一种市电蓄电池无缝切换电路和一种收款机的制作方法

本实用新型涉及不间断电源技术领域，更具体而言，涉及一种市电蓄电池无缝切换电路、以及包含该电路的收款机。

背景技术：

现有的不间断电源系统在市电断电后，蓄电池供接入的切换时间过长，造成设备断电、操作系统中断或死机，若在市电断电瞬间用户操作未完成，所输入的数据信息因此而丢失，会给用户带来不便。

技术实现要素：

本实用新型提供一种可供市电蓄电池无缝切换电路，以解决现有技术中由于市电断电后，蓄电池切换接入时间过长，造成设备断电、操作系统中断或死机，损害设备且存在丢失数据信息的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型第一方面提供了一种市电蓄电池无缝切换电路，所述无缝切换电路包括：

与市电耦合的市电输入端，所述市电输入端输出经整流稳压后的第一直流电；

与负载耦合的供电输出端；

与所述供电输出端耦合的供电节点；

输入端与所述市电输入端耦合的第一二极管单元，所述第一二极管单元在其输入端的电压值大于所述供电节点处的电压值时正向导通；在其输入端的电压值小于所述供电节点处的电压值时反向截止；

输入端与所述市电输入端耦合的充放电单元，所述充放电单元在所述市电输入端有第一直流电输出时执行充电模式的操作，在所述市电输入端无第一直流电输出时执行放电模式的操作，输出直流电经所述第一二极管单元至所述供电节点；

与蓄电池耦合的蓄电输入端，所述蓄电输入端输出第二直流电；

输入端与所述蓄电输入端耦合的第二二极管单元，所述第二二极管单元在其输入端的电压值小于所述供电节点处的电压值时反向截止；在其输入端的电压值大于所述供电节点处的电压值时正向导通，所述蓄电输入端输出的第二直流电经所述第二二极管单元至所述供电节点；

其中，市电供电时，所述供电节点处的电压值大于所述第二二极管单元的输入端的电压值；市电断电时，所述供电节点处的电压值小于所述第二二极管单元的输入端的电压值。

优选地，所述第一二极管单元包含至少一个二极管，所述二极管的正极连接市电输入端，负极连接供电节点。

优选地，所述第二二极管单元包含至少一个二极管，所述二极管的正极连接蓄电输入端，负极连接供电节点。

更优选地，所述二极管均为肖特基二极管。

更优选地，所述第一二极管单元包含两个并联的肖特基二极管，所述第二二极管单元包含三个并联的肖特基二极管。

优选地，所述充放电单元包含至少一个电容。

更优选地，所述充放电单元包含一个电解电容和三个瓷片电容。

优选地，所述无缝切换电路还包括：输入端与所述供电节点耦合、输出端与所述供电输出端耦合的降压芯片，所述降压芯片将从供电节点处输出的直流电的电压值降至所述负载所需要的供电电压值。

优选地，所述无缝切换电路还包括与所述第二二极管单元并联的mos管单元，所述mos管单元包含至少一个p沟道mos管。

为了进一步解决上述技术问题，本实用新型第二方面提供了一种收款机，该收款机包含上述的市电蓄电池无缝切换电路。

与现有技术相比，本实用新型提供的市电蓄电池无缝切换电路，通过在负载和市电、负载和蓄电池之间的电路上分别增加不同规格的二极管单元，以及在电路中增加充放电单元，利用二极管单元的开关功能和充放电单元的充放电功能实现市电被优先输出、以及市电供电与蓄电池供电的无缝自动切换，避免了因为市电突然断电、蓄电池切换接入时间过长，造成负载断电、操作系统中断或死机、用户丢失数据信息的问题；此外，该无缝切换电路相比较于现有的不间断电源系统节省了机械切换开关，成本低，在收款机等设备中具有广泛的应用前景。本实用新型进一步提供的收款机中由于包含了上述的无缝切换电路而具有更长的使用寿命，且成本低，有利于进行市场推广。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种市电蓄电池无缝切换电路的结构框图。

图2是本实用新型实施例提供的一种市电蓄电池无缝切换电路的结构框图。

图3是本实用新型实施例提供的一种市电蓄电池无缝切换电路的结构框图。

图4是本实用新型实施例提供的一种市电蓄电池无缝切换电路的原理示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提供了一种可以提供市电蓄电池无缝切换，不会造成负载断电、操作系统中断或死机的低成本设计电路，请参阅图1所示，该电路包括：与市电耦合的市电输入端、与负载耦合的供电输出端、与供电输出端耦合的供电节点、输入端与市电输入端耦合的第一二极管单元、输入端与市电输入端耦合的充放电单元、与蓄电池耦合的蓄电输入端、输入端与蓄电输入端耦合的第二二极管单元。其中，市电输入端输出经过整流稳压后的第一直流电，该第一直流电可同时用于对充放电单元充电、对蓄电池充电(现有技术，图中未示出)和对负载供电；第一二极管单元在其输入端的电压值大于供电节点处的电压值时正向导通，在其输入端的电压值小于供电节点处的电压值时反向截止；充放电单元在市电输入端有第一直流电输出时执行充电模式的操作，在市电输入端无第一直流电输出时，即市电断电时，执行放电模式的操作，输出直流电依次经第一二极管单元和供电节点至供电输出端，再到负载以为负载供电。进一步地，蓄电输入端输出第二直流电，该第二直流电仅用于在市电断电后，为负载供电；第二二极管单元在其输入端的电压值小于供电节点处的电压值时反向截止；在其输入端的电压值大于供电节点处的电压值时正向导通，则蓄电输入端输出的第二直流电依次经该第二二极管单元和供电节点至供电输出端，再到负载以为负载供电。

上述的市电蓄电池无缝切换电路，通过在负载和市电、负载和蓄电池之间的电路上分别增加不同规格的二极管单元，以及在电路中增加充放电单元，利用二极管单元的开关功能和充放电单元的充放电功能实现市电供电与蓄电池供电的无缝自动切换，避免了因为市电突然断电、蓄电池切换接入时间过长，造成负载断电、操作系统中断或死机、用户丢失数据信息的问题。

进一步地，上述市电蓄电池无缝切换电路的工作原理如下：

当市电供电时，市电输出端输出第一直流电压，该第一直流电压的电压值能够满足同时对充放电单元进行充电、对蓄电池进行充电(现有技术，本申请中不做过多描述)和对负载进行供电的情况；更进一步地，为了使得该切换电路满足市电优先供电的原则，该第一直流电压的电压值还要满足在市电供电时，输出至供电节点处的电压值始终大于第二二极管单元输入端的电压值，这样第二二极管单元一直处于反向截止状态，即蓄电池处于未放电状态，避免长期使用蓄电池造成对蓄电池的损耗。

当市电断电时，充放电单元开始放电，为蓄电池切入电路提供一定的缓冲时间，输出直流电经过第一二极管单元至供电节点处，以为负载供电；在本实用新型中，假设蓄电池的输出电压为v1、负载所需要的供电电压为v2、充放电单元的放电电压为v3、第一二极管单元的导通电压为v4、第二二极管单元的导通电压为v5，为了达到能够提供一定缓冲时间的目的，上述电压值需要满足以下条件：(1)充放电单元的电压从v3降至(v2+v4)所需要的放电时长要大于第二二极管单元正向导通所需要的时间；(2)在充放电单元开始放电时满足：v2<(v3-v4)<v1，即充放电单元刚开始放电时，供电节点处的电压值(v3-v4)就小于第二二极管单元输入端的电压值v1，使得第二二极管单元正向导通，但供电节点处的电压值(v3-v4)又能够满足负载所需要的供电电压v2。由于第二二极管单元正向导通所需要的时长小于充放电单元的放电时长，所以在第二二极管单元正向导通的这段时间内，仍然有充放电单元在为负载供电，而不会造成负载断电；当第二二极管单元完成正向导通时，供电节点处的电压值就会大于第一二极管单元输入端的电压值，此时第一二极管单元就会反向截止，即表明此时成功切换到蓄电池为负载供电阶段，即本申请通过设置充放电单元和两个二极管单元实现了市电供电与蓄电池供电的无缝自动切换，避免了因为市电突然断电、蓄电池切换接入时间过长，造成负载断电、操作系统中断或死机、用户丢失数据信息的问题。

进一步地，为了扩大该电路的适用范围或者说为了提供足够的缓冲时间，以满足由于不同参数的元器件带来的系统时间误差，可以设置充放电单元的电压从v3降至(v2+v4)所需要的放电时长远大于第二二极管单元的正向导通时长，例如选择正向导通速度快的二极管作为本实用新型中的二极管单元，在本实用新型的一些实施方式中，第一二极管单元和第二二极管单元均包含至少一个二极管，其中，第一二极管单元中的二极管的正极连接市电输入端，负极连接供电节点；第二二极管单元中的二极管的正极连接蓄电输入端，负极连接供电节点。在一些优选实施方式中，选择肖特基二极管作为本实用新型中所使用的二极管，其正向导通所需要的时长仅需要几十纳秒，甚至几纳秒，远远小于充放电单元提供的缓冲时间，因此能够完全满足本实用新型中所需要的无缝切换要求。二极管数量的设置可以根据应用场景增加或减少，以充分利用其开关功能和降低电路压降的功能，由于该无缝切换电路利用的是二极管的开关功能，节省了机械切换开关，因此相比较于现有的不间断电源系统成本低，有利于进行市场推广。

根据本实用新型的另一些实施方式，该无缝切换电路中的充放电单元包含至少一个电解电容和至少一个瓷片电容，这些电容不仅具有充放电功能，还具有滤波作用，其中对其充放电能力的要求需要满足上述介绍工作原理时提出的两项条件即可；进一步地，在本实用新型的另一些实施方式中，该充放电单元包含一个电解电容和三个瓷片电容，这四个电容并联连接。

请参阅图2所示，在图1实施例的基础上，在其他实施例中，该无缝切换电路还包括设于供电节点和供电输出端之间的降压芯片，该降压芯片将从供电节点处输出的直流电的电压值降至负载所需要的供电电压值。

请参阅图3所示，在图1实施例的基础上，在其他实施例中，该无缝切换电路还包括与第二二极管单元并联的mos管单元，该mos管单元在蓄电池供电阶段用于降低蓄电池的压降，以降低蓄电池电路的温度。根据本实用新型的一些实施方式，该mos管单元包含至少一个p沟道mos管，该p沟道mos管与第二二极管单元中的二极管并联连接。

上述介绍的无缝切换电路尤其适用于小功率负载，例如已经接入备用蓄电池的收款机设备，请参阅图4所示的本实用新型提供的一种市电蓄电池无缝切换电路的原理示意图，具体结构和工作原理如下：

该无缝切换电路包含市电供电电路1、蓄电池供电电路2、dc/dc降压芯片3和主机4(对应上述介绍的负载中的主机，更具体为取款机)；其中，市电(15v-18v)供电电路1主要包括：肖特基二极管d38和d5、电解电容c345、瓷片电容c126、c127和c128；保险丝f5、市电连接器j29、静电保护esd51；蓄电池(10.5v-13.5v)供电电路2主要包括：肖特基二极管d6、d7和d26、p沟道mos管q64、电阻r445和r446、保险丝f6、蓄电池连接器j30、电解电容c317、瓷片电容c133和c135。

上述元器件之间的连接关系为：市电通过市电连接器j29连接到电路板上，再通过保险丝f5连接到肖特基二极管d38和d5的正极上，d38和d5的负极连接到dc\dc降压芯片u1的sys_vccin(6v-15v)输入脚，降压芯片u1将电压降为4.2v后再由vccout脚接到主机的vcc4v2in脚上，以为主机提供工作电压；p沟道mos管q64的第一脚通过r445和r446分别接到dcin18v和地，此时控制q64的3脚与2脚截止，由市电给主机供电。蓄电池通过蓄电池连接器j30连接到电路板上，再通过保险丝f6连接到肖特基二极管d26、d6和d7的正极、以及p沟道mos管q64的3脚上，肖特基二极管d26、d6和d7的负极、以及p沟道mos管q64的2脚连接到dc\dc降压芯片u1的sys_vccin(6v-15v)输入脚，降压芯片u1将电压降为4.2v后再由vccout脚接到主机的vcc4v2in脚上，以为主机提供工作电压，p沟道mos管q64的第一脚通过r445和r446分别接到dcin18v和地，此时控制q64的3脚与2脚导通，由蓄电池给主机供电。dcin18v通过电容c345、c126、c127、c128到地，vbat13v5通过电容c317、c135、c136到地。

上述无缝切换电路的工作原理如下：

当市电(dcin18v)和蓄电池(bat13.5v)同时接上电路板以对主机供电时，肖特基二极管d38和d5正向导通给主机供电，syc_vcc处的电压高于bat13.5v，因此肖特基二极管d26、d6和d7反向截止，也就是说市电未断电时，优先市电供电，以减少频繁使用蓄电池增加了蓄电池损耗。

当断开dcin18v时，等同于市电断电时，电容c345、c126、c127和c128开始放电，这些电容组成的充放电单元从12v放电到5v需要5毫秒以上，由于syc_vcc处的电压(不超过12v)低于bat13.5v，因此肖特基二极管d26、d6和d7正向导通，其正向导通需要的时间仅为几十纳秒，也就是说，市电断电时，电容c345、c126、c127和c128放电为蓄电池切入电路争取了一定的延缓时间，当肖特基二极管d26、d6和d7正向导通后，syc_vcc处的电压高于肖特基二极管d5和d38正极端的电压(不超过12v)，此时肖特基二极管d5和d38反向截止，即表明此时成功切换到蓄电池供电阶段，且不会造成主机因为突然断电而中断或死机。

基于上述介绍，本实用新型提供的无缝切换电路能够解决市电蓄电池不定时频繁切换造成负载断电、操作系统中断或死机的问题，保证了用户的数据信息安全，提升了用户体验良好度，且本实用新型提供的无缝切换电路成本低，在收款机等设备中具有广泛的应用前景。

最后，本实用新型提供了一种包含上述无缝切换电路的收款机，由于该收款机能够满足市电蓄电池不定时频繁切换时负载不断电的情况，因而具备更长的使用寿命，且成本低，有利于进行市场推广。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。