备用电源和抄表系统的制作方法

1.本实用新型涉及低压电器领域，特别涉及一种备用电源和抄表系统。


背景技术：

2.现有的备用电源采用大容量的超级电容。如图1所示，该超级电容充电电路采用限流电阻方式。备用电源能持续提供电力的维持时间和备用电源选用超级电容大小有关，容值越大，维持的时间越长，但是随着电容容值的增加，也带来了新的问题，也就是当系统刚上电不久(此时电容尚未充满)时突然停电，此时超级电容两端的电压低于维持用电终端单片机维持工作的电压阀值，如5v的单片机系统电压低于2.2v。此时单片机处于不可靠的临界工作电压状态，可能造成数据丢失。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，备用电源在用电终端断电后，能够快速为用电终端供电，保证用电终端的数据安全性。
4.为实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：
5.本技术实施例提供一种备用电源，包括并联连接的第一电源电路和第二电源电路，所述第一电源电路和第二电源电路并联后的一端与外部电源连接，用于在需要充电时进行充电；所述第一电源电路和第二电源电路并联后的另一端与用电终端连接，用于对用电终端供电；
6.所述第一电源电路包括第一电容，所述第二电源电路包括第二电容，其中，所述第一电容和第二电容用于充电储能，第一电容的容量小于第二电容的容量。
7.进一步，还包括调压电路和稳压电路；
8.所述调压电路的输入端与外部电源连接，调压电路的输出端与稳压模块的输入连接，用于调整输入电压；
9.所述稳压模块的输入端与调压模块的输出端连接，稳压模块的输出端与第一电源电路和第二电源电路并联后的一端连接，对输入电压进行稳压。
10.进一步，所述第一电容为储能电容c1，所述第一电源电路还包括限流电阻r1，限流电阻r2，二极管d1和二极管d2；
11.所述限流电阻r1和限流电阻r2并联后的一端与第二电源电路的一端连接，限流电阻r1和限流电阻r2并联后的另一端与二极管d1的正极连接，二极管d1的负极与二极管d2的正极连接，二极管d2的负极与第二电源电路的另一端连接储能电容c1的正极与二极管d1和二极管d2的中间节点连接，储能电容c1的负极接地。
12.进一步，所述第二电容包括串联连接的储能电容c2和储能电容c3，所述第二电源电路还包括第一均压电路和第二均压电路，所述第一均压电路和第二均压电路分别并联连接在储能电容c2和储能电容c3的两端。
13.进一步，所述第二电源电路还包括限流单元和防反向单元，所述限流单元和所述
第二电容串联，所述防反向单元位于所述第二电容的充电电路和/或放电电路上。
14.进一步，所述限流单元还包括限流电阻r3，限流电阻r4，限流电阻r5和限流电阻r6，所述防反向单元包括二极管d3和二极管d4；
15.所述限流电阻r3，限流电阻r4和限流电阻r5并联后的一端与第一均压电路的一端连接，限流电阻r3，限流电阻r4和限流电阻r5并联后的另一端与二极管d3的负极连接，二极管d3的正极与所述外部电源连接；二极管d4的正极与第二电容连接，二极管d4的负极经过电阻r6与用电终端连接。
16.进一步，所述第一均压电路包括电阻r7，电阻r8，电阻r9和稳压管u1；所述电阻r7与稳压管u1、电阻r8和电阻r9分别串联连接后，并联连接于储能电容c2的两端。
17.进一步，所述第二均压电路包括电阻r10，电阻r11，电阻r12和稳压管u2；所述电阻r10与稳压管u2、电阻r11和电阻r12分别串联连接后，并联连接于储能电容c3的两端。
18.进一步，在充电前期，仅第一电源电路为用电终端供电；在充电时间大于设定时间阈值后，第一电源电路和第二电源电路中的输入电压高输出电压高的一方电路为用电终端供电。
19.本技术实施例还提供一种抄表系统，包括远程控制单元，控制芯片，采集单元，智能电表和人机接口和上述的备用电源；
20.所述控制芯片，用于收集智能电表的数据进行处理存储，与远程控制单元进行通信，控制芯片与备用电源连接，备用电源为控制芯片提供工作电源；
21.所述采集单元，与智能电表连接，用于采集智能电表的数据；
22.所述人机接口，与控制芯片连接，用于提供人机交互接口。
23.本实用新型备用电源采用并联连接的第一电源电路和第二电源电路，第一电源电路的电容容量小，反应迅速，能够在短时间内充满电，可保证用电终端在短时间停电或掉电时重要参数的保存；第二电源电路的电容容量大，能够较长时间为用电终端供电；备用电源在用电终端断电后，能够快速为用电终端供电，保证用电终端的数据安全性。
24.在充电前期，仅第一电源电路为用电终端供电，在充电时间大于设定时间阈值后，第一电源电路和第二电源电路中的输出电压高的一方电路为用电终端供电。
附图说明
25.图1是本实用新型现有技术备用电源的电路图；
26.图2是本实用新型现有技术另一备用电源的电路图；
27.图3是本实用新型现有技术另一备用电源的电路图；
28.图4是本实用新型抄表系统的整体结构示意图；
29.图5是本实用新型第一电源电路的电路图；
30.图6是本实用新型第二电源电路的电路图。
具体实施方式
31.以下结合附图1至6给出的实施例，进一步说明本实用新型的备用电源和抄表系统的具体实施方式。本实用新型的备用电源和抄表系统不限于以下实施例的描述。
32.图1为现有技术的一种备用电源的电路图。如图1所示，该超级电容充电电路采用
限流电阻方式。备用电源能持续提供电力的维持时间和备用电源选用超级电容大小有关，容值越大，维持的时间越长，但是随着电容容值的增加，也带来了新的问题，也就是当系统刚上电不久(此时电容尚未充满)时突然停电，此时超级电容两端的电压低于维持用电终端单片机维持工作的电压阀值，如5v的单片机系统电压低于2.2v。此时单片机处于不可靠的临界工作电压状态，可能造成数据丢失。
33.图2为现有技术的另一种备用电源的电路图。如图2所示，c1＝c2、r1＝r2。由于超级电容器制作材料、制作过程的不一致性，造成了超级电容器的内阻不一致。在每个超级电容单体上并联一个电阻来抑制泄漏电流，实际上，就是使用公差很小的电阻强制单个电容的电压一致。该方法具有结构简单和低成本的优点，最大的缺点是电容放电时，电容c1、电容c2与电阻r1、电阻r2形成放电回路，在电阻r1、电阻r2上产生很大的损耗。
34.图3为现有技术的另一种备用电源的电路图。如图3所示，在电容上并联一个稳压二极管，只要达到稳压二极管的工作电压，电容电压就保持不变。但在实际应用中，稳压二极管的稳压值及二极管导通电压会随温度变化，而且其伏安特性相对较软(即伏安特性随温度影响较大)，因而不符合超级电容器的均压要求，不能使用。
35.针对上述存在的技术问题。在本技术的一些实施例中，备用电源采用并联连接的第一电源电路和第二电源电路，第一电源电路的电容容量小，反应迅速，能够在短时间内充满电，可保证用电终端在短时间停电或掉电时重要参数的保存；第二电源电路的电容容量大，能够较长时间为用电终端供电；备用电源在用电终端断电后，能够快速为用电终端供电，保证用电终端的数据安全性。在充电前期，仅第一电源电路为用电终端供电，在充电时间大于设定时间阈值后，第一电源电路和第二电源电路中的输出电压高的一方电路为用电终端供电。
36.本技术以下以抄表系统为例，对备用电源进行说明。本技术实施例备用电源不限于本技术实施例抄表系统，还可以为其他类型的用电终端进行供电。
37.如图4所示，本技术实施例提供一种抄表系统，包括远程控制单元，控制芯片，采集单元，智能电表和人机接口和备用电源；控制芯片，用于收集智能电表的数据进行处理存储，与远程控制单元进行通信，控制芯片与备用电源连接，备用电源为控制芯片提供工作电源；采集单元，与智能电表连接，用于采集智能电表的数据；人机接口，与控制芯片连接，用于提供人机交互接口。本技术实施例的抄表系统的结构简单紧凑。
38.如图4所示，本技术实施例提供一种备用电源，包括并联连接的第一电源电路和第二电源电路，第一电源电路和第二电源电路并联后的一端与外部电源连接，用于在需要充电时进行充电；第一电源电路和第二电源电路并联后的另一端与用电终端连接，用于对用电终端供电；第一电源电路包括第一电容，第二电源电路包括第二电容，其中，第一电容和第二电容用于充电储能，第一电容的容量小于第二电容的容量。
39.本实用新型备用电源采用并联连接的第一电源电路和第二电源电路，第一电源电路的电容容量小，反应迅速，能够在短时间内充满电，可保证用电终端在短时间停电或掉电时重要参数的保存；第二电源电路的电容容量大，能够较长时间为用电终端供电；备用电源在用电终端断电后，能够快速为用电终端供电，保证用电终端的数据安全性。
40.在充电前期，仅第一电源电路为用电终端供电，在充电时间大于设定时间阈值后，第一电源电路和第二电源电路中的输出电压高的一方电路为用电终端供电。例如，当充电
时间较短时，由第一电源电路为主回路供电。当充电时间足够长时，一般时间大于7min时，二者处于竞争关系，用电终端电压由第一电源电路和第二电源电路中输出电压较高的电容回路供电。
41.进一步，如图4所示，本实用新型备用电源还包括调压电路和稳压电路；调压电路的输入端与外部电源连接，调压电路的输出端与稳压模块的输入连接，用于调整输入电压；稳压模块的输入端与调压模块的输出端连接，稳压模块的输出端与第一电源电路和第二电源电路并联后的一端连接，对输入电压进行稳压。
42.如图5所示，第一电源电路还包括限流电阻r1，限流电阻r2，二极管d1和二极管d2；第一电容为储能电容c1，限流电阻r1和限流电阻r2并联后的一端与第二电源电路的一端连接，限流电阻r1和限流电阻r2并联后的另一端与二极管d1的正极连接，二极管d1的负极与二极管d2的正极连接，二极管d2的负极与第二电源电路的另一端连接储能电容c1的正极与二极管d1和二极管d2的中间节点连接，储能电容c1的负极接地。限流电阻r1，限流电阻r2为充电限流电阻，二极管d1和二极管d2是防电流反向流动二极管，储能电容c1是储能用超级电容，其容量是1fl电容容量小，反应迅速，能够在短时间内充满电，可保证终端在短时间停电或掉电时重要参数的保存。
43.如图6所示，第二电容包括串联连接的储能电容c2和储能电容c3，第二电源电路还包括第一均压电路和第二均压电路，第一均压电路和第二均压电路分别并联连接在储能电容c2和储能电容c3的两端。本技术实施例第二电源电路设置第一均压电路和第二均压电路，保证储能电容c2和储能电容c3的电压一致。
44.进一步，第二电源电路还包括限流单元和防反向单元，限流单元和第二电容串联，防反向单元位于第二电容的充电电路和/或放电电路上。
45.进一步，如图6所示，限流单元还包括限流电阻r3，限流电阻r4，限流电阻r5和限流电阻r6，防反向单元包括二极管d3和二极管d4。限流电阻r3，限流电阻r4和限流电阻r5并联后的一端与第一均压电路的一端连接，限流电阻r3，限流电阻r4和限流电阻r5并联后的另一端与二极管d3的负极连接，二极管d3的正极与外部电源连接；二极管d4的正极与第二电容连接，二极管d4的负极经过电阻r6与用电终端连接。
46.具体地，如图6所示，第一均压电路包括电阻r7，电阻r8，电阻r9和稳压管u1；电阻r7与稳压管u1、电阻r8和电阻r9分别串联连接后，并联连接于储能电容c2的两端。
47.具体地，如图6所示，第二均压电路包括电阻r10，电阻r11，电阻r12和稳压管u2；电阻r10与稳压管u2、电阻r11和电阻r12分别串联连接后，并联连接于储能电容c3的两端。
48.如图6所示，稳压管u1和稳压管u2为精密可调基准源，分压电阻提供了一个参考电压vref＝1.24v。稳压管u1、稳压管u2和电阻r8、电阻r9、电阻r11、电阻r12组成了一个电压均衡电路，保证储能电容c2和储能电容c3的充电电压一致。
49.结合图5，
50.当储能电容c1充满电，储能电容c1充电时间约为：
[0051][0052]
结合图6
[0053][0054]
v2＝v1 v
ref
＝3.94v，
[0055][0056]
由v2
‑
v1＝v
ref
＝1.24v，可知vcap＝5.4v；
[0057]
当超级电容充满电，电容充电时间约为：
[0058][0059]
由t1和t2可知，电容充满电所有的时间t1＜t＜t2。当用电终端短时间上电，上电时间15s≥t≥10s时，第一电容vcap≈5v，第二电容vcap≈0v。这时候用电终端断电后，由第一电源电路中的vcap给用电终端提供电压，用于终端保存重要参数，vcap放电时长经测试可支持15s左右。
[0060]
当用电终端上电时间t＞7min，vcap＝vcap。这时用电终端断电后，第一电源电路和第二电源电路处于竞争关系，用电终端电压由电压较高的电容提供。
[0061]
本技术实施例备用电源既可以满足终端短时间停上电时重要参数的保存，也可以支持终端长时间的掉电工作。
[0062]
以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。