一种机载电源掉电维持切换电路及其切换方法与流程

1.本技术涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种机载电源掉电维持切换电路及其切换方法。


背景技术：

2.为了满足设备可靠性要求，机载电子设备要在电源掉电时进行必要的数据处理、存储和传输等操作，因此，机载电子设备开关电源通常需要具备瞬时掉电保持功能。
3.而目前，主要的瞬时掉电保持电路是通过在电源的输入端并联大容量电容来实现，但是大容量电容通常有体积大、重量大等缺点，不利于减小机载电子设备的体积和重量。


技术实现要素：

4.本技术实施例通过提供一种机载电源掉电维持切换电路及其切换方法，解决了现有技术中机载电源的掉电维持电路不利于减小机载电子设备的体积和重量的问题，实现了机载设备的小型化要求和轻型化要求。
5.本发明实施例提供了一种机载电源掉电维持切换电路，包括充电模块、慢充快放电路模块、切换电路模块、辅助电源模块以及比较电路模块；
6.所述充电模块与所述慢充快放电路模块电连接，用于向所述慢充快放电路模块进行充电；
7.所述慢充快放电路模块与机载电源模块电连接，用于维持所述机载电源模块电压的稳定；
8.所述切换电路模块与所述慢充快放电路模块电连接，用于接收所述比较电路模块发送的信号后，控制所述慢充快放电路模块对主电路进行供电；
9.所述比较电路模块分别与所述切换电路模块和所述供电特性单元电连接，用于将采样的所述供电电压与所述比较电路模块设计的基准电压进行比较后，向所述切换电路模块和所述充电模块分别发出控制信号，以实现所述慢充快放电路模块对所述主电路的供电；
10.所述辅助电源模块与所述慢充快放电路模块电连接，用于向所述比较电路模块供电。
11.更进一步地，所述充电模块包括滤波器以及dc/dc转换器；
12.所述滤波器的输入端连接所述供电特性单元，所述滤波器的输出端连接所述dc/dc转换器的输入端；
13.所述dc/dc转换器的输出端连接所述慢充快放电路模块。
14.更进一步地，所述慢充快放电路模块包括第一电阻、有极性电容、第一二极管以及第二电阻；
15.所述第一电阻的输入端连接所述dc/dc转换器的输出端，所述第一电阻的输出端
连接所述第一二极管的输入端；
16.所述第二电阻的输入端连接所述第一电阻的输出端，所述第二电阻的输出端连接所述切换电路模块；
17.所述第一二极管的输出端连接所述机载电源模块；
18.所述有极性电容的正极连接所述第一电阻的输出端，所述有极性电容的负极连接所述切换电路模块。
19.更进一步地，所述切换电路模块包括第一稳压管、第三电阻、第一nmos管、第四电阻、光耦耦合器、第五电阻、第二稳压管以及第二nmos管；
20.所述第五电阻的输入端连接所述比较电路模块，所述第五电阻的输出端连接所述光耦耦合器的输入端；
21.所述光耦耦合器的输出端连接所述第四电阻的输入端；
22.所述第四电阻的输出端连接所述第一nmos管的栅极；
23.所述第一nmos管的源级连接所述第二nmos管的源级；
24.所述第二nmos管的漏极连接所述有极性电容的负极；
25.所述第三电阻的输入端连接所述第一nmos管的源级，所述第三电阻的输出端连接所述第四电阻的输出端；
26.所述第一稳压管的输入端连接所述光耦耦合器的输出端，所述第一稳压管的输出端连接所述第一nmos管的源级；
27.所述第二稳压管的输入端连接所述第四电阻的输出端，所述第二稳压管的输出端连接所述第二nmos管的源级。
28.更进一步地，所述比较电路模块包括第一运放比较器、第二运放比较器和第二三极管；
29.所述第一运放比较器的反相输入端连接所述供电特性单元，所述第一运放比较器的同相输入端连接所述辅助电源模块，所述第一运放比较器的输出端连接所述第五电阻的输入端，所述第一运放比较器的正极连接基准电压电路，所述第一运放比较器的负极接地；
30.所述第二运放比较器的同相输入端连接所述辅助电源模块，所述第二运放比较器的反相输入端连接所述充电模块的输入端，所述第二运放比较器的输出端连接所述第二三极管的基极，所述第二运放比较器的正极连接所述基准电压电路，所述第二运放比较器的负极接地；
31.所述第二三极管的集电极向所述切换电路模块和所述充电模块发出控制信号，所述第二三极管的发射极接地。
32.更进一步地，所述辅助电源模块包括第六电阻、第七电阻、第八电阻、第三稳压管、第一三极管以及第九电阻；
33.所述第六电阻的输入端连接所述第一二极管，所述第六电阻的输出端连接所述第八电阻的输入端；
34.所述第七电阻输入端连接所述第一二极管的输出端，所述第七电阻的输出端连接所述第八电阻的输入端；
35.所述第八电阻的输出端连接所述第一三极管的基极；
36.所述第一三极管的集电极连接所述第六电阻和第七电阻的输出端，所述第一三极
管的发射极连接所述第九电阻的输入端，所述第九电阻的输出端连接所述第一运放比较器的同相输入端；
37.所述第三稳压管的输入端连接所述第八电阻的输入端，所述第三稳压管的输出端接地。
38.一种机载电源掉电维持切换电路的切换方法，包括如下步骤：
39.所述机载电源模块正常状态时，所述比较电路模块控制所述充电模块切断，所述机载电源模块正常供电；
40.所述机载电源模块异常状态时，所述机供电特性单元的电路切换至所述充电模块，所述比较电路模块控制所述充电模块向所述慢充快放电路模块进行充电，并控制所述慢充快放电路模块对主电路进行供电。
41.更进一步地，所述机载电源模块异常状态时，所述供电特性单元的电路切换至所述充电模块，所述比较电路模块控制所述充电模块向所述慢充快放电路模块进行充电，并控制所述慢充快放电路模块对主电路进行供电包括：
42.所述机载电源模块掉电时，所述比较电路模块对所述机载电源模块的输入电压与所述比较电路模块设置的基准电压进行比较，当所述输入电压低于所述基准电压时，所述比较电路模块控制所述充电模块向所述慢充快放电路模块进行充电，并控制所述慢充快放电路模块对主电路进行供电。
43.本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
44.本发明实施例提供的一种机载电源掉电维持切换电路及其切换方法，通过采用了充电模块、慢充快放电路模块、切换电路模块以及比较电路模块，具体的，在机载电源正常使用时，充电模块、慢充快放电路模块、切换电路模块以及比较电路模块不参与主电路工作，机载电源模块正常向主电路进行供电。在机载电源模块出现异常快速掉电时，充电模块、慢充快放电路模块、切换电路模块以及比较电路模块开始工作，辅助电源模块向比较电路模块进行供电，比较电路模块采样机载电源模块的输入电压即供电特性单元的供电电压，并将机载电源模块的输入电压与基准电压进行比较，当输入电压低于设定值即基准电压时，运放工作，输出两组信号，一组信号控制充电模块向慢充快放电路模块充电，另一组信号通过切换电路模块控制慢充快放电路模块向主电路进行放电，以维持电路正常工作，当输入电压恢复正常时，即输入电压不低于设定值即基准电压时，比较电路模块控制充电模块停止向慢充快放电路模块充电，进而切除慢充快放电路模块对主电路的放电，机载电源模块正常向主电路供电。采用本发明的机载电源掉电维持切换电路，有效解决了现有技术中机载电源的掉电维持电路不利于减小机载电子设备的体积和重量的问题，实现了机载设备的小型化要求和轻型化要求。
附图说明
45.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明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，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。
46.图1为本技术实施例提供的机载电源掉电维持切换电路结构示意图；
47.图2为本技术实施例提供的机载电源掉电维持切换电路的电路图。
48.图标：1、机载电源模块；2、充电模块；21、滤波器；22、第一电容；23、第二电容；24、dc/dc转换器；25、第三电容；3、慢充快放电路模块；31、第一电阻；32、有极性电容；33、第一二极管；34、第二电阻；4、切换电路模块；41、第一稳压管；42、第三电阻；43、第一nmos管；44、第四电阻；45、光耦耦合器；46、第五电阻；47、第二稳压管；48、第二nmos管；5、辅助电源模块；51、第六电阻；52、第七电阻；53、第八电阻；54、第三稳压管；55、第四电容；56、第一三极管；57、第五电容；58、第六电容；59、第二二极管；510、第九电阻；6、比较电路模块；61、第十电阻；62、第七电容；63、第十一电阻；64、第一运放比较器；65、第十二电阻；66、第十三电阻；67、第十四电阻；68、第八电容；69、第十五电阻；610、第九电容；611、第十六电阻；612、第二运放比较器；613、第十七电阻；614、第十八电阻；615、第十九电阻；616、第二十电阻；617、第二十一电阻；618、第二三极管；619、第三二极管。
具体实施方式
49.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
50.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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发明实施例中的具体含义。
51.现有技术中，常用的掉电维持方法是通常在机载电源电路中设置一组升压模块，当机载电源出现短暂掉电时，通过升压模块对电压进行升压转换后向主电路进行供电，而升压模块就需要大功率，一方面会对主电路产生电磁干扰，另一方面价格昂贵，且占用空间较大，因此，不利于广泛应用。
52.而本发明实施例提供了一种机载电源掉电维持切换电路，包括充电模块2、慢充快放电路模块3、切换电路模块4以及比较电路模块6；充电模块2与慢充快放电路模块3电连接，用于向慢充快放电路模块3进行充电；慢充快放电路模块3与机载电源模块1电连接，用于维持机载电源模块1电压的稳定；切换电路模块4与慢充快放电路模块3电连接，用于接收比较电路模块6发送的信号后，控制慢充快放电路模块3对主电路进行供电；比较电路模块6分别与切换电路模块4和供电特性单元电连接，用于将采样的供电电压与比较电路模块6设计的基准电压进行比较后，向切换电路模块4和充电模块2分别发出控制信号，以实现慢充快放电路模块3对主电路的放电；辅助电源模块5与比较电路模块6电连接，用于向比较电路模块6供电。
53.如图1所示，本发明实施例提供的一种机载电源掉电维持切换电路，通过采用了充电模块2、慢充快放电路模块3、切换电路模块4、辅助电源模块5以及比较电路模块6，具体的，在机载电源正常使用时，充电模块2、慢充快放电路模块3、切换电路模块4以及比较电路模块6不参与主电路工作，机载电源模块1正常向主电路进行供电。在机载电源出现异常快速掉电时，充电模块2、慢充快放电路模块3、切换电路模块4以及比较电路模块6开始工作，辅助电源模块5向比较电路模块6进行供电，比较电路模块6采样机载电源模块1的输入电压，并将机载电源模块1的输入电压即供电特性单元的供电电压(也即图1中的vin＝28v/dc)与基准电压进行比较，当输入电压低于设定值即基准电压时，运放工作，输出两组信号，一组信号控制充电模块2向慢充快放电路模块3充电，另一组信号通过切换电路模块4控制慢充快放电路模块3向主电路进行放电，以维持电路正常工作，当输入电压恢复正常时，即输入电压不低于设定值即基准电压时，比较电路模块6控制充电模块2停止向慢充快放电路模块3充电，进而切除慢充快放电路模块3对主电路的放电，机载电源模块1正常向主电路供电。采用本发明的机载电源掉电维持切换电路，减少了大功率升压模块的使用数量，改善了模块间的电磁兼容性，节省了空间，节约了成本，有效解决了现有技术中机载电源的掉电维持电路不利于减小机载电子设备的体积和重量的问题，实现了机载设备的小型化要求和轻型化要求，并且减少了投入成本。
54.结合图1和图2，充电模块2包括滤波器21以及dc/dc转换器24；滤波器21的输入端连接供电特性单元，滤波器21的输出端连接dc/dc转换器24的输入端；dc/dc转换器24的输出端连接慢充快放电路模块3。
55.在充电模块2中设置滤波器21，通过滤波器21对机载电源模块1中的电压进行滤波处理，用于消除机载电源模块1中直流电源的波动纹。此外，在充电模块2中设置dc/dc转换器24，其中dc/dc转换器24采用小功率dc/dc转换器(功率10w)，在机载电源模块1正常的状态下，正常机载电源模块1的输入电压在9v～36v，通过dc/dc转换器24转换，使充电模块2不参与主电路工作；当机载电源模块1出现异常掉电时，即输入电压低于9v时，dc/dc转换器24能够接收比较电路模块6的控制信号后并向慢充快放电路模块3充电。
56.本实施例中，充电模块2还包括有第一电容22、第二电容23和第三电容25。具体的，第一电容22的正极连接滤波器21的输出端，第一电容22的负极连接dc/dc转换器24的输入端，第二电容23的正极连接滤波器21的输出端，第二电容23的负极连接dc/dc转换器24的输入端，第三电容25的正极连接dc/dc转换器24的正压输出端，第三电容25的负极连接负压输出端。
57.如图2所示，慢充快放电路模块3包括第一电阻31、有极性电容32、第一二极管33以及第二电阻34；第一电阻31的输入端连接dc/dc转换器24的输出端，第一电阻31的输出端连接第一二极管33的输入端；第二电阻34的输入端连接第一电阻31的输出端，第二电阻34的输出端连接切换电路模块4；第一二极管33的输出端连接机载电源模块1；有极性电容32的正极连接第一电阻31的输出端，有极性电容32的负极连接切换电路模块4。
58.本实施例中，通过第一电阻31、有极性电容32、第一二极管33以及第二电阻34之间的连接，共同构成本实施例的慢充快放电路模块3，由于大电容充电时需要限流设计，放电时需要快速响应，因此在慢充快放电路模块3的电容前串联功率电阻和二极管，设计成本实施例的快充慢放电路。
59.参考图2，切换电路模块4包括第一稳压管41、第三电阻42、第一nmos管43、第四电阻44、光耦耦合器45、第五电阻46、第二稳压管47以及第二nmos管48；第五电阻46的输入端连接比较电路模块6，第五电阻46的输出端连接光耦耦合器45的输入端；光耦耦合器45的输出端连接第四电阻44的输入端；第四电阻44的输出端连接第一nmos管43的栅极；第一nmos管43的源级连接第二nmos管48的源级；第二nmos管48的漏极连接有极性电容32的负极；第三电阻42的输入端连接第一nmos管43的源级，第三电阻42的输出端连接第四电阻44的输出端；第一稳压管41的输入端连接光耦耦合器45的输出端，第一稳压管41的输出端连接第一nmos管43的源级；第二稳压管47的输入端连接第四电阻44的输出端，第二稳压管47的输出端连接第二nmos管48的源级。
60.本实施例中，通过第一稳压管41、第三电阻42、第一nmos管43、第四电阻44、光耦耦合器45、第五电阻46、第二稳压管47以及第二nmos管48之间的连接，共同构成本实施例的切换电路模块4，将两个nmos管串联在电容负极上，用以接收比较电路模块6的信号并将慢充快放电路模块3的大功率电容从外部充电电路切换到内部放电电路。
61.结合图2，比较电路模块6包括第一运放比较器64、第二运放比较器612和第二三极管618；第一运放比较器64的反相输入端连接供电特性单元，第一运放比较器64的同相输入端连接辅助电源模块5，第一运放比较器64的输出端连接第五电阻46的输入端，第一运放比较器64的正极连接基准电压电路，第一运放比较器64的负极接地；第二运放比较器612的同相输入端连接辅助电源模块5，第二运放比较器612的反相输入端连接充电模块2的输入端，第二运放比较器612的输出端连接第二三极管618的基极，第二运放比较器612的正极连接基准电压电路，第二运放比较器612的负极接地；第二三极管618的集电极向切换电路模块4和充电模块2发出控制信号，第二三极管618的发射极接地。
62.本实施例中，比较电路模块6还包括第十电阻61、第七电容62、第十一电阻63、第十二电阻65、第十三电阻66、第十四电阻67、第八电容68、第十五电阻69、第九电容610、第十六电阻611、第十七电阻613、第十八电阻614、第十九电阻615、第二十电阻616、第二十一电阻617以及第三二极管619。具体的，第十电阻61的输入端连接辅助电源模块5的输出端，第十电阻61的输出端连接第一运放比较器64的同相输入端；第七电容62的正极连接第十电阻61的输出端，第七电容62的负极连接第一运放比较器64的输出端；第十一电阻63的输入端连接第十电阻61的输出端，第十一电阻63的输出端连接第一运放比较器64的输出端；第十二电阻65的输入端连接dc/dc转换器24的输入端，第十二电阻65的输出端连接第一运放比较器64的反相输入端；第十三电阻66的输入端连接第十二电阻65的输出端，第十三电阻66的输出端接地；第十四电阻67的输入端连接第十二电阻65的输出端，第十四电阻67的输出端接地；第八电容68的正极连接第十三电阻66和/或第十四电阻67的输出端，第八电容68的负极连接基准电压电路(基准电压电路指比较电路模块6设计的基准电压电路)；第十五电阻69的输入端连接辅助电源模块5的输出端，第十五电阻69的输出端连接第二运放比较器612的同相输入端；第九电容610的正极连接第十五电阻69的输出端，第九电容610的负极连接第二运放比较器612的输出端；第十六电阻611的输入端连接第十五电阻69的输出端，第十六电阻611的输出端连接第二运放比较器612的输出端；第十七电阻613的输入端连接dc/dc转换器24的输入端，第十七电阻613的输出端连接第二运放比较器612的反相输入端；第十八电阻614的输入端连接第十七电阻613的输出端，第十八电阻614的输出端接地；第十九电
阻615的输入端连接第十七电阻613的输出端，第十九电阻615的输出端接地；第二十电阻616的输入端连接第二运放比较器612的输出端，第二十电阻616的输出端连接第二三极管618的基极；第二十一电阻617的输入端连接第二十电阻616的输出端，第二十一电阻617的输出端接地；第三二极管619的输入端连接辅助电源模块5，第三二极管619的输出端接地。
63.通过上述第一运放比较器64、第二运放比较器612、第二三极管618、第十电阻61、第七电容62、第十一电阻63、第十二电阻65、第十三电阻66、第十四电阻67、第八电容68、第十五电阻69、第九电容610、第十六电阻611、第十七电阻613、第十八电阻614、第十九电阻615、第二十电阻616、第二十一电阻617以及第三二极管619之间的连接，共同构成本实施例的比较电路模块6，以实现比较电路模块6对慢充快放电路模块3是否进行放电的控制，以供主电路充电。
64.参考图2，辅助电源模块5包括第六电阻51、第七电阻52、第八电阻53、第三稳压管54、第一三极管56以及第九电阻510；第六电阻51的输入端连接第一二极管33的输出端，第六电阻51的输出端连接第八电阻53的输入端；第七电阻52输入端连接第一二极管33的输出端，第七电阻52的输出端连接第八电阻53的输入端；第八电阻53的输出端连接第一三极管56的基极；第一三极管56的集电极连接第六电阻51和第七电阻52的输出端，第一三极管56的发射极连接第九电阻510的输入端，第九电阻510的输出端连接第一运放比较器64的同相输入端；第三稳压管54的输入端连接第八电阻53的输入端，第三稳压管54的输出端接地。
65.本实施例中，辅助电源模块5还包括第四电容55、第五电容57、第六电容58以及第二二极管59。具体的，第四电容55的正极连接第八电阻53的输出端，第四电容55的负极连接第三稳压管54的输出端，第五电容57的正极连接第一三极管56的发射极，第五电容57的负极接地；第六电容58的正极连接第一三极管56的发射极，第六电容58的负极接地；第二二极管59的输入端连接第一三极管56的发射极，第二二极管59的输出端连接基准电压电路。
66.通过第六电阻51、第七电阻52、第八电阻53、第三稳压管54、第一三极管56、第九电阻510、第四电容55、第五电容57、第六电容58以及第二二极管59之间的连接，共同构成本实施例的辅助电源模块5，作为一个简单的稳压电路用于给比较电路模块6进行供电。
67.一种机载电源掉电维持切换电路的切换方法，包括如下步骤：
68.机载电源模块1正常状态时，比较电路模块6控制充电模块2切断，机载电源模块1正常(向主电路)供电。
69.机载电源模块1异常状态时，供电特性单元的电路切换至充电模块2，比较电路模块6控制充电模块2向慢充快放电路模块3进行充电，并控制慢充快放电路模块3对主电路进行供电。
70.具体的，机载电源模块1异常状态时，即机载电源模块1掉电时，比较电路模块6对机载电源模块1的输入电压与比较电路模块6设置的基准电压进行比较，当输入电压低于基准电压时，比较电路模块6控制充电模块2向慢充快放电路模块3进行充电，并控制慢充快放电路模块3对主电路进行供电。
71.在实际应用当中，采用本实施例的机载电源掉电维持切换电路的切换方法，相较于现有技术，本方案实现了在满足机载设备的小型化要求和轻型化要求的条件下，还提高了机载电源对维持主电路供电的稳定性，避免了机载电源因掉电过快而对主电路造成的不利影响。此外，由于机载电源模块1出现异常掉电的情况是很短暂的过程，因此只需要充电
模块2提供短时间内(大约50ms)的供电，因此，充电模块2的功率不需要很大，因而，也会节约成本。
72.本说明书中的各个实施方式采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式的不同之处。
73.以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对本技术限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术技术方案的范围。