无源无线监测系统主备电源管理电路和方法与流程

本发明涉及一种电源管理电路及其方法，尤其是涉及一种基于超级电容、且应用于列车无源无线监测上的电源管理电路和方法，属于电路控制技术领域。

背景技术：

目前，在货运火车上，由于没有电源供应，而为了解决监测系统的供电问题，将转速发电机与车轮轴传动相连，从而通过转速发电机发电的方式实现无源无线供电。

但是，在实际应用中发现，该方式存在着列车停止后供电就中断的情况，且列车运行地理范围广，普通电池存在着无法全天候适应、无法随时进行充电的情况。因此，亟需一种能够在列车运行与停止时都能进行正常供电的装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种无源无线监测系统主备电源管理电路和方法，其基于超级电容设计，能够实现持续供电。

本发明的目的是这样实现的：

一种无源无线监测系统主备电源管理电路，包含有超压保护电路、充电电路、电源切换电路、充电电路、放电电路和超级电容，发电机输出端经超压保护电路后分为两路输出，一路输出至负载电路，另一路至经充电电路连接至超级电容，超级电容经放电电路和电源切换电路连接至负载电路。

本发明一种无源无线监测系统主备电源管理电路，所述超压保护电路包含有mos管和电压比较器，发电机输出端分为两路，一路经mos管对外输出，另一路经限流电阻连接电压比较器的输入端，所述电压比较器的另一输入端与基准电压相连接，且电压比较器的输出端连接至mos管的栅极。

本发明一种无源无线监测系统主备电源管理电路，所述充电电路包含有第一mos管、第二mos管和比较器，前述mos管的输出端经电流采样电阻连接至负载电路，所述电流采样电阻两端分别连接至比较器的两个输入端，该比较器的输出端连接至pwm信号电路的输入端，所述pwm信号电路的信号输出端连接至第一mos管的栅极和第二mos管的栅极，第一mos管的漏极和第二mos管的漏极连接至超级电容的导线上套装有电流互感器，该电流互感器连接至pwm信号电路的输入端，且电流互感器与电流采样电阻串联构成取样电路，所述第一mos管的源级连接至负载电路的电源输入端，所述第二mos管的源级接地。

本发明一种无源无线监测系统主备电源管理电路，所述电源切换电路包含有切换mos管、电源切换开关芯片和两组监测电路；前述负载电路的电源输入端上串接切换mos管，该切换mos管的两端分别连接两组监测电路；所述监测电路包含有分压电路和电压比较器，所述分压电路由两个分压电阻串联在切换mos管的端部和地之间，两个分压电阻之间的分压取样点连接至电压比较器的一输入端，电压比较器的另一输入端连接至基准电压源，所述电压比较器的输出端连接至电源切换开关芯片的控制信号输入端，所述电源切换开关芯片的控制信号输入端连接至切换mos管的栅极，所述放电电路为升压稳压电路，超级电容经升压稳压电路后通过电源切换开关芯片连接至负载电路的电源输入端。

本发明一种无源无线监测系统主备电源管理方法，通过分压电路获取线路的取样电压，并将该电压值与内部基准电压同时输入电压比较器进行比较；当取样电压小于基准电压时，电源切换开关芯片控制切换mos管断开，使得负载电路与线路隔离；同时，通过电源切换开关芯片使得超级电容对负载电路供电；当取样电压不小于基准电压时，电源切换开关芯片控制切换mos管闭合通路，使得负载电路与线路连接，同时通过电源切换开关芯片使得超级电容与负载电路供电断路隔离。

本发明一种无源无线监测系统主备电源管理方法，所述超压保护电路通过电压比较器实时监测输入电压，当发电机输出端电压不超过基准电压时输入电压通过限流电阻的电阻值调节稳定在基准电压，当输入电压超过基准电压时，电压比较器输出高电平控制mos管断开，将输入电压与负载电路和超级电容的连接断开。

本发明一种无源无线监测系统主备电源管理方法，充电电路通过pwm信号电路控制充电电路上的第一mos管的通断来对超级电容进行充电；通过电流采样电阻和比较器检测线路电流，通过电流互感器检测充电电流，从而通过pwm信号电路发出的pwm信号的占空比调整第一mos管和第二mos管的通断对充电电流的调整。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明在列车运行与停止的时候均能通过电源管理装置进行电源供电，自动识别主电源与超级电容备用电源的情况对供电电源进行实时切换控制。同时，在主电源供电时期，还能实时控制超级电容的充电电流以保证负载功率不受影响。

附图说明

图1为本发明一种无源无线监测系统主备电源管理电路的电路框图。

图2为本发明一种无源无线监测系统主备电源管理电路的超压保护电路的电路框图。

图3为本发明一种无源无线监测系统主备电源管理电路的充电电路的电路框图。

图4为本发明一种无源无线监测系统主备电源管理电路的电源切换电路的电路框图(含放电电路)。

具体实施方式

参见图1～4，本发明涉及的一种无源无线监测系统主备电源管理电路，包含有超压保护电路、充电电路、电源切换电路、充电电路、放电电路和超级电容，发电机输出端经超压保护电路后分为两路输出，一路输出至负载电路，另一路至经充电电路连接至超级电容，超级电容经放电电路和电源切换电路连接至负载电路。

进一步的，超压保护电路包含有mos管和电压比较器，发电机输出端分为两路，一路经mos管对外输出，另一路经限流电阻连接电压比较器的输入端，所述电压比较器的另一输入端与基准电压相连接，且电压比较器的输出端连接至mos管的栅极；

工作时，本电路实时为负载电路供电，超压保护电路通过电压比较器实时监测输入电压，当发电机输出端电压不超过基准电压时(如图示6v)，输入电压通过限流电阻的电阻值调节稳定在基准电压，当输入电压超过基准电压时，电压比较器输出高电平控制mos管断开，从而将输入电压与负载电路和超级电容的连接断开，保护后级电路的安全。

进一步的，所述充电电路包含有第一mos管、第二mos管和比较器，前述mos管的输出端经电流采样电阻连接至负载电路，所述电流采样电阻两端分别连接至比较器的两个输入端，该比较器的输出端连接至pwm信号电路的输入端，所述pwm信号电路的信号输出端连接至第一mos管的栅极和第二mos管的栅极，第一mos管的漏极和第二mos管的漏极连接至超级电容的导线上套装有电流互感器，该电流互感器连接至pwm信号电路的输入端，且电流互感器与电流采样电阻串联构成取样电路，所述第一mos管的源级连接至负载电路的电源输入端，所述第二mos管的源级接地；

工作时，充电电路通过pwm信号电路控制充电电路上的第一mos管的通断来对超级电容进行充电；通过电流采样电阻和比较器检测线路电流，通过电流互感器检测充电电流，从而通过pwm信号电路发出的pwm信号的占空比调整第一mos管和第二mos管的通断对充电电流的调整；

进一步的，所述电源切换电路包含有切换mos管、电源切换开关芯片和两组监测电路；前述负载电路的电源输入端上串接切换mos管，该切换mos管的两端分别连接两组监测电路；所述监测电路包含有分压电路和电压比较器，所述分压电路由两个分压电阻串联在切换mos管的端部和地之间，两个分压电阻之间的分压取样点连接至电压比较器的一输入端，电压比较器的另一输入端连接至内部基准电压，所述电压比较器的输出端连接至电源切换开关芯片的控制信号输入端，所述电源切换开关芯片的控制信号输入端连接至切换mos管的栅极，所述放电电路为升压稳压电路，超级电容经升压稳压电路后通过电源切换开关芯片连接至负载电路的电源输入端；

优选的，电源切换开关芯片可以但不唯一采用德州仪器公司型号为tps2120的电源切换开关芯片进行电源的选择切换。

使用时，通过分压电路获取线路的取样电压，并将该电压值与内部基准电压同时输入电压比较器进行比较；当取样电压小于基准电压时，电源切换开关芯片控制切换mos管断开，使得负载电路与线路隔离；同时，通过电源切换开关芯片使得超级电容对负载电路供电；当取样电压不小于基准电压时，电源切换开关芯片控制切换mos管闭合通路，使得负载电路与线路连接，同时通过电源切换开关芯片使得超级电容与负载电路供电断路隔离。

另外：需要注意的是，上述具体实施方式仅为本专利的一个优化方案，本领域的技术人员根据上述构思所做的任何改动或改进，均在本专利的保护范围之内。