本實(shí)用新型涉及備用電源管理裝置領(lǐng)域，尤其涉及一種短時(shí)大電流備用電源管理裝置。

背景技術(shù)：

在一些產(chǎn)品中，需要在斷電后能夠上傳和保存數(shù)據(jù)、同時(shí)執(zhí)行一些其他動(dòng)作。這些數(shù)據(jù)可能需要通過4G、以太網(wǎng)、WiFi等等的方式上傳到后臺(tái)服務(wù)器上，這些模塊在工作時(shí)需要比較大的瞬態(tài)電流，此外，執(zhí)行一些保護(hù)動(dòng)作也可能需要較大電流。

為了滿足這個(gè)瞬時(shí)大電流、短時(shí)供電的需求，目前，較為常用的方法是在直接在系統(tǒng)中增加大電容作為備用電源，在外部掉電后，大電容直接放電，以延長(zhǎng)供電時(shí)間。

然而，這種方法也存在以下不足：(1)在系統(tǒng)供電瞬間，電流比較大，如果外部電源容量小，就拉低了電源電壓，影響其他設(shè)備；(2)在大電容充電時(shí)候，可能會(huì)有很長(zhǎng)一段時(shí)間欠電壓，造成系統(tǒng)不穩(wěn)定；(3)電容放電的窗口期很短，存儲(chǔ)的電能利用率很低。因此，對(duì)現(xiàn)有的短時(shí)大電流備用電源進(jìn)行改進(jìn)，是本技術(shù)領(lǐng)域人員需要解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型實(shí)施例公開了一種短時(shí)大電流備用電源管理裝置。本實(shí)用新型實(shí)施例包括：超級(jí)電容充電管理電路。本實(shí)施例中，超級(jí)電容充電管理電路具體包括：超級(jí)電容C4和C8、三極管Q1和Q2、電阻R7和R24。本實(shí)用新型以超級(jí)電容C4、C8作為備份電源，輸出電流能力強(qiáng)，能夠作為各種系統(tǒng)的短時(shí)備用電源，且三極管Q1、Q2和電阻R7、R24構(gòu)成了恒流源充電電路，實(shí)現(xiàn)了對(duì)超級(jí)電容C4、C8進(jìn)行充電，該短時(shí)大電流備用電源管理裝置還包括掉電檢測(cè)電路和放電電路，使得該裝置具有多種控制機(jī)制，無需增加額外的控制信號(hào)，自成系統(tǒng)。

本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種短時(shí)大電流備用電源管理裝置，包括：超級(jí)電容充電管理電路；

所述超級(jí)電容充電管理電路具體包括：超級(jí)電容C4和C8、三極管Q1和Q2、電阻R7和R24；

所述三極管Q1的發(fā)射極和所述三極管Q2的基級(jí)連接；

所述三極端Q2的基級(jí)和所述電阻R7的一端連接，所述電阻R7的另一端和所述超級(jí)電容C4的正極連接；

所述電容C4的負(fù)極和所述電容C8的正極連接；

所述電容C8的負(fù)極接地；

所述三極管Q1的集電極和所述電阻R24的一端連接，所述電阻R24的另一端和所述三極管Q1的基級(jí)連接；

所述三極管Q1的基級(jí)和所述三極管Q2的集電極連接；

所述三極管Q2的發(fā)射極和所述電容C4的正極連接。

優(yōu)選地，所述超級(jí)電容充電管理電路還包括：可控精密穩(wěn)壓源U4、電阻R8、R13、R22；

所述可控精密穩(wěn)壓源U4的陰極和所述三極管Q1的基級(jí)連接；

所述可控精密穩(wěn)壓源U4的參考極所述電阻R13的一端連接，所述R13的另一端和所述電阻R8的一端連接，所述電阻R8的另一端和所述三極管Q2的發(fā)射極連接；

所述電阻R22的一端和所述可控精密穩(wěn)壓源U4的參考極連接，所述電阻R22的另一端接地。

優(yōu)選地，所述超級(jí)電容充電管理電路還包括：芯片U3和U5、電阻R9、R10、R15、R19、R20和R23、三極管Q3和Q4；

所述芯片U3的引腳3和所述三極管Q2的發(fā)射極連接；

所述芯片U3的引腳2和所述電阻R15的一端連接，所述電阻R15的另一端和所述三極管Q3的基級(jí)連接；

所述三極管Q3的集電極和所述電阻R10的一端連接，所述電阻R10的另一端和電阻R9的一端連接，且和所述超級(jí)電容C4的正極連接；

所述電阻R9的一端和所述電阻R10的一端連接，且和所述三極管Q2的發(fā)射極連接，所述電阻R9的另一端和所述芯片的引腳2連接；

所述芯片U3的引腳1和所述芯片U5的引腳3連接；

所述芯片U5的引腳2和所述電阻R23的一端連接，所述電阻R23的另一端和所述三極管Q4的基級(jí)連接；

所述三極管Q4的集電極和所述電阻R20的一端連接，所述電阻R20的另一端和所述超級(jí)電容C8的正極連接；

所述電阻R19的一端和所述電阻R20的一端連接，且和芯片U3的引腳1連接，所述電阻R19的另一端和所述芯片U5的引腳2連接；

所述芯片U5的引腳1、所述三極管Q4的發(fā)射極接地。

優(yōu)選地，所述超級(jí)電容充電管理電路還包括：二極管D2；

所述二極管D2的正極與第一外部電源連接，所述二極管D2的負(fù)極與所述三極管Q1的集電極連接。

優(yōu)選地，本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種短時(shí)大電流備用電源管理裝置還包括：掉電檢測(cè)電路；

所述掉電檢測(cè)電路包括：電容C1、電阻R1、R2、R4、R5和R6、穩(wěn)壓管D1、比較器U1；

所述電容C1的一端與第一外部電源連接，另一端接地；

所述電阻R2的一端與所述第一外部電源連接，另一端與所述電阻R4的一端連接，并與所述電阻R6的一端連接，所述電阻R6的另一端接地；

所述電阻R4的另一端與所述比較器的同相輸入端連接；

所述電阻R1的一端外接第二外部電源，另一端與所述穩(wěn)壓管D1的負(fù)極連接，且與所述電阻R5的一端連接，所述電阻R5的另一端與所述比較器U1的反相輸入端連接；

所述穩(wěn)壓管D1的正極接地；

所述比較器U1的外接電源端與所述第二電源連接，接地端接地。

優(yōu)選地，本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種短時(shí)大電流備用電源管理裝置，還包括：放電電路；

所述放電電路包括：芯片U2、電阻R11、R14、R16、R17和R21、電容C5和C9、電感L1、二極管D3；

所述電阻R14的一端與所述芯片U2的引腳7連接，所述電阻R14的另一端與所述芯片U2的引腳6連接；

所述電阻R16的一端與所述芯片U2的引腳3連接，所述電阻R16的另一端與所述芯片U2的引腳6連接；

所述電容C9的一端與所述芯片U2的引腳8連接，所述電容C9的另一端接地；

所述電感L1的一端與所述芯片U2的引腳6連接，所述電感L1的另一端與所述芯片U2的引腳5連接；

所述二極管D3的正極與所述芯片U2的引腳5連接，所述二極管D3的負(fù)極與電阻R11的一端連接，所述電阻R11的另一端與所述芯片U2的引腳2連接；

所述電容C5的一端與所述芯片U2的引腳1連接，所述電容C5的另一端與所述電阻R21的一端連接，所述電阻R21的另一端接地；

所述電阻R17的一端與所述芯片U2的引腳2連接，所述電阻R17的另一端接地。

優(yōu)選地，所述放電電路還包括：電阻R18；

所述電阻R18的一端與所述芯片U2的引腳2連接。

優(yōu)選地，所述放電電路還包括：電容C6和電容C7；

所述電容C6一端和所述二極管D3的負(fù)極連接，且與第二外部電源連接，所述電容另一端接地；

所述電容C7一端和所述二極管D3的負(fù)極連接，且與第二外部電源連接，所述電容另一端接地。

優(yōu)選地，所述電阻R18的一端與所述芯片U2的引腳2連接，所述電阻R18的另一端與所述比較器U1的輸出端連接。

優(yōu)選地，所述芯片U2的引腳6與所述超級(jí)電容C4、C8的正極連接。

從以上技術(shù)方案可以看出，本實(shí)用新型實(shí)施例具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種短時(shí)大電流備用電源管理裝置，包括：超級(jí)電容充電管理電路。本實(shí)施例中，超級(jí)電容充電管理電路具體包括：超級(jí)電容C4和C8、三極管Q1和Q2、電阻R7和R24；三極管Q1的發(fā)射極和三極管Q2的基級(jí)連接；三極端Q2的基級(jí)和電阻R7的一端連接，電阻R7的另一端和超級(jí)電容C4的正極連接；電容C4的負(fù)極和電容C8的正極連接；電容C8的負(fù)極接地；三極管Q1的集電極和電阻R24的一端連接，電阻R24的另一端和三極管Q1的基級(jí)連接；三極管Q1的基級(jí)和三極管Q2的集電極連接；三極管Q2的發(fā)射極和電容C4的正極連接。本實(shí)用新型以超級(jí)電容C4、C8作為備份電源，輸出電流能力強(qiáng)，能夠作為各種系統(tǒng)的短時(shí)備用電源，且三極管Q1、Q2和電阻R7、R24構(gòu)成了恒流源充電電路，實(shí)現(xiàn)了對(duì)超級(jí)電容C4、C8進(jìn)行充電，該短時(shí)大電流備用電源管理裝置還包括掉電檢測(cè)電路和放電電路，使得該裝置具有多種控制機(jī)制，無需增加額外的控制信號(hào)，自成系統(tǒng)。

附圖說明

為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例中提供的一種短時(shí)大電流備用電源管理裝置中超級(jí)電容充電管理電路的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例中提供的一種短時(shí)大電流備用電源管理裝置中掉電檢測(cè)電路的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例中提供的一種短時(shí)大電流備用電源管理裝置中放電電路的結(jié)構(gòu)示意圖；

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型實(shí)施例公開了一種短時(shí)大電流備用電源管理裝置。本實(shí)用新型實(shí)施例包括：超級(jí)電容充電管理電路。本實(shí)施例中，超級(jí)電容充電管理電路具體包括：超級(jí)電容C4和C8、三極管Q1和Q2、電阻R7和R24。本實(shí)用新型以超級(jí)電容C4、C8作為備份電源，輸出電流能力強(qiáng)，能夠作為各種系統(tǒng)的短時(shí)備用電源，且三極管Q1、Q2和電阻R7、R24構(gòu)成了恒流源充電電路，實(shí)現(xiàn)了對(duì)超級(jí)電容C4、C8進(jìn)行充電，該短時(shí)大電流備用電源管理裝置還包括掉電檢測(cè)電路和放電電路，使得該裝置具有多種控制機(jī)制，無需增加額外的控制信號(hào)，自成系統(tǒng)。

請(qǐng)參閱圖1，本實(shí)用新型實(shí)施例中提供的一種短時(shí)大電流備用電源管理裝置的一個(gè)實(shí)施例包括：超級(jí)電容充電管理電路；

超級(jí)電容充電管理電路具體包括：超級(jí)電容C4和C8、三極管Q1(型號(hào)為FZT853)和Q2(型號(hào)為SS8050LT(1.5A)SOT-23)、電阻R7和R24；

三極管Q1的發(fā)射極和三極管Q2的基級(jí)連接；

三極端Q2的基級(jí)和電阻R7的一端連接，電阻R7的另一端和超級(jí)電容C4的正極連接；

電容C4的負(fù)極和電容C8的正極連接；

電容C8的負(fù)極接地；

三極管Q1的集電極和電阻R24的一端連接，電阻R24的另一端和三極管Q1的基級(jí)連接；

三極管Q1的基級(jí)和三極管Q2的集電極連接；

三極管Q2的發(fā)射極和電容C4的正極連接。

超級(jí)電容充電管理電路還包括：二極管D2；

二極管D2的正極與第一外部電源連接，二極管D2的負(fù)極與三極管Q1的集電極連接。

在本實(shí)施例中，C4、C8是超級(jí)電容，第一外部電源為12V電源(如圖1VDD_12V)，二極管D2型號(hào)為SOD4007。圖1中粗線的部分是電流主回路。

三極管Q1和Q2、電阻R7和R24構(gòu)成了簡(jiǎn)單的恒流源充電電路，為超級(jí)電容C4、C8充電。恒流源采用兩個(gè)三極管Q1、Q2，Q1作為主回路的調(diào)節(jié)管，當(dāng)超級(jí)電容的電壓逐漸升高時(shí)，Q1的導(dǎo)通深度逐漸增大，從而維持電流恒定。該電路的電流計(jì)算公式：I＝Vbe/R7。當(dāng)恒流源正常充電時(shí)，R7兩端的電壓是Q2的基極和發(fā)射極Vbe的電壓，即0.7V，故恒流源電流是：0.7V/5.1Ω≈137mA。也可以調(diào)節(jié)R7的阻值，從而改變恒流源的充電電流。

采用恒流源能夠控制充電速度，在充電初期，防止輸入電壓因?yàn)槌潆婋娏鬟^大而產(chǎn)生暫降，在充電后期，加快充電速度。

超級(jí)電容充電管理電路還包括：可控精密穩(wěn)壓源U4(型號(hào)為TL431BIDBZR)、電阻R8、R13、R22；

可控精密穩(wěn)壓源U4的陰極和三極管Q1的基級(jí)連接；

可控精密穩(wěn)壓源U4的參考極電阻R13的一端連接，R13的另一端和所述電阻R8的一端連接，電阻R8的另一端和三極管Q2的發(fā)射極連接；

電阻R22的一端和可控精密穩(wěn)壓源U4的參考極連接，電阻R22的另一端接地。

U4、R8、R13、R22構(gòu)成充電滿的檢測(cè)電路，可以通過微調(diào)R8來調(diào)節(jié)最終的充滿的電壓，有公式：

根據(jù)本設(shè)計(jì)的參數(shù)，R22＝1kΩ，R13＝1kΩ，R8＝100Ω，根據(jù)上式得出V_out＝5.25V；根據(jù)本方案設(shè)計(jì)的實(shí)際電路，測(cè)量的實(shí)際值是5.22V，在理論計(jì)算的誤差內(nèi)。

當(dāng)超級(jí)電容的電壓超過V_out時(shí)，U4維持其穩(wěn)壓的電壓值，關(guān)斷Q1，從而關(guān)斷恒流源。

超級(jí)電容充電管理電路還包括：芯片U3和U5、電阻R9、R10、R15、R19、R20和R23、三極管Q3(型號(hào)為SS8050LT)和Q4(型號(hào)為SS8050LT)；

芯片U3的引腳3和三極管Q2的發(fā)射極連接；

芯片U3的引腳2和電阻R15的一端連接，電阻R15的另一端和三極管Q3的基級(jí)連接；

三極管Q3的集電極的電阻R10的一端連接，電阻R10的另一端和電阻R9的一端連接，且和超級(jí)電容C4的正極連接；

電阻R9的一端和電阻R10的一端連接，且和三極管Q2的發(fā)射極連接，電阻R9的另一端和芯片的引腳2連接；

芯片U3的引腳1和芯片U5的引腳3連接；

芯片U5的引腳2和電阻R23的一端連接，電阻R23的另一端和三極管Q4的基級(jí)連接；

三極管Q4的集電極和電阻R20的一端連接，電阻R20的另一端和超級(jí)電容C8的正極連接；

電阻R19的一端與電阻R20的一端連接，且和芯片U3的引腳1連接，電阻R19的另一端和芯片U5的引腳2連接；

芯片U5的引腳1、三極管Q4的發(fā)射極接地。

在本實(shí)施例中，芯片U3和芯片U5是電壓檢測(cè)芯片，型號(hào)為CAT809RTBI-T，用于檢測(cè)超級(jí)電容兩端的電壓，當(dāng)單個(gè)電容充滿到2.63V，會(huì)開啟三極管Q3或Q4，以泄放多余的電荷。

請(qǐng)參閱圖2，本實(shí)用新型實(shí)施例中提供的一種短時(shí)大電流備用電源管理裝置的另外一個(gè)實(shí)施例包括：掉電檢測(cè)電路；

掉電檢測(cè)電路包括：電容C1、電阻R1、R2、R4、R5和R6、穩(wěn)壓管D1、比較器U1；

電容C1的一端與第一外部電源連接，另一端接地；

電阻R2的一端與第一外部電源連接，另一端與電阻R4的一端連接，并與電阻R6的一端連接，電阻R6的另一端接地；

電阻R4的另一端與比較器的同相輸入端連接；

電阻R1的一端外接第二外部電源，另一端與穩(wěn)壓管D1的負(fù)極連接，且與電阻R5的一端連接，電阻R5的另一端與比較器U1的反相輸入端連接；

穩(wěn)壓管D1的正極接地；

比較器U1的外接電源端與第二電源連接，接地端接地。

在本實(shí)施例中，第一外部電源為12V電源(如圖2中VDD_12V IN所示)，第二外部電源為5V電源(如圖2中VDD_5V01所示)，比較器U1型號(hào)為L(zhǎng)M393，輸出端標(biāo)記為V_DET。

該電路檢測(cè)外部12V輸入電壓，當(dāng)外部12V正常時(shí)，V_DET輸出高電平，此時(shí)放電電路不工作，當(dāng)外部12V掉電的瞬間，由于系統(tǒng)中存在的電容，5V在12V掉電瞬時(shí)不會(huì)跌落，從而使V_DET輸出低電平，放電電路工作。放電電路工作起來后，5V是由超級(jí)電容供電，從而維持V_DET為低電平。

D1是3.6V的穩(wěn)壓管，比較器U1的負(fù)輸入端電壓為3.6V；R2、R6是12V的分壓電阻，比較器正輸入端電壓的計(jì)算公式為：

根據(jù)實(shí)際參數(shù)，計(jì)算出的中點(diǎn)電壓為6V，即比較器U1的正輸入端電壓為6V；正輸入端的電壓比負(fù)輸入端的電壓高，比較器輸出高電平。當(dāng)12V電壓跌落時(shí)，正輸入端電壓為0V，負(fù)輸入端電壓維持3.6V，正輸入端的電壓低于負(fù)輸入端的電壓，比較器輸出低電平。

請(qǐng)參閱圖3，本實(shí)用新型實(shí)施例中提供的一種短時(shí)大電流備用電源管理裝置的另外一個(gè)實(shí)施例包括：放電電路；

放電電路包括：芯片U2、電阻R11、R14、R16、R17和R21、電容C5和C9、電感L1、二極管D3；

電阻R14的一端與芯片U2的引腳7連接，電阻R14的另一端與芯片U2的引腳6連接；

電阻R16的一端與芯片U2的引腳3連接，電阻R16的另一端與芯片U2的引腳6連接；

電容C9的一端與芯片U2的引腳8連接，電容C9的另一端接地；

電感L1的一端與芯片U2的引腳6連接，電感L1的另一端與芯片U2的引腳5連接；

二極管D3的正極與芯片U2的引腳5連接，二極管D3的負(fù)極與電阻R11的一端連接，電阻R11的另一端與芯片U2的引腳2連接；

電容C5的一端與芯片U2的引腳1連接，電容C5的另一端與電阻R21的一端連接，電阻R21的另一端接地；

電阻R17的一端與芯片U2的引腳2連接，電阻R17的另一端接地。

放電電路還包括：電阻R18；

電阻R18的一端與芯片U2的引腳2連接。

放電電路還包括：電容C6和電容C7；

電容C6一端和二極管D3的負(fù)極連接，且與第二外部電源連接，電容另一端接地；

電容C7一端和二極管D3的負(fù)極連接，且與第二外部電源連接，電容另一端接地。

電阻R18的一端與芯片U2的引腳2連接，電阻R18的另一端與比較器U1的輸出端連接。

芯片U2的引腳6與、超級(jí)電容C4、C8的正極連接。

在本實(shí)施例中，芯片U2的型號(hào)為MP1542DK-LF-Z，電感L1型號(hào)為SP54-4R7M，二極管D3型號(hào)為SK310A。

反饋端的V_DET信號(hào)控制放電電路是否工作，當(dāng)V_DET信號(hào)是高電平時(shí)，反饋信號(hào)FB不正常，此時(shí)的反饋電壓計(jì)算公式為：

V_out是外部5V電壓，計(jì)算的反饋電壓為V_FB＝3.125V，U2的反饋端參考電壓V_REF＝1.25V，超過反饋端的參考電壓，通過反饋調(diào)節(jié)，會(huì)關(guān)斷U2。

當(dāng)V_DET信號(hào)為低電平時(shí)，反饋電壓計(jì)算公式為：

此時(shí)V_out由放電電路供電，反饋端參考電壓等于實(shí)際反饋電壓，即V_FB＝V_REF。由上式計(jì)算的輸出電壓V_out＝5V，滿足供電要求。

U2的引腳6連接超級(jí)電容C4、C8的正極。當(dāng)12V正常時(shí)，5V由12V轉(zhuǎn)換得到。由于存在D3，5V不會(huì)灌到超級(jí)電容端；

放電電路正常工作，提供5V穩(wěn)定電壓的時(shí)間，是超級(jí)電容放電的電壓降落到升壓芯片輸入端的最低允許電壓值的時(shí)間。通?？梢约哟蟪?jí)電容的容量，延長(zhǎng)供電時(shí)間。

以上對(duì)本實(shí)用新型所提供的一種短時(shí)大電流備用電源管理裝置進(jìn)行了詳細(xì)介紹，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。