CN218416207U - 一种基于mcu芯片的控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于MCU芯片的控制电路，涉及电源技术领域，包括输入采样模块，用于输入电压采样；智能控制模块，用于通过MCU控制电路接收信号并控制模块工作；储能控制模块，用于欠压比较并控制储能电路充放电工作；超级电容控制模块，用于电能缓冲控制和超级电容电路的充放电工作；输入控制模块，用于预防电能回流；功率调节模块，用于恒压恒功率调节；输出采样模块，用于输出电压采样。本实用新型基于MCU芯片的控制电路通过MCU控制电路输出脉冲信号控制功率调节模块进行恒压恒功率调节，MCU控制电路配合超级电容控制模块在输入电能即将无法正常供电时进行缓冲供电，如果输入电能出现欠压则切换至储能控制模块进行供电。

Description

一种基于MCU芯片的控制电路

技术领域

本实用新型涉及电源技术领域，具体是一种基于MCU芯片的控制电路。

背景技术

微控制单元(Micro controller Unit；MCU)，又称单片微型计算机或者单片机，一种芯片级的计算机，能够为不同的应用场合做不同组合控制，随着数字控制技术的发展，目前开关电源电路有采取MCU控制的方式，实现对开关电源电路的控制，具有高集成度和高扩展性，但是，目前MCU芯片的电源控制电路设计仍然较为薄弱，仅用于取代传统的模拟脉宽调制芯片控制，供电稳定性不高，并且在输入电能不足时无法有效的进行无缝供电处理，导致供电效率较低，因此有待改进。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种基于MCU芯片的控制电路，以解决上述背景技术中提出的问题。

依据本实用新型实施例中，提供一种基于MCU芯片的控制电路，该基于MCU芯片的控制电路包括：电源模块，输入采样模块，输入控制模块，智能控制模块，储能控制模块，超级电容控制模块，功率调节模块，输出模块，输出采样模块；

所述电源模块，用于将输入的电能进行降压滤波和整流滤波处理并输出直流电能；

所述输入采样模块，与所述电源模块连接，用于对所述电源模块输出的电能进行电压采样并输出第一采样信号；

所述智能控制模块，用于通过MCU控制电路接收所述输出采样模块和功率调节模块反馈的电压电流信号用于接收所述储能控制模块和超级电容控制模块输出的比较结果，用于输出脉冲信号并通过驱动电路提高脉冲信号的驱动能力，用于输出第一放电控制信号和第二放电信号并分别控制所述储能控制模块和超级电容控制模块的工作；

所述储能控制模块，与所述智能控制模块和输入采样模块连接，用于通过欠压比较电路和所述第一采样信号对所述电源模块进行欠压检测并停止对储能电路的充电控制，用于接收所述第一放电信号并控制储能电路的放电工作；

所述超级电容控制模块，与所述智能控制模块和输入采样模块连接，用于通过缓冲比较电路和所述第一采样信号对所述电源模块进行电能检测并停止对超级电容电路的充电控制，用于接收所述第二放电信号并控制超级电容电路的放电工作；

所述输入控制模块，与所述电源模块、储能控制模块和超级电容模块连接，用于通过二极管电路预防所述电源模块、储能控制模块和超级电容模块输出的电能出现回流的情况并进行电能传输；

所述功率调节模块，与所述输入控制模块和智能控制模块连接，用于接收所述输入控制模块输出的电能和所述脉冲信号并通过功率调节电路进行恒压恒功率调节；

所述输出模块，与所述功率调节模块连接，用于接收输出所述功率调节模块输出的电能；

所述输出采样模块，与所述输出模块和智能控制模块连接，用于对输出模块传输的电能进行电压采样并将第二采用信号反馈给所述智能控制模块。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型基于MCU芯片的控制电路由智能控制模块通过MCU控制电路输出脉冲信号的方式调节功率调节模块输出的电能，完成对输出电能的稳压控制，还通过超级电容控制模块通过缓冲比较电路对电源模块进行电能检测并在输入电能即将无法正常供电时，由MCU控制电路控制超级电容控制模块进行缓冲供电，缓冲供电期间，如果电源模块恢复正常，将重新由电源模块供电，如果电源模块输出欠压则切换至储能控制模块进行供电，实现无缝稳压供电控制，提高电源电路的工作效率，由智能控制模块智能控制，便于电源管理和使用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实例提供的一种基于MCU芯片的控制电路的原理方框示意图。

图2为本实用新型实例提供的一种基于MCU芯片的控制电路的电路图。

图3为本实用新型实例提供的储能控制模块的连接电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1，请参阅图1，一种基于MCU芯片的控制电路包括：电源模块1，输入采样模块2，输入控制模块3，智能控制模块4，储能控制模块5，超级电容控制模块6，功率调节模块7，输出模块8，输出采样模块9；

具体地，所述电源模块1，用于将输入的电能进行降压滤波和整流滤波处理并输出直流电能；

输入采样模块2，与所述电源模块1连接，用于对所述电源模块1输出的电能进行电压采样并输出第一采样信号；

智能控制模块4，用于通过MCU控制电路接收所述输出采样模块9和功率调节模块7反馈的电压电流信号用于接收所述储能控制模块5和超级电容控制模块6输出的比较结果，用于输出脉冲信号并通过驱动电路提高脉冲信号的驱动能力，用于输出第一放电控制信号和第二放电信号并分别控制所述储能控制模块5和超级电容控制模块6的工作；

储能控制模块5，与所述智能控制模块4和输入采样模块2连接，用于通过欠压比较电路和所述第一采样信号对所述电源模块1进行欠压检测并停止对储能电路的充电控制，用于接收所述第一放电信号并控制储能电路的放电工作；

超级电容控制模块6，与所述智能控制模块4和输入采样模块2连接，用于通过缓冲比较电路和所述第一采样信号对所述电源模块1进行电能检测并停止对超级电容电路的充电控制，用于接收所述第二放电信号并控制超级电容电路的放电工作；

输入控制模块3，与所述电源模块1、储能控制模块5和超级电容模块连接，用于通过二极管电路预防所述电源模块1、储能控制模块5和超级电容模块输出的电能出现回流的情况并进行电能传输；

功率调节模块7，与所述输入控制模块3和智能控制模块4连接，用于接收所述输入控制模块3输出的电能和所述脉冲信号并通过功率调节电路进行恒压恒功率调节；

输出模块8，与所述功率调节模块7连接，用于接收输出所述功率调节模块7输出的电能；

输出采样模块9，与所述输出模块8和智能控制模块4连接，用于对输出模块8传输的电能进行电压采样并将第二采用信号反馈给所述智能控制模块4。

在具体实施例中，上述电源模块1可采用交流源提供交流电，并采用EMI滤波降压器、整流器T1和第一电容C1分别进行EMI滤波降压、整流和滤波处理，在此不做赘述；上述输入采样模块2可采用电阻分压电路对电源模块1输出的电能进行电压采样；上述输入控制模块3可采用二极管电路预防电源模块1、储能控制模块5和超级电容模块输出的电能出现回流的情况；上述智能控制模块4可采用智能控制电路和驱动电路，智能控制电路可采用MCU控制器，驱动电路可采用MOS管驱动器，用于提高智能控制电路输出的脉冲信号的驱动能力；上述储能控制模块5可采用欠压比较电路进行欠压检测，并控制充放电控制电路对储能电路进行充放电控制；上述超级电容控制模块6可采用缓冲比较电路判断输入电能是否达到正常工作所需的最低电能，并可采用充放电控制电路对超级电容电路进行充放电控制；上述功率调节模块7可采用MOS管功率调节电路进行DC-DC稳压调节；上述输出模块8可采用整流滤波电路对输出的电能进行处理；上述输出采样模块9可采用电阻分压电路对输出电能进行电压采样。

实施例2，在实施例1的基础上，请参阅图2和图3，所述输入采样模块2包括第一电阻R1、第二电阻R2；所述输入控制模块3包括第一二极管D1、第二二极管D2；

具体地，所述第一电阻R1的第一端连接第一二极管D1的阳极和所述电源模块1，第一电阻R1的第二端通过第二电阻R2连接地端，第一二极管D1的阴极连接第二二极管D2的阳极，第二二极管D2的阴极连接所述功率调节模块7。

在具体实施例中，上述第一电阻R1和第二电阻R2组成电阻分压电路，用于对输入电能进行电压采样；上述第一二极管D1用于拦截储能控制模块5将电能传输给电源模块1，第二二极管D2用于拦截超级电容控制模块6将电能传输给储能控制模块5。

进一步地，所述超级电容控制模块6包括第一比较器A1、缓冲阈值、第三电阻R3、第一电源VCC1、第四电阻R4、第二电容C2、第一开关管VT1、第五电阻R5、第一功率管Q1、第二功率管Q2、超级电容、第六电阻R6和第二开关管VT2；所述智能控制模块4包括第一控制装置U1；

具体地，所述第一比较器A1的反相端连接所述第一电阻R1的第二端，第一比较器A1的同相端连接缓冲阈值，第一比较器A1的输出端连接第四电阻R4的一端和第一开关管VT1的基极并通过第三电阻R3连接第一电源VCC1，第四电阻R4的另一端连接第一控制装置U1的第一IO端并通过第二电容C2连接地端，第一开关管VT1的集电极连接第一功率管Q1的栅极并通过第五电阻R5连接所述第二二极管D2的阴极和第一功率管Q1的漏极，第一开关管VT1的发射极接地，第一功率管Q1的源极连接第二功率管Q2的源极，第一功率管Q1的栅极通过第六电阻R6连接第一控制装置U1的第二IO端和第二开关管VT2的集电极，第二开关管VT2的发射极接地，第二功率管Q2的漏极通过超级电容连接地端，第二开关管VT2的基极连接所述储能控制模块5。

在具体实施例中，上述第一比较器A1可选用LM393比较器；上述缓冲阈值为输入电能正常工作所需的最低电能阈值，配合第一比较器A1判断是否需要控制超级电容电路进行放电；上述第一开关管VT1和第二开关管VT2均可选用NPN型三极管，第一开关管VT1用于控制第一功率管Q1的工作状态，第二开关管VT2用于控制第二功率管Q2的工作状态；上述第一功率管Q1和第二功率管Q2均可选用N沟道增强型MOS管，第一功率管Q1作为充电管使用，第二功率管Q2作为放电管使用；上述第一控制装置U1可由MCU控制器和驱动器组成，第一控制器的第一IO端为高低电平信号输出端，第二IO端为脉冲信号输出端，需要通过驱动器提高脉冲信号的驱动能力。

进一步地，所述储能控制模块5包括第十二电阻R12、第三功率管Q3、第四功率管Q4、第三开关管VT3、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第二电源VCC1、第五电容C5、第二比较器A2、欠压阈值、第十三电阻R13、储能装置；

具体地，所述第三功率管Q3的漏极连接所述第二二极管D2的阴极并通过第十二电阻R12连接第三功率管Q3的栅极和第三开关管VT3的集电极，第三功率管Q3的源极连接第四功率管Q4的源极，第四功率管Q4的漏极通过储能装置连接地端，第三开关管VT3的发射极接地，第三开关管VT3的基极连接第二比较器A2的输出端、第十五电阻R15的一端和所述第二开关管VT2的基极并通过第十四电阻R14连接第二电源VCC1，第二比较器A2的同相端连接欠压阈值，第二比较器A2的反相端连接所述第一电阻R1的第二端，第十五电阻R15的另一端连接所述第一控制装置U1的第六IO端并通过第五电容C5连接地端，第四功率管Q4的栅极通过第十三电阻R13连接第一控制装置U1的第七IO端。

在具体实施例中，上述第三功率管Q3和第四功率管Q4均可选用N沟道增强型MOS管，第三功率管Q3作为充电管使用，第四功率管Q4作为放电管使用；上述第三开关管VT3可选用NPN型三极管，用于控制第三功率管Q3的工作状态；上述第二比较器A2可选用LM393比较器，配合欠压阈值进行欠压控制；上述第一控制装置U1的第六IO端为脉冲信号输出端，需要通过驱动器提高脉冲信号的驱动能力，在此不做赘述。

进一步地，所述功率调节模块7包括第七电阻R7、第三电容C3、第三二极管D3、第五功率管Q5、第八电阻R8、第十一电阻R11、高频变压器W1；

具体地，所述第七电阻R7的一端、第三电容C3的一端和高频变压器W1的原边绕组的第一端均连接所述第二二极管D2的阴极，第七电阻R7的另一端连接第三电容C3的另一端和第三二极管D3的阴极，第三二极管D3的阳极连接高频变压器W1的副边绕组的第二端和第五功率管Q5的漏极，第五功率管Q5的源极连接所述第一控制装置U1的第五IO端并通过第十一电阻R11连接地端，第五功率管Q5的栅极通过第八电阻R8连接所述第一控制装置U1的第三IO端，高频变压器W1的副边绕组连接所述输出模块8。

在具体实施例中，上述第七电阻R7、第三电容C3、第三二极管D3组成RCD吸收电路，用于吸收第五功率管Q5产生的尖峰电压；上述第五功率管Q5可选用N沟道增强型MOS管，用于调节高频变压器W1输出的电能；上述第十一电阻R11作为电流采样电阻使用，为第一控制装置U1提供电流信号；上述第一控制装置U1的第三IO端为脉冲信号输出端，需要通过驱动器提高脉冲信号的驱动能力，在此不做赘述。

进一步地，所述输出模块8包括第四二极管D4、第五二极管D5、第一电感L1、第四电容C4、输出端口；所述输出采样模块9包括第九电阻R9和第十电阻R10；

具体地，所述第四二极管D4的阳极连接所述高频变压器W1的副边绕组的第一端，第四二极管D4的阴极连接第五二极管D5的阴极并通过第一电感L1连接第四电容C4的一端、第九电阻R9的一端和输出端口，第九电阻R9的另一端连接所述第一控制装置U1的第四IO端并通过第十电阻R10连接地端，高频变压器W1的副边绕组的第二端、第五二极管D5的阳极和第四电容C4的另一端均接地。

在具体实施例中，上述第四二极管D4和第五二极管D5用于整流处理，第一电感L1和第四电容C4用于滤波处理；上述第九电阻R9和第十电阻R10组成电阻分压电路为第一控制装置U1提供输出电压采样信号。

本实用新型一种基于MCU芯片的控制电路通过EMI降压滤波器、整流器T1和第一电容C1对交流源提供的交流电进行EMI滤波降压和整流滤波处理，为电路提供所需直流电，由第一电阻R1和第二电阻R2对输入的电能进行采样，当供电正常时，第五电阻R5控制第一功率管Q1导通，超级电容处于充电状态，同时第一控制装置U1通过第十一电阻R11和第九电阻R9与第十电阻R10反馈的电流电压信号调节输出的脉冲信号，以便调节第五功率管Q5的导通角，实现输出稳压调节，当供电电压处于正常供电工作所需的最低电能时，第一比较器A1控制第一开关管VT1导通，第一功率管Q1截止，同时触发第一控制装置U1的第二IO端控制第二功率管Q2导通，使得超级电容放电，对电源切换进行缓冲控制，如果此时供电电源恢复正常，将重新由电源模块1供电，如果此时供电电源持续降低，低于欠压阈值后，第二比较器A2控制第二开关管VT2和第三开关管VT3导通，第二功率管Q2截止，超级电容停止放电，同时由第一控制装置U1的第七IO端触发第四功率管Q4导通，储能装置进行放电控制，实现第一控制装置U1对电源电路的无缝稳压切换控制。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种基于MCU芯片的控制电路，其特征在于，该基于MCU芯片的控制电路包括：电源模块，输入采样模块，输入控制模块，智能控制模块，储能控制模块，超级电容控制模块，功率调节模块，输出模块，输出采样模块；

所述电源模块，用于将输入的电能进行降压滤波和整流滤波处理并输出直流电能；

所述输入采样模块，与所述电源模块连接，用于对所述电源模块输出的电能进行电压采样并输出第一采样信号；

所述智能控制模块，用于通过MCU控制电路接收所述输出采样模块和功率调节模块反馈的电压电流信号用于接收所述储能控制模块和超级电容控制模块输出的比较结果，用于输出脉冲信号并通过驱动电路提高脉冲信号的驱动能力，用于输出第一放电控制信号和第二放电信号并分别控制所述储能控制模块和超级电容控制模块的工作；

所述储能控制模块，与所述智能控制模块和输入采样模块连接，用于通过欠压比较电路和所述第一采样信号对所述电源模块进行欠压检测并停止对储能电路的充电控制，用于接收所述第一放电信号并控制储能电路的放电工作；

所述超级电容控制模块，与所述智能控制模块和输入采样模块连接，用于通过缓冲比较电路和所述第一采样信号对所述电源模块进行电能检测并停止对超级电容电路的充电控制，用于接收所述第二放电信号并控制超级电容电路的放电工作；

所述输入控制模块，与所述电源模块、储能控制模块和超级电容模块连接，用于通过二极管电路预防所述电源模块、储能控制模块和超级电容模块输出的电能出现回流的情况并进行电能传输；

所述功率调节模块，与所述输入控制模块和智能控制模块连接，用于接收所述输入控制模块输出的电能和所述脉冲信号并通过功率调节电路进行恒压恒功率调节；

所述输出模块，与所述功率调节模块连接，用于接收输出所述功率调节模块输出的电能；

所述输出采样模块，与所述输出模块和智能控制模块连接，用于对输出模块传输的电能进行电压采样并将第二采用信号反馈给所述智能控制模块。

2.根据权利要求1所述的一种基于MCU芯片的控制电路，其特征在于，所述输入采样模块包括第一电阻、第二电阻；所述输入控制模块包括第一二极管、第二二极管；

所述第一电阻的第一端连接第一二极管的阳极和所述电源模块，第一电阻的第二端通过第二电阻连接地端，第一二极管的阴极连接第二二极管的阳极，第二二极管的阴极连接所述功率调节模块。

3.根据权利要求2所述的一种基于MCU芯片的控制电路，其特征在于，所述超级电容控制模块包括第一比较器、缓冲阈值、第三电阻、第一电源、第四电阻、第二电容、第一开关管、第五电阻、第一功率管、第二功率管、超级电容、第六电阻和第二开关管；所述智能控制模块包括第一控制装置；

所述第一比较器的反相端连接所述第一电阻的第二端，第一比较器的同相端连接缓冲阈值，第一比较器的输出端连接第四电阻的一端和第一开关管的基极并通过第三电阻连接第一电源，第四电阻的另一端连接第一控制装置的第一IO端并通过第二电容连接地端，第一开关管的集电极连接第一功率管的栅极并通过第五电阻连接所述第二二极管的阴极和第一功率管的漏极，第一开关管的发射极接地，第一功率管的源极连接第二功率管的源极，第一功率管的栅极通过第六电阻连接第一控制装置的第二IO端和第二开关管的集电极，第二开关管的发射极接地，第二功率管的漏极通过超级电容连接地端，第二开关管的基极连接所述储能控制模块。

4.根据权利要求3所述的一种基于MCU芯片的控制电路，其特征在于，所述储能控制模块包括第十二电阻、第三功率管、第四功率管、第三开关管、第十四电阻、第十五电阻、第二电源、第五电容、第二比较器、欠压阈值、第十三电阻、储能装置；

所述第三功率管的漏极连接所述第二二极管的阴极并通过第十二电阻连接第三功率管的栅极和第三开关管的集电极，第三功率管的源极连接第四功率管的源极，第四功率管的漏极通过储能装置连接地端，第三开关管的发射极接地，第三开关管的基极连接第二比较器的输出端、第十五电阻的一端和所述第二开关管的基极并通过第十四电阻连接第二电源，第二比较器的同相端连接欠压阈值，第二比较器的反相端连接所述第一电阻的第二端，第十五电阻的另一端连接所述第一控制装置的第六IO端并通过第五电容连接地端，第四功率管的栅极通过第十三电阻连接第一控制装置的第七IO端。

5.根据权利要求3所述的一种基于MCU芯片的控制电路，其特征在于，所述功率调节模块包括第七电阻、第三电容、第三二极管、第五功率管、第八电阻、第十一电阻、高频变压器；

所述第七电阻的一端、第三电容的一端和高频变压器的原边绕组的第一端均连接所述第二二极管的阴极，第七电阻的另一端连接第三电容的另一端和第三二极管的阴极，第三二极管的阳极连接高频变压器的副边绕组的第二端和第五功率管的漏极，第五功率管的源极连接所述第一控制装置的第五IO端并通过第十一电阻连接地端，第五功率管的栅极通过第八电阻连接所述第一控制装置的第三IO端，高频变压器的副边绕组连接所述输出模块。

6.根据权利要求5所述的一种基于MCU芯片的控制电路，其特征在于，所述输出模块包括第四二极管、第五二极管、第一电感、第四电容、输出端口；所述输出采样模块包括第九电阻和第十电阻；

所述第四二极管的阳极连接所述高频变压器的副边绕组的第一端，第四二极管的阴极连接第五二极管的阴极并通过第一电感连接第四电容的一端、第九电阻的一端和输出端口，第九电阻的另一端连接所述第一控制装置的第四IO端并通过第十电阻连接地端，高频变压器的副边绕组的第二端、第五二极管的阳极和第四电容的另一端均接地。

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