低功率电源，CPU，超级电容组以及控制电路；所述低功率电源和控制电路的信号输入端连接，所述控制电路的信号输出端用于与瞬间大功率设备的设备接口连接；所述CPU的一端与所述低功率电源连接，另一端与所述控制电路的使能端连接，用于控制所述控制电路的通、断；将超级电容应用于对瞬间大功率设备的供电，能够提供瞬间大功率设备所需的瞬间大电流，满足设备瞬间大功率输出而无需从电源瞬间抽电，不增加电源供电负担，防止电源瞬间大电流抽电，解决了成本问题，并且有效减少了电源的供电负担，提高了电源的使用寿命和安全性，解决成本问题的同时保证系统的正常运行。
Description
技术领域
本实用新型涉及电路设计领域，尤其涉及一种满足瞬间大功率设备供电需求的电路。
背景技术
对于在实际使用过程中有瞬间大功率供电需求的设备，比如POS机、打印机、收银机、钱箱等来说，为了满足其供电需求，传统的做法是直接使用大功率电源，通过系统控制设备的开关，从大功率电源为所述设备提供大功率供电，但是，该方式存在以下问题：系统所需要的供电往往比较低，低功率电源即可满足系统的供电需求，因此为了满足上述设备的瞬间大功率输出的需求，直接使用大功率适配器，成本增加。因此，为了成本考虑，一般市面上选择的大功率适配器在使用过程中实际需求的瞬间输出电流往往接近或超过电源额定值，长期使用处于临界、高负荷状态，对电源及内部器件的损坏比较严重，影响输出稳定和电源寿命，甚至可能造成电源内部电容器鼓包、爆炸等；或者直接使用低功耗电源来开启上述有瞬间大功率供电需求的设备，但是，当产生瞬间大功率时，电源会进入过流保护状态，导致系统断电，或者直接拉低系统供电，导致系统崩溃关机，无法正常使用。
实用新型内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种满足瞬间大功率设备供电需求的电路，能够通过低功率电源达到大功率电源的驱动效果，解决成本问题的同时保证系统的正常运行。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的一种技术方案为：
一种满足瞬间大功率设备供电需求的电路，包括低功率电源，CPU，超级电容组以及控制电路；
所述低功率电源和控制电路的信号输入端连接，所述控制电路的信号输出端用于与瞬间大功率设备的设备接口连接；
所述CPU的一端与所述低功率电源连接，另一端与所述控制电路的使能端连接，用于控制所述控制电路的通、断；
所述超级电容组并联于所述低功率电源和控制电路之间。
进一步的，还包括第一电阻；
所述第一电阻一端与所述低功率电源连接，另一端分别与所述控制电路的输入端和超级电容组连接。
进一步的，还包括稳压二极管；
所述稳压二极管并联于所述超级电容组的两端。
进一步的，还包括肖特基二极管；
所述肖特基二极管一端与所述控制电路的信号输出端连接，另一端接地。
进一步的，所述控制电路包括第二电阻、第三电阻、第四电阻、P-MOS管和N-MOS管；
所述低功率电源分别与所述第三电阻的一端和所述P-MOS管的S极连接；
所述第三电阻的另一端分别与所述第四电阻的一端和所述P-MOS管的G极连接；
所述P-MOS管的D极用于与瞬间大功率设备的设备接口连接；
所述第四电阻的另一端与所述N-MOS管的D极连接；
所述N-MOS管的S极接地；
所述N-MOS管的G极作为所述控制电路的使能端，用于与所述CPU的另一端连接；
所述第二电阻的一端与所述N-MOS管的G极连接，另一端接地。
进一步的，所述超级电容组包括多个依次串联的超级电容。
本实用新型的有益效果在于：通过在低功率电源和控制电路之间并联接入超级电容组，将超级电容应用于对瞬间大功率设备的供电，能够提供瞬间大功率设备所需的瞬间大电流，满足设备瞬间大功率输出而无需从电源瞬间抽电，不增加电源供电负担，防止电源瞬间大电流抽电，通过低功率电源和超级电容组的结合达到大功率电源的驱动效果，解决了成本问题，并且有效减少了电源的供电负担，提高了电源的使用寿命和安全性，解决成本问题的同时保证系统的正常运行。
附图说明
图1所示为本实用新型实施例的一种满足瞬间大功率设备供电需求的电路的框架示意图；
图2所示为本实用新型实施例的一种满足瞬间大功率设备供电需求的电路的具体结构示意图。
图3所示为本实用新型实施例的超级电容输出功率波形示意图。
具体实施方式
为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
请参照图1至图3所示，本实用新型的一种满足瞬间大功率设备供电需求的电路，包括低功率电源，CPU，超级电容组以及控制电路；
所述低功率电源和控制电路的信号输入端连接，所述控制电路的信号输出端用于与瞬间大功率设备的设备接口连接；
所述CPU的一端与所述低功率电源连接，另一端与所述控制电路的使能端连接，用于控制所述控制电路的通、断；
所述超级电容组并联于所述低功率电源和控制电路之间。
由上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：通过在低功率电源和控制电路之间并联接入超级电容组，将超级电容应用于对瞬间大功率设备的供电，能够提供瞬间大功率设备所需的瞬间大电流，满足设备瞬间大功率输出而无需从电源瞬间抽电，不增加电源供电负担，防止电源瞬间大电流抽电，通过低功率电源和超级电容组的结合达到大功率电源的驱动效果，解决了成本问题，并且有效减少了电源的供电负担，提高了电源的使用寿命和安全性，解决成本问题的同时保证系统的正常运行。
进一步的，还包括第一电阻；
所述第一电阻一端与所述低功率电源连接，另一端分别与所述控制电路的输入端和超级电容组连接。
由上述描述可知，通过在低功率电源和超级电容组之间接入一个电阻，通过电阻进行隔离和限流，能够根据实际项目需要满足功率和电路匹配。
进一步的，还包括稳压二极管；
所述稳压二极管并联于所述超级电容组的两端。
由上述描述可知，通过在超级电容组两端并联一稳压二极管，能够提供稳定的电压，保护超级电容组的使用。
进一步的，还包括肖特基二极管；
所述肖特基二极管一端与所述控制电路的信号输出端连接，另一端接地。
由上述描述可知，肖特基二极管能够对瞬间大功率设备的设备接口进行保护。
进一步的，所述控制电路包括第二电阻、第三电阻、第四电阻、P-MOS管和N-MOS管；
所述低功率电源分别与所述第三电阻的一端和所述P-MOS管的S极连接；
所述第三电阻的另一端分别与所述第四电阻的一端和所述P-MOS管的G极连接；
所述P-MOS管的D极用于与瞬间大功率设备的设备接口连接；
所述第四电阻的另一端与所述N-MOS管的D极连接；
所述N-MOS管的S极接地；
所述N-MOS管的G极作为所述控制电路的使能端，用于与所述CPU的另一端连接；
所述第二电阻的一端与所述N-MOS管的G极连接，另一端接地。
由上述描述可知，通过上述控制电路的设置能够根据CPU的控制实现是否对瞬间大功率设备进行供电。
进一步的，所述超级电容组包括多个依次串联的超级电容。
由上述描述可知，超级电容组由多个超级电容依次串联而成，能够根据需求对超级电容个数进行调整，灵活性高。
请参照图1至图3所示，本实用新型的实施例一为：
如图1、图2所示，一种满足瞬间大功率设备供电需求的电路，包括低功率电源，CPU，超级电容组以及控制电路；
所述低功率电源和控制电路的信号输入端连接，所述控制电路的信号输出端用于与瞬间大功率设备的设备接口连接，其中，所述设备接口可以是RJ11，是打印机、钱箱、POS机上的接口；
所述CPU的一端与所述低功率电源连接，另一端与所述控制电路的使能端连接，用于控制所述控制电路的通、断；
控制电路根据系统的需要控制瞬间大功率设备的开关和运行；
所述超级电容组并联于所述低功率电源和控制电路之间；
其中，CPU用于提供控制控制电路通、断的信号CASH-EN，其设置于控制各个瞬间大功率设备的运行的控制系统中，所述DCDC为低功率电源，用于为控制系统和各个瞬间大功率设备供电，优选的，DC OUT为12V；
其中，其中，所述超级电容组包括多个依次串联的超级电容；可以根据实际需要单个或多个超级电容模组进行依次串联，并且每个超级电容的容量值也是可以设置的；
超级电容能够提供瞬间大功率设备所需的瞬间大电流，满足设备瞬间大功率输出而无需从电源瞬间抽电，不增加电源供电负担；
其中，超级电容即法拉电容，非指代容量更高的普通电容，是区别于传统电解电容，陶瓷电容MLCC等电容器的新型器件，是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源；
还包括第一电阻R1；
所述第一电阻R1一端与所述低功率电源连接，另一端分别与所述控制电路的输入端和超级电容组连接；
第一电阻R1用于隔离和限流，控制超级电容组的充电速率，限制电流实现过流保护；
可选的，在低功率电源和第一电阻R1之间连接一二极管；
还包括稳压二极管D2，其中，稳压二极管的型号可以是D_TVS_1SMB5920B；
所述稳压二极管并联于所述超级电容组的两端；
还包括肖特基二极管；
所述肖特基二极管一端与所述控制电路的信号输出端连接，另一端接地；
所述肖特基二极管保护瞬间大功率设备的设备的接口，关断驱动电压时，产生反向电动势，需要二极管箝位；
其中，所述控制电路包括第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、P-MOS 管和N-MOS管；
所述低功率电源分别与所述第三电阻R3的一端和所述P-MOS管的S极连接；
所述第三电阻R3的另一端分别与所述第四电阻R4的一端和所述P-MOS 管的G极连接；
所述P-MOS管的D极用于与瞬间大功率设备的设备接口连接；
所述第四电阻R4的另一端与所述N-MOS管的D极连接；
所述N-MOS管的S极接地；
所述N-MOS管的G极作为所述控制电路的使能端，用于与所述CPU的另一端连接；
所述第二电阻R2的一端与所述N-MOS管的G极连接，另一端接地；
控制电路的工作原理如下：
当CPU给CASH-EN提供低电平信号时，Q1的栅极-源极电压＜阀值电压 Vgson，MOS不导通，则Q2的栅极(管脚1)处于高电状态，P-MOS处于关断状态，对瞬间大功率设备供电断开；
当CPU给CASH-EN提供高电平信号时，即为开启瞬间大功率设备供电： Q1栅极处于高电平状态，Vgs1＞阀值电压Vgson，N-MOS管导通，则R3、R4 进行分压，Q2的栅极电压(R4与Q2-1pin连接处)从高电平下降至P-MOS的导通电压，栅极-源极电压Vgs2＝-VDD*R3/(R3+R4)，Q2P-MOS导通，开启瞬间大功率设备供电；
假设不考虑内阻情况，应用于12V设备为例，供电需求是1A，0.1s，开启瞬间大功率设备时瞬间压降至9V；
容值选择：
C(F)＝I(A)*t(s)/ΔV＝1A x 0.1s/(12-9)＝0.033F
即0.033F即可满足至少一次循环，选择12V，0.033F的超级电容模组，可提供100ms以上的脉冲；容量可根据具体项目降额进行增减，如选择两颗 5.5V0.47F的超级电容模组，可提供400ms以上的脉冲；如选用12V0.47F，即可提供连续1000ms以上脉冲，上式中ΔV指的是正常电压到保持稳定供电的最少电压差，该值根据实际设计需求进行调整；
R1控制超级电容C充电速率，限制电流防止过流保护，根据实际需求调节大小，在过流保护的范围内越小充电越快，体验越好，如以下计算：
充电时间：(持续充电电流0.12A，简化模型以恒流为例)
T＝C xΔV/I＝0.033F x 3V/0.12A＝0.825s
即按以上计算，0.825s即可充满；
图3所示为超级电容输出功率波形示意图，从图中可以看到，超级电容提供瞬间补电，不影响系统电源的供电；
现有普通方法要12V、2.5A才能满足钱箱使用的方案，通过改用上述方式后只需要12V、1.5A或者更低就可以达到原12V、2.5A的使用效果，降低了成本，提高了收益。
综上所述，本实用新型提供的一种满足瞬间大功率设备供电需求的电路，通过在低功率电源和控制电路之间并联接入超级电容组，将超级电容应用于对瞬间大功率设备的供电，能够提供瞬间大功率设备所需的瞬间大电流，满足设备瞬间大功率输出而无需从电源瞬间抽电，不增加电源供电负担，防止电源瞬间大电流抽电，通过低功率电源和超级电容组的结合达到大功率电源的驱动效果，解决了成本问题，并且有效减少了电源的供电负担，提高了电源的使用寿命和安全性，解决成本问题的同时保证系统的正常运行。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种满足瞬间大功率设备供电需求的电路，其特征在于，包括低功率电源，CPU，超级电容组以及控制电路；
所述低功率电源和控制电路的信号输入端连接，所述控制电路的信号输出端用于与瞬间大功率设备的设备接口连接；
所述CPU的一端与所述低功率电源连接，另一端与所述控制电路的使能端连接，用于控制所述控制电路的通、断；
所述超级电容组并联于所述低功率电源和控制电路之间。
2.根据权利要求1所述的一种满足瞬间大功率设备供电需求的电路，其特征在于，还包括第一电阻；
所述第一电阻一端与所述低功率电源连接，另一端分别与所述控制电路的输入端和超级电容组连接。
3.根据权利要求1所述的一种满足瞬间大功率设备供电需求的电路，其特征在于，还包括稳压二极管；
所述稳压二极管并联于所述超级电容组的两端。
4.根据权利要求1所述的一种满足瞬间大功率设备供电需求的电路，其特征在于，还包括肖特基二极管；
所述肖特基二极管一端与所述控制电路的信号输出端连接，另一端接地。
5.根据权利要求1所述的一种满足瞬间大功率设备供电需求的电路，其特征在于，所述控制电路包括第二电阻、第三电阻、第四电阻、P-MOS管和N-MOS管；
所述低功率电源分别与所述第三电阻的一端和所述P-MOS管的S极连接；
所述第三电阻的另一端分别与所述第四电阻的一端和所述P-MOS管的G极连接；
所述P-MOS管的D极用于与瞬间大功率设备的设备接口连接；
所述第四电阻的另一端与所述N-MOS管的D极连接；
所述N-MOS管的S极接地；
所述N-MOS管的G极作为所述控制电路的使能端，用于与所述CPU的另一端连接；
所述第二电阻的一端与所述N-MOS管的G极连接，另一端接地。
6.根据权利要求1所述的一种满足瞬间大功率设备供电需求的电路，其特征在于，所述超级电容组包括多个依次串联的超级电容。
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