备用电源电路及用电设备的制作方法

1.本实用新型涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种备用电源电路及用电设备。


背景技术：

2.目前，各类领域内的用电设备的都具有掉电保护措施。在设备掉电后，利用备用电源进行一些保险措施，如数据保持、信息上传等。为降低成本，备用电源多为快速充放电的器件，如各类电容器件。但该类器件的放电速度快，有效放电时间短，可能导致用电设备无法完成设定操作。


技术实现要素：

3.本实用新型的主要目的在于提供一种备用电源电路及用电设备，旨在解决现有技术中备用电源的有效放电时间短的技术问题。
4.为实现上述目的，本实用新型提出一种备用电源电路，该备用电源电路包括：
5.供电端，用于为后级电路供电；
6.储能单元，用于储存和释放电荷；
7.开关单元，与供电端和储能单元形成放电回路，开关单元在供电端的电压小于储能单元的电压时，处于导通状态；
8.阻抗单元，与开关单元并联，与供电端和储能单元形成充电回路，用于为储能单元充电。
9.可选的，开关单元包括：
10.第一开关管，第一开关管的第一连通端与储能单元的负极连接，第一开关管的第二连通端接地，储能单元的正极与供电端连接；
11.第一控制电路，与第一开关管的控制端连接，用于在供电端的电压小于储能单元的电压时，控制第一开关管处于导通状态。
12.可选的，第一开关管为场效应晶体管，场效应晶体管的漏极与储能单元的负极连接，场效应晶体管的源极接地，场效应晶体管的栅极与第一控制电路连接。
13.可选的，第一控制电路包括：
14.第二开关管，第二开关管的第一连通端分别与供电端和场效应晶体管的栅极连接，第二开关管的第二连通端与场效应晶体管的源极连接；
15.第二控制电路，与第二开关管的控制端连接，用于向控制端发射控制信号，控制信号在供电端接入外部电源时为高电平，控制信号在供电端未接入外部电源时为低电平。
16.可选的，第二开关管为三极管，三极管的集电极分别与供电端和场效应晶体管的栅极连接，三极管的发射极与场效应晶体管的源极连接，三极管的基极与第二控制电路连接。
17.可选的，第二控制电路包括：
18.电源输入端，用于接入外部电源；
19.降压电路，与电源输入端和第二开关管连接，用于对外部电源进行降压处理，获得参考电压，并将参考电压传输至第二开关管的控制端。
20.可选的，降压电路包括：第一电阻和第二电阻；
21.第一电阻的第一端与电源输入端连接，第一电阻的第二端分别与第二开关管的控制端和第二电阻的第一端连接，第二电阻的第二端接地。
22.可选的，阻抗单元包括热敏电阻，热敏电阻具有正温度系数。
23.可选的，储能单元包括多个超级电容，各超级电容相互串联。
24.为实现上述目的，本实用新型还提出一种用电设备，用电设备包括如上述的备用电源电路。
25.本实用新型中，通过设置供电端、储能单元、开关单元和阻抗单元构成备用电源电路。其中，供电端，用于为后级电路供电。储能单元，用于储存和释放电荷。开关单元，与供电端和储能单元形成放电回路，开关单元在供电端的电压小于储能单元的电压时，处于导通状态。阻抗单元，与开关单元并联，与供电端和储能单元形成充电回路，用于为储能单元充电。本实用新型通过利用开关单元构成放电回路降低了储能单元与供电端之间的压降幅度，从而使放电开始时供电端具有较高电压，从而延迟了有效放电时间，保证后级电路的有更长的时间运行既定程序。
附图说明
26.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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示出的结构获得其他的附图。
27.图1为本实用新型备用电源电路第一实施例的结构框图；
28.图2为本实用新型备用电源电路第二实施例的结构框图；
29.图3为本实用新型备用电源电路一实施方式的电路原理图。
30.附图标号说明：
31.标号名称标号名称10供电端80降压电路20储能单元k1～k1第一～第二开关管30开关单元r1～r5第一～第五电阻40阻抗单元c1～c2第一～第二电容50第一控制电路q场效应晶体管60第二控制电路t三极管70电源输入端rv热敏电阻
32.本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
33.应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
34.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的一部分实施例，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作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。
35.需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
36.另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
37.参照图1，图1为本实用新型备用电源电路第一实施例的结构框图。本实用新型提出备用电源电路的第一实施例。
38.在第一实施例中，备用电源电路包括供电端10、储能单元20、开关单元30和阻抗单元40。其中，供电端10，用于为后级电路供电。储能单元20，用于储存和释放电荷。开关单元30，与供电端10和储能单元20形成放电回路，开关单元30在供电端10的电压小于储能单元20的电压时，处于导通状态。阻抗单元40，与开关单元30并联，与供电端10和储能单元20形成充电回路，用于为储能单元20充电。
39.需要说明的是，备用电源电路可以设置于各类用电设备中，如工控机、智能电器等。在用电设备上电时，供电端10可接入外部电源，该外部电源可以为市电或者由电源转换装置提供的电源。在用电设备掉电时，供电端10失去外部电源的供应。后级电路可以为用电设备的核心电路，其可以包括用电设备的执行机构驱动电路或者核心控制电路等。
40.在具体实现时，储能单元20可以采用电容器组成。例如，储能单元20可以由多个超级电容串联而成。在供电端10接入外部电源时，储能单元20由外部电源进线充电。在储能单元20充电时，充电电流流经供电端10、储能单元20和阻抗单元40。其中，充电电压由等于外部电源，充电电流的大小与阻抗单元40的阻值相关。另外，为保证正常充电，开关单元30在储能单元20充电(即供电端10的电压大于储能单元20的电压)时，处于断开状态。
41.需要说明的是，储能单元20的充电过程通常发生在用电设备处于开机状态。用电设备接入外部电源后，后级电路开始。此时，储能单元20的充电电流不能过大，否则会导致用电设备开机缓慢。根据前述可知，充电电流的大小与阻抗单元40的阻值相关，故可以将阻抗单元40的阻值设置的尽量小。在具体实现时，阻抗单元40可以由具有正温度系数的热敏电阻组成，其特性温度越大，阻值越高。在储能单元20开始充电时，瞬间电流很大，热敏电阻发热，内阻增大，随之充电电流降低，其发热减少，内阻减小，充电电流增大，最终达到一个动态平衡。故，通过选取合适参数热敏电阻，可以大大减少储能单元20的充电时间。其次，热敏电阻封装比一般电阻小，可以减小pcb(printed circuit board，印制电路板)面积，降低产品成本。
42.可以理解的是，由于供电端10、储能单元20和阻抗单元40组成了通路，在没有开关
进行控制时，若储能单元20充电完成，供电端10失去外部电源，或在外部电源的电压突然变小时，由于供电端10的电压小于储能单元20的电压，储能单元20将通过阻抗单元40向供电端10进行放电。此时，后级电路依然能够运行一段时间。
43.储能单元20放电过程中，后级电路能够正常运行的时间可以称为有效放电时间。假设供电端10完全失去外部电源，储能单元20的初始电压为v，后级电路的最低工作电压为v1，则有效放电时间对应为v-v2-v1的电压对应的衰减时间。其中，v2为阻抗单元40的电压。由于电压衰减速度一定，因此衰减时间的长度与放电开始时供电端10的初始电压相关。上述情况下，供电端10的初始电压v3＝v-v2。
44.在本实施方式中，为增长有效放电时间，采用开关单元30作为放电回路的一环。由于开关单元30在导通时的阻抗较低。放电电流中的一大部分从开关单元30流向供电端。此时供电端10的初始电压v3＝v-v4。由于v4远小于v2，故通过开关单元30进行放电时，供电端10的初始电压更高，也即有效放电时间更长，后级电路的运行时间更长。
45.另外，由于开关单元30在导通时的阻抗较低，若在储能单元20充电时，处于导体状态，则储能单元20的充电电流会变大，从而导致后级电路无法快去启动。故，在储能单元20处于充电状态时，开关单元30处于断开状态。
46.在本实施例中，通过设置供电端10、储能单元20、开关单元30和阻抗单元40构成备用电源电路。其中，供电端10，用于为后级电路供电。储能单元20，用于储存和释放电荷。开关单元30，与供电端10和储能单元20形成放电回路，开关单元30在供电端10的电压小于储能单元20的电压时，处于导通状态。阻抗单元40，与开关单元30并联，与供电端10和储能单元20形成充电回路，用于为储能单元20充电。本实施方式通过利用开关单元30构成放电回路降低了储能单元20与供电端10之间的压降幅度，从而使放电开始时供电端10具有较高电压，从而延迟了有效放电时间，保证后级电路的有更长的时间运行既定程序。
47.参照图2，图2为本实用新型备用电源电路第二实施例的结构框图。基于上述第一实施例，本实用新型提出备用电源电路的第二实施例。
48.在第二实施例中，开关单元30包括第一开关管k1和第一控制电路50。其中，第一开关管k1的第一连通端与储能单元20的负极连接，第一开关管k1的第二连通端接地，储能单元20的正极与供电端10连接。第一控制电路50与第一开关管k1的控制端连接，用于在供电端10的电压大于储能单元20的电压时，控制第一开关管k1处于断开状态，在供电端10的电压小于储能单元的电压时，控制第一开关管k1处于导通状态。
49.在本实施方式中，采用单个开关管与储能单元20和供电端10形成放电回。开关管在导通时的压降很定，从而提高供电端10放电时的初始电压，延长有效放电时间。当然，第一开关管k1还可以设置于储能单元20和供电端10之间，储能单元20的负极接地。
50.同时，参照图3，图3为本实用新型备用电源电路一实施方式的电路原理图。在具体实现时，第一开关管k1为场效应晶体管q，场效应晶体管q的漏极与储能单元20的负极连接，场效应晶体管q的源极接地，场效应晶体管q的栅极与第一控制电路50连接。
51.可以理解的是，场效应晶体管q相比三极管和二极管具有更低的导通电压其可以达到mv级。故采用场效应晶体管q与储能单元20和供电端10形成放电回路，能够使供电端10放电时具有更高的初始电压。
52.第一控制电路50可以通过输出高低电平来控制第一开关管k1。高低电平与第一开
关管k1的状态之间的对应关系可以根据需求设置，如，第一控制电路50向第一开关管k1输出高电平时，第一开关管k1处于导通状态，或者第一控制电路50向第一开关管k1输出低电平时，第一开关管k1处于导通状态。以图3中的场效应晶体管q为例，场效应晶体管q的栅极在接收到高电平时，处于导通状态。
53.在具体实现时，第一控制电路50可以包括第二开关管k2和第二控制电路60。第二开关管k2的第一连通端分别与供电端10和场效应晶体管q的栅极连接，第二开关管k2的第二连通端与场效应晶体管q的源极连接。第二控制电路60，与第二开关管k2的控制端连接，用于向控制端发射控制信号，控制信号在供电端10接入外部电源时为高电平，控制信号在供电端10未接入外部电源时为低电平。
54.在本实施方式中，第二开关管k2连接场效应晶体管q的栅极和源极。在第二开关管k2处于导通状态时，场效应晶体管q的栅极和源极电压相同，场效应晶体管q处于断开状态。同时，为使充放电控制更准确，可以使场效应晶体管q的状态与外部电源的供电情况同步。即用电设备存在外部电源接入，场效应晶体管q处于断开状态，第二开关管k2处于导通状态，在用电设备失去外部电源接入，场效应晶体管q处于导通状态，第二开关管k2处于断开状态。
55.在具体实现时，第二开关管k2可以为三极管t，三极管t的集电极分别与供电端10和场效应晶体管q的栅极连接，三极管t的发射极与场效应晶体管q的源极连接，三极管t的基极与第二控制电路60连接。
56.可以理解的是，在控制信号为高电平时，三极管t导通，场效应晶体管q关断。在控制信号为低电平时，三极管t关断，场效应晶体管q的栅极通过第三电阻引入供电端10的电压，由于此时供电端10的电压为储能单元20的电压，场效应晶体管q处于导通状态。
57.在具体实现时，第二控制电路60可以包括电源输入端70，用于接入外部电源。降压电路80，与电源输入端70和第二开关管k2连接，用于对外部电源进行降压处理，获得参考电压，并将参考电压传输至第二开关管k2的控制端。
58.在本实施方式中，直接将外部电源作为输入信号施加在第二开关管k2的控制端。同时，为避免外部电源电压过大，通过降压电路80对外部电源进行转换。在用电设备接入有外部电源时，第二开关管k2的控制端为高电平，第二开关管k2处于导通状态，反之第二开关管k2处于断开状态。
59.在具体实现时，降压电路80可以包括第一电阻r1和第二电阻r2。第一电阻r1的第一端与电源输入端70连接，第一电阻r1的第二端分别与第二开关管k2的控制端和第二电阻r2的第一端连接，第二电阻r2的第二端接地。
60.可以理解的是，第一电阻r1和第二电阻r2形成分压电路，通过对外部电源分压，从而获得稍低的电压传输至第二开关管k2的控制端。
61.在本实施方式中，储能单元20可以包括两个串联的第一电容c1和第二电容c2，第一电容c1和第二电容c2均为超级电容。第一电容c1和第二电容c2还分别并联有第四电阻r4和第五电阻r5。第二电容c2的一端还连接有热敏电阻rv，热敏电阻rv一端接地。
62.在用电设备处于上电状态时，供电端10接入有外部电源时，场效应晶体管q处于断开状态，供电端10通过热敏电阻rv为第一电容c1和第二电容c2充电。在用电设备处于掉电状态时，供电端10失去外部电源，场效应晶体管q处于导通状态，第一电容c1和第二电容c2
通过场效应晶体管q向供电端10放电。
63.在本实施方式中，开关单元30包括第一开关管k1和第一控制电路50。其中，第一开关管k1的第一连通端与储能单元20的负极连接，第一开关管k1的第二连通端接地，储能单元20的正极与供电端10连接。第一控制电路50与第一开关管k1的控制端连接，用于在供电端10的电压大于储能单元20的电压时，控制第一开关管k1处于断开状态，在供电端10的电压小于储能单元的电压时，控制第一开关管k1处于导通状态。通过采用单个开关管与储能单元20和供电端10形成放电回。开关管在导通时的压降很定，从而提高供电端10放电时的初始电压，延长有效放电时间。
64.为实现上述目的，本实用新型还提出一种用电设备，用电设备包括如上述的备用电源电路。该备用电源电路的具体结构参照上述实施例，由于本用电设备可以采用上述所有实施例的技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的有益效果，在此不再一一赘述。
65.以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。