家庭存储设备及其后备电源装置的制作方法

1.本实用新型涉及电源控制技术领域，尤其涉及一种家庭存储设备的后备电源装置以及一种家庭存储设备。


背景技术：

2.超级电容作为低成本的低负载掉电保护器件已广泛应用于各类产品中。在家用设备的应用中，其将面临更多的场景和环境，其温度和湿度更容易出现电容老化容量下降的问题，而家用设备对体积的要求更为严苛，因此，会严格限制超级电容的数量，做到够用即可。并且随着外围设备的增多，过多的开关控制将导致逻辑设计复杂，降低了系统的稳定性，增加了测试及维护的难度，因此亟需更合理的备电系统设计以能够更好的保证产品的整体稳定性。


技术实现要素：

3.（一）要解决的技术问题
4.鉴于现有技术的上述缺点、不足，本实用新型提供一种家庭存储设备及其后备电源装置，其解决了家庭设备的不稳定性，低于后备电源无法更好的管理以致电容容易老化的技术问题。
5.（二）技术方案
6.为了达到上述目的，本实用新型采用的主要技术方案包括：
7.第一方面，本实用新型实施例提供一种电子设备的家庭存储设备的后备电源装置，该装置包括超级电容模组；输入限压模块，所述输入限压模块通过检测所述后备电源装置的输入电压，以在所述后备电源装置的输入电压未处于预设电压区间时断开所述后备电源装置的电源输入；输入电压检测模块，所述输入电压检测模块通过检测所述超级电容模组的输入电压，以在所述超级电容模组的输入电压异常时发出电压异常提示信息；超级电容容量检测模块，所述超级电容容量检测模块通过检测系统上电过程和下电过程中所述超级电容模组的输出电压，以确定所述超级电容模组中超级电容的容量。
8.本实用新型实施例提出的家庭存储设备的后备电源装置包括超级电容模组、输入限压模块、输入电压检测模块和超级电容容量检测模块，其中，输入限压模块能够在后备电源装置的输入电压未处于预设电压区间的时候断开后备电源装置的电源输入，以防止家用环境下非专用适配器的接入导致的使用异常；输入电压检测模块能够在超级电容模组的输入电压异常时发出电压异常提示信息，以防止出现系统不可恢复的问题，保证电压异常条件基准电压的稳定性；超级电容容量检测模块则可以通过上电和下电的过程确定超级电容模组中超级电容的容量，以更快形成稳定的基准电压。由此，本实施例中的家庭存储设备的后备电源装置能够准确的判断出超级电容模组的容量，保证家庭存储设备供电的稳定性，降低用电器件的耐压需求，提高产品的一致性。
9.可选地，所述超级电容模组还包括：第一二极管，所述第一二极管的阳极分别连接
到所述输入限压模块、所述输入电压检测模块和所述超级电容容量检测模块；超级电容，所述超级电容的负极端接地；电容充放电单元，所述电容充放电单元的一端连接到所述第一二极管的阴极，所述电容充放电单元的另一端连接到所述超级电容的正极端。
10.可选地，所述电容充放电单元包括第一电阻和第二二极管，所述第一电阻的一端与所述第二二极管的阳极相连后连接到所述超级电容的正极端，所述第一电阻的另一端与所述第二二极管的阴极相连后连接到所述第一二极管的阴极。
11.可选地，所述输入限压模块包括：第一基准电压生成单元，所述第一基准电压生成单元连接到所述后备电源装置的电源输入，并根据所述后备电源装置的电源输入生成第一基准电压；输入电压判断单元，所述输入电压判断单元分别与所述后备电源装置的电源输入和所述第一基准电压生成单元，所述输入电压判断单元根据所述第一基准电压确定所述预设电压区间，并判断所述后备电源装置的输入电压是否处于所述预设电压区间；第一开关管，所述第一开关管在所述输入电压判断单元的控制下关断时，断开所述后备电源装置的电源输入。
12.可选地，所述输入电压判断单元包括：第一放大器，所述第一放大器对所述第一基准电压进行放大以输出所述预设电压区间的上限电压；第二放大器，所述第二放大器对所述第一基准电压进行放大以输出所述预设电压区间的下限电压；第一比较器，所述第一比较器对所述后备电源装置的输入电压与所述预设电压区间的上限电压进行比较以输出第一比较信号；第二比较器，所述第二比较器对所述后备电源装置的输入电压与所述预设电压区间的下限电压进行比较以输出第二比较信号；逻辑控制电路，所述逻辑控制电路根据所述第一比较信号和所述第二比较信号生成控制信号，以控制所述第一开关管的导通或关断。
13.可选地，所述输入电压检测模块包括：第二基准电压生成单元，所述第二基准电压生成单元连接到所述第一二极管的阴极，所述第二基准电压生成单元根据所述超级电容模组的输出电压生成第二基准电压；第三放大器，所述第三放大器对所述第二基准电压进行放大以输出电压异常阈值；第四放大器，所述第四放大器对所述第二基准电压进行放大以输出不可恢复阈值；第三比较器，所述第三比较器对所述超级电容模组的输入电压与所述电压异常阈值进行比较以输出第三比较信号；第四比较器，所述第四比较器对所述超级电容模组的输入电压与所述不可恢复阈值进行比较以输出第四比较信号；第一异常判断单元，所述第一异常判断单元根据所述第三比较信号发出电压异常告警信号，并根据所述第四比较信号发出系统复位信号。
14.可选地，所述超级电容容量检测模块包括：第三基准电压生成单元，所述第三基准电压生成单元连接到所述第一二极管的阳极，所述第三基准电压生成单元根据所述超级电容模组的输入电压生成第三基准电压；第五放大器，所述第五放大器对所述第三基准电压进行放大以输出第一电压阈值；第六放大器，所述第六放大器对所述第三基准电压进行放大以输出第二电压阈值；第五比较器，所述第五比较器对所述超级电容模组的输出电压与所述第一电压阈值进行比较以输出第五比较信号；第六比较器，所述第六比较器对所述超级电容模组的输出电压与所述第二电压阈值进行比较以输出第六比较信号；电容电量检测单元，所述电容电量检测单元根据所述第五比较信号与所述第六比较信号之间的触发时间差确定所述超级电容的容量。
15.可选地，家庭存储设备的后备电源装置还包括电源管理模块，所述电源管理模块对所述后备电源装置的电源输出进行管理，以便所述超级电容模组的输入电压对非供电敏感器件进行供电和所述超级电容模组的输出电压对供电敏感器件进行供电。
16.可选地，所述非供电敏感器件包括家庭存储设备的副wifi模组、蓝牙模组和非存储外设组件，所述供电敏感器件包括家庭存储设备的主wifi模组和存储组件。
17.第二方面，本实用新型实施例提供一种家庭存储设备，包括根据上述实施例所述的家庭存储设备的后备电源装置。
18.本实用新型实施例提出的家庭存储设备，通过上述的家庭存储设备的后备电源装置，能够准确的判断出超级电容模组的容量，保证家庭存储设备供电的稳定性，降低用电器件的耐压需求，提高产品的一致性。
19.（三）有益效果
20.本实用新型的有益效果是：本实用新型的家庭存储设备及其后备电源装置，通过各模块之间的配合工作，即输入限压模块、输入电压检测模块、超级电容容量检测模块、电源管理模块等之间的结构连接和工作关系，能够准确的判断出超级电容模组的容量，保证家庭存储设备供电的稳定性，降低用电器件的耐压需求，提高产品的一致性。
附图说明
21.图1为根据本实用新型一个实施例的家庭存储设备的后备电源装置的结构框图；
22.图2为根据本实用新型一个实施例的超级电容模组的示意图；
23.图3为根据本实用新型一个实施例的输入限压模块的示意图；
24.图4为根据本实用新型一个实施例的输入电压检测模块的示意图；
25.图5为根据本实用新型一个实施例的超级电容容量检测模块的示意图；
26.图6为根据本实用新型一个实施例的家庭存储设备的结构框图。
具体实施方式
27.为了更好的解释本实用新型，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本实用新型作详细描述。
28.本实用新型实施例提出的家庭存储设备及其后备电源装置，通过输入限压模块、输入电压检测模块、超级电容容量检测模块、电源管理模块等之间的结构连接和工作关系，能够准确的判断出超级电容模组的容量，保证家庭存储设备供电的稳定性，降低用电器件的耐压需求，提高产品的一致性。
29.为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本实用新型的示例性实施例。虽然附图中显示了本实用新型的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本实用新型，并且能够将本实用新型的范围完整的传达给本领域的技术人员。
30.图1为根据本实用新型一个实施例的家庭存储设备的后备电源装置的结构框图，如图1所示，该家庭存储设备的后备电源装置10包括：超级电容模组11、输入限压模块12、输入电压检测模块13和超级电容容量检测模块14。
31.其中，输入限压模块12通过检测后备电源装置的输入电压，以在后备电源装置的输入电压未处于预设电压区间时断开后备电源装置的电源输入；输入电压检测模块13通过检测超级电容模组的输入电压，以在超级电容模组的输入电压异常时发出电压异常提示信息；超级电容容量检测模块14通过检测系统上电过程和下电过程中超级电容模组的输出电压，以确定超级电容模组中超级电容的容量。
32.具体地，参见图2所示，超级电容模组11包括有第一二极管d1、超级电容c1和电容充放电单元111。
33.具体参见图1和图2可知，其中，第一二极管d1的阳极分别连接到输入限压模块12、输入电压检测模块13和超级电容容量检测模块14；超级电容c1的负极端接地；电容充放电单元111的一端连接到第一二极管的阴极，电容充放电单元111的另一端连接到超级电容c1的正极端。
34.参见图2可知，电容充放电单元111包括第一电阻r1和第二二极管d2，第一电阻r1的一端与第二二极管d2的阳极相连后连接到超级电容c1的正极端，第一电阻r1的另一端与第二二极管d2的阴极相连后连接到第一二极管d1的阴极。
35.需要说明的是，本实施例通过该超级电容模组的结构，能够无需软件的控制进而对超级电容c1进行充放电控制，具体地，在充电时，可以通过第一电阻r1进行回路充电；在放电时，可以通过第二二极管d2进行回路放电，以使充放电自动完成，无需检测和控制，利用第一电阻r1可以减少所需求的电源最大功耗，同时还可以有效降低成本，还可以保证输入电压的稳定。
36.参见图3，本实施例中的输入限压模块12包括第一基准电压生成单元121、输入电压判断单元122和第一开关管q1。
37.其中，第一基准电压生成单元121连接到后备电源装置的电源输入，并根据后备电源装置的电源输入生成第一基准电压；输入电压判断单元122分别与后备电源装置的电源输入和第一基准电压生成单元121，输入电压判断单元122根据第一基准电压确定预设电压区间，并判断后备电源装置的输入电压是否处于预设电压区间；第一开关管q1在输入电压判断单元122的控制下关断时，断开后备电源装置的电源输入。
38.具体地，参见图1和图3可知，第一基准电压生成单元121可以连接到后备电源（图中未示出）的电源输入，然后根据该电源输入生成第一基准电压，输入电压判断单元122分别与后备电源装置的电源输入和第一基准电压生成单元121连接，并在接收到后备电源装置的电源输入之后，将该电源与第一基准电压生成单元121生成的第一基准电压进行比较，然后确定该输入电压是否处于预设电压区间，如果输入电压不处于预设电压区间，则输入电压判断单元122可以控制第一开关管q1关断，以断开后备电源装置的电源输入，从根本上解决输入过压而损坏器件的问题，同时还可以保证在前级的后备电源装置的电源输入供电不足时，后级的电容中所存储的电能不会反灌到前级，以保证更长时间的供应。
39.可选地，本实施例中的第一开关管q1可以为pmos（positive metal oxide semiconductor，p型金属氧化物半导体场效应晶体管）。
40.在该实施例中，如图3所示，输入电压判断单元122包括第一放大器a1、第二放大器a2、第一比较器p1、第二比较器p2和逻辑控制电路lc1。
41.其中，第一放大器a1对第一基准电压进行放大以输出预设电压区间的上限电压；
第二放大器a2对第一基准电压进行放大以输出预设电压区间的下限电压；第一比较器p1对后备电源装置的输入电压与预设电压区间的上限电压进行比较以输出第一比较信号；第二比较器p2对后备电源装置的输入电压与预设电压区间的下限电压进行比较以输出第二比较信号；逻辑控制电路lc1根据第一比较信号和第二比较信号生成控制信号，以控制第一开关管q1的导通或关断。
42.具体地，本实施例中的第一基准电压可以为预设电压区间中的上限电压，第二基准电压可以为预设电压区间中的下限电压，第一基准电压和第二基准电压分别通过各自的放大器进行放大之后，得到预设电压的上下限电压，然后在输入电压输入到该输入电压判断单元122之后，则可以利用第一比较器p1和第二比较器p2对该输入电压进行比较。可以理解的是，第一比较器p1可以将该输入电压与预设电压区间的上限进行比较得到第一比较信号，第二比较器p2可以将该输入电压与预设电压区间的下限进行比较得到第二比较信号，在得到该输入电压与预设电压区间之间的关系之后，则可以利用逻辑控制电路lc1进行判断，然后再根据比较第一和第二比较信号生成控制信号，以控制第一开关管q1的导通或关断。需要说明的是，通过设定预设电压区间的上下限电压，能够防止家用环境下非专用适配器的接入导致使用异常。
43.可选地，在该实施例中，逻辑控制电路lc1还可以由逻辑电路和控制器组成。
44.在本实用新型的一个实施例中，如图4所示，输入电压检测模块13包括第二基准电压生成单元131、第三放大器a3、第四放大器a4、第三比较器p3、第四比较器p4和第一异常判断单元132。
45.其中，第二基准电压生成单元131连接到第一二极管d1的阴极，第二基准电压生成单元131根据超级电容模组11的输出电压生成第二基准电压；第三放大器a3对第二基准电压进行放大以输出电压异常阈值；第四放大器a4对第二基准电压进行放大以输出不可恢复阈值；第三比较器p3对超级电容模组11的输入电压与电压异常阈值进行比较以输出第三比较信号；第四比较器p4对超级电容模组的输入电压与不可恢复阈值进行比较以输出第四比较信号；第一异常判断单元132根据第三比较信号发出电压异常告警信号，并根据第四比较信号发出系统复位信号。
46.具体地，参见图1和图4，其中，第二基准电压生成单元131可以根据超级电容模组11的输出电压生成第二基准电压，然后将该基准电压通过第三、第四放大器放大之后，再利用第三、第四比较器与电压异常阈值和不可恢复阈值进行比较以得到第三、第四比较信号，进而可以根据第三比较信号发出电压异常告警信号，可以根据第四比较信号发出系统复位信号。通过该实施例能够保证电压异常时快速反应，并当后备电源装置的输入电压出现小幅度的压降时，即产生电压异常告警，此时反复确认是否触发不可恢复阈值告警，如出现告警再发出系统复位信号进行复位系统，可以有效减少系统的复位次数，防止出现系统不可恢复的问题，保证存储外设的稳定性，基准电压由超级电容供电，保证了电压异常条件下基准电压的稳定性。
47.在本实用新型的一个实施例中，如图5所示，超级电容容量检测模块14包括：第三基准电压生成单元141、第五放大器a5、第六放大器a6、第五比较器p5、第六比较器p6和电容电量检测单元142。
48.其中，第三基准电压生成单元141连接到第一二极管d1的阳极，第三基准电压生成
单元根据超级电容模组11的输入电压生成第三基准电压；
49.第五放大器a5对第三基准电压进行放大以输出第一电压阈值；
50.第六放大器a6对第三基准电压进行放大以输出第二电压阈值；
51.第五比较器p5对超级电容模组11的输出电压与第一电压阈值进行比较以输出第五比较信号；
52.第六比较器p6对超级电容模组11的输出电压与第二电压阈值进行比较以输出第六比较信号；
53.电容电量检测单元142根据第五比较信号与第六比较信号之间的触发时间差确定超级电容c1的容量。
54.具体地，参见图1和图5，其中，第三基准电压生成单元141可以根据超级电容模组11的输入电压生成第三基准电压，然后将该基准电压通过第五、第六放大器放大之后，可以得到第一电压阈值和第二电压阈值，再利用第五、第六比较器将超级电容模组11的输出电压分别与第一电压阈值和第二电压阈值进行比较，以得到第五、第六比较信号，进而可以根据第五比较信号与第六比较信号之间的触发时间差确定出超级电容c1的容量。
55.需要说明的是，本实施例中的第一电压阈值和第二电压阈值是由第一二极管d1前的电压产生的，该电压先于超级电容c1侧电压稳定，可以更快的行程稳定的基准电压。
56.在本实用新型的一些实施例中，如图1所示，家庭存储设备的后备电源装置10还包括电源管理模块15。
57.其中，电源管理模块15对后备电源装置的电源输出进行管理，以便超级电容模组11的输入电压对非供电敏感器件进行供电和超级电容模组的输出电压对供电敏感器件进行供电。
58.具体地，参见图1可知，非供电敏感器件包括家庭存储设备的副wifi模组、蓝牙模组和非存储外设组件，供电敏感器件包括家庭存储设备的主wifi模组和存储组件。
59.更具体地，本实施例中各个部分电源可以按照功能需求确定是否需要使用超级电容供电，非供电敏感器件可以直接由隔断二极管前级电源供电，供电敏感器件器件由超级电容供电，并由cpu控制其电源，完成相应任务后即可关闭电源，进而能够在有体积限制的场景中有效提高系统备电时间
60.综上，本实用新型实施例中的家庭存储设备的后备电源装置只需要在第一开关管之前的器件承受较高的耐压等级即可，在第一开关管之后的器件可按照系统按压等级进行正常设计，并不需要复杂的超级电容充电和升压电路。并且，超级电容电压检测冗余设计可以同时兼顾超级电容容量监测的功能，系统电压检测冗余设计还可以减少系统的复位次数，提高存储器件的可靠性。同时通过比较器判断电压阈值，能够进一步保证产品的一致性。
61.图6是根据本实用新型的家庭存储设备的结构图框。
62.本实用新型的实施例还提供了一种家庭存储设备100，该家庭存储设备100包括上述实施例中的家庭存储设备的后备电源装置10。
63.本实用新型的家庭存储设备通过上述的后背电源装置，能够准确的判断出超级电容模组的容量，保证家庭存储设备供电的稳定性，降低用电器件的耐压需求，提高产品的一致性。
64.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
65.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
66.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征
ꢀ“
上”或“下”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”，可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”，可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。
67.在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
68.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。