CN218300967U

CN218300967U - 一种超级电容充放电电路

Info

Publication number: CN218300967U
Application number: CN202221938041.1U
Authority: CN
Inventors: 郭苗永; 瞿祎; 杨绍尧; 陆锦来; 周顺宝; 叶永诚; 赵浩男; 贾相奇; 周玉芳
Original assignee: Holley Technology Co Ltd
Current assignee: Holley Technology Co Ltd
Priority date: 2022-07-25
Filing date: 2022-07-25
Publication date: 2023-01-13
Anticipated expiration: 2032-07-25

Abstract

本实用新型公开了一种超级电容充放电电路，包括超级电容模块、充电模块、放电模块、控制模块和电平转换模块，所述超级电容模块设置在电表的主板背面，用于进行储能和泄能；所述充电模块与超级电容模块相连，用于为超级电容充电；所述放电模块分别与超级电容模块和后端设备相连，用于向所述后端设备供电；所述控制模块输入来自掉电信号发生电路的掉电信号或来自MCU的控制信号，用于控制放电模块的导通状态；所述电平转换模块分别与控制模块和放电模块相连，用于转换电平。本实用新型增加控制模块，在完成停电上报工作后，控制模块可以主动关闭超级电容电源输出；由于预留有部分电量，重新上电后，可以缩短超级电容充电时间；节约电能。

Description

一种超级电容充放电电路

技术领域

本实用新型涉及电能表技术领域，具体涉及一种超级电容充放电电路。

背景技术

电能表是用来测量电能的仪表，超级电容在当前电表中应用越来越广泛，为了确保电表数据完整性，停电后超级电容常被用作电源，给外置通信模块供电，使其能正常向电力系统上报表计信息，如图3所示为现有的超级电容充放电电路，Vin为电表电源12V经过DC-DC或LDO的输出，比如+5V，Vout输出给后级电路（如MCU）供电；Vin其中一路经过肖特基二极管D4到达Vout，肖特基二极管D4防止掉电时电流从Vout倒灌到Vin；Vin另一路，经过电阻R7和肖特基二极管D5给超级电容C2充电，电阻R7用于限流，肖特基二极管D5防止掉电时电流从超级电容C2倒灌到Vin；肖特基二极管D6防止上电时，电流从肖特基二极管D4直接灌倒超级电容C2（此时电流较大）；电表掉电后，Vin掉电，超级电容C2通过肖特基二极管D6，给Vout供电，Vout输出给后级电路（如MCU）供电。然而上述超级电容充放电电路仍然存在以下问题：1）没有控制电路，电表停电后，通信模块一直工作，直到超级电容电量耗完；2）重新上电后，需要重新开始给超级电容充电；3）浪费电能。因此，非常有必要设计一款节约电能的用于电表的超级电容充放电电路。

发明内容

本实用新型主要是为了解决现有的用于电表的超级电容充放电电路浪费电能的问题，提供了一种超级电容充放电电路，包括超级电容模块、充电模块、放电模块、控制模块和电平转换模块，所述超级电容模块设置在电表的主板背面，用于进行储能和泄能；所述充电模块与超级电容模块相连，用于为超级电容充电；所述放电模块分别与超级电容模块和后端设备相连，用于向所述后端设备供电；所述控制模块输入来自掉电信号发生电路的掉电信号或来自MCU的控制信号，用于控制放电模块的导通状态；所述电平转换模块分别与控制模块和放电模块相连，用于转换电平。本实用新型增加控制模块，在完成停电上报工作后，控制模块可以主动关闭超级电容电源输出；由于预留有部分电量，重新上电后，可以缩短超级电容充电时间；节约电能。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种超级电容充放电电路，包括：

超级电容模块，所述超级电容模块设置在电表的主板背面，用于进行储能和泄能；

充电模块：所述充电模块与超级电容模块相连，用于为超级电容充电；

放电模块：所述放电模块分别与超级电容模块和后端设备相连，用于向所述后端设备供电；

控制模块：所述控制模块输入来自掉电信号发生电路的掉电信号或来自MCU的控制信号，用于控制放电模块的导通状态；

电平转换模块：所述电平转换模块分别与控制模块和放电模块相连，用于转换电平。

本实用新型提供了一种超级电容充放电电路，包括超级电容模块、充电模块、放电模块、控制模块和电平转换模块，充电模块的输入端连接电表电源经过DC-DC或LDO的输出，充电模块的输出端连接超级电容模块的输入端，超级电容模块的输出端连接放电模块的输入端，放电模块的输出端连接后端设备；控制模块输入掉电信号或控制信号，控制模块的输出端连接电平转换模块的输入端，电平转换模块的输出端连接放电模块的输入端。本实用新型增加控制模块，在完成停电上报工作后，控制模块可以主动关闭超级电容电源输出；由于预留有部分电量，重新上电后，可以缩短超级电容充电时间；节约电能。

作为优选，所述超级电容模块包括超级电容C1和预留电阻R1，所述超级电容C1与所述预留电阻R1并联，超级电容C1的负极接地。预留电阻R1预留不焊。

作为优选，所述充电模块包括电阻R2和二极管D1，所述电阻R2一端连接Vin，电阻R2另一端连接所述二极管D1的正极，二极管D1的负极连接超级电容C1的正极。

作为优选，所述放电模块包括电阻R3、MOS管U1和二极管D2，所述电阻R3的一端分别与预留电阻R1连接超级电容C1正极的一端及所述MOS管U1的源极连接，电阻R3的另一端连接MOS管U1的栅极，MOS管U1的漏极连接所述二极管D2的正极，二极管D2的负极连接Vout。超级电容输出部分的电路（放电模块）添加MOS管U1，电阻R3给门极一个默认的电平，从而提高电路的抗干扰能力。

作为优选，所述控制模块包括电阻R6和逻辑门或门芯片U2，所述逻辑门或门芯片U2的引脚1输入来自掉电信号发生电路的掉电信号，逻辑门或门芯片U2的引脚2输入来自MCU的控制信号，逻辑门或门芯片U2的引脚2连接所述电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接电源3.3V，逻辑门或门芯片U2的引脚3接地，逻辑门或门芯片U2的引脚5连接电源3.3V。通过逻辑门或门芯片U2采集掉电信号和来自MCU的控制信号，或门信号通过电平转换模块，控制MOS管U1的栅极，从而使备用电源（超级电容C1）可控。掉电信号和来自MCU的控制信号，只要有一个是高电平，逻辑门或门芯片U2就输出高电平，MOS管U1关闭，断开后端设备供电；只有两个信号都是低电平时，逻辑门或门芯片U2才输出低电平，MOS管U1打开，向后端设备供电；体现在功能上就是，当掉电信号为高电平（表计有供电）时，超级电容C1不向后端设备供电，当掉电信号为低电平（表计断电）时，由来自MCU的控制信号控制超级电容C1是否向后端设备供电。

作为优选，所述电平转换模块包括NPN型三极管B1、NPN型三极管B2、电阻R4和电阻R5，所述NPN型三极管B1的集电极连接所述电阻R3的另一端，NPN型三极管B1的基极分别连接所述电阻R4的一端和所述NPN型三极管B2的集电极，电阻R4的另一端连接电源3.3V，NPN型三极管B2的基极连接所述电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接所述逻辑门或门芯片U2的引脚4，NPN型三极管B1的发射极和NPN型三极管B2的发射极均接地。逻辑门或门芯片U2输出信号是3.3V的TTL信号，跟MOS管U1充电电压5.5V不匹配，因此通过电平转换模块对逻辑门或门芯片U2输出信号进行电平转换，再输入到MOS管U1栅极，从而使备用电源（超级电容C1）可控。

作为优选，还包括二极管D3，所述二极管D3的正极连接Vin，二极管D3的负极连接Vout。二极管D3防止掉电时电流从Vout倒灌到Vin。

所述掉电信号发生电路包括电阻R8、电阻R9、电容C3、电阻R10、电阻R11、电阻R12、NPN型三极管B3、NPN型三极管B4、电容C4、电阻R13和电容C5，所述电阻R8的一端连接电源12V，电阻R8的另一端连接所述电阻R9的一端，电阻R9的另一端接地，所述电容C3的一端连接电阻R9的一端，电容C3的另一端接地；所述电阻R10的一端连接电容C3的一端，电阻R10的另一端连接所述NPN型三极管B3的基极，NPN型三极管B3的集电极分别连接所述电阻R11的一端和所述NPN型三极管B4的基极，电阻R11的另一端连接电源3.3V，NPN型三极管B4的集电极分别连接所述电阻R12的一端和所述电容C4的一端，电阻R12的另一端连接电源3.3V，NPN型三极管B3的发射极、NPN型三极管B4的发射极和电容C4的另一端接地，所述电阻R13与电容C4并联连接，所述电容C5与电阻R13并联连接。掉电信号发生电路由分立器件搭建，成本低廉，信号精准。

因此，本实用新型的优点是：

（1）增加控制模块，在完成停电上报工作后，控制模块可以主动关闭超级电容电源输出；

（2）由于预留有部分电量，重新上电后，可以缩短超级电容充电时间；

（3）节约电能；

（4）通过逻辑门或门芯片采集掉电信号和来自MCU的控制信号，或门信号通过电平转换模块控制MOS管的栅极，从而使备用电源（超级电容）可控；

（5）掉电信号发生电路由分立器件搭建，成本低廉，信号精准。

附图说明

图1是本实用新型实施例中一种超级电容充放电电路的电路图。

图2是本实用新型实施例中掉电信号发生电路的电路图。

图3是本实用新型背景技术中一种现有的超级电容充放电电路的电路图。

1、超级电容模块 2、充电模块 3、放电模块 4、控制模块 5、电平转换模块。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型做进一步的描述。

一种超级电容充放电电路，如图1所示，包括：

超级电容模块1，超级电容模块1设置在电表的主板背面，用于进行储能和泄能；

充电模块2：充电模块2与超级电容模块1相连，用于为超级电容充电；

放电模块3：放电模块3分别与超级电容模块1和后端设备相连，用于向后端设备供电；

控制模块4：控制模块4输入来自掉电信号发生电路的掉电信号或来自MCU的控制信号，用于控制放电模块3的导通状态；

电平转换模块5：电平转换模块5分别与控制模块4和放电模块3相连，用于转换电平。

本实施例提供了一种超级电容充放电电路，包括超级电容模块1、充电模块2、放电模块3、控制模块4和电平转换模块5，充电模块2的输入端连接电表电源经过DC-DC或LDO的输出，充电模块2的输出端连接超级电容模块1的输入端，超级电容模块1的输出端连接放电模块3的输入端，放电模块3的输出端连接后端设备；控制模块4输入掉电信号或控制信号，控制模块4的输出端连接电平转换模块5的输入端，电平转换模块5的输出端连接放电模块3的输入端。

超级电容模块1包括超级电容C1和预留电阻R1，超级电容C1与预留电阻R1并联，超级电容C1的负极接地。预留电阻R1预留不焊。

充电模块2包括电阻R2和二极管D1，电阻R2一端连接Vin，电阻R2另一端连接二极管D1的正极，二极管D1的负极连接超级电容C1的正极。

放电模块3包括电阻R3、MOS管U1和二极管D2，电阻R3的一端分别与预留电阻R1连接超级电容C1正极的一端及MOS管U1的源极连接，电阻R3的另一端连接MOS管U1的栅极，MOS管U1的漏极连接二极管D2的正极，二极管D2的负极连接Vout。超级电容输出部分的电路（放电模块3）添加MOS管U1，电阻R3给门极一个默认的电平，从而提高电路的抗干扰能力。

控制模块4包括电阻R6和逻辑门或门芯片U2，逻辑门或门芯片U2的引脚1输入来自掉电信号发生电路的掉电信号，逻辑门或门芯片U2的引脚2输入来自MCU的控制信号，逻辑门或门芯片U2的引脚2连接电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接电源3.3V，逻辑门或门芯片U2的引脚3接地，逻辑门或门芯片U2的引脚5连接电源3.3V。掉电信号和来自MCU的控制信号，只要有一个是高电平，逻辑门或门芯片U2就输出高电平，MOS管U1关闭，断开后端设备供电；只有两个信号都是低电平时，逻辑门或门芯片U2才输出低电平，MOS管U1打开，向后端设备供电；体现在功能上就是，当掉电信号为高电平（表计有供电）时，超级电容C1不向后端设备供电，当掉电信号为低电平（表计断电）时，由来自MCU的控制信号控制超级电容C1是否向后端设备供电。

电平转换模块5包括NPN型三极管B1、NPN型三极管B2、电阻R4和电阻R5，NPN型三极管B1的集电极连接电阻R3的另一端，NPN型三极管B1的基极分别连接电阻R4的一端和NPN型三极管B2的集电极，电阻R4的另一端连接电源3.3V，NPN型三极管B2的基极连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接逻辑门或门芯片U2的引脚4，NPN型三极管B1的发射极和NPN型三极管B2的发射极均接地。逻辑门或门芯片U2输出信号是3.3V的TTL信号，跟MOS管U1充电电压5.5V不匹配，因此通过电平转换模块5对逻辑门或门芯片U2输出信号进行电平转换，再输入到MOS管U1栅极，从而使备用电源（超级电容C1）可控。

还包括二极管D3，二极管D3的正极连接Vin，二极管D3的负极连接Vout。

如图2所示，掉电信号发生电路包括电阻R8、电阻R9、电容C3、电阻R10、电阻R11、电阻R12、NPN型三极管B3、NPN型三极管B4、电容C4、电阻R13和电容C5，电阻R8的一端连接电源12V，电阻R8的另一端连接电阻R9的一端，电阻R9的另一端接地，电容C3的一端连接电阻R9的一端，电容C3的另一端接地；电阻R10的一端连接电容C3的一端，电阻R10的另一端连接NPN型三极管B3的基极，NPN型三极管B3的集电极分别连接电阻R11的一端和NPN型三极管B4的基极，电阻R11的另一端连接电源3.3V，NPN型三极管B4的集电极分别连接电阻R12的一端和电容C4的一端，电阻R12的另一端连接电源3.3V，NPN型三极管B3的发射极、NPN型三极管B4的发射极和电容C4的另一端接地，电阻R13与电容C4并联连接，电容C5与电阻R13并联连接。

当电表的+12V高于8.45V时，NPN型三极管B3导通，集电极为低电平，NPN型三极管B4截止，集电极开漏，由电阻R12拉高，所以掉电信号（PWR_DOWN）输出高电平，无论来自MCU的控制信号（MCU_IO_EN_SC）是什么电平，逻辑门或门芯片U2都输出高电平，NPN型三极管B2导通输出低电平，NPN型三极管B1截止，MOS管U1栅极高电平，不导通。

当电表的+12V低于8.45V时，NPN型三极管B3截止，集电极开漏，由电阻R11拉高，输出高电平，NPN型三极管B4导通，输出低电平，所以掉电信号（PWR_DOWN）输出低电平，来自MCU的控制信号（MCU_IO_EN_SC）输出低电平，逻辑门或门芯片U2输出低电平，NPN型三极管B2截止，集电极开漏，由电阻R4拉高，NPN型三极管B1导通，集电极输出低电平，MOS管U1导通，此时通信模块可以完成停电上报任务。完成停电上报后，来自MCU的控制信号（MCU_IO_EN_SC）输出高电平，NPN型三极管B2导通输出低电平，NPN型三极管B1截止，MOS管U1栅极高电平，不导通，此时系统下电。

以上内容，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种超级电容充放电电路，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种超级电容充放电电路，其特征在于，所述超级电容模块包括超级电容C1和预留电阻R1，所述超级电容C1与所述预留电阻R1并联，超级电容C1的负极接地。

3.根据权利要求2所述的一种超级电容充放电电路，其特征在于，所述充电模块包括电阻R2和二极管D1，所述电阻R2一端连接Vin，电阻R2另一端连接所述二极管D1的正极，二极管D1的负极连接超级电容C1的正极。

4.根据权利要求2所述的一种超级电容充放电电路，其特征在于，所述放电模块包括电阻R3、MOS管U1和二极管D2，所述电阻R3的一端分别与预留电阻R1连接超级电容C1正极的一端及所述MOS管U1的源极连接，电阻R3的另一端连接MOS管U1的栅极，MOS管U1的漏极连接所述二极管D2的正极，二极管D2的负极连接Vout。

5.根据权利要求4所述的一种超级电容充放电电路，其特征在于，所述控制模块包括电阻R6和逻辑门或门芯片U2，所述逻辑门或门芯片U2的引脚1输入来自掉电信号发生电路的掉电信号，逻辑门或门芯片U2的引脚2输入来自MCU的控制信号，逻辑门或门芯片U2的引脚2连接所述电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接电源3.3V，逻辑门或门芯片U2的引脚3接地，逻辑门或门芯片U2的引脚5连接电源3.3V。

6.根据权利要求5所述的一种超级电容充放电电路，其特征在于，所述电平转换模块包括NPN型三极管B1、NPN型三极管B2、电阻R4和电阻R5，所述NPN型三极管B1的集电极连接所述电阻R3的另一端，NPN型三极管B1的基极分别连接所述电阻R4的一端和所述NPN型三极管B2的集电极，电阻R4的另一端连接电源3.3V，NPN型三极管B2的基极连接所述电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接所述逻辑门或门芯片U2的引脚4，NPN型三极管B1的发射极和NPN型三极管B2的发射极均接地。

7.根据权利要求1所述的一种超级电容充放电电路，其特征在于，还包括二极管D3，所述二极管D3的正极连接Vin，二极管D3的负极连接Vout。

8.根据权利要求1或5或6所述的一种超级电容充放电电路，其特征在于，所述掉电信号发生电路包括电阻R8、电阻R9、电容C3、电阻R10、电阻R11、电阻R12、NPN型三极管B3、NPN型三极管B4、电容C4、电阻R13和电容C5，所述电阻R8的一端连接电源12V，电阻R8的另一端连接所述电阻R9的一端，电阻R9的另一端接地，所述电容C3的一端连接电阻R9的一端，电容C3的另一端接地；所述电阻R10的一端连接电容C3的一端，电阻R10的另一端连接所述NPN型三极管B3的基极，NPN型三极管B3的集电极分别连接所述电阻R11的一端和所述NPN型三极管B4的基极，电阻R11的另一端连接电源3.3V，NPN型三极管B4的集电极分别连接所述电阻R12的一端和所述电容C4的一端，电阻R12的另一端连接电源3.3V，NPN型三极管B3的发射极、NPN型三极管B4的发射极和电容C4的另一端接地，所述电阻R13与电容C4并联连接，所述电容C5与电阻R13并联连接。