一种短时后备电源电路的制作方法

本实用新型属于充放电控制技术领域，具体涉及一种短时后备电源电路。

背景技术：

在某些特殊应用场景，小功率电子设备在外部异常断电的情况下，需要利用后备电源保持工作一小段时间，以帮助其保护现场。以前有些后备电源采用电池构成，但设备掉电保持的时间不需要太长，工作要求的电量也不高，采用电池将增加设计复杂度、产品成本和维护费用。因此，目前通常考虑采用超级电容来保证设备的短时供电，但超级电容的充放电管理存在以下问题：当电路板插入背板时，大浪涌电流可能导致对负载电源的干扰，引起总线上其它电路板失灵。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种可以抑制浪涌电流的短时后备电源电路。

为达到上述要求，本实用新型采取的技术方案是：提供一种短时后备电源电路，包括电源输入控制电路、开关控制电路及充电控制电路；所述电源输入控制电路包括热插拔控制器LTC4218；所述开关控制电路包括第一NMOSFET(Q3)、第二NMOSFET(Q5)及PMOSFT(Q6)；所述充电控制电路包括超级电容E1和超级电容充电器LTC3110；

所述热插拔控制器LTC4218包括GATE引脚、SOURCE引脚、FB引脚及PG引脚，其中GATE引脚分别连接电阻R122和电阻R123的一端，电阻R122另一端分别连接第一NMOSFET(Q3)和第二NMOSFET(Q5)的栅极，电阻R123的另一端通过电容C106接地；第一NMOSFET(Q3)的源极通过电阻R72连接输入电源，第一NMOSFET(Q3)的漏极连接第二NMOSFET(Q5)的漏极，第二NMOSFET(Q5)的源极分别连接SOURCE引脚、电阻R129一端、电容C160一端、电容C161一端、电阻R130一端、电阻R145一端及PMOSFT(Q6)的漏极；电阻R129的另一端分别连接FB引脚和电阻R128一端，电阻R128、电容C160及电容C161的另一端均接地；电阻R130另一端连接PG引脚；

所述超级电容充电器LTC3110包括VCAP引脚、FBVCAP引脚、CMPIN引脚、VMID引脚、MODE引脚、RUN引脚、DIR引脚及引脚；超级电容的正极分别连接电容C104一端、电阻R143一端、电阻R140一端、电容C162一端及VCAP引脚，电容C104另一端分别连接电容C156一端和VMID引脚；电阻R143另一端分别连接电阻R144一端、电容C163一端及CMPIN引脚；电阻R140另一端分别连接电阻R141一端及FBVCAP引脚；超级电容负极以及电容C156、电阻R144、电容C163、电阻R141、电容C162的另一端均接地；所述DIR引脚分别连接电容C157一端、电阻R146一端及电阻R145另一端，电容C157和电阻R146的另一端均接地；所述引脚连接电阻R150一端，电阻R150另一端连接PMOSFT(Q6)的栅极；所述MODE引脚和RUN引脚均连接电阻R147一端，电阻R147另一端连接PMOSFT(Q6)的源极。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

电源输入控制电路采用热插拔控制器LTC4218，其可对输入电源的电流和电压进行监控，在检测到过压、欠压时都会进行关闭输入电源的动作，保证输入电源的稳定性；在电源输入控制电路和充电控制电路之间具有两个互为反向的NMOSFET和一个PMOSFET进行开关控制，多级MOSFET电路可以限制浪涌电流，保证对超级电容进行均流充电，同时减少了反向漏电流；充电控制电路采用超级电容充电器LTC3110，其内部具有降压/升压平衡电路，当电压输出高于系统电压时自动稳压，电压输出低于系统电压时自动升压，可以最大限度的利用超级电容存储的电量，尽可能的延长后备电源的工作时间。本申请电路结构简单、制作成本低，可应用于短时掉电保持要求的各种控制领域。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型的局部结构示意图；

图2为本实用新型的局部结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本申请作进一步地详细说明。为简单起见，以下描述中省略了本领域技术人员公知的某些技术特征。

本实施例提供一种短时后备电源电路，如图1、图2所示，其中图1中的Z1节点与图2中的Z1节点连接，图1中的Z2节点与图2中的Z2节点连接，图1中的Z3节点与图2中的Z3节点连接。该短时后备电源电路包括电源输入控制电路、开关控制电路及充电控制电路。电源输入控制电路包括热插拔控制器，该热插拔控制器的型号为LTC4218；开关控制电路包括第一NMOSFET(Q3)、第二NMOSFET(Q5)及PMOSFT(Q6)，第一NMOSFET(Q3)和第二NMOSFET(Q5)的型号均为NTMS4920NR2G，PMOSFT(Q6)的型号为IRF7410TR；充电控制电路包括超级电容E1和超级电容充电器，该超级电容充电器的型号为LTC3110。

热插拔控制器LTC4218包括GATE引脚、SOURCE引脚、FB引脚及PG引脚，其中GATE引脚分别连接电阻R122和电阻R123的一端，电阻R122另一端分别连接第一NMOSFET(Q3)和第二NMOSFET(Q5)的栅极，电阻R123的另一端通过电容C106接地；第一NMOSFET(Q3)的源极通过电阻R72连接输入电源，第一NMOSFET(Q3)的漏极连接第二NMOSFET(Q5)的漏极，第二NMOSFET(Q5)的源极分别连接SOURCE引脚、电阻R129一端、电容C160一端、电容C161一端、电阻R130一端、电阻R145一端及PMOSFT(Q6)的漏极；电阻R129的另一端分别连接FB引脚和电阻R128一端，电阻R128、电容C160及电容C161的另一端均接地；电阻R130另一端连接PG引脚。在本实施例中，电阻R122、电阻R123、电阻R72、电阻R129、电阻R130、电阻R145及电阻R128的阻值分别为10R、1k/1％、0.002R/1％、28K/1％、10KΩ、3.3KΩ、10KΩ，电容C106、电容C160及电容C161的容值为2.2μF、47μF/6.3V、47μF/6.3V。

超级电容充电器LTC3110包括VCAP引脚、FBVCAP引脚、CMPIN引脚、VMID引脚、MODE引脚、RUN引脚、DIR引脚及引脚；超级电容的正极分别连接电容C104一端、电阻R143一端、电阻R140一端、电容C162一端及VCAP引脚，电容C104另一端分别连接电容C156一端和VMID引脚；电阻R143另一端分别连接电阻R144一端、电容C163一端及CMPIN引脚；电阻R140另一端分别连接电阻R141一端及FBVCAP引脚；超级电容负极以及电容C156、电阻R144、电容C163、电阻R141、电容C162的另一端均接地；所述DIR引脚分别连接电容C157一端、电阻R146一端及电阻R145另一端，电容C157和电阻R146的另一端均接地；所述引脚连接电阻R150一端，电阻R150另一端连接PMOSFT(Q6)的栅极；所述MODE引脚和RUN引脚均连接电阻R147一端，电阻R147另一端连接PMOSFT(Q6)的源极。在本实施例中，电容C104、电容C162、电容C156、电容C163及电容C157的容值分别为0.1μF、1μF、0.1μF、0.1μF、1000pF，电阻R143、电阻R140、电阻R144、电阻R141、电阻R146、电阻R150及电阻R147的阻值为910KΩ、910KΩ、130KΩ、240KΩ、1K/1％、1K/1％、10KΩ。

在该实施例中，超级电容E1采用3.5F/5.5V的双电层电容，双电层电容是在电极/溶液界面通过电子或离子的定向排列造成电荷的对峙而产生的。对一个电极/溶液体系，会在电子导电的电极和离子导电的电解质溶液界面上形成双电层。双电层电容的充放电原理是：当在两个电极上施加电场后，溶液中的阴、阳离子分别向正、负电极迁移，在电极表面形成双电层；撤消电场后，电极上的正负电荷与溶液中的相反电荷离子相吸引而使双电层稳定，在正负极间产生相对稳定的电位差。这时对某一电极而言，会在一定距离内(分散层)产生与电极上的电荷等量的异性离子电荷，使其保持电中性；当将两极与外电路连通时，电极上的电荷迁移而在外电路中产生电流，溶液中的离子迁移到溶液中呈电中性。

该热插拔控制器LTC4218还包括SENSE^-引脚、SENSE⁺引脚、VDD引脚、UV引脚、引脚、OV引脚、TIMER引脚、INTVCC引脚、GND引脚、IMON引脚及ISET引脚；SENSE^-引脚和SENSE⁺引脚之间串联电阻R72后连接输入电源，VDD引脚连接输入电源；UV引脚和引脚均分别连接电阻R126和电阻R127的一端，电阻R126的另一端接地，电阻R127的另一端连接5V电源；OV引脚分别连接电阻R124和电阻R125的一端，电阻R124的另一端接地，电阻R125的另一端连接5V电源；TIMER引脚通过电容C18接地，INTVCC引脚通过电容C19接地；GND引脚接地；ISET引脚通过电阻R81接地，IMON引脚通过电阻R131接地。在本实施例中，电阻R126、电阻R127、电阻R124、电阻R125、电阻R81及电阻R131的阻值分别为6.2K/1％、18KΩ、3.6KΩ、12.4KΩ、20K/1％、20K/1％，电容C18、电容C19的容值均为0.1μF。

该超级电容充电器LTC3110还包括SW1引脚、SW2引脚、SVSYS引脚、PROG引脚、FB引脚、引脚、CAPOK引脚、引脚、PGND引脚及SGND引脚；SW1引脚和SW2引脚之间串联电感L1；SVSYS引脚分别连接电容C158和电阻R132的一端，电容C158的另一端接地，电阻R132的另一端分别连接VSYS引脚、电容C102一端及电阻R148一端后作为第一输出端，电容C102另一端接地，电阻R148另一端分别连接FB引脚和电阻R149一端，电阻R149另一端接地；PROG引脚串联电阻R135后接地；引脚连接电阻R137一端，CAPOK引脚连接电阻R138一端，引脚连接电阻R142一端，电阻R137、电阻R138及电阻R142的另一端连接后作为第二输出端；PGND引脚和SGND引脚均接地。在本实施例中，电感L1的型号为744311220，其电感值为2.2μH/9A，电容C158、电容C102的容值分别为0.22μF、47μF/6.3V，电阻R132、电阻R148、电阻R149、电阻R135、电阻R137、电阻R138、电阻R142分别为51R、910KΩ、130KΩ、6.04K/1％、3.3KΩ、10KΩ、10KΩ。

热插拔控制器LTC4218用于保护带有2.9V至26.5V负载电源电压的电路板，其允许从带电背板上安全地插入和拔出电路板，在加电时用开关控制电路中的第一NMOSFET(Q3)、第二NMOSFET(Q5)及PMOSFT(Q6)限制浪涌电流。热插拔控制器LTC4218利用从电流检测寄存器上检测的电压并相应调节MOSFET的栅源电压来监视负载电流。在启动和正常工作时，用户可以根据需要用单独的引脚ISET以5％的准确度(15mV)调节限流门限。同时，电流折返和电源良好电路确保开关受到保护，免受过大负载电流影响，并指示是否保持了电源良好状态。热插拔控制器LTC4218还具有电流监视器，故障输出、2％准确度的过压和欠压保护，以及可调限流定时器。

超级电容充电器LTC3110具有主动充电平衡功能，其专有的低噪声降压-升压型拓扑使该器件相当于两个单独的开关稳压器，从而减小了尺寸和成本，并降低了复杂性。超级电容充电器LTC3110可有备份和充电两种模式工作。在备份模式，该器件由超级电容储存的能量供电，保持1.71V至5.25V的系统电压(VSYS)。此外，超级电容存储输入(VCAP)具备实用的宽工作范围，可从5.5V直至0.1V，这确保实际储存的全部超级电容能量都能得到利用，因此延长了备份时间或减小了存储电容器尺寸。而在充电模式中，当输入电源系统有效时，超级电容充电器LTC3110可自主地或通过用户命令将功率流动改为相反方向，利用稳定的系统电压给超级电容充电并作出平衡。降压-升压型PWM(脉冲宽度调制器)使存储输入(VCAP)高效地充电至高于或低于系统电压(VSYS)。该器件还具备充电模式平均输入电流限制，能够以±2％的准确度设定至高达2A，从而防止输入电源过载，同时最大限度缩短电容器再充电时间。

本实施例在工作时，热插拔控制器LTC4218内部的电流监视器对输入电源的电流和电压进行监控，过压和欠压保护模块在检测到过压、欠压时进行关闭输入电源的动作，保证输入电源的稳定性；在电源输入控制电路和充电控制电路之间具有开关控制电路，开关控制电路中的两个互为反向的NMOSFET和一个PMOSFET进行开关控制，多级MOSFET电路可以限制浪涌电流，保证电源开关可靠性，同时减少了反向漏电流；超级电容充电器LTC3110会控制均流充电，在设备开机时，不会因为超级电容充电而造成输入电流过大；当系统切换到后备模式时，其专有的低噪声降压-升压型拓扑工作，当电压输出高于系统电压时自动稳压，电压输出低于系统电压时自动升压，可以最大限度的利用超级电容存储的电量，尽可能的延长后备电源的工作时间。

以上实施例仅表示本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能理解为对本实用新型范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型保护范围。因此本实用新型的保护范围应该以权利要求为准。