专利名称：一种电源断电维持电路的制作方法
技术领域：
本发明属于航空电子技术领域，特别是涉及到一种电源断电维持电路。
背景技术：
航空电子设备常采用ー套直流电源供电，或采用两套直流电源交替供电。当供电电源断电，或两套供电电源供电切换吋，负载电子设备会出现持久，或瞬间断电的情況。对ー些有特殊要求的电子设备，当供电电源断电时，电子设备应能維持工作一段时间，电子设备可以在此时间内做出数据备份等保护功能；当供电电源瞬间断电吋，电子设备应不受电源瞬间断电的影响，維持电子设备本身正常工作。如图1所示，传统的电源断电维持电路采用大容量储能电容，限流电阻，放电ニ极管，防电容电量回灌ニ极管进行设计，其基本原理是利用电容的储能特性，达到在电源断电时电容放电，用以维持电子设备继续工作的目的。传统的电源断电维持电路存在以下三大缺点第一，电容储存能量受电源输入电
压的影响较大。由电容储能公式Icc/2可知，当电源输入电压发生波动时，电容储存能量将
发生变化。第二，电容能量密度偏低。电容容值一定的条件下，电容两端电压越高，电容能量密度越大。传统电源断电维持电路设计中，电源输入电压往往不到电容额定工作电压的一半，造成电容能量密度偏低。第三，断电维持时间不可控。断电维持时间往往是满足了满载的要求，在轻载或者空载条件下，断电维持时间过长，无法满足电源的全部功能要求。为达到断电维持时间的设计要求，可以使用多个电容并联储能的方法来满足使用需要。但随之带来的问题是电子设备本身成本、体积、重量的极大增加，以及断电维持时间的更加不可控，这在实际应用中往往是难以接受的。
发明内容
发明目的本发明的目的是提供ー种新型的电源断电维持电路，能够克服传统电源断电维持电路所存在的缺陷。技术方案一种电源断电维持电路，在电源输入端和电源输出端之间包括主电源输入通道电路1、升压电路2、储能电容充电电路3、储能电容放电通道开关4、内部电源产生电路5、通道开关控制电路6、输入电源采样电路7、状态控制信号发生电路8及断电计时电路9，所述升压电路2、储能电容充电电路3及储能电容放电通道开关4串联之后，与主电源输入通道电路I并联，所述升压电路2及储能电容充电电路3的输出端与内部电源产生电路5的输入端连接，所述输入电源采样电路7的输出端与状态控制信号发生电路8的输入端连接，状态控制信号发生电路8的输出端分别与断电计时电路9及通道开关控制电路6的输入端连接，断电计时电路9的输出端与通道开关控制电路6的输入端连接，通道开关控制电路6的输出端与储能电容放电通道开关4的输入端连接。主电源输入通道电路I起到电源输入通道的作用，并且起到防止储存电容能量回灌到电源输入端的作用。
升压电路2采用了 BOOST拓扑结构，选用的PWM脉宽调制芯片Tl为LTC1871。所述内部电源产生电路5用于给通道开关控制电路6、状态控制信号发生电路8及断电计时电路9提供5V电压。所述通道开关控制电路6用于产生控制储能电容放电通道开关4的控制信号。所述断电计时电路9包括晶体振荡器G1，计数器D1，触发器D3，比较器N2，计时电路9的设定时间可通过设定晶体振荡器Gl的振荡频率，或计数器Dl的输出进行灵活调整。有益效果本发明不受电源输入电压波动的影响，电容充电电压能稳定在固定值。由于电容端电压较高，提高了电容的能量密度，极大地降低了电容的使用数量。断电计时电路的加入，使得断电维持时间可控，提高了设计的灵活性。整个电路工作独立，不需要任何外在输入，易于整个电路的集成及模块化生产。本发明还具有以下优点(I)电容充电电压稳定。电容的充电电压由升压电路的输出进行供给。实际应用中，升压电路的输出电压可根据实际需要调整到固定值，以此保证电容充电电压的稳定。升压电路的输入工作电压范围同样可以进行动态调整，以此克服电源输入电压波动带来的影响。因此，电容的充电电压将不在受电源输入的影响，能稳定在固定值。(2)減少电容使用数量，降低产品体积、重量及成本。以电源输入电压为28V，容量为24000ii F的电容为例。传统电源断电维持电路中，
电容的存储能量为9. 4焦(按照公式び2计算)。若升压电路将电源输入电压升高到44V，
则电容的存储能量为23. 2焦，相比传统电源断电维持电路，电容的存储能量提高了近2. 5倍。因此，升压电路的引入，极大程度地減少了电容的使用数量，降低了产品的体积、重量及成本。(3)断电维持时间可控。断电计时电路的引入，使得断电维持时间得到精确的控制。实际应用中，根据设计需求，可对断电維持时间进行灵活设置，使其在满足满载设计要求的同时，也能满足轻载或者空载的设计需要。(4)电路易于集成及模块化生产。内部电源产生电路采用升压电路及储能电容充电电路的输出电压作为输入电源，因此即使输入电源断电，升压电路停止工作，内部电源产生电路也能采用储能电容的能量继续工作，为电源断电维持电路提供内部电源。因此，整个电路能独立工作，不需要任何外在输入，便于电路的集成及模块化生产。
图1为传统电源断电维持电路图；图2为本发明的电路原理框图；图3为本发明的电路图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进ー步详细描述，请參阅图1至图3。
如图1所示，为传统电源断电维持电路，传统的电源断电维持电路采用大容量储能电容，限流电阻，放电ニ极管，防电容电量回灌ニ极管进行设计，其基本原理是利用电容的储能特性，达到在电源断电时电容放电，用以维持电子设备继续工作的目的。如图2及图3所示，为本发明的电路原理框图及电路图，一种电源断电维持电路，在电源输入端和电源输出端之间包括主电源输入通道电路1、升压电路2、储能电容充电电路3、储能电容放电通道开关4、内部电源产生电路5、通道开关控制电路6、输入电源采样电路7、状态控制信号发生电路8及断电计时电路9，所述升压电路2、储能电容充电电路3及储能电容放电通道开关4串联之后，与主电源输入通道电路I并联，所述升压电路2及储能电容充电电路3的输出端与内部电源产生电路5的输入端连接，所述输入电源采样电路7的输出端与状态控制信号发生电路8的输入端连接，状态控制信号发生电路8的输出端分别与断电计时电路9及通道开关控制电路6的输入端连接，断电计时电路9的输出端与通道开关控制电路6的输入端连接，通道开关控制电路6的输出端与储能电容放电通道开关4的输入端连接。主电源输入通道电路I起到电源输入通道的作用，并且起到防止储存电容能量回灌到电源输入端的作用。实际使用时，主电源输入通道电路I由整流ニ极管V4构成。当电源输入正常吋，V4起到电源输入通道的作用；当电源断电时，V4起到防止储存电容能量回灌到电源输入端的作用。升压电路2采用了 BOOST拓扑结构，选用的PWM脉宽调制芯片Tl为LTC1871。实际使用吋，电容Cl、C2、C3，电阻Rl、R2、R3、R4、R5用于设置LTC1871的工作状态；电感LI，ニ极管V3，电容C5、C6，MOS管VI，芯片Tl构成了 BOOST升压电路的基本拓扑；电容C4为升压电路的滤波电容，用于输入电源滤波；升压电路的启动工作电压由电阻R4、R5进行设置，因此，可对升压电路的工作电压范围进行动态调整；升压电路的输出电压由电压反馈电阻R6、R7进行设置，电压的输出可根据实际需要进行调整。实际使用时，储能电容充电电路3可以由电阻R8，ニ极管V2，储能电容C7組成。充电时，通过电阻R8对电容C7充电；放电时，电容C7通过ニ极管V2放电。
实际使用时，储能电容放电通道开关4可以由N沟道MOS管V9，P沟道MOS管T1、V8，电阻Rl、Rl I，稳压管Vl，ニ极管Vl I组成。当通道开关控制电路6输出高电平+5V时，V9的栅极和源极电压Ves为+5V，V9导通。储能电容充电电路3的输出电压将以Tl, Rl, Rll,V9形成通路。此时，MOS管V7、V8将由稳压管Vl得到IV的偏置电压，MOS管V7、V8导通，储能电容放电通道开关4闭合，储能电容能量得到释放。反之，当通道开关控制电路6输出低电平V时，V9截止，储能电容充电电路3的输出电压无法以V7，Rl，Rl I，V9形成通路，MOS管V7、V8截止，储能电容放电通道开关4断开。所述内部电源产生电路5用于给通道开关控制电路6、状态控制信号发生电路8及断电计时电路9提供5V电压。内部电源产生电路5采用基本的稳压管稳压电路进行设计，实际使用时可由电阻R9，稳压管V5，三极管V6组成。因内部电源产生电路5采用升压电路2及储能电容充电电路3的输出电压作为输入电源，因此即使输入电源断电，升压电路2停止工作，内部电源产生电路5也能采用储能电容的能量继续工作，为电源断电维持电路提供内部电源。所述通道开关控制电路6用于产生控制储能电容放电通道开关4的控制信号。实际使用时，通道开关控制电路6可以由上拉电阻R23，三极管V13，异或门D5组成，用于产生控制储能电容放电通道开关4的控制信号。通道开关控制电路6只可能收到来自状态控制信号发生电路8，断电计时电路9的三种组合信号，即“断开、计时未到(+5V，V)”，“闭合、计时未到(V，V)”，“闭合、计时到(V，+5V)”。在这三种组合信号下，通道开关控制电路6分别输出V，+5V，V控制电压，储能电容放电通道开关4在这三种控制电压下，分别断开，闭合，断开储能电容放电通道。实际使用时，输入电源采样电路7可以由电阻Rl2、Rl3组成，用于对输入电压分压采样，并将采样电压值送状态控制信号发生电路8。实际使用时，状态控制信号发生电路8可以由比较器NI，基准电压设置电阻R14、R15，上拉电阻R17，滞回电压设置电阻R16组成。当电源输入正常时，状态控制信号发生电路8输出“断开(+5V)”信号；当电源输入断电时，状态控制信号发生电路8输出“闭合(V)”信号。R16用于设置滞回电压，防止输入电源的频繁抖动，导致状态控制信号发生电路8出现误触发。所述断电计时电路9包括晶体振荡器G1，计数器D1，触发器D3，比较器N2，计时电路9的设定时间可通过设定晶体振荡器Gl的振荡频率，或计数器Dl的输出进行灵活调整。实际使用时，还包括电阻R18、R19、R2、R21、R22。计时电路9的设定时间可通过设定晶体振荡器Gl的振荡频率，或计数器Dl的输出进行灵活调整。当收到状态控制信号发生电路8的“断开”信号后，计数器Dl及触发器D3清，断电计时电路9输出“计时未到”信号。当收到状态控制信号发生电路8的“闭合”信号后，计数器Dl开始计数，若尚未计数到设定时间，触发器D3输出V电压，即断电计时电路9输出“计时未到”信号；若计数到设定时间，触发器D3触发，输出+5V电压，断电计时电路9 一直输出“计时到”信号，直到输入电源重新恢复正常后，收到来自状态控制信号发生电路8的“断开”信号。本发明的工作过程如下(I)输入电源正常供电时。通过升压电路2，将较低的输入电源电压变换为固定、较高的直流电压。以此电压，储能电容充电电路3对储能电容进行恒压充电，充电完毕后，储能电容两端电压将维持在稳定状态。输入电源采样电路7实时对电源输入进行电压采样，并将采样电压值送至状态控制信号发生电路8。状态控制信号发生电路8判定电源输入正常，发出“断开”控制信号到通道开关控制电路6及断电计时电路9。断电计时电路9收到“断开”控制信号后，计时器复位，同时发出“计时未到”控制信号至通道开关控制电路6。通道开关控制电路6收到来自状态控制信号发生电路8的“断开”控制信号及断电计时电路9的“计时未到”控制信号后，断开储能电容放电通道开关4，储能电容的能量无法通过储能电容放电通道开关4送出。内部电源产生电路5用于产生断电维持电路内部工作电源。此时，电源输入经主电源输入通道电路I为负载提供能量供给。(2)输入电源出现断电时。输入电源采样电路7实时对电源输入进行电压采样，并将采样电压值送至状态控制信号发生电路8。状态控制信号发生电路8判定电源输入断电，发出“闭合”控制信号到通道开关控制电路6及断电计时电路9。断电计时电路9收到“闭合”控制信号后，计时器启动，若计时器未计时到设定值，断电计时电路9发出“计时未到”控制信号至通道开关控制电路6。通道开关控制电路6收到来自状态控制信号发生电路8的“闭合”控制信号及断电计时电路9的“计时未到”控制信号后，闭合储能电容放电通道开关4，储能电容的能量通过储能电容放电通道开关4送出。当计时器计时到设定值时，断电计时电路9发出“计时到”控制信号至通道开关控制电路6 ;通道开关控制电路6收到来自状态控制信号发生电路8的“闭合”控制信号及断电计时电路9的“计时到”控制信号后，断开储能电容放电通道开关4，储能电容的能量无法通过储能电容放电通道开关4送出。电源出现断电时，升压电路2停止工作。内部电源产生电路5的输入电源转而由储能电容的能量提供，以维持电源断电维持电路的继续工作。此时主电源输入通道电路I具备防止储能电容能量回灌至电源输入端的功能。(3)输入电源重新恢复时。输入电源采样电路7实时对电源输入进行电压采样，并将采样电压值送至状态控制信号发生电路8。状态控制信号发生电路8判定电源输入正常后，发出“断开”控制信号到通道开关控制电路6及断电计时电路9。断电计时电路9收到“断开”控制信号后，计时器复位，同时发出“计时未到”控制信号至通道开关控制电路6 ;通道开关控制电路6收到来自状态控制信号发生电路8的“断开”控制信号及断电计时电路9的“计时未到”控制信号后，断开储能电容放电通道开关4，储能电容的能量无法通过储能电容放电通道开关4送出。同时，升压电路2恢复工作，将较低的输入电源电压变换为固定、较高的直流电压。以此电压，储能电容充电电路3对储能电容进行恒压充电，充电完毕后，储能电容两端电压将維持在稳定状态。此时，电源输入经主电源输入通道电路I为负载提供能量供给。本发明不受电源输入电压波动的影响，电容充电电压能稳定在固定值。由于电容端电压较高，提高了电容的能量密度，极大地降低了电容的使用数量。断电计时电路的加入，使得断电维持时间可控，提高了设计的灵活性。整个电路工作独立，不需要任何外在输入，易于整个电路的集成及模块化生产。
权利要求
1.一种电源断电维持电路，其特征在于，在电源输入端和电源输出端之间包括主电源输入通道电路[I]、升压电路[2]、储能电容充电电路[3]、储能电容放电通道开关[4]、内部电源产生电路[5]、通道开关控制电路[6]、输入电源采样电路[7]、状态控制信号发生电路[8]及断电计时电路[9]，所述升压电路[2]、储能电容充电电路[3]及储能电容放电通道开关[4]串联之后，与主电源输入通道电路[I]并联，所述升压电路[2]及储能电容充电电路[3]的输出端与内部电源产生电路[5]的输入端连接，所述输入电源采样电路[7]的输出端与状态控制信号发生电路[8]的输入端连接，状态控制信号发生电路[8]的输出端分别与断电计时电路[9]及通道开关控制电路[6]的输入端连接，断电计时电路[9]的输出端与通道开关控制电路[6]的输入端连接，通道开关控制电路[6]的输出端与储能电容放电通道开关[4]的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种电源断电维持电路，其特征在于，主电源输入通道电路[I]起到电源输入通道的作用，并且起到防止储存电容能量回灌到电源输入端的作用。
3.根据权利要求2所述的一种电源断电维持电路，其特征在于，升压电路[2]采用了BOOST拓扑结构，选用的PWM脉宽调制芯片Tl为LTC1871。
4.根据权利要求3所述的一种电源断电维持电路，其特征在于，所述内部电源产生电路[5]用于给通道开关控制电路[6]、状态控制信号发生电路[8]及断电计时电路[9]提供5V电压。
5.根据权利要求4所述的一种电源断电维持电路，其特征在于，所述通道开关控制电路[6]用于产生控制储能电容放电通道开关[4]的控制信号。
6.根据权利要求5所述的一种电源断电维持电路，其特征在于，所述断电计时电路[9]包括晶体振荡器G1，计数器D1，触发器D3，比较器N2，计时电路[9]的设定时间可通过设定晶体振荡器Gl的振荡频率，或计数器Dl的输出进行灵活调整。
全文摘要
本发明属于航空电子技术领域，特别是涉及一种电源断电维持电路，在电源输入端和电源输出端之间包括主电源输入通道电路、升压电路、储能电容充电电路、储能电容放电通道开关、内部电源产生电路、通道开关控制电路、输入电源采样电路、状态控制信号发生电路及断电计时电路。本发明不受电源输入电压波动的影响，电容充电电压能稳定在固定值。由于电容端电压较高，提高了电容的能量密度，极大地降低了电容的使用数量。断电计时电路的加入，使得断电维持时间可控，提高了设计的灵活性。
文档编号H02J9/00GK103051044SQ201210523860
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月7日 优先权日2012年12月7日
发明者赵键, 孙庆亚, 姚军军, 马宝华 申请人:陕西千山航空电子有限责任公司