一種電源斷電維持電路的製作方法
2023-04-30 06:14:56 1
專利名稱：一種電源斷電維持電路的製作方法
技術領域：
本發明屬於航空電子技術領域，特別是涉及到一種電源斷電維持電路。
背景技術：
航空電子設備常採用ー套直流電源供電，或採用兩套直流電源交替供電。當供電電源斷電，或兩套供電電源供電切換吋，負載電子設備會出現持久，或瞬間斷電的情況。對ー些有特殊要求的電子設備，當供電電源斷電時，電子設備應能維持工作一段時間，電子設備可以在此時間內做出數據備份等保護功能；當供電電源瞬間斷電吋，電子設備應不受電源瞬間斷電的影響，維持電子設備本身正常工作。如圖1所示，傳統的電源斷電維持電路採用大容量儲能電容，限流電阻，放電ニ極管，防電容電量回灌ニ極管進行設計，其基本原理是利用電容的儲能特性，達到在電源斷電時電容放電，用以維持電子設備繼續工作的目的。傳統的電源斷電維持電路存在以下三大缺點第一，電容儲存能量受電源輸入電
壓的影響較大。由電容儲能公式Icc/2可知，當電源輸入電壓發生波動時，電容儲存能量將
發生變化。第二，電容能量密度偏低。電容容值一定的條件下，電容兩端電壓越高，電容能量密度越大。傳統電源斷電維持電路設計中，電源輸入電壓往往不到電容額定工作電壓的一半，造成電容能量密度偏低。第三，斷電維持時間不可控。斷電維持時間往往是滿足了滿載的要求，在輕載或者空載條件下，斷電維持時間過長，無法滿足電源的全部功能要求。為達到斷電維持時間的設計要求，可以使用多個電容並聯儲能的方法來滿足使用需要。但隨之帶來的問題是電子設備本身成本、體積、重量的極大增加，以及斷電維持時間的更加不可控，這在實際應用中往往是難以接受的。
發明內容
發明目的本發明的目的是提供ー種新型的電源斷電維持電路，能夠克服傳統電源斷電維持電路所存在的缺陷。技術方案一種電源斷電維持電路，在電源輸入端和電源輸出端之間包括主電源輸入通道電路1、升壓電路2、儲能電容充電電路3、儲能電容放電通道開關4、內部電源產生電路5、通道開關控制電路6、輸入電源採樣電路7、狀態控制信號發生電路8及斷電計時電路9，所述升壓電路2、儲能電容充電電路3及儲能電容放電通道開關4串聯之後，與主電源輸入通道電路I並聯，所述升壓電路2及儲能電容充電電路3的輸出端與內部電源產生電路5的輸入端連接，所述輸入電源採樣電路7的輸出端與狀態控制信號發生電路8的輸入端連接，狀態控制信號發生電路8的輸出端分別與斷電計時電路9及通道開關控制電路6的輸入端連接，斷電計時電路9的輸出端與通道開關控制電路6的輸入端連接，通道開關控制電路6的輸出端與儲能電容放電通道開關4的輸入端連接。主電源輸入通道電路I起到電源輸入通道的作用，並且起到防止儲存電容能量回灌到電源輸入端的作用。
升壓電路2採用了 BOOST拓撲結構，選用的PWM脈寬調製晶片Tl為LTC1871。所述內部電源產生電路5用於給通道開關控制電路6、狀態控制信號發生電路8及斷電計時電路9提供5V電壓。所述通道開關控制電路6用於產生控制儲能電容放電通道開關4的控制信號。所述斷電計時電路9包括晶體振蕩器G1，計數器D1，觸發器D3，比較器N2，計時電路9的設定時間可通過設定晶體振蕩器Gl的振蕩頻率，或計數器Dl的輸出進行靈活調整。有益效果本發明不受電源輸入電壓波動的影響，電容充電電壓能穩定在固定值。由於電容端電壓較高，提高了電容的能量密度，極大地降低了電容的使用數量。斷電計時電路的加入，使得斷電維持時間可控，提高了設計的靈活性。整個電路工作獨立，不需要任何外在輸入，易於整個電路的集成及模塊化生產。本發明還具有以下優點(I)電容充電電壓穩定。電容的充電電壓由升壓電路的輸出進行供給。實際應用中，升壓電路的輸出電壓可根據實際需要調整到固定值，以此保證電容充電電壓的穩定。升壓電路的輸入工作電壓範圍同樣可以進行動態調整，以此克服電源輸入電壓波動帶來的影響。因此，電容的充電電壓將不在受電源輸入的影響，能穩定在固定值。(2)減少電容使用數量，降低產品體積、重量及成本。以電源輸入電壓為28V，容量為24000ii F的電容為例。傳統電源斷電維持電路中，
電容的存儲能量為9. 4焦(按照公式び2計算)。若升壓電路將電源輸入電壓升高到44V，
則電容的存儲能量為23. 2焦，相比傳統電源斷電維持電路，電容的存儲能量提高了近2. 5倍。因此，升壓電路的引入，極大程度地減少了電容的使用數量，降低了產品的體積、重量及成本。(3)斷電維持時間可控。斷電計時電路的引入，使得斷電維持時間得到精確的控制。實際應用中，根據設計需求，可對斷電維持時間進行靈活設置，使其在滿足滿載設計要求的同時，也能滿足輕載或者空載的設計需要。(4)電路易於集成及模塊化生產。內部電源產生電路採用升壓電路及儲能電容充電電路的輸出電壓作為輸入電源，因此即使輸入電源斷電，升壓電路停止工作，內部電源產生電路也能採用儲能電容的能量繼續工作，為電源斷電維持電路提供內部電源。因此，整個電路能獨立工作，不需要任何外在輸入，便於電路的集成及模塊化生產。
圖1為傳統電源斷電維持電路圖；圖2為本發明的電路原理框圖；圖3為本發明的電路圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做進ー步詳細描述，請參閱圖1至圖3。
如圖1所示，為傳統電源斷電維持電路，傳統的電源斷電維持電路採用大容量儲能電容，限流電阻，放電ニ極管，防電容電量回灌ニ極管進行設計，其基本原理是利用電容的儲能特性，達到在電源斷電時電容放電，用以維持電子設備繼續工作的目的。如圖2及圖3所示，為本發明的電路原理框圖及電路圖，一種電源斷電維持電路，在電源輸入端和電源輸出端之間包括主電源輸入通道電路1、升壓電路2、儲能電容充電電路3、儲能電容放電通道開關4、內部電源產生電路5、通道開關控制電路6、輸入電源採樣電路7、狀態控制信號發生電路8及斷電計時電路9，所述升壓電路2、儲能電容充電電路3及儲能電容放電通道開關4串聯之後，與主電源輸入通道電路I並聯，所述升壓電路2及儲能電容充電電路3的輸出端與內部電源產生電路5的輸入端連接，所述輸入電源採樣電路7的輸出端與狀態控制信號發生電路8的輸入端連接，狀態控制信號發生電路8的輸出端分別與斷電計時電路9及通道開關控制電路6的輸入端連接，斷電計時電路9的輸出端與通道開關控制電路6的輸入端連接，通道開關控制電路6的輸出端與儲能電容放電通道開關4的輸入端連接。主電源輸入通道電路I起到電源輸入通道的作用，並且起到防止儲存電容能量回灌到電源輸入端的作用。實際使用時，主電源輸入通道電路I由整流ニ極管V4構成。當電源輸入正常吋，V4起到電源輸入通道的作用；當電源斷電時，V4起到防止儲存電容能量回灌到電源輸入端的作用。升壓電路2採用了 BOOST拓撲結構，選用的PWM脈寬調製晶片Tl為LTC1871。實際使用吋，電容Cl、C2、C3，電阻Rl、R2、R3、R4、R5用於設置LTC1871的工作狀態；電感LI，ニ極管V3，電容C5、C6，MOS管VI，晶片Tl構成了 BOOST升壓電路的基本拓撲；電容C4為升壓電路的濾波電容，用於輸入電源濾波；升壓電路的啟動工作電壓由電阻R4、R5進行設置，因此，可對升壓電路的工作電壓範圍進行動態調整；升壓電路的輸出電壓由電壓反饋電阻R6、R7進行設置，電壓的輸出可根據實際需要進行調整。實際使用時，儲能電容充電電路3可以由電阻R8，ニ極管V2，儲能電容C7組成。充電時，通過電阻R8對電容C7充電；放電時，電容C7通過ニ極管V2放電。
實際使用時，儲能電容放電通道開關4可以由N溝道MOS管V9，P溝道MOS管T1、V8，電阻Rl、Rl I，穩壓管Vl，ニ極管Vl I組成。當通道開關控制電路6輸出高電平+5V時，V9的柵極和源極電壓Ves為+5V，V9導通。儲能電容充電電路3的輸出電壓將以Tl, Rl, Rll,V9形成通路。此時，MOS管V7、V8將由穩壓管Vl得到IV的偏置電壓，MOS管V7、V8導通，儲能電容放電通道開關4閉合，儲能電容能量得到釋放。反之，當通道開關控制電路6輸出低電平V時，V9截止，儲能電容充電電路3的輸出電壓無法以V7，Rl，Rl I，V9形成通路，MOS管V7、V8截止，儲能電容放電通道開關4斷開。所述內部電源產生電路5用於給通道開關控制電路6、狀態控制信號發生電路8及斷電計時電路9提供5V電壓。內部電源產生電路5採用基本的穩壓管穩壓電路進行設計，實際使用時可由電阻R9，穩壓管V5，三極體V6組成。因內部電源產生電路5採用升壓電路2及儲能電容充電電路3的輸出電壓作為輸入電源，因此即使輸入電源斷電，升壓電路2停止工作，內部電源產生電路5也能採用儲能電容的能量繼續工作，為電源斷電維持電路提供內部電源。所述通道開關控制電路6用於產生控制儲能電容放電通道開關4的控制信號。實際使用時，通道開關控制電路6可以由上拉電阻R23，三極體V13，異或門D5組成，用於產生控制儲能電容放電通道開關4的控制信號。通道開關控制電路6隻可能收到來自狀態控制信號發生電路8，斷電計時電路9的三種組合信號，即「斷開、計時未到(+5V，V)」，「閉合、計時未到(V，V)」，「閉合、計時到(V，+5V)」。在這三種組合信號下，通道開關控制電路6分別輸出V，+5V，V控制電壓，儲能電容放電通道開關4在這三種控制電壓下，分別斷開，閉合，斷開儲能電容放電通道。實際使用時，輸入電源採樣電路7可以由電阻Rl2、Rl3組成，用於對輸入電壓分壓採樣，並將採樣電壓值送狀態控制信號發生電路8。實際使用時，狀態控制信號發生電路8可以由比較器NI，基準電壓設置電阻R14、R15，上拉電阻R17，滯回電壓設置電阻R16組成。當電源輸入正常時，狀態控制信號發生電路8輸出「斷開(+5V)」信號；當電源輸入斷電時，狀態控制信號發生電路8輸出「閉合(V)」信號。R16用於設置滯回電壓，防止輸入電源的頻繁抖動，導致狀態控制信號發生電路8出現誤觸發。所述斷電計時電路9包括晶體振蕩器G1，計數器D1，觸發器D3，比較器N2，計時電路9的設定時間可通過設定晶體振蕩器Gl的振蕩頻率，或計數器Dl的輸出進行靈活調整。實際使用時，還包括電阻R18、R19、R2、R21、R22。計時電路9的設定時間可通過設定晶體振蕩器Gl的振蕩頻率，或計數器Dl的輸出進行靈活調整。當收到狀態控制信號發生電路8的「斷開」信號後，計數器Dl及觸發器D3清，斷電計時電路9輸出「計時未到」信號。當收到狀態控制信號發生電路8的「閉合」信號後，計數器Dl開始計數，若尚未計數到設定時間，觸發器D3輸出V電壓，即斷電計時電路9輸出「計時未到」信號；若計數到設定時間，觸發器D3觸發，輸出+5V電壓，斷電計時電路9 一直輸出「計時到」信號，直到輸入電源重新恢復正常後，收到來自狀態控制信號發生電路8的「斷開」信號。本發明的工作過程如下(I)輸入電源正常供電時。通過升壓電路2，將較低的輸入電源電壓變換為固定、較高的直流電壓。以此電壓，儲能電容充電電路3對儲能電容進行恆壓充電，充電完畢後，儲能電容兩端電壓將維持在穩定狀態。輸入電源採樣電路7實時對電源輸入進行電壓採樣，並將採樣電壓值送至狀態控制信號發生電路8。狀態控制信號發生電路8判定電源輸入正常，發出「斷開」控制信號到通道開關控制電路6及斷電計時電路9。斷電計時電路9收到「斷開」控制信號後，計時器復位，同時發出「計時未到」控制信號至通道開關控制電路6。通道開關控制電路6收到來自狀態控制信號發生電路8的「斷開」控制信號及斷電計時電路9的「計時未到」控制信號後，斷開儲能電容放電通道開關4，儲能電容的能量無法通過儲能電容放電通道開關4送出。內部電源產生電路5用於產生斷電維持電路內部工作電源。此時，電源輸入經主電源輸入通道電路I為負載提供能量供給。(2)輸入電源出現斷電時。輸入電源採樣電路7實時對電源輸入進行電壓採樣，並將採樣電壓值送至狀態控制信號發生電路8。狀態控制信號發生電路8判定電源輸入斷電，發出「閉合」控制信號到通道開關控制電路6及斷電計時電路9。斷電計時電路9收到「閉合」控制信號後，計時器啟動，若計時器未計時到設定值，斷電計時電路9發出「計時未到」控制信號至通道開關控制電路6。通道開關控制電路6收到來自狀態控制信號發生電路8的「閉合」控制信號及斷電計時電路9的「計時未到」控制信號後，閉合儲能電容放電通道開關4，儲能電容的能量通過儲能電容放電通道開關4送出。當計時器計時到設定值時，斷電計時電路9發出「計時到」控制信號至通道開關控制電路6 ;通道開關控制電路6收到來自狀態控制信號發生電路8的「閉合」控制信號及斷電計時電路9的「計時到」控制信號後，斷開儲能電容放電通道開關4，儲能電容的能量無法通過儲能電容放電通道開關4送出。電源出現斷電時，升壓電路2停止工作。內部電源產生電路5的輸入電源轉而由儲能電容的能量提供，以維持電源斷電維持電路的繼續工作。此時主電源輸入通道電路I具備防止儲能電容能量回灌至電源輸入端的功能。(3)輸入電源重新恢復時。輸入電源採樣電路7實時對電源輸入進行電壓採樣，並將採樣電壓值送至狀態控制信號發生電路8。狀態控制信號發生電路8判定電源輸入正常後，發出「斷開」控制信號到通道開關控制電路6及斷電計時電路9。斷電計時電路9收到「斷開」控制信號後，計時器復位，同時發出「計時未到」控制信號至通道開關控制電路6 ;通道開關控制電路6收到來自狀態控制信號發生電路8的「斷開」控制信號及斷電計時電路9的「計時未到」控制信號後，斷開儲能電容放電通道開關4，儲能電容的能量無法通過儲能電容放電通道開關4送出。同時，升壓電路2恢復工作，將較低的輸入電源電壓變換為固定、較高的直流電壓。以此電壓，儲能電容充電電路3對儲能電容進行恆壓充電，充電完畢後，儲能電容兩端電壓將維持在穩定狀態。此時，電源輸入經主電源輸入通道電路I為負載提供能量供給。本發明不受電源輸入電壓波動的影響，電容充電電壓能穩定在固定值。由於電容端電壓較高，提高了電容的能量密度，極大地降低了電容的使用數量。斷電計時電路的加入，使得斷電維持時間可控，提高了設計的靈活性。整個電路工作獨立，不需要任何外在輸入，易於整個電路的集成及模塊化生產。
權利要求
1.一種電源斷電維持電路，其特徵在於，在電源輸入端和電源輸出端之間包括主電源輸入通道電路[I]、升壓電路[2]、儲能電容充電電路[3]、儲能電容放電通道開關[4]、內部電源產生電路[5]、通道開關控制電路[6]、輸入電源採樣電路[7]、狀態控制信號發生電路[8]及斷電計時電路[9]，所述升壓電路[2]、儲能電容充電電路[3]及儲能電容放電通道開關[4]串聯之後，與主電源輸入通道電路[I]並聯，所述升壓電路[2]及儲能電容充電電路[3]的輸出端與內部電源產生電路[5]的輸入端連接，所述輸入電源採樣電路[7]的輸出端與狀態控制信號發生電路[8]的輸入端連接，狀態控制信號發生電路[8]的輸出端分別與斷電計時電路[9]及通道開關控制電路[6]的輸入端連接，斷電計時電路[9]的輸出端與通道開關控制電路[6]的輸入端連接，通道開關控制電路[6]的輸出端與儲能電容放電通道開關[4]的輸入端連接。
2.根據權利要求1所述的一種電源斷電維持電路，其特徵在於，主電源輸入通道電路[I]起到電源輸入通道的作用，並且起到防止儲存電容能量回灌到電源輸入端的作用。
3.根據權利要求2所述的一種電源斷電維持電路，其特徵在於，升壓電路[2]採用了BOOST拓撲結構，選用的PWM脈寬調製晶片Tl為LTC1871。
4.根據權利要求3所述的一種電源斷電維持電路，其特徵在於，所述內部電源產生電路[5]用於給通道開關控制電路[6]、狀態控制信號發生電路[8]及斷電計時電路[9]提供5V電壓。
5.根據權利要求4所述的一種電源斷電維持電路，其特徵在於，所述通道開關控制電路[6]用於產生控制儲能電容放電通道開關[4]的控制信號。
6.根據權利要求5所述的一種電源斷電維持電路，其特徵在於，所述斷電計時電路[9]包括晶體振蕩器G1，計數器D1，觸發器D3，比較器N2，計時電路[9]的設定時間可通過設定晶體振蕩器Gl的振蕩頻率，或計數器Dl的輸出進行靈活調整。
全文摘要
本發明屬於航空電子技術領域，特別是涉及一種電源斷電維持電路，在電源輸入端和電源輸出端之間包括主電源輸入通道電路、升壓電路、儲能電容充電電路、儲能電容放電通道開關、內部電源產生電路、通道開關控制電路、輸入電源採樣電路、狀態控制信號發生電路及斷電計時電路。本發明不受電源輸入電壓波動的影響，電容充電電壓能穩定在固定值。由於電容端電壓較高，提高了電容的能量密度，極大地降低了電容的使用數量。斷電計時電路的加入，使得斷電維持時間可控，提高了設計的靈活性。
文檔編號H02J9/00GK103051044SQ201210523860
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月7日 優先權日2012年12月7日
發明者趙鍵, 孫慶亞, 姚軍軍, 馬寶華 申請人:陝西千山航空電子有限責任公司