一種不間斷電源控制電路及含該電路的攝像機的製作方法

2023-07-05 02:44:02

本發明涉及一種電源，尤其涉及一種不間斷電源控制電路，還涉及一種包含該電路的攝像機。

背景技術：

目前，視頻監控幾乎是無處不在，為人們的安全提供了更好的保障，極大的減少了各種案件的發生，也極大的提高了各種案件的偵破率和效率。視頻監控也是一項重要的刑偵手段，監控視頻錄像是一種非常有效，有力，也很直觀的證據。

目前的監控領域的WIFI攝像機都採用外部直流12V供電模式，供電單一，在停電或者是供電遭到破壞的情況下，監控系統就會因為沒有電力供應而失效。特別是在電力被人為破壞的情況下，供電才顯得更加重要。

通常要破壞監控設備不容易，破壞電力卻容易得多，當犯罪分子在實施犯罪之前，先破壞了監控系統的電力，待視頻監控系統失效後才實施犯罪，那麼視頻監控系統就無法拍下犯罪分子及其實施犯罪的畫面，那這種情況下，視頻監控系統就等於形同虛設。

在目前很多情況下，都需要有視頻監控錄像來實現對犯罪嫌疑人的體貌特徵鎖定，犯罪人數，犯罪過程記錄，實施犯罪後，逃離方向鎖定追蹤等等。如果監控系統失效情況下發生的犯罪，這些特徵就無從提取，查案的難度就可想而知。

現在經常發生一些案件，在案件發生後，公安機關調取監控錄像的時候，才發現，犯罪分子在實施犯罪的這個時間段裡沒有視頻錄像。就是因為犯罪分子在實施犯罪的時候，首先破壞了電力供應，比如說拉閘，剪線等，等實施完畢犯罪後，又接通電力供應。這種情況下，就無法得到有效的犯罪過程錄像畫面。

這種背景下，就需要監控系統自身能夠提供電力，實現在外部供電遭到破壞的情況下，還能提供一定時間的電力供應，實現一定時間的監控錄像，並報警告知用戶。

技術實現要素：

為解決現有技術中的問題，本發明提供一種不間斷電源控制電路，還提供了一種包含該電路的攝像機。

本發明不間斷電源控制電路包括電源輸入接口、電源輸出接口、電池組、充電管理模塊、充電輸出轉換模塊、供電檢測模塊，其中，所述電源輸入接口的輸出端分別與充電管理模塊輸入端和電源輸出接口輸入端相連，所述充電管理模塊的輸出端通過所述充電輸出轉換模塊與電池組相連，所述供電檢測模塊分別與電源輸入接口輸出端和充電輸出轉換模塊輸入端相連，其中，所述充電管理模塊包含多個並聯的充電支路，每一路充電支路分別與電池組中的其中一節電池相連，所述電池組中的電池串聯輸出，所述電池組的輸出端與所述電源輸出接口輸入端相連。本發明採用並聯充電，串聯放電，可以簡化充電電路，不需要充電均衡電路，簡化放電電路，提高放電的效率，增加鋰電池的供電時間和壽命，利於產品的小型化。

本發明作進一步改進，所述電池組輸出端和電源輸出接口輸入端之間還設有輸出隔離開關，所述輸出隔離開關與所述充電輸出轉換模塊輸出端相連。

本發明作進一步改進，所述輸出隔離開關與電池組輸出端之間還設有放電保護模塊。

本發明作進一步改進，所述輸出隔離開關為MOS開關管，所述放電保護模塊採用比較器單元。

本發明作進一步改進，所述不間斷電源控制電路還包括儲能模塊，所述儲能模塊分別與電源輸入接口和供電檢測模塊相連。

本發明作進一步改進，所述供電檢測模塊採用三極體和穩壓二極體組合產生具有電壓差和時間差的控制信號。

本發明作進一步改進，所述電源輸入接口輸出端和充電管理模塊輸入端之間設有調壓模塊。

本發明作進一步改進，所述電源輸入接口輸出端和電源輸出接口輸入端之間設有第一隔離模塊，所述電源輸入接口輸出端和調壓模塊輸入端之間設有第二隔離模塊，實現外部供電和內部電池充電供電的隔離。

本發明作進一步改進，所述充電管理模塊包括充電隔離單元和充電單元，所述充電隔離單元設置在所述調壓模塊和充電單元之間，防止電池電流倒灌。

本發明還提供了一種包含上述電路的攝像機，包括攝像機主模塊、鏡頭、紅外燈板及驅動電路板、WIFI模塊，所述攝像機主模塊分別與鏡頭和WIFI模塊相連，所述電源輸入接口接外部電源，所述電源輸出接口包括第一輸出接口和第二輸出接口，所述第一輸出接口為攝像機主模塊供電，所述第二輸出接口為所述紅外燈板及驅動電路板供電，所述電池組包括三節3.7V鋰電池。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：增加無線監控系統的可靠性，有效性，當外部電源正常的時候，通過充電管理電路對內部的電池組充電，供電檢測電路會關閉鋰電池對外輸出電力。當外部供電不正常的時候，供電檢測模塊將自動切斷電池組的充電電流並轉換到向攝像機主模塊供電，使攝像機能夠持續工作一定的時間；對於串聯的電池組充電，需要採用均衡充電，由於攝像機內部空間有限，需要簡化電路設計，小型化電路模塊，所以本發明對電池採用獨立的充電管理，以取消均衡充電電路，小型化電路模塊；通常2.4-4V的電壓要升壓到12V，轉換效率在80%以下，電源的浪費很大，在小型化的攝像機中，空間有限，不能無限增大鋰電池的體積，為了提高電源的效率，本發明採用電池組串聯輸出，取消後面的升壓電路，最大化鋰電池的效率。

附圖說明

圖1為本發明不間斷電源控制電路結構示意圖；

圖2為本發明電路圖；

圖3為調壓模塊實施例DC-DC降壓電路圖；

圖4為充電管理模塊其中一個支路電路圖；

圖5為供電檢測模塊和儲能模塊電路圖；

圖6為輸出隔離開關和放電保護模塊電路圖；

圖7為充電輸出轉換模塊電路圖；

圖8為攝像機結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明做進一步詳細說明。

如圖1所示，本發明不間斷電源控制電路包括電源輸入接口、電源輸出接口、電池組、充電管理模塊、充電輸出轉換模塊、供電檢測模塊，其中，所述電源輸入接口的輸出端分別與充電管理模塊輸入端和電源輸出接口輸入端相連，所述充電管理模塊的輸出端通過所述充電輸出轉換模塊與電池組相連，所述供電檢測模塊分別與電源輸入接口輸出端和充電輸出轉換模塊輸入端相連，其中，所述充電管理模塊包含多個並聯的充電支路，每一路充電支路分別與電池組中的其中一節電池相連，所述電池組中的電池串聯輸出，所述電池組的輸出端與所述電源輸出接口輸入端相連。本發明採用並聯充電，串聯放電，可以簡化充電電路，不需要充電均衡電路，簡化放電電路，提高放電的效率，增加鋰電池的供電時間和壽命，利於產品的小型化。

如圖2所示，本例電源輸入接口輸出端和充電管理模塊輸入端之間設有調壓模塊，本例的調壓模塊為DC-DC降壓模塊，也可以按照需求設置為升壓電路等。所述電源輸入接口輸出端和電源輸出接口輸入端之間設有第一隔離模塊，所述電源輸入接口輸出端和調壓模塊輸入端之間設有第二隔離模塊，實現外部供電和內部電池充電供電的隔離。所述第一隔離模塊和第二隔離模塊分別採用一功率二極體，利用其單向導電性，實現外部供電和內部電池組充電供電的隔離。

外部電源通過電源輸入接口對整個電路供電，進入電路內部後，一路通過第一隔離模塊向電源輸出接口直接供電，另外一路分別經過第二隔離模塊、DC-DC降壓模塊、充電管理模塊，然後向電池組供電，當外部電源正常的時候，通過充電管理模塊對內部的電池組充電，供電檢測模塊會關閉電池組對外輸出電力；當外部供電不正常的時候，供電檢測模塊將自動切斷電池組的充電電流並轉換到向電源輸出接口供電。

如圖3所示，是本實施例的第二隔離模塊和DC-DC（直流轉直流）降壓模塊電路，為後面的充電管理和鋰電池充電提供穩定的5V電源，其中，JP1為電源輸入接口，第一隔離模塊採用二極體D1，所述DC-DC降壓模塊包括集成電路IC1、電容C1、電容C2、電容C5、電容C6、電容C7、電容C8、電容C15、二極體D2、電感L1、電阻R1、電阻R7、電阻R14，所述集成電路IC1的引腳1通過電容C8與二極體D2的負極相連，所述二極體D2正極接地，所述集成電路IC1的引腳2接地，所述電容C1和電容C5並聯在集成電路引腳5，所述集成電路IC1的引腳3分別與電阻R7一端、並聯的電阻R14和電容C7一端相連，所述電阻R7另一端接地，並聯的電阻R14和電容C7另一端與電感L1輸出端相連，所述集成電路IC1的引腳4分別與電阻R1和電容C15相連，所述電阻R1另一端和集成電路IC1的引腳5連接二極體D1負極，所述電容C15另一端接地；所述集成電路IC1的引腳6通過電感L1輸出5V電壓，所述電容C2和電容C6並聯在電壓輸出端，所述電容C2和電容C6另一端接地。

如圖4所示，本例充電管理模塊包括充電隔離單元和充電單元，所述充電隔離單元設置在所述調壓模塊和充電單元之間，本實施例中具有三個同樣的鋰電池充電支路，為後面的鋰電池組的每個電池提供單獨的充電電流，作為本發明的充電支路的一個實施例，本例的充電隔離單元採用功率二極體D11，充電單元採用集成晶片IC2，輸出端與電池JP5相連，為電池JP5充電。利用二極體D11的單向導電性，實現充電支路的統一隔離供電，防止鋰電池的電流倒灌。

如圖7所示，本例充電輸出轉換模塊用於實現電池組中每節電池的獨立充電和串聯輸出，其中採用功率MOSFET開關管進行電子切換，大大的加快切換的速度，實現電源的不間斷輸出。

充電輸出轉換模塊的切換開關採用功率MOSFET開關管，利用其高速，低內阻，電壓控制型元件的特性，電子切換，時間uS級，對後級的攝像機模塊幾乎無影響的實現電源的轉換，不會造成攝像機的重啟，死機等，使攝像機可以持續有效的正常工作。

本例的電池組中電池的數量根據外部設備需要的電壓和電流確定，本例的外部設備為攝像機，本例的不間斷電源控制電路為攝像機供電，本例採用三節鋰電池組成鋰電池組。本例的充電管理模塊中充電支路的數量同電池組中電池的數量相同，也為三路，三個獨立的充電支路和充電輸出轉換模塊相連，三個獨立的充電單元通過三個充電隔離單元同DC-DC降壓模塊相連，實現三節鋰電池的獨立充電。

如圖5所示，本例的供電電測電路和充電輸出轉換模塊相連，供電檢測電路產生相應的信號去控制充電輸出模塊，實現電池充電和放電的自動轉換。

所述供電檢測模塊採用三極體和穩壓二極體組合產生具有電壓差和時間差的控制信號。以實現充電輸出轉換電路的MOSFET開關管不發生同時開關狀態。實現鋰電池的並串轉換的平滑過渡。

充電輸出轉換模塊實現電池組的串並轉換，為了避免實現串聯的MOSFET開關和實現並聯的MOSFET開關同一時刻發生狀態轉換，也就是說鋰電池還處於串聯狀態，並聯用的MOSFET開關就接通或者說鋰電池還處於並聯狀態，串聯用的MOSFET開關就接通，這兩種情況下，都會造成MOSFET開關管過流，因此，供電檢測模塊輸出的信號必須具有時序性，使MOSFET開關管不出現同時導通的情況。在外部失電的情況下，避免供電檢測模塊因無電力供應而同時輸出控制信號，造成MOSFET開關管出現同時導通的情況，所以，在供電檢測模塊前面增加了由電容C16、電容C17、電容C18和電容C19構成的儲能模塊，使在失電時，內部電力下跌有個過程，從而避免同時輸出控制信號，避免供電檢測模塊的被檢測電壓信號不發生突變，從而避免後續的充電輸出轉換模塊的MOSFET開關管的控制信號發生突變，產生一具有一定斜率的電壓控制信號，避免了充電輸出轉換模塊的MOSFET開關管出現同時導通或者斷開的問題。

如圖6所示，本例電池組輸出端和電源輸出接口輸入端之間還設有輸出隔離開關，所述輸出隔離開關與所述充電輸出轉換模塊輸出端相連。所述輸出隔離開關與電池組輸出端之間還設有放電保護模塊，實現對電池組的放電保護。

和充電輸出轉換模塊相連的輸出隔離開關，實現鋰電池的電壓輸出通或斷，輸出隔離開關採用功率MOSFET型電子開關管，實現極高的通斷速度，不會對後面的攝像機主模塊造成影響。

輸出隔離開關同供電檢測模塊及放電保護模塊相連，其供電檢測模塊和放電保護模塊的輸出信號組成一或邏輯信號，控制輸出隔離開關，實現外部供電正常及電池放電完畢時，輸出隔離開關斷開，保護鋰電池。只有在外部失電及電池電壓正常時，輸出隔離開關閉合，為整個攝像機提供續電。

放電保護模塊實現鋰電池的放電保護，輸出隔離開關在外部電源正常的情況下，被供電檢測模塊強制斷開，此時無論如何，不會接通電池組，當外部電源失效的情況下，輸出隔離開關立即接通，供電檢測模塊退出控制，交由放電保護模塊來控制輸出隔離開關。當檢測到電池電壓低於零界值時，斷開輸出隔離開關，電池不再提供電力，從而保護了鋰電池不被過放電。作為本發明的一個實施例，本例在單節電池的臨界值為2.5V，當電壓低於2.5V時，斷開鋰電池輸出，保護鋰電池不發生過放電而損壞。

由於鋰電池放電具有緩慢放電的特殊性，並且電池具有一定的內阻，電壓是緩慢下降的，當電池具有負載或者斷開負載時輸出的電壓有變化，具有一定的回差，這裡採用遲滯比較器，利用遲滯比較器的回差特性，實現鋰電池的放電保護檢測，防止電池放電時，比較器發生振蕩。

鋰電池充電採用單節電池獨立充電，鋰電池放電採用三節電池串聯放電，為整個攝像機提供較高的供電電壓，提高了鋰電池的供電效率。鋰電池的串並轉換，採用功率MOSFET實現電子開關切換，以uS級的切換時間，不會對真箇wifi攝像機造成影響。

此外，本例的不間斷電源控制電路還包括報警模塊，所述報警模塊與所述供電檢測模塊輸出端相連。供電檢測模塊還提供一報警信號，連接外部設備，實現外部設備的失電報警。

如圖8所示，本發明還提供了一種包含上述電路的攝像機，包括攝像機主模塊、鏡頭、紅外燈板及驅動電路板、WIFI模塊，所述攝像機主模塊分別與鏡頭和WIFI模塊相連，所述電源輸入接口接外部電源，所述電源輸出接口包括第一輸出接口和第二輸出接口，所述第一輸出接口為攝像機主模塊供電，所述第二輸出接口為所述紅外燈板及驅動電路板供電，所述電池組包括三節3.7V鋰電池。電源輸出接口，同時支持帶WIFI模塊的攝像機主模塊以及接入紅外燈。

本實施例在內部鋰電池充滿電後，工作電流極低，設定的充電電流在100mA左右，對鋰電池充電過程中，鋰電池幾乎不發熱，以利於攝像機長期穩定的工作。

在本例中，通常2.4-4V的電壓要升壓到12V為攝像機提供電源，轉換效率在80%以下，電源的浪費很大，在小型化的攝像機中，空間有限，不能無限增大鋰電池的體積，為了提高電源的效率，本實施例中採用三節鋰電池串聯成11.1V輸出，取消後面的升壓電路，最大化鋰電池的效率。

對於串聯的鋰電池充電，需要採用均衡充電，由於攝像機內部空間有限，需要簡化電路設計，小型化電路模塊，所以對電池採用獨立的充電管理，以取消均衡充電電路，小型化電路模塊。

本例鋰電池採用單節獨立充電，串聯供電模式工作，並採用高速MOSFET開關管作為開關切換，保證了整個攝像機不會發生死機，重啟，圖像閃爍等現象。

本發明解決了視頻監控系統在使用過程中，遇到停電或者線纜遭到不法分子的惡意破壞的情況下，繼續提供一定時間的電力供應，使視頻監控錄像繼續正常運行，而且攝像機通過設置WIFI模塊，和錄像機之間不需要線纜連接，採用無線WIFI連接模式，即使不法分子關掉電閘或者破壞掉攝像機的電源適配器或者剪斷攝像機的電源線，攝像機仍然可以正常工作。對犯罪分子的一舉一動，都無所遁形。全被錄像機記錄了下來，並且已經向用戶發送了報警信號，這時候，用戶就可以在遠程查看監控，判斷是停電還是人為破壞，從而報110。

以上所述之具體實施方式為本發明的較佳實施方式，並非以此限定本發明的具體實施範圍，本發明的範圍包括並不限於本具體實施方式，凡依照本發明所作的等效變化均在本發明的保護範圍內。