[发明专利]一种通用型短时后备电源电路

说明书

本发明公开了一种通用型短时后备电源电路，包括第一开关、充电电路、储能器件、第二开关、放电电路和主控模块；电源经第一开关与充电电路相连接，充电电路与储能器件相连接；储能器件经第二开关与充电电路相连接；第一开关还经供电旁路与放电电路相连接；放电电路为用电设备、主控模块供电。本发明实现了超级电容的充放电管理、放电电路稳定输出，以及对超级电容的容量最大化利用；对于一般的短时掉电保护设备，更适应使用这种通用性的替代，从而从成本和性能上面有更多的优势。

技术领域

本发明属于后备电源供电技术领域，涉及一种通用型短时后备电源电路。

背景技术

随着物联网的应用发展，越来越多的物联网设备需要使用到后备电源，保证市电供电掉电之后还能够保持工作。一般的解决方案都是使用传统的锂电池后备电源方案，这种应用方案已经很成熟。但是锂电池的后备电源供电方案，成本比较高，适应的工作环境范围很小，一般只适合工作在环境温度为0到45℃；而对于物联网应用的场合，很多设备都是工业级的使用环境，都必须安装在室外环境，一般都必须满足-40℃到60℃，锂电池无法适应这种工作环境，会造成锂电池的容量急速下降和寿命缩短；一般的解决方案就是给锂电池进行加热或是温度补偿，但是这样就会增加成本和应用的复杂性。所以传统的锂电池备电方案有很大的缺陷。

使用超级电容作为替代传统锂电池的后备电源电路，可以满足一般的短时后备电源的应用场合，因为超级电容的容量还是比锂电池备电能力弱，但是它的工作环境温度适应范围广，对于低功耗的物联网设备，有着天然的优势。并且成本上面，也比锂电池有优势。

公布号为CN 111416414 A的发明专利，公开了超级电容的充放电控制系统及其充放电控制电路。其缺陷在于：1）储能器件超级电容无法判断是否已经充电完成，需要一直使用VIN进行充电。这样导致超级电容一直处在不停的充放电状态中，会缩短超级电容的使用寿命。2）使用负载电阻R1作为限流充电电路，导致充电效率低，电路需要进行R1的负载电阻的散热设计，增加成本。3）放电电路只是简单的MOS开关，导致后备电源只能跟随着超级电容的电压降低而降低，输出的电压不稳定，不符合通用的后备电源电路需求；并且这样导致超级电容的储能利用效率很差。

公告号为CN 104578366 B的发明专利，公开了一种用于线路故障检测的自供电超级电容储能电源。其缺陷在于：1）电容直接连接到超级电容上，造成浪涌电流大，容易损坏超级电容；上电开机瞬间电源供电不稳定。2）放电电路只是简单的MOS开关，导致后备电源只能跟随着超级电容的电压降低而降低，输出的电压不稳定。3）缺乏关机的逻辑控制，只能依靠超级电容的电量耗完才能够关机，并且这样会导致在关机供电电压临界值的时候，设备会不停的开机和关机，容易造成设备故障。

公告号为CN 208190326 U的实用新型专利，公开了一种短时后备电源电路。其缺陷在于：1）使用专门热插拔控制器芯片LTC4218，虽然减少了浪涌电流，但是芯片成本价格太高，不具备性价比。2）使用专门的升降压控制芯片LTC3110，用来进行超级电容的充放电管理，芯片成本价格太高，不具备性价比，不具有通用性。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种通用型短时后备电源电路，实现了超级电容的充放电管理、放电电路稳定输出，以及对超级电容的容量最大化利用。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种通用型短时后备电源电路，包括第一开关、充电电路、储能器件、第二开关、放电电路和主控模块；

电源经第一开关与充电电路相连接，充电电路与储能器件相连接；储能器件经第二开关与充电电路相连接；第一开关还经供电旁路与放电电路相连接；放电电路为用电设备、主控模块供电；

所述第一开关与第二开关为相互斥的开关；电源正常供电时第一开关导通，第二开关关闭；电源掉电时第一开关关闭，第二开关导通；

主控模块接收的输入信号包括电源掉电检测信号和储能器件的电压检测信号，信号输出包括控制充电电路导通的充电使能和控制第二开关导通的放电使能；