CN215120243U - 一种智能配变终端的超级电容管理电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种智能配变终端的超级电容管理电路，属于电力物联网技术领域。该超级电容管理电路还包括低压断电电路，所述低压断电电路包括一个比较器，比较器的正相电压输入端用于采集超级电容的输出电压，比较器的反相电压输入端用于连接基准电压，比较器的电压输出端连接升压稳压电路的使能端，当超级电容的输出电压低于所述基准电压时，比较器的电压输出端输出低电平令升压稳压电路的使能端不使能、升压稳压电路关断。该超级电容管理电路能够在超级电容电量低、电压小的时候自动控制超级电容停止为智能配变终端供电，从而能避免超级电容在电压过低的情况下继续给智能配变终端供电带来的不可控风险。

Description

一种智能配变终端的超级电容管理电路

技术领域

本实用新型涉及一种智能配变终端的超级电容管理电路，属于电力物联网技术领域。

背景技术

随者物联网技术的发展，智能配变终端(TTU)与配电网现场设备通信连接，对配电网现场设备的数据采集自动化、数据分析和精细化运检的发展起了很大作用。智能配变终端主要用于农网智能型低压配电箱内，终端采用GPRS/CDMA数据通讯方式，以公共的GSM移动通信网络为载体，辅助以现场RS485总线、红外线等通讯方式，将农网配电箱内的断路器、剩余电流漏电动作断路器、无功补偿投切状态、配电变压器工况、计量电能表等作为主要控制管理对象，对相关的用电信息进行监测，实现供用电监测、控制和管理，具有远程抄表、用电异常信息报警、负荷管理与控制等多种功能。智能配变终端是电力企业实现配电变压器工况监测和用电管理现代化的首选设备，也是实现需求侧管理的一个重要手段。

由于智能配变终端断电之后需要继续将断电之后的信息采集，这就需要智能配变终端断电之后继续运行一段时间，在这段时间内超级电容为智能配变终端持续供电，但是在超级电容电量低、电压小的时候，超级电容已无法为智能配变终端提供正常的工作电压，这种情况下如果还让超级电容继续给智能配变终端供电，就会导致智能配变终端因低压而反复启动，出现不可控的风险。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种智能配变终端的超级电容管理电路，能够在超级电容电量低、电压小的时候自动控制超级电容停止为智能配变终端供电，从而能避免超级电容在电压过低的情况下继续给智能配变终端供电带来的不可控风险。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种智能配变终端的超级电容管理电路，所述超级电容管理电路用于并联在智能配变终端的系统电源两侧，该超级电容管理电路包括依次串联连接的降压稳压电路、超级电容和升压稳压电路，该超级电容管理电路还包括低压断电电路，所述低压断电电路包括一个比较器，比较器的正相电压输入端用于采集超级电容的输出电压，比较器的反相电压输入端用于连接基准电压，比较器的电压输出端连接升压稳压电路的使能端，当超级电容的输出电压低于所述基准电压时，比较器的电压输出端输出低电平令升压稳压电路的使能端不使能、升压稳压电路关断。

本实用新型的有益效果是：本实用新型具有低压自动断电功能，能够在超级电容电量低、电压小的时候自动关断超级电容停止为智能配变终端供电，从而能避免超级电容在电压过低的情况下继续给智能配变终端供电带来的不可控风险。

进一步地，在上述超级电容管理电路中，所述低压断电电路还包括一个线性稳压器，所述线性稳压器的电压输入端连接所述超级电容的电压输出端，所述线性稳压器的电压输出端经第一电阻分压电路接地，所述第一电阻分压电路至少包括两个电阻，将第一电阻分压电路中任意两个电阻的串联连接点作为第一电阻串联连接点，所述第一电阻串联连接点连接所述比较器的反相电压输入端。

进一步地，在上述超级电容管理电路中，所述低压断电电路还包括第二电阻分压电路，所述超级电容的电压输出端经所述第二电阻分压电路接地，所述第二电阻分压电路至少包括两个电阻，将第二电阻分压电路中任意两个电阻的串联连接点作为第二电阻串联连接点，所述第二电阻串联连接点连接所述比较器的正相电压输入端。

进一步地，在上述超级电容管理电路中，所述低压断电电路还包括一个可控开关管；所述可控开关管并联在所述第一电阻分压电路中任意一个电阻两端，所述可控开关管的通断受所述比较器的电压输出端控制，当比较器的电压输出端输出高电平时所述可控开关管导通，当比较器的电压输出端输出低电平时所述可控开关管关断。

进一步地，在上述超级电容管理电路中，与所述可控开关管并联的电阻位于所述第一电阻分压电路的第一电阻串联连接点的下方。

进一步地，在上述超级电容管理电路中，所述可控开关管为场效应管。

进一步地，在上述超级电容管理电路中，所述降压稳压电路的电压输入端连接有电容滤波电路，所述降压稳压电路的电压输出端连接有LC滤波电路。

进一步地，在上述超级电容管理电路中，所述升压稳压电路的电压输入端和电压输出端均连接有电容滤波电路。

进一步地，在上述超级电容管理电路中，所述降压稳压电路采用LM34922芯片实现，所述升压稳压电路采用MP3431芯片实现。

进一步地，在上述超级电容管理电路中，所述LM34922芯片的SW引脚依次与电感和肖特基二极管串联连接后连接所述超级电容的电压输入端，所述电感和肖特基二极管的串联连接点还经电容接地。

附图说明

图1是本实用新型超级电容管理电路实施例中超级电容管理电路的原理框图；

图2是本实用新型超级电容管理电路实施例中降压稳压电路的原理图；

图3是本实用新型超级电容管理电路实施例中升压稳压电路的原理图；

图4是本实用新型超级电容管理电路实施例中低压断电电路的原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。

超级电容管理电路实施例：

如图1所示，本实施例的智能配变终端的超级电容管理电路(以下简称超级电容管理电路)包括降压稳压电路、超级电容、升压稳压电路和低压断电电路，其中，降压稳压电路、超级电容和升压稳压电路依次串联连接，低压断电电路能够根据超级电容的输出电压大小控制升压稳压电路是否工作。其中，超级电容管理电路用于并联在智能配变终端的系统电源(本实施例中系统电源为12V直流电源)两侧，在系统电源上电时，系统电源通过降压稳压电路给超级电容恒流充电，超级电容充满电后能稳定电压；系统电源掉电时，超级电容通过升压稳压电路给智能配变终端提供电能，同时，低压断电电路在超级电容放电过程中实时监测超级电容电压，并在超级电容电压过低时通过控制升压稳压电路关断使超级电容停止为智能配变终端供电。

如图2所示，本实施例的降压稳压电路采用LM34922芯片实现，LM34922芯片不仅能实现降压功能还能提供稳定的输出电流，LM34922芯片的外围连接电路见图2，LM34922芯片的电压输入引脚VIN连接直流12V电源，同时LM34922芯片的电压输入引脚VIN还连接有一个由3个电容C15、C13和C16并联组成的电容滤波电路，LM34922芯片的电压输出引脚SW依次与电感L3和肖特基二极管V4串联连接后连接超级电容的电压输入端，电感L3和肖特基二极管V4的串联连接点还经电容(图2中为两个并联电容C22和C19)接地。其中，电感L3、电容C22和C19组成LC滤波电路。

在系统电源上电时，直流12V电源通过LM34922芯片转换为给超级电容充电的电压，并能控制超级电容充电电流恒定，从而保护超级电容电压不会超过额定电压、保护超级电容不会因充电电流过大而损坏。

如图3所示，本实施例的升压稳压电路采用MP3431芯片实现，MP3431芯片的外围连接电路见图3，R158、R90、R93的电阻值分别为：10kΩ、100kΩ、10kΩ。MP3431芯片的电压输入引脚VIN为升压稳压电路的电压输入端，MP3431芯片的电压输入引脚VIN连接超级电容的电压输出端，MP3431芯片的电压输出引脚VOUT为升压稳压电路的电压输出端，MP3431芯片的电压输入引脚VIN连接有一个由3个电容C93、C92和C91并联组成的电容滤波电路，MP3431芯片的电压输出引脚VOUT连接有一个由4个电容C81、C77、C75和C8并联组成的电容滤波电路。

如图4所示，本实施例的低压断电电路包括一个线性稳压器U16、一个比较器U15和一个场效应管Q21；本实施例中线性稳压器U16的型号为TLV73310PDBVR，线性稳压器U16的电压输出端OUT始终输出1V电压，比较器的型号为NCS2202SN2T1G，场效应管的型号为BSH105,215。

其中，超级电容的电压输出端VCAP经第二电阻分压电路接地，第二电阻分压电路包括电阻R171和电阻R175，电阻R171和电阻R175的串联连接点连接比较器U15的正相电压输入端V+；

超级电容的电压输出端VCAP还连接线性稳压器U16的电压输入端IN，线性稳压器U16的电压输出端OUT经第一电阻分压电路接地，第一电阻分压电路包括电阻R172、电阻R173和电阻R174，电阻R172和电阻R173的串联连接点连接比较器U15的反相电压输入端V-；

超级电容的电压输出端VCAP还连接比较器U15的VCC引脚，比较器U15的VCC引脚还与电容C125串联后接地，比较器U15的VCC引脚还经电阻R176连接场效应管Q21的栅极；

场效应管Q21的源极接地、漏极连接电阻R173和电阻R174的串联连接点、栅极还连接比较器U15的电压输出端OUT，比较器U15的电压输出端OUT为低压断电电路的电压输出端，比较器U15的电压输出端OUT连接MP3431芯片的使能端EN。

在系统电源断电时，超级电容通过MP3431芯片将超级电容电压转换成系统电源电压，为智能配变终端提供工作电能，同时，低压断电电路实时监测超级电容电压，当超级电容电压过低时，低压断电电路控制升压稳压电路关断使超级电容停止为智能配变终端供电。

低压断电电路的工作原理具体如下：

超级电容刚开始放电时，超级电容的输出电压为12V，比较器U15的比较电压V+会远大于1V，此时，比较器U15的基准电压V-肯定小于1V，因此，比较器U15的电压输出端OUT输出高电平，进而MP3431芯片的使能端EN为高电平、MP3431芯片工作，超级电容通过MP3431芯片将超级电容电压转换成系统电源电压，为智能配变终端提供工作电能；同时，由于比较器U15的电压输出端OUT输出高电平，还会使场效应管Q21导通，进而电阻R174被短路，基准电压V-变为关断基准电压，此时关断基准电压的值为5.1/6.1V；

超级电容放电过程中，比较器U15的比较电压V+会随着超级电容输出电压的减小而逐渐减小，当比较电压V+＜关断基准电压5.1/6.1V时，比较器的输出电压端OUT输出低电平，进而MP3431芯片的使能端EN为低电平、MP3431芯片不工作，超级电容停止为智能配变终端供电；同时，由于比较器U15的电压输出端OUT输出低电平，还会使场效应管Q21关断，进而导致基准电压V-被拉高变为启动基准电压，此时启动基准电压的值为14.1/15.1V，使得只有当超级电容的输出电压升高到使比较电压V+＞启动基准电压14.1/15.1V时，才会使MP3431芯片的使能端EN使能。

综上所述，本实施例通过降压稳压电路能够将系统电源电压转换成超级电容额定电压，并且能够以恒定电流给超级电容充电，通过升压稳压电路能将超级电容电压转换成系统电源电压，通过低压断电电路能在超级电容电压过低时控制超级电容关断停止为智能配变终端供电，不仅能解决智能配变终端断电需要续电的问题，还具有低压自动断电功能，能够在超级电容电量低、电压小的时候自动关断超级电容停止为智能配变终端供电，从而能避免超级电容在电压过低的情况下继续给智能配变终端供电带来的不可控风险；另外，本实施例中通过设置场效应管Q21使基准电压V-分为两种情况，一是启动基准电压，一是关断基准电压，且关断基准电压＜启动基准电压，使得超级电容的输出电压较小时才停止为智能配变终端供电，超级电容的输出电压较高时才启动供电，能进一步提高利用超级电容为智能配变终端供电的可靠性。

作为其他实施方式，场效应管可以替换为其他类型的可控开关管，例如三极管等。

作为其他实施方式，场效应管的并联位置可以根据实际需要改变，例如将场效应管并联在电阻R172两端，此时关断基准电压＞启动基准电压。

作为其他实施方式，还可以通过省略场效应管Q21得到另一种超级电容管理电路，此时，该超级电容管理电路的关断基准电压和启动基准电压值相等。

作为其他实施方式，还可以省略第二电阻分压电路，将比较器U15的正向电压输入端V+直接连接超级电容的电压输出端，同时，还可以省略线性稳压器U16和场效应管Q21，通过其他方式提供比较器U15的基准电压V-，例如将比较器U15的反向电压输入端V-直接与蓄电池的输出端相连，蓄电池的输出电压根据实际需要设置，只要保证当超级电容的输出电压低于基准电压时，比较器的电压输出端OUT输出低电平即可。

作为其他实施方式，第一电阻分压电路和第二电阻分压电路中包含的电阻个数、阻值均可以根据实际需要调整。

在实际应用中，降压稳压电路、超级电容、升压稳压电路和低压断电电路可以集成在一个PCB上，也可以通过外壳固定各器件，本实用新型对此不做限制。

Claims (10)

1.一种智能配变终端的超级电容管理电路，所述超级电容管理电路用于并联在智能配变终端的系统电源两侧，该超级电容管理电路包括依次串联连接的降压稳压电路、超级电容和升压稳压电路，其特征在于，该超级电容管理电路还包括低压断电电路，所述低压断电电路包括一个比较器，比较器的正相电压输入端用于采集超级电容的输出电压，比较器的反相电压输入端用于连接基准电压，比较器的电压输出端连接升压稳压电路的使能端，当超级电容的输出电压低于所述基准电压时，比较器的电压输出端输出低电平令升压稳压电路的使能端不使能、升压稳压电路关断。

2.根据权利要求1所述的智能配变终端的超级电容管理电路，其特征在于，所述低压断电电路还包括一个线性稳压器，所述线性稳压器的电压输入端连接所述超级电容的电压输出端，所述线性稳压器的电压输出端经第一电阻分压电路接地，所述第一电阻分压电路至少包括两个电阻，将第一电阻分压电路中任意两个电阻的串联连接点作为第一电阻串联连接点，所述第一电阻串联连接点连接所述比较器的反相电压输入端。

3.根据权利要求2所述的智能配变终端的超级电容管理电路，其特征在于，所述低压断电电路还包括第二电阻分压电路，所述超级电容的电压输出端经所述第二电阻分压电路接地，所述第二电阻分压电路至少包括两个电阻，将第二电阻分压电路中任意两个电阻的串联连接点作为第二电阻串联连接点，所述第二电阻串联连接点连接所述比较器的正相电压输入端。

4.根据权利要求3所述的智能配变终端的超级电容管理电路，其特征在于，所述低压断电电路还包括一个可控开关管；所述可控开关管并联在所述第一电阻分压电路中任意一个电阻两端，所述可控开关管的通断受所述比较器的电压输出端控制，当比较器的电压输出端输出高电平时所述可控开关管导通，当比较器的电压输出端输出低电平时所述可控开关管关断。

5.根据权利要求4所述的智能配变终端的超级电容管理电路，其特征在于，与所述可控开关管并联的电阻位于所述第一电阻分压电路的第一电阻串联连接点的下方。

6.根据权利要求5所述的智能配变终端的超级电容管理电路，其特征在于，所述可控开关管为场效应管。

7.根据权利要求6所述的智能配变终端的超级电容管理电路，其特征在于，所述降压稳压电路的电压输入端连接有电容滤波电路，所述降压稳压电路的电压输出端连接有LC滤波电路。

8.根据权利要求7所述的智能配变终端的超级电容管理电路，其特征在于，所述升压稳压电路的电压输入端和电压输出端均连接有电容滤波电路。

9.根据权利要求1-8任一项所述的智能配变终端的超级电容管理电路，其特征在于，所述降压稳压电路采用LM34922芯片实现，所述升压稳压电路采用MP3431芯片实现。

10.根据权利要求9所述的智能配变终端的超级电容管理电路，其特征在于，所述LM34922芯片的SW引脚依次与电感和肖特基二极管串联连接后连接所述超级电容的电压输入端，所述电感和肖特基二极管的串联连接点还经电容接地。

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