智能电表及其无线通讯模块的续流电路的制作方法

本实用新型涉及智能电表，尤其是涉及智能电表的电源系统。

背景技术：

在智能电表系统中，无线通讯已经广泛使用。智能电表通常包括供电电源，计量与处理模块和通讯模块。对于支持无线通讯的情形，通讯模块可以是支持GPRS、3G、LTE等的无线通讯模块。不同生产厂家的智能电表的供电电源的带载能力参差不齐，有些供电电源输出的功率无法满足现有的无线通讯模块正常通讯所需的功率，这会给智能电表的通讯方式带来限制。然而，智能电表的现场应用，往往会需要使用无线通讯方式。为此，实有必要对智能电表的电源系统进行改进。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于克服上述现有技术所存在的不足，而提出一种智能电表的无线通讯模块的续流电路，能够确保智能电表的无线通讯模块的可靠运行。

本实用新型针对上述技术问题提出一种智能电表的无线通讯模块的续流电路，该续流电路由主电源单元、电池管理单元、超级电容器和升压单元组成；其中，外部电源供给同时送到该主电源单元和该电池管理单元的输入端，该电池管理单元用于对该超级电容器充电；该超级电容器在该主电源单元的输入端电压低于设定阈值时通过该升压单元进行升压处理，为该主电源单元的输入端提供续流能量。

在一些实施例中，该主电源单元主要由直流变换电路和电源输出开关构成；其中，该直流变换电路由DC-DC变换芯片U1及其外围电路构成，该电源输出开关由MOS管Q1及其外围电路构成。

在一些实施例中，该MOS管Q1的外围电路包括NPN三极管Q2，该NPN三极管Q2的集电极与该MOS管Q1的栅极相连，该NPN三极管Q2的发射极接地，该NPN三极管Q2的基极连接一使能信号。

在一些实施例中，该电池管理单元主要由电池管理芯片U2及其外围电路构成。

在一些实施例中，该升压单元主要由直流变换电路和电源输出开关构成；其中，该直流变换电路由DC-DC变换芯片U3及其外围电路构成，该电源输出开关由MOS管Q3及其外围电路构成。

在一些实施例中，该MOS管Q3的外围电路包括NPN三极管Q4，该NPN三极管Q4的集电极与该MOS管Q3的栅极相连，该NPN三极管Q4的发射极接地，该NPN三极管Q3的基极连接该外部电源供给。

在一些实施例中，该外部电源供给的正常值为+12V，该设定阈值为+8.5V。

在一些实施例中，该超级电容器为锂离子超级电容器。

在一些实施例中，该超级电容器的供电电压为+3.6V。

本实用新型针对上述技术问题还提出一种智能电表，包括如上所述的无线通讯模块的续流电路。

与现有技术相比，本实用新型的智能电表的无线通讯模块的续流电路，通过巧妙地用主电源单元、电池管理电路、超级电容器和升压电路构成，能够为无线通讯模块提供可靠的续流，从而能够确保智能电表的无线通讯模块的可靠运行。

附图说明

图1是本实用新型的智能电表的电路框图。

图2是本实用新型的续流电路中主电源单元的电原理图。

图3是本实用新型的续流电路中电池管理单元的电原理图。

图4是本实用新型的续流电路中升压单元的电原理图。

具体实施方式

以下结合本说明书的附图，对本实用新型的较佳实施例予以进一步地详尽阐述。

参见图1，图1是本实用新型的智能电表的电路框图。本实用新型提出一种智能电表100，其包括：供电电源10，续流电路20以及无线通讯模块30。可以理解，该供电电源10与该续流电路20共同构成该智能电表100的电源系统。该续流电路20从该供电电源10获得电源供给PWR_IN，并为该无线通讯模块30提供电源供给PWR_OUT。在本实施例中，该无线通讯模块30为3G通讯模块。

具体地，该续流电路20由主电源单元1、电池管理单元2、超级电容器3和升压单元4组成。外部电源供给PWR_IN同时送到该主电源单元1和该电池管理单元2的输入端。该电池管理单元2用于对该超级电容器3充电。该超级电容器3在该主电源单元1的输入端电压（也即外部电源供给PWR_IN）低于设定阈值时，通过该升压单元4进行升压处理，为该主电源单元1的输入端提供续流能量（即确保外部电源供给PWR_IN不低于该设定阈值）。在本实施例中，该外部电源供给PWR_IN的正常值为+12V，该设定阈值为+8.5V。该电源供给PWR_OUT为+3.8V。

可以理解的是，在正常情况下，由该主电源单元1为智能电表100上有关电路供电；当无线通讯模块30需要通讯时，需要由该主电源单元1提供足够的功率，如果主电源单元1提供的功率不够，电源供给PWR_IN的电压将会降低到低于设定阈值的情形，此时，可以通过超级电容器3来供电。超级电容器3通过升压单元4将电压抬高，来供给该主电源单元1的输入端，从而能够实现续流，确保无线通讯模块30正常工作。电池管理单元2用来对该超级电容器3进行充电。在本实施例中，是采用超级电容器3来做补充电源，例如：选用锂离子超级电容器；在其他实施例中，也可以采用充电电池来做补充电源，例如：选用锂离子充电电池。

参见图2，图2是本实用新型的续流电路中主电源单元的电原理图。该主电源单元1主要由DC-DC变换芯片U1及其外围电路构成的一直流变换电路和由MOS管Q1及其外围电路构成的一电源输出开关构成。

该主电源单元1的工作原理大致包括：输入电压+12V（正常值），经过DC-DC变换芯片U1，转化为系统所需的合适电压。其中，电容EC4、C4、C5和C6构成输入侧的储能及滤波。电阻R3、R5共同设置了DC-DC变换芯片U1的最低工作电压，在本实施例中，该最低工作电压为+8.5V。电容C1为DC-DC变换芯片U1的启动电容。电容C3、C7和电阻R4起到频率补偿作用。电感L2为储能电感。二极管D2为续流二极管。电容EC1、EC2、EC3、CP1、C2构成输出侧的储能及滤波。电阻R1和发光二极管D3起到电源指示作用。电阻R6、R7、R9构成反馈回路，用于设置DC-DC变换芯片U1的输出电压。

当该智能电表100出现死机现象时，可以通过按钮S1和电容C10进行硬复位。或者，通过MCU发出的命令，控制EN端口，进行软复位。NPN三极管Q2的基极接收到高电平信号时，NPN三极管Q2导通，NPN三极管Q2的集电极变为低电平。这时，MOS管Q1的源极和栅极之间形成约3V的压差，MOS管Q1导通，该主电源单元1能够为下级电路（例如：无线通讯模块30）提供+3.8V电源供给。

参见图3，图3是本实用新型的续流电路中电池管理单元的电原理图。该电池管理单元2主要由电池管理芯片U2及其外围电路构成。

该电池管理单元2的工作原理大致包括：输入电压+12V（正常值），为该电池管理芯片U2供电，此供电电压有效时，电阻R11、R13向超级电容器BAT1充电，充电电流约为50mA左右。电阻R16为热敏电阻，用于感知超级电容器BAT1的温度。电阻R19用于设置该电池管理芯片U2的使能端口。电阻R15接地，用于设置被充电对象的节数及充电电压。电阻R18和电容C19构成电压环路补偿。电阻R17和电容C17构成电流环路补偿。电阻R11与电阻R13并联，共同设置充电电流。电感L3为储能电感。电容C16为启动电容。

参见图4，图4是本实用新型的续流电路中升压单元的电原理图。该升压单元4主要由DC-DC变换芯片U3及其外围电路构成的一直流变换电路和由MOS管Q3及其外围电路构成的一电源输出开关构成。

该升压单元4的工作原理大致包括：当无线通讯模块30要求的输出功率，主电源单元1单独无法满足满载供电时，超级电容器3通过升压单元4，可以将3.6V的电容器供电电压VBAT_3.6升高至+8.5V,供主电源单元1的输入端使用。具体而言，电容EC5、EC6、EC7和EC8用于储能滤波。电阻R20设置DC-DC变换芯片U3的开关频率。电容C20为启动电容。电阻R22调整开关峰值电流。电阻R24接电容器供电电压VBAT_3.6，用于保证DC-DC变换芯片U3处于使能状态。电容C24、C25、R25起到频率补偿作用。电阻R21、R23、R26构成反馈回路，用于设置输出电压。NPN三极管Q4的基极为高电平时，Q4导通，MOS管Q3的源极和栅极形成约3V的压差，MOS管Q3导通，此时若主电源单元1的输入电压（正常为12V）高于8.5V，则主电源单元1供电，二极管D7用于防止倒灌；若主电源单元1的输入电压低于8.5V，则二极管D7导通，超级电容器3通过升压单元4能够将能量传递至该主电源单元1的输入端。

与现有技术相比，本实用新型的智能电表的无线通讯模块的续流电路20，通过巧妙地用主电源单元1、电池管理电路2、超级电容器3和升压电路4构成，能够为无线通讯模块30提供可靠的续流，从而能够确保智能电表100的无线通讯模块30的可靠运行。

上述内容仅为本实用新型的较佳实施例，并非用于限制本实用新型的实施方案，本领域普通技术人员根据本实用新型的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本实用新型的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。