CN220382815U - 一种带大负载能力的非接触式电源管理电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带大负载能力的非接触式电源管理电路，包括：干簧管单元、高压控制单元和保护电路单元，其中，干簧管单元安装于航行体内部壳体上，且与电池连接，用于永磁体靠近时电池通电或断电；高压控制单元分别与干簧管单元和电池连接，用于触发脉冲信号的电平保持，以及负载与电池之间的接通/断开；保护电路单元分别与高压控制单元和负载连接，用于保护负载。该电路具有带大负载能力，相较于现有电源管理芯片的控制模式，电路结构更加简单，成本更低，且可实现电路的非接触式闭合和断开，降低了电源系统上下电操作的复杂度；还能对后级负载进行过压保护、过流保护和静电防护，增加了电源电路的工作稳定性，提高了抗干扰能力。

Description

一种带大负载能力的非接触式电源管理电路

技术领域

本实用新型涉及水下电子设备电源管理技术领域，具体涉及一种带大负载能力的非接触式电源管理电路。

背景技术

目前，水下电子设备的电源系统由高压动力电池、电源管理系统、充电管理系统等多个控制子系统构成，对系统的上下电操作需要电源管理系统和电机控制器协同控制，对大负载的供电需要高压控制系统来实现，而目前电源管理系统多选取专用的集成芯片，成本较高，控制逻辑复杂，过程繁琐。

另一方面，由于电池组密封在水下电子设备内部，工作人员一般需要先拆下水密盖板，利用计算机和调试缆来连接到设备，才能实现系统的上下电操作，设备入水前需要再装上水密盖板，这样大大增加了水下电子设备电源系统的复杂度。

基于此，继续一种电源管理电路，来降低系统上下电操作的复杂性，提高工作效率。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供了一种带大负载能力的非接触式电源管理电路，通过干簧管单元可实现电路的非接触式闭合和断开，降低了电源系统上下电操作的复杂度，相较于现有水下电子设备采用电源管理芯片的控制模式，电路结构更加简单，成本更低。

具体地，本实用新型是这样实现的：

一种带大负载能力的非接触式电源管理电路，包括：

干簧管单元，安装于航行体内部壳体上，且与电池连接，用于永磁体靠近时电池通电或断电；

高压控制单元，分别与干簧管单元和电池连接，用于触发脉冲信号的电平保持，以及负载与电池之间的接通/断开；

保护电路单元，分别与高压控制单元和负载连接，用于保护负载。

进一步地，所述干簧管单元包括：常闭型干簧管SW1、常开型干簧管SW2、电阻R2和电容C5；

常闭型干簧管SW1，一端与电池连接，另一端与高压控制单元连接；

电阻R2上端与电池连接，下端与常开型干簧管SW2连接；

常开型干簧管SW2另一端接电容C5上端，电容C5下端接地；

当用永磁体靠近常开型干簧管SW2时电池上电，当用永磁体靠近常闭型干簧管SW1时电池断电。

进一步地，所述高压控制单元包括：大功率接触器K1、PNP三极管Q1、NPN三极管Q2、N沟道MOS管Q3、二极管V1和电阻组件；

大功率接触器K1的1脚与二极管V1的负极相连，2脚与保护电路单元输入端相连，3脚与二极管V1的正极和N沟道MOS管Q3的漏极相连，4脚与电池正极相连；电阻组件与PNP三极管Q1、NPN三极管Q2和N沟道MOS管Q3连接。

进一步地，所述电阻组件包括：电阻R1、电阻R3～R10；

其中，电阻R1、电阻R3和电阻R4为三角形连接，电阻R1和电阻R4的公共端与PNP三极管Q1的基极相连，电阻R3和电阻R4的公共端与NPN三极管Q2的集电极相连，电阻R1和电阻R3的公共端与PNP三极管Q1的发射极、大功率接触器K1的1脚及二极管V1的负极相连；

电阻R5左端、电阻R7左端、电阻R10上端与干簧管单元相连，电阻R5右端与PNP三极管Q1集电极相连，电阻R7右端与NPN三极管Q2基极相连；

电阻R6、电阻R8、电阻R9组成三角形连接，电阻R6和电阻R9的公共端与N沟道MOS管Q3的栅极相连，电阻R6和电阻R8的公共端与PNP三极管Q1的集电极相连，电阻R8和电阻R9的公共端、电阻R10的下端、NPN三极管Q2的发射极、N沟道MOS管Q3的源极接地。

进一步地，所述保护电路单元包括：压敏电阻M1、气体放电管G1、瞬态电压抑制二极管V2及滤波电路；

电压抑制二极管V2的负极、压敏电阻M1的下端、气体放电管G1的上端均与电池的负极相连，气体放电管G1的下端接地。

进一步地，所述滤波电路包括：电感L1、电容C1～C4；

其中，电感L1左端和压敏电阻M1的上端与高压控制单元相连，电容C1～C4和瞬态电压抑制二极管V2的正极均与电感L1的右端相连，电容C1～C4的负极与电池的负极相连。

本实用新型的工作原理：

当常闭型干簧管SW1和常开型干簧管SW2没有被触发时，NPN三极管Q2的基极没有电流通过，NPN三极管Q2处于截止状态，NPN三极管Q2的集电极和发射极等效于断开，使得PNP三极管Q1的基极无电流回路，PNP三极管Q1也处于截止状态，进而使得N沟道MOS管Q3的栅极无电压，所以N沟道Q3处于关闭状态，此时大功率接触器K1的线圈未通电，大功率接触器K1处于断开状态，电池高压供电无法到达下一级工作单元，故负载未被驱动。

当用永磁体靠近常开型干簧管SW2时，常开型干簧管SW2变为闭合状态，此时VCC通过电阻R2和R10分压，在电阻R10两端产生压降，使得NPN三极管Q2的基极电阻R7上有电流通过，NPN三极管Q2变为导通状态，其集电极等效于接地，故VCC进而能够通过常闭型干簧管SW2到达PNP三极管Q1的基极电阻回路，R1、R3和R4为PNP三极管Q1提供开启电压，产生基极电流后使得PNP三极管Q1导通，再通过R6、R8、R9组成的三角形结构分压，使得N沟道MOS管Q3导通。此时大功率接触器K1线圈通电，线圈电流会产生磁场，使得静铁芯产生电磁吸力来吸引动铁芯，使得大功率接触器K1触点闭合。高压电池的正极将通过高压控制模块进入下一级单元。

NPN三极管Q2的作用是维持PNP三极管Q1导通。当高压控制单元上电过程完成后，即使再用永磁体靠近常开型干簧管SW2使其断开，VCC依然可以通过常闭型干簧管SW1回路维持PNP三极管Q1导通，N沟道MOS管Q3导通，即高压控制单元具有自锁能力，能够实现触发脉冲信号的电平保持。

当高压电池供电通过高压控制单元后将到达保护电路单元，当电路出现过压状态时，压敏电阻M1会被击穿，进行电压钳位，相当于短路，吸收多余的电流。气体放电管G1的作用则是泄放通过M1的瞬时过电流，限制过电压，进一步保护负载。当电池电压低于M1的阈值时，流过M1的电流极小，M1等效于阻值无穷大，此时电池正极将通过电感L1给负载供电。电感L1及电容C1～C4的作用主要是进行滤波，提高电源电路的工作稳定性。瞬态电压抑制二极管V2并联在电路中，其对过电压的反应速度会比压敏电阻M1和气体放电管G1快，能够防止电源管理电路被速度很快的电压尖峰损坏。

当水下电子设备完成工作任务并被打捞上岸后，只需用永磁体靠近常闭型干簧管SW1使其断开，三极管Q1的基极将无电流回路，即Q1截止，进而MOS管Q3也截止，使得大功率接触器触点断开，从而实现设备的非接触式断电。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

(1)采用干簧管单元实现了电路的非接触式闭合和断开，降低了电源系统上下电操作的复杂度，提高了工作效率。

(2)相较于现有水下电子设备采用电源管理芯片的控制模式，电路结构更加简单，成本更低。

(3)通过保护电路单元既能对后级负载进行过压保护、过流保护和静电防护，又能增加电源电路的工作稳定性，同时提高抗干扰能力。

附图说明

图1为实施例1中带大负载能力的非接触式电源管理电路的电路框图；

图2为实施例1中带大负载能力的非接触式电源管理电路的电路图；

图3为实施例1中的干簧管的安装示意图；

图4为实施例1中的带大负载能力的非接触式电源管理电路工作过程示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

实施例1

本实施例提供了一种带大负载能力的非接触式电源管理电路主要用于航行体这样的水下电子设备。如图1所示，该电源管理电路包括：干簧管单元、高压控制单元和保护电路单元，其中，干簧管单元用于在永磁体靠近时，电池通电或断电，从而实现能电路的非接触式上下电。高压控制单元的输入端与干簧管单元的输出端相连，通过三极管组合开关电路和N沟道MOS管Q3来实现触发脉冲信号的电平保持，进而使大功率接触器K1闭合，将高压动力电池的输出与下一级电路接通，再经过保护电路单元后给负载供电。

具体地，如图2所示，干簧管单元包括50W常闭型干簧管SW1、常开型干簧管SW2、电阻R2、电容C5。常闭型干簧管SW1一端与12V供电相连，另一端接高压控制单元，电阻R2上端接12V供电，电阻R2下端接常开型干簧管SW2的一端。常开型干簧管SW2另一端接电容C5上端，电容C5下端接地。当用永磁体靠近干簧管时，可以使干簧管闭合或断开。如图3所示，两个干簧管分别安装在航行器内部壳体的两侧，当用永磁体靠近常开型干簧管SW2时电池上电，当用永磁体靠近常闭型干簧管SW1时电池断电，永磁体只需靠近一次干簧管即可，电路具备状态保持能力。

高压控制单元包括：大功率接触器K1、PNP三极管Q1、NPN三极管Q2、N沟道MOS管Q3、二极管V1、电阻R1、电阻R3～R10。电阻R1、R3、R4为三角形连接，电阻R1和R4的公共端与Q1的基极相连，电阻R3和R4的公共端与Q2的集电极相连，电阻R1和R3的公共端与Q1的发射极、接触器K1的1脚及V1的负极相连。K1的4脚与电池正极相连，K1的3脚与V1的正极、Q3的漏极相连，K1的2脚接入保护电路单元输入端。R5左端、R7左端、R10上端与C5上端相连。R5右端与Q1集电极相连。R7右端与Q2基极相连。电阻R6、R8、R9组成三角形连接，R6和R9的公共端与Q3的栅极相连，R6和R8的公共端与Q1的集电极相连。电阻R8和R9的公共端、R10的下端、Q2的发射极、Q3的源极接地。

保护电路单元由压敏电阻M1、气体放电管G1、瞬态电压抑制二极管V2及滤波电路组成。滤波电路由电感L1和电容C1～C4组成，主要用于进行滤波，提高电源电路的工作稳定性。L1左端和M1的上端与K1的2脚相连，电容C1～C4和V2的正极与电感L1的右端相连，C1～C4和V2的负极、M1的下端、G1的上端与电池的负极相连，G1的下端接地。

具体的，当常闭型干簧管SW1和常开型干簧管SW2没有被触发时，三极管Q2的基极没有电流通过，Q2处于截止状态，Q2的集电极和发射极等效于断开，使得三极管Q1的基极无电流回路，Q1也处于截止状态，进而使得N沟道MOS管Q3的栅极无电压，所以Q3处于关闭状态，此时大功率接触器K1的线圈未通电，大功率接触器K1处于断开状态，电池高压供电无法到达下一级工作单元，故负载未被驱动。

当用永磁体靠近常开型干簧管SW2时，常开型干簧管SW2变为闭合状态，如图2所示，此时VCC通过电阻R2和R10分压，在电阻R10两端产生压降，使得NPN三极管Q2的基极电阻R7上有电流通过，Q2变为导通状态，其集电极等效于接地，故VCC进而能够通过常闭型干簧管SW2到达三极管Q1的基极电阻回路，R1、R3和R4为Q1提供开启电压，产生基极电流后使得Q1导通，再通过R6、R8、R9组成的三角形结构分压，使得N沟道MOS管Q3导通。此时大功率接触器线圈通电，线圈电流会产生磁场，使得静铁芯产生电磁吸力来吸引动铁芯，使得接触器触点闭合。高压电池的正极将通过高压控制模块进入下一级单元。本实施例中C5在电路中有降压的作用，可以将电流压力降低。Q2的作用是维持Q1导通。当高压控制单元上电过程完成后，即使再用永磁体靠近常开型干簧管SW2使其断开，VCC依然可以通过上述常闭型干簧管回路维持Q1导通，Q3导通，即高压控制单元具有自锁能力，能够实现触发脉冲信号的电平保持。

当高压电池供电通过高压控制单元后将到达保护电路单元，如图3所示。保护电路单元中压敏电阻M1的作用是过电压保护。当电路出现过压状态时，压敏电阻M1会被击穿，进行电压钳位，相当于短路，吸收多余的电流。气体放电管G1的作用则是泄放通过M1的瞬时过电流，限制过电压，进一步保护负载。当电池电压低于M1的阈值时，流过M1的电流极小，M1等效于阻值无穷大，此时电池正极将通过电感L1给负载供电。电感L1及电容C1～C4的作用主要是进行滤波，提高电源电路的工作稳定性。瞬态电压抑制二极管V2并联在电路中，其对过电压的反应速度会比压敏电阻M1和气体放电管G1快，能够防止电源管理电路被速度很快的电压尖峰损坏。

当水下电子设备完成工作任务并被打捞上岸后，只需用永磁体靠近常闭型干簧管SW1使其断开，PNP三极管Q1的基极将无电流回路，即Q1截止，进而MOS管Q3也截止，使得大功率接触器触点断开，从而实现设备的非接触式断电。

以上应用了具体个例对本实用新型进行阐述，只是用于帮助理解本实用新型，并不用以限制本实用新型。对于本实用新型所属技术领域的技术人员，依据本实用新型的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (6)

1.一种带大负载能力的非接触式电源管理电路，其特征在于，包括：

干簧管单元，安装于航行体内部壳体上，且与电池连接，用于永磁体靠近时电池通电或断电；

高压控制单元，分别与干簧管单元和电池连接，用于触发脉冲信号的电平保持，以及负载与电池之间的接通/断开；

保护电路单元，分别与高压控制单元和负载连接，用于保护负载。

2.如权利要求1所述的带大负载能力的非接触式电源管理电路，其特征在于，所述干簧管单元包括：常闭型干簧管SW1、常开型干簧管SW2、电阻R2和电容C5；

常闭型干簧管SW1，一端与电池连接，另一端与高压控制单元连接；

电阻R2上端与电池连接，下端与常开型干簧管SW2连接；

常开型干簧管SW2另一端接电容C5上端，电容C5下端接地；

当用永磁体靠近常开型干簧管SW2时电池上电，当用永磁体靠近常闭型干簧管SW1时电池断电。

3.如权利要求1所述的带大负载能力的非接触式电源管理电路，其特征在于，所述高压控制单元包括：大功率接触器K1、PNP三极管Q1、NPN三极管Q2、N沟道MOS管Q3、二极管V1和电阻组件；

大功率接触器K1的1脚与二极管V1的负极相连，2脚与保护电路单元输入端相连，3脚与二极管V1的正极和N沟道MOS管Q3的漏极相连，4脚与电池正极相连；电阻组件与PNP三极管Q1、NPN三极管Q2和N沟道MOS管Q3连接。

4.如权利要求3所述的带大负载能力的非接触式电源管理电路，其特征在于，所述电阻组件包括：电阻R1、电阻R3～R10；

其中，电阻R1、电阻R3和电阻R4为三角形连接，电阻R1和电阻R4的公共端与PNP三极管Q1的基极相连，电阻R3和电阻R4的公共端与NPN三极管Q2的集电极相连，电阻R1和电阻R3的公共端与PNP三极管Q1的发射极、大功率接触器K1的1脚及二极管V1的负极相连；

电阻R5左端、电阻R7左端、电阻R10上端与干簧管单元相连，电阻R5右端与PNP三极管Q1集电极相连，电阻R7右端与NPN三极管Q2基极相连；

电阻R6、电阻R8、电阻R9组成三角形连接，电阻R6和电阻R9的公共端与N沟道MOS管Q3的栅极相连，电阻R6和电阻R8的公共端与PNP三极管Q1的集电极相连，电阻R8和电阻R9的公共端、电阻R10的下端、NPN三极管Q2的发射极、N沟道MOS管Q3的源极接地。

5.如权利要求1所述的带大负载能力的非接触式电源管理电路，其特征在于，所述保护电路单元包括：压敏电阻M1、气体放电管G1、瞬态电压抑制二极管V2及滤波电路；

电压抑制二极管V2的负极、压敏电阻M1的下端、气体放电管G1的上端均与电池的负极相连，气体放电管G1的下端接地。

6.如权利要求5所述的带大负载能力的非接触式电源管理电路，其特征在于，所述滤波电路包括：电感L1、电容C1～C4；

其中，电感L1左端和压敏电阻M1的上端与高压控制单元相连，电容C1～C4和瞬态电压抑制二极管V2的正极均与电感L1的右端相连，电容C1～C4的负极与电池的负极相连。