帶備用蓄電池的嵌入式設備雙電源自動切換電路的製作方法

2023-05-05 05:14:46

專利名稱：帶備用蓄電池的嵌入式設備雙電源自動切換電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及嵌入式設備的電源控制電路系統，尤其涉及帶備用蓄電池的雙電 源供電自動切換電路。在市電供電時，蓄電池可處於充電狀態或放電抑制狀態，當市電掉電 或斷開時，蓄電池能夠自動快速為嵌入式設備提供電源。
背景技術：
隨著嵌入式技術的飛速發展，現今對嵌入式設備性能的要求越來越高，對嵌入式 設備供電電源的可靠性要求也越來越高，尤其是對於一些戶外使用、無人值守的實時信息 採集或實時控制的嵌入式設備，如果供電電源突然中斷，極易造成重要信息的遺失或造成 整個控制系統的崩潰，造成不可挽回的損失。為了防止上述情況的發生，對一些重要的嵌入式設備，除了用規定的市電作為主 要電源外，還經常提供蓄電池作為備用電源。當市電掉電或斷開而中斷對嵌入式設備的供 電時，需要通過一個電源迴路切換開關將嵌入式設備的供應電源切換至蓄電池備用電源， 當市電恢復正常時，切換開關將供電電源重新切換至市電電源，而當蓄電池電量不足時，需 要通過市電完成對蓄電池的充電。目前，對於雙電源供電的嵌入式設備，一般是選配電源管 理模塊，通過集成的電源管理軟體來完成雙電源的選擇和切換，增加了硬體成本；而常規的 雙電源切換控制裝置系統僅為實現雙電源切換，若用於帶備用蓄電池的雙電源供電管理， 當市電正常供電而切斷蓄電池後，充電管理不方便，若市電和蓄電池同時供電，則又使得備 用蓄電池電源失去備用功能，而且常規的雙電源切換控制裝置一般採用邏輯門電路，所需 的電子元器件數目較多，進行雙電源切換電路板開發成本高，從而造成整體使用成本也較 尚ο
發明內容為了克服常規雙電源切換裝置的上述缺陷，本實用新型提供一種帶備用蓄電池的 嵌入式設備雙電源自動切換電路，該電路將電源模塊和嵌入式設備的微處理器聯繫在一 起，通過微處理器的智能控制對蓄電池的運行狀態進行管理，解決了市電掉電或斷開時的 自動切換，還可以完成蓄電池電量的實時檢測與充電管理。本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案如下。本實用新型的雙電源供電自動切換電路設有兩套供電電源，由AC/DC市電220V轉 換模塊與備用蓄電池組成，由嵌入式設備的微處理器實時檢測市電的供電狀態以及蓄電池 的電量，市電供電狀態檢測信號連接到MCU的VO1數字埠，備用蓄電池的電量檢測信號 連接到MCU的ADC1模擬埠，並通過1/02數字埠控制繼電器線圈的通、斷狀態，實現備 用蓄電池的充、放電管理。市電存在是蓄電池能夠切換到充電狀態的前提，當市電正常供 電時，若檢測到蓄電池電量不足，則通過控制繼電器線圈導通，常開觸點K2閉合，實現了蓄 電池充、放電狀態自動切換；在蓄電池電量充足且市電正常供電的情況下，由於VCC_C端的 電位高於蓄電池的電位，可以達到抑制蓄電池放電的效果；當市電掉電或斷開時，由於開關Kl為常閉觸點，備用蓄電池可立即為嵌入式設備提供電源，保證了在市電掉電時對嵌入式 設備不產生供電間隙，實現了嵌入式設備雙供電電源的快速自動切換。本實用新型的有益效果是，對於帶備用蓄電池的嵌入式設備雙電源供電系統，可 以在市電正常供電的情況下，實現備用蓄電池的自動充電管理，而當市電掉電或斷開時，實 現雙電源供電的快速自動切換，為嵌入式設備提供無間隙連續供電電源。該電路結構簡單， 僅需利用嵌入式設備微處理器的三個引腳，成本較低。

圖1是本實用新型的電路模塊連接框圖；圖2是本實用新型的實施例電路原理圖。
具體實施方式
現結合附圖說明和具體實施方式
對本實用新型進一步說明。如圖1所示，市電或蓄電池為嵌入式設備的MCU提供直流穩壓電源，市電供電狀態 檢測信號通過R2、R3、D2、Q1連接到嵌入式設備MCU的VO1數字埠，備用蓄電池的電量檢 測信號連接到嵌入式設備MCU的ADC1模擬埠，繼電器的控制信號連接到嵌入式設備MCU 的1/02數字埠 ；如圖2所示，220V市電經過變壓器輸出的13V直流電源連接整流橋Dl，整流橋Dl 的輸出並聯平波電容Cl、C2，再串聯二極體D3連接到集成穩壓器78H05的1號和2號腳， 78H05的2號和3號腳並聯電容C3和C4連接到嵌入式設備MCU的電源和接地引腳；220V 市電經過變壓器輸出的18V直流電源經過整流橋D2和平波電容C5、C6同時連接到集成穩 壓電路LM317的1號腳和雙光耦521_4的1號腳，雙光耦521_4的8號腳為市電的狀態檢 測輸出信號，連接到嵌入式設備MCU的VO1數字埠，同時連接到雙光耦521_4的6號腳。 嵌入式設備的MCU對繼電器的控制信號通過1/02數字埠通過電阻R5連接到三極體Q2的 基極，Q2的集電極連接到雙光耦521_4的4號腳；U4為雙刀雙擲電磁式繼電器，1、2號腳為 繼電器的常開觸點，對應圖1中的開關K2，連接到集成穩壓電路LM317的2、3號引腳，3、4 號腳為繼電器的常閉觸點，對應圖1中的開關K1，經過電阻Rl和二極體D4連接到78H05的 2號和1腳，5、6號腳為繼電器的動刀臂，分別連接備用蓄電池的負極和正極，7、8號腳是繼 電器的線圈引出端，7號腳接地，8號腳經過電阻R6和電容C7連接到雙光耦521_4的5號 腳；電阻R9和RlO分別連接備用蓄電池的正極和負極，蓄電池的分壓信號連接到嵌入式設 備MCU的模擬埠 ADC1。如圖2所示，雙光耦521_4的6號腳和市電供電狀態檢測信號相連，若市電掉電或 斷開，無論三極體Q2是否導通，雙光耦521_4的5號腳均沒有信號輸出，即嵌入式設備MCU 通過VO1數字埠發出的控制信號無效，這時繼電器無法吸合，蓄電池處於強制放電狀態， 即市電電源正常供電是蓄電池能夠切換到充電狀態的前提；進一步地，在市電電源正常供 電時，若嵌入式設備MCU的VO1數字埠的控制信號為低電平，三極體Q2不導通，繼電器不 動作，因此，備用蓄電池保持與繼電器的3、4號腳(S卩，常閉觸點Kl)連接，由於連接到VCC_ C端的電位高於蓄電池的電位，可以達到抑制蓄電池放電的效果；若嵌入式設備檢測到蓄 電池電量不足，通過MCU的VO1數字埠給出的控制信號為高電平，三極體Q2將導通，雙光耦521_4的5號腳有信號輸出，繼電器得電動作，備用蓄電池從放電狀態切換到充電狀態。 進一步地，如圖2所示，利用電磁式繼電器觸點吸合電流要求比較大而保持電流 可以比吸合電流小的多的特點，本實用新型在繼電器線圈的導通迴路中增加了一個電阻 R6，並在電阻R6的兩端並聯了一個電解電容C7。當繼電器線圈處在斷開狀態時，電容上存 儲的電能通過電阻消耗；當繼電器觸點要吸合的時候，由於電解電容在充電的瞬間會有一 個較大的衝擊電流，會使繼電器在這個大電流的作用下迅速吸合，而當電解電容充電結束 後，相當於斷開狀態，此時電路通過電阻R6為繼電器提供維持觸點吸合的小電流，從而達 到降低功耗的效果。
權利要求一種帶備用蓄電池的嵌入式設備雙電源供電自動切換電路，其特徵是由AC/DC市電220V轉換模塊與備用蓄電池組成的兩套供電電源，嵌入式設備的微處理器實時檢測市電的供電狀態以及備用蓄電池的電量，市電供電狀態檢測信號連接到嵌入式設備MCU的I/O1數字埠，備用蓄電池的電量檢測信號連接到MCU的ADC1模擬埠，繼電器的控制信號連接到嵌入式設備MCU的I/O2數字埠，實現市電與備用蓄電池雙電源供電的自動切換，並通過控制繼電器線圈的通、斷狀態，實現蓄電池的充、放電管理。
2.根據權利要求1所述的雙電源供電自動切換電路，其特徵是備用蓄電池連接到繼 電器的常閉觸點K1，當市電正常供電且蓄電池電量充足時，備用蓄電池處於抑制放電狀態， 可保證在市電掉電時對嵌入式設備不產生供電間隙。
3.根據權利要求1所述的雙電源供電自動切換電路，其特徵是雙光耦521_4的6號腳 和市電供電狀態檢測信號相連，使得在市電掉電或斷開時，繼電器不受嵌入式設備MCU的 控制，備用蓄電池處於強制放電狀態，保證嵌入式設備的穩定運行。
4.根據權利要求1所述的雙電源供電自動切換電路，其特徵是在繼電器線圈的導通 迴路中串聯了一個電阻R6，並在電阻R6的兩端並聯了一個電解電容C7，達到了降低功耗的 效果。
專利摘要一種帶備用蓄電池的嵌入式設備雙電源供電自動切換電路，由AC/DC市電220V轉換模塊與備用蓄電池兩套供電電源組成，嵌入式設備的MCU通過數字埠I/O1檢測市電的供電狀態，通過數字埠I/O2及光耦將控制信號連接到繼電器的線圈，備用蓄電池的電量檢測信號連接到MCU的ADC1模擬埠，由嵌入式設備MCU完成市電供電狀態及蓄電池電量的自動檢測，實現雙電源供電的自動切換。本實用新型可實現備用蓄電池的充、放電智能控制，並保證在市電掉電或斷開時對嵌入式設備不產生供電間隙，提高戶外無人值守嵌入式設備供電的可靠性。
文檔編號H02J9/06GK201750208SQ20102051460
公開日2011年2月16日 申請日期2010年9月2日 優先權日2010年9月2日
發明者張騰飛, 馬福民 申請人:南京財經大學