一种短时大电流备用电源管理装置的制作方法

本实用新型涉及备用电源管理装置领域，尤其涉及一种短时大电流备用电源管理装置。

背景技术：

在一些产品中，需要在断电后能够上传和保存数据、同时执行一些其他动作。这些数据可能需要通过4G、以太网、WiFi等等的方式上传到后台服务器上，这些模块在工作时需要比较大的瞬态电流，此外，执行一些保护动作也可能需要较大电流。

为了满足这个瞬时大电流、短时供电的需求，目前，较为常用的方法是在直接在系统中增加大电容作为备用电源，在外部掉电后，大电容直接放电，以延长供电时间。

然而，这种方法也存在以下不足：(1)在系统供电瞬间，电流比较大，如果外部电源容量小，就拉低了电源电压，影响其他设备；(2)在大电容充电时候，可能会有很长一段时间欠电压，造成系统不稳定；(3)电容放电的窗口期很短，存储的电能利用率很低。因此，对现有的短时大电流备用电源进行改进，是本技术领域人员需要解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型实施例公开了一种短时大电流备用电源管理装置。本实用新型实施例包括：超级电容充电管理电路。本实施例中，超级电容充电管理电路具体包括：超级电容C4和C8、三极管Q1和Q2、电阻R7和R24。本实用新型以超级电容C4、C8作为备份电源，输出电流能力强，能够作为各种系统的短时备用电源，且三极管Q1、Q2和电阻R7、R24构成了恒流源充电电路，实现了对超级电容C4、C8进行充电，该短时大电流备用电源管理装置还包括掉电检测电路和放电电路，使得该装置具有多种控制机制，无需增加额外的控制信号，自成系统。

本实用新型实施例提供了一种短时大电流备用电源管理装置，包括：超级电容充电管理电路；

所述超级电容充电管理电路具体包括：超级电容C4和C8、三极管Q1和Q2、电阻R7和R24；

所述三极管Q1的发射极和所述三极管Q2的基级连接；

所述三极端Q2的基级和所述电阻R7的一端连接，所述电阻R7的另一端和所述超级电容C4的正极连接；

所述电容C4的负极和所述电容C8的正极连接；

所述电容C8的负极接地；

所述三极管Q1的集电极和所述电阻R24的一端连接，所述电阻R24的另一端和所述三极管Q1的基级连接；

所述三极管Q1的基级和所述三极管Q2的集电极连接；

所述三极管Q2的发射极和所述电容C4的正极连接。

优选地，所述超级电容充电管理电路还包括：可控精密稳压源U4、电阻R8、R13、R22；

所述可控精密稳压源U4的阴极和所述三极管Q1的基级连接；

所述可控精密稳压源U4的参考极所述电阻R13的一端连接，所述R13的另一端和所述电阻R8的一端连接，所述电阻R8的另一端和所述三极管Q2的发射极连接；

所述电阻R22的一端和所述可控精密稳压源U4的参考极连接，所述电阻R22的另一端接地。

优选地，所述超级电容充电管理电路还包括：芯片U3和U5、电阻R9、R10、R15、R19、R20和R23、三极管Q3和Q4；

所述芯片U3的引脚3和所述三极管Q2的发射极连接；

所述芯片U3的引脚2和所述电阻R15的一端连接，所述电阻R15的另一端和所述三极管Q3的基级连接；

所述三极管Q3的集电极和所述电阻R10的一端连接，所述电阻R10的另一端和电阻R9的一端连接，且和所述超级电容C4的正极连接；

所述电阻R9的一端和所述电阻R10的一端连接，且和所述三极管Q2的发射极连接，所述电阻R9的另一端和所述芯片的引脚2连接；

所述芯片U3的引脚1和所述芯片U5的引脚3连接；

所述芯片U5的引脚2和所述电阻R23的一端连接，所述电阻R23的另一端和所述三极管Q4的基级连接；

所述三极管Q4的集电极和所述电阻R20的一端连接，所述电阻R20的另一端和所述超级电容C8的正极连接；

所述电阻R19的一端和所述电阻R20的一端连接，且和芯片U3的引脚1连接，所述电阻R19的另一端和所述芯片U5的引脚2连接；

所述芯片U5的引脚1、所述三极管Q4的发射极接地。

优选地，所述超级电容充电管理电路还包括：二极管D2；

所述二极管D2的正极与第一外部电源连接，所述二极管D2的负极与所述三极管Q1的集电极连接。

优选地，本实用新型实施例提供了一种短时大电流备用电源管理装置还包括：掉电检测电路；

所述掉电检测电路包括：电容C1、电阻R1、R2、R4、R5和R6、稳压管D1、比较器U1；

所述电容C1的一端与第一外部电源连接，另一端接地；

所述电阻R2的一端与所述第一外部电源连接，另一端与所述电阻R4的一端连接，并与所述电阻R6的一端连接，所述电阻R6的另一端接地；

所述电阻R4的另一端与所述比较器的同相输入端连接；

所述电阻R1的一端外接第二外部电源，另一端与所述稳压管D1的负极连接，且与所述电阻R5的一端连接，所述电阻R5的另一端与所述比较器U1的反相输入端连接；

所述稳压管D1的正极接地；

所述比较器U1的外接电源端与所述第二电源连接，接地端接地。

优选地，本实用新型实施例提供了一种短时大电流备用电源管理装置，还包括：放电电路；

所述放电电路包括：芯片U2、电阻R11、R14、R16、R17和R21、电容C5和C9、电感L1、二极管D3；

所述电阻R14的一端与所述芯片U2的引脚7连接，所述电阻R14的另一端与所述芯片U2的引脚6连接；

所述电阻R16的一端与所述芯片U2的引脚3连接，所述电阻R16的另一端与所述芯片U2的引脚6连接；

所述电容C9的一端与所述芯片U2的引脚8连接，所述电容C9的另一端接地；

所述电感L1的一端与所述芯片U2的引脚6连接，所述电感L1的另一端与所述芯片U2的引脚5连接；

所述二极管D3的正极与所述芯片U2的引脚5连接，所述二极管D3的负极与电阻R11的一端连接，所述电阻R11的另一端与所述芯片U2的引脚2连接；

所述电容C5的一端与所述芯片U2的引脚1连接，所述电容C5的另一端与所述电阻R21的一端连接，所述电阻R21的另一端接地；

所述电阻R17的一端与所述芯片U2的引脚2连接，所述电阻R17的另一端接地。

优选地，所述放电电路还包括：电阻R18；

所述电阻R18的一端与所述芯片U2的引脚2连接。

优选地，所述放电电路还包括：电容C6和电容C7；

所述电容C6一端和所述二极管D3的负极连接，且与第二外部电源连接，所述电容另一端接地；

所述电容C7一端和所述二极管D3的负极连接，且与第二外部电源连接，所述电容另一端接地。

优选地，所述电阻R18的一端与所述芯片U2的引脚2连接，所述电阻R18的另一端与所述比较器U1的输出端连接。

优选地，所述芯片U2的引脚6与所述超级电容C4、C8的正极连接。

从以上技术方案可以看出，本实用新型实施例具有以下优点：

本实用新型实施例提供了一种短时大电流备用电源管理装置，包括：超级电容充电管理电路。本实施例中，超级电容充电管理电路具体包括：超级电容C4和C8、三极管Q1和Q2、电阻R7和R24；三极管Q1的发射极和三极管Q2的基级连接；三极端Q2的基级和电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端和超级电容C4的正极连接；电容C4的负极和电容C8的正极连接；电容C8的负极接地；三极管Q1的集电极和电阻R24的一端连接，电阻R24的另一端和三极管Q1的基级连接；三极管Q1的基级和三极管Q2的集电极连接；三极管Q2的发射极和电容C4的正极连接。本实用新型以超级电容C4、C8作为备份电源，输出电流能力强，能够作为各种系统的短时备用电源，且三极管Q1、Q2和电阻R7、R24构成了恒流源充电电路，实现了对超级电容C4、C8进行充电，该短时大电流备用电源管理装置还包括掉电检测电路和放电电路，使得该装置具有多种控制机制，无需增加额外的控制信号，自成系统。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例中提供的一种短时大电流备用电源管理装置中超级电容充电管理电路的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中提供的一种短时大电流备用电源管理装置中掉电检测电路的结构示意图；

图3为本实用新型实施例中提供的一种短时大电流备用电源管理装置中放电电路的结构示意图；

具体实施方式

本实用新型实施例公开了一种短时大电流备用电源管理装置。本实用新型实施例包括：超级电容充电管理电路。本实施例中，超级电容充电管理电路具体包括：超级电容C4和C8、三极管Q1和Q2、电阻R7和R24。本实用新型以超级电容C4、C8作为备份电源，输出电流能力强，能够作为各种系统的短时备用电源，且三极管Q1、Q2和电阻R7、R24构成了恒流源充电电路，实现了对超级电容C4、C8进行充电，该短时大电流备用电源管理装置还包括掉电检测电路和放电电路，使得该装置具有多种控制机制，无需增加额外的控制信号，自成系统。

请参阅图1，本实用新型实施例中提供的一种短时大电流备用电源管理装置的一个实施例包括：超级电容充电管理电路；

超级电容充电管理电路具体包括：超级电容C4和C8、三极管Q1(型号为FZT853)和Q2(型号为SS8050LT(1.5A)SOT-23)、电阻R7和R24；

三极管Q1的发射极和三极管Q2的基级连接；

三极端Q2的基级和电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端和超级电容C4的正极连接；

电容C4的负极和电容C8的正极连接；

电容C8的负极接地；

三极管Q1的集电极和电阻R24的一端连接，电阻R24的另一端和三极管Q1的基级连接；

三极管Q1的基级和三极管Q2的集电极连接；

三极管Q2的发射极和电容C4的正极连接。

超级电容充电管理电路还包括：二极管D2；

二极管D2的正极与第一外部电源连接，二极管D2的负极与三极管Q1的集电极连接。

在本实施例中，C4、C8是超级电容，第一外部电源为12V电源(如图1VDD_12V)，二极管D2型号为SOD4007。图1中粗线的部分是电流主回路。

三极管Q1和Q2、电阻R7和R24构成了简单的恒流源充电电路，为超级电容C4、C8充电。恒流源采用两个三极管Q1、Q2，Q1作为主回路的调节管，当超级电容的电压逐渐升高时，Q1的导通深度逐渐增大，从而维持电流恒定。该电路的电流计算公式：I＝Vbe/R7。当恒流源正常充电时，R7两端的电压是Q2的基极和发射极Vbe的电压，即0.7V，故恒流源电流是：0.7V/5.1Ω≈137mA。也可以调节R7的阻值，从而改变恒流源的充电电流。

采用恒流源能够控制充电速度，在充电初期，防止输入电压因为充电电流过大而产生暂降，在充电后期，加快充电速度。

超级电容充电管理电路还包括：可控精密稳压源U4(型号为TL431BIDBZR)、电阻R8、R13、R22；

可控精密稳压源U4的阴极和三极管Q1的基级连接；

可控精密稳压源U4的参考极电阻R13的一端连接，R13的另一端和所述电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端和三极管Q2的发射极连接；

电阻R22的一端和可控精密稳压源U4的参考极连接，电阻R22的另一端接地。

U4、R8、R13、R22构成充电满的检测电路，可以通过微调R8来调节最终的充满的电压，有公式：

根据本设计的参数，R22＝1kΩ，R13＝1kΩ，R8＝100Ω，根据上式得出V_out＝5.25V；根据本方案设计的实际电路，测量的实际值是5.22V，在理论计算的误差内。

当超级电容的电压超过V_out时，U4维持其稳压的电压值，关断Q1，从而关断恒流源。

超级电容充电管理电路还包括：芯片U3和U5、电阻R9、R10、R15、R19、R20和R23、三极管Q3(型号为SS8050LT)和Q4(型号为SS8050LT)；

芯片U3的引脚3和三极管Q2的发射极连接；

芯片U3的引脚2和电阻R15的一端连接，电阻R15的另一端和三极管Q3的基级连接；

三极管Q3的集电极的电阻R10的一端连接，电阻R10的另一端和电阻R9的一端连接，且和超级电容C4的正极连接；

电阻R9的一端和电阻R10的一端连接，且和三极管Q2的发射极连接，电阻R9的另一端和芯片的引脚2连接；

芯片U3的引脚1和芯片U5的引脚3连接；

芯片U5的引脚2和电阻R23的一端连接，电阻R23的另一端和三极管Q4的基级连接；

三极管Q4的集电极和电阻R20的一端连接，电阻R20的另一端和超级电容C8的正极连接；

电阻R19的一端与电阻R20的一端连接，且和芯片U3的引脚1连接，电阻R19的另一端和芯片U5的引脚2连接；

芯片U5的引脚1、三极管Q4的发射极接地。

在本实施例中，芯片U3和芯片U5是电压检测芯片，型号为CAT809RTBI-T，用于检测超级电容两端的电压，当单个电容充满到2.63V，会开启三极管Q3或Q4，以泄放多余的电荷。

请参阅图2，本实用新型实施例中提供的一种短时大电流备用电源管理装置的另外一个实施例包括：掉电检测电路；

掉电检测电路包括：电容C1、电阻R1、R2、R4、R5和R6、稳压管D1、比较器U1；

电容C1的一端与第一外部电源连接，另一端接地；

电阻R2的一端与第一外部电源连接，另一端与电阻R4的一端连接，并与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端接地；

电阻R4的另一端与比较器的同相输入端连接；

电阻R1的一端外接第二外部电源，另一端与稳压管D1的负极连接，且与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端与比较器U1的反相输入端连接；

稳压管D1的正极接地；

比较器U1的外接电源端与第二电源连接，接地端接地。

在本实施例中，第一外部电源为12V电源(如图2中VDD_12V IN所示)，第二外部电源为5V电源(如图2中VDD_5V01所示)，比较器U1型号为LM393，输出端标记为V_DET。

该电路检测外部12V输入电压，当外部12V正常时，V_DET输出高电平，此时放电电路不工作，当外部12V掉电的瞬间，由于系统中存在的电容，5V在12V掉电瞬时不会跌落，从而使V_DET输出低电平，放电电路工作。放电电路工作起来后，5V是由超级电容供电，从而维持V_DET为低电平。

D1是3.6V的稳压管，比较器U1的负输入端电压为3.6V；R2、R6是12V的分压电阻，比较器正输入端电压的计算公式为：

根据实际参数，计算出的中点电压为6V，即比较器U1的正输入端电压为6V；正输入端的电压比负输入端的电压高，比较器输出高电平。当12V电压跌落时，正输入端电压为0V，负输入端电压维持3.6V，正输入端的电压低于负输入端的电压，比较器输出低电平。

请参阅图3，本实用新型实施例中提供的一种短时大电流备用电源管理装置的另外一个实施例包括：放电电路；

放电电路包括：芯片U2、电阻R11、R14、R16、R17和R21、电容C5和C9、电感L1、二极管D3；

电阻R14的一端与芯片U2的引脚7连接，电阻R14的另一端与芯片U2的引脚6连接；

电阻R16的一端与芯片U2的引脚3连接，电阻R16的另一端与芯片U2的引脚6连接；

电容C9的一端与芯片U2的引脚8连接，电容C9的另一端接地；

电感L1的一端与芯片U2的引脚6连接，电感L1的另一端与芯片U2的引脚5连接；

二极管D3的正极与芯片U2的引脚5连接，二极管D3的负极与电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端与芯片U2的引脚2连接；

电容C5的一端与芯片U2的引脚1连接，电容C5的另一端与电阻R21的一端连接，电阻R21的另一端接地；

电阻R17的一端与芯片U2的引脚2连接，电阻R17的另一端接地。

放电电路还包括：电阻R18；

电阻R18的一端与芯片U2的引脚2连接。

放电电路还包括：电容C6和电容C7；

电容C6一端和二极管D3的负极连接，且与第二外部电源连接，电容另一端接地；

电容C7一端和二极管D3的负极连接，且与第二外部电源连接，电容另一端接地。

电阻R18的一端与芯片U2的引脚2连接，电阻R18的另一端与比较器U1的输出端连接。

芯片U2的引脚6与、超级电容C4、C8的正极连接。

在本实施例中，芯片U2的型号为MP1542DK-LF-Z，电感L1型号为SP54-4R7M，二极管D3型号为SK310A。

反馈端的V_DET信号控制放电电路是否工作，当V_DET信号是高电平时，反馈信号FB不正常，此时的反馈电压计算公式为：

V_out是外部5V电压，计算的反馈电压为V_FB＝3.125V，U2的反馈端参考电压V_REF＝1.25V，超过反馈端的参考电压，通过反馈调节，会关断U2。

当V_DET信号为低电平时，反馈电压计算公式为：

此时V_out由放电电路供电，反馈端参考电压等于实际反馈电压，即V_FB＝V_REF。由上式计算的输出电压V_out＝5V，满足供电要求。

U2的引脚6连接超级电容C4、C8的正极。当12V正常时，5V由12V转换得到。由于存在D3，5V不会灌到超级电容端；

放电电路正常工作，提供5V稳定电压的时间，是超级电容放电的电压降落到升压芯片输入端的最低允许电压值的时间。通常可以加大超级电容的容量，延长供电时间。

以上对本实用新型所提供的一种短时大电流备用电源管理装置进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。