具有过流、过放保护的不间断电源装置的制作方法

1.本实用新型涉及具有过流、过放保护的不间断电源装置。


背景技术：

2.常用的不间断电源只有充放电电路，不包含单独的放电时的过放，过流保护的保护电路；因此无法做到前后电路设备过流短路，过放的保护，当后级负载过流短路时不间断电源仍然处于供电状态，从而会使不间断电源中的电池超负荷，严重时还会导致的安全事故；没有过放保护的同时也会导致不间断电源的电池完全放电，使其寿命变短。


技术实现要素：

3.本实用新型所要解决的技术问题总的来说是提供一种具有过流、过放保护的不间断电源装置及方法。
4.为解决上述问题，本实用新型所采取的技术方案是：
5.一种具有过流、过放保护的不间断电源装置，包括ac-dc模块、充电电路及dc-dc模块；
6.ac-dc模块，用于外接市电并转为直流；
7.充电电路，用于给电池充电；
8.dc-dc模块，用于输出电流给负载，具有限流功能。
9.作为上述技术方案的进一步改进：
10.dc-dc模块，包括芯片u4；芯片u4，脚3接地，脚2一路通过并联电容e3、e2、c14接地，另一路接+18vin；脚1一路通过电容c65接地，一路接入分压电阻r1，脚6通过电容c1接地，脚5接m点，脚4通过并联电阻rl1、rl2接地，脚5通过电容c15接地；接口j2脚2接地，脚1接入+18vin；
11.分压电阻r1一路通过二极管da1接入对应的+18v，通过二极管da2接入对应的m+12v；一路通过电容c66接m点；m点分别通过电容e1接地，通过二极管d3接入+18v，通过二极管d2接入bat+16.8；m点为测试点d3.5mm。
12.dc-dc模块配套有过放保护电路，用于保护输出电流；
13.过放保护电路包括芯片uq2，在芯片uq2中，脚2一路接入+18vin，一路通过并联电容cq12、c38后接地，脚3通过电容cq33接地，脚3通过电阻rq80接入+18vin，脚3通过电阻rq81接地，脚4通过电容cq13接地，脚6通过电容cq17接地，脚6通过串联电容cq22、rq10、rq12接地；脚8通过电容cq8及电阻rq9接脚1，脚8接电感l3输入端，脚7通过电阻r75接脚5；电感l3输入端通过反接二极管dq1接脚7；脚7接地，脚5通过串联电阻r76、r77接电感l3输出端；脚7分别通过二极管dq1接电感l3输入端，通过电容cq9接电感l3输出端；
14.电感l3输出端通过二极管dq22输出m+12v，m+12v通过并联电容c19、e6、e4及二极管d4接地，m+12v接有tq2-12v及接口j1脚1，接口j1脚2接地。
15.作为开关电源的ac-dc模块，包括芯片ddu1，脚2、3外接接口j3，用于接入市电
220v，脚2、3之间接压敏电阻rn1；脚4、8之间并联电容c46、e5及二极管d1；脚4输出+18v及t-18v测试点d1mm。
16.电池的充电电路包括芯片ug1，其脚2，一路通过并联的电容cq7、c11接地，一路通过并联电感l2、l4、l5接输入+18v；在脚2与脚18之间接有电阻r86；脚18通过串联电阻r96、r96接地，+18va通过串联电阻r82、发光二极管dd1接脚16，脚15通过并接电容cq10接地，脚17分别通过电阻r84接入+18va,脚8接入电源vdd,脚14通过r89接入电源vdd，脚10通过隔离电阻r70接地，脚9接地，脚8通过电阻r69接隔离电阻r70，脚7通过电容cq4接脚4；脚13通过电阻r91接电感l1输入端，电感l1输出端接脚4，电感l1输入端通过电阻r94接电池充电bat+端，脚12通过电阻r95后，一路通过并联电容cq5、c16-18后接地及电池充电负极端，一路接bat+端，脚9通过电阻r68接电阻r69接vdd；
17.电池充电bat+端接dc-dc模块。
18.当220vac经过芯片ddu1将220vac转成18vdc；18vdc通过充电电路对4节18650串联电池充电，然后，电池输出电压和18vdc通过二极管并联接入芯片u4进行限流后输出18vin-dc；
19.当220vac正常供电时，接入芯片u4的电压为18vdc；
20.当220vac未供电时，接入芯片u4的电压为4节18650串联电池电压，经限流后的18vin-dc接入芯片uq2输入端，由芯片uq2转换输出设定范围变化的可调电压为后级负载进行供电，同时，芯片u4的输入启动停止电压值由串入的电阻进行调节；
21.当220vac经过芯片ddu1电源模块将220vac转成18vdc，18vdc通过充电电路对4节18650串联电池充电，然后电池输出电压bat+16.8v和18vdc并联接入芯片u4进行限流后输出18vin-dc；
22.bat+是18650串联电池的电压；18vdc是220vac经过ac转dc的fa30-220s18h2d4电源模块将220vac转成的18v直流电压；通过防护二极管d2、d3经过两个滤波电容e1、c15的接入芯片u4引脚vin端；经u4引脚source端输出限流后+18v的直流电压，经过e2、e3、c14电容滤波后接入uq2引脚vin端；芯片u4引脚ilimit端为限流调节端，并是由改变rl1和rl2的阻值来调节限流值，计算公式为：rl＝rl1
×
rl2/(rl1+rl2)、ilimt＝(0.58/rl)
×
1940；芯片u4引脚en为电源控制口，高电平使能，并由芯片ddu1电源模块输出的18vdc或芯片uq2转换输出的12vdc，经过并联的防护二极管da1和da2串联限流电阻r1使en使能；
23.经过芯片u4限流后的+18v经过电容滤波cq12和c38后接入芯片uq2的vin引脚端；经过芯片u4限流后+18v并经过电阻rq80和rq81限流分压后为芯片uq2的en使能引脚提供有效的电压，电阻rq80和rq81的电阻值决定芯片uq2的启动停止电压值，其计算公式为，rq80＝(v启动-v停止)/3ua，rq81＝1.25/(((v启动-1.25)/rq80)+1ua))，从而决定电池电压放电至低于多少电压值时，致使tps54331dr-ti芯片停止工作，电池也不再放电；
24.电容cq13为调节芯片uq2的ss引脚慢启动时间的电容，cq13电容值的计算公式tss(mm)＝css(nf)
×
vref(v)/iss(μa)；电容cq17、cq22，电阻rq10、rq12组合为芯片uq2的comp补偿引脚的补偿器件电路；电容cq8是芯片uq2的boot和ph引脚的一个自举电容，并和电阻rq9组合成自举电路；芯片uq2的vsense引脚端为dc的输出口，并通过更换电阻r75、r76和r77阻值来改变输出的直流电压；
25.电感l3、电容cq9、c19、e6和e4为芯片uq2的后级电路的储能滤波电容，并组成了滤
波电路，为后级负载提供较优的直流电压。
26.电路具有指示灯电路，用于显示各个电路工作状态；
27.指示灯电路，包括输入18v电源指示灯电路、输出12v电源指示灯电路及输出18v电源指示灯电路；
28.输入18v电源指示灯电路包括串联在+18v及gnd之间的电阻r2及发光二极管dd4；
29.输出12v电源指示灯电路包括串联在m+12v及gnd之间的电阻r4及发光二极管dd3；
30.输出18v电源指示灯电路包括串联在+18vin及gnd之间的电阻r3及发光二极管dd2。
31.一种具有过流、过放保护的不间断电源装置控制方法，借助于权利要求1所述的装置，本方法步骤如下，
32.首先，在ac-dc模块输入单相22 0vac；然后，ac-dc模块将220vac转为18vdc并输出18vdc；其次，18vdc经充电电路为4节18650串联电池充电，充满电时电压为16.8v并输出16.8vdc；再次，16.8vdc或18vdc通过dc-dc模块电路输出，当ac-dc模块正常工作时，输出18vdc，当ac-dc模块不工作时，只输出电池电压16.8vdc，当后级电路电流超过设定阈值，dc-dc模块(mp5035)停止输出电压；之后，过放保护电路芯片uq2输入18vdc或16.8vdc转输出的12vdc；再次，当芯片uq2的输入电压不低于13v时，正常输出稳定的12vdc，如果输入电压低于13v时，芯片uq2停止工作进而停止输出12vdc，之后供电后级负载。
33.本实用新型设计合理、成本低廉、结实耐用、安全可靠、操作简单、省时省力、节约资金、结构紧凑且使用方便。本实用新型考虑全面，设计周到，解决了现有技术存在的问题，优化电路，信号稳定，功耗低。
附图说明
34.图1是本实用新型的电池充电电路示意图。
35.图2是本实用新型的dc-dc模块电路示意图。
36.图3是本实用新型的过放保护电路的电路示意图。
37.图4是本实用新型的ac-dc模块电路示意图。
38.图5是本实用新型的指示灯电路示意图。
39.图6是本实用新型的流程示意图。
40.图7是本实用新型的cq13电容值的计算公式示意图。
具体实施方式
41.如图1-7，本实用新型具有过流、过放保护的不间断电源装置中的过流保护电路包括ac-dc模块、充电电路及dc-dc模块；
42.ac-dc模块，用于外接市电并转为直流；
43.充电电路，用于给电池充电；
44.dc-dc模块，用于输出电流给负载，具有限流功能。
45.dc-dc模块配套有过放保护电路，用于保护输出电流；
46.电路具有指示灯电路，用于显示各个电路工作状态。
47.指示灯电路，包括输入18v电源指示灯电路、输出12v电源指示灯电路及输出18v电
源指示灯电路；
48.输入18v电源指示灯电路包括串联在+18v及gnd之间的电阻r2及发光二极管dd4；
49.输出12v电源指示灯电路包括串联在m+12v及gnd之间的电阻r4及发光二极管dd3；
50.输出18v电源指示灯电路包括串联在+18vin及gnd之间的电阻r3及发光二极管dd2；
51.dc-dc模块，包括芯片u4；芯片u4，脚3接地，脚2一路通过并联电容e3、e2、c14接地，另一路接+18vin；脚1一路通过电容c65接地，一路接入分压电阻r1，脚6通过电容c1接地，脚5接m点，脚4通过并联电阻rl1、rl2接地，脚5通过电容c15接地；接口j2脚2接地，脚1接入+18vin；
52.分压电阻r1一路通过二极管da1接入对应的+18v，通过二极管da2接入对应的m+12v；一路通过电容c66接m点；m点分别通过电容e1接地，通过二极管d3接入+18v，通过二极管d2接入bat+16.8；m点为测试点d3.5mm；
53.芯片u4采用mp5035；
54.dc-dc模块利用了mp5035芯片的输出可调限流的特性，从而对后级负载进行限流，到达保护作用；
55.dc-dc模块配套有过放保护电路；
56.j1,j2都可以连接负载的，j1为主，输出直流电压为12v，是为需12v的外部设备供电；j2是辅，输出直流电压为18v。芯片u4输出电压接18v后级负载。
57.过放保护电路包括芯片uq2，在芯片uq2中，脚2一路接入+18vin，一路通过并联电容cq12、c38后接地，脚3通过电容cq33接地，脚3通过电阻rq80接入+18vin，脚3通过电阻rq81接地，脚4通过电容cq13接地，脚6通过电容cq17接地，脚6通过串联电容cq22、rq10、rq12接地；脚8通过电容cq8及电阻rq9接脚1，脚8接电感l3输入端，脚7通过电阻r75接脚5；电感l3输入端通过反接二极管dq1接脚7；脚7接地，脚5通过串联电阻r76、r77接电感l3输出端；脚7分别通过二极管dq1接电感l3输入端，通过电容cq9接电感l3输出端；
58.电感l3输出端通过二极管dq22输出m+12v，m+12v通过并联电容c19、e6、e4及二极管d4接地，m+12v接有tq2-12v及接口j1脚1，接口j1脚2接地；
59.过放保护电路利用芯片uq2(tps54331dr-ti芯片)的输入启动停止电压值可调的特性，从而对前级电池放电至某电压值致使tps54331dr-ti芯片停止工作，避免放电量过多导致电池完全放电，通过电阻及电容实现合理限流分压，通过电感电容实现滤波，通过二极管单向导流，通过二极管实现稳压，从而实现了电源合理输出。
60.作为开关电源的ac-dc模块，包括芯片ddu1，脚2、3外接接口j3，用于接入市电220v，脚2、3之间接压敏电阻rn1；脚4、8之间并联电容c46、e5及二极管d1；脚4输出+18v及t-18v测试点d1mm；
61.电池的充电电路包括芯片ug1，其脚2，一路通过并联的电容cq7、c11接地，一路通过并联电感l2、l4、l5接输入+18v；在脚2与脚18之间接有电阻r86；脚18通过串联电阻r96、r96接地，+18va通过串联电阻r82、发光二极管dd1接脚16，脚15通过并接电容cq10接地，脚17分别通过电阻r84接入+18va,脚8接入电源vdd,脚14通过r89接入电源vdd，脚10通过隔离电阻r70接地，脚9接地，脚8通过电阻r69接隔离电阻r70，脚7通过电容cq4接脚4；脚13通过电阻r91接电感l1输入端，电感l1输出端接脚4，电感l1输入端通过电阻r94接电池充电bat+
端，脚12通过电阻r95后，一路通过并联电容cq5、c16-18后接地及电池充电负极端，一路接bat+端，脚9通过电阻r68接电阻r69接vdd；
62.电池充电bat+端接dc-dc模块；
63.实现过程是当220vac经过ac转dc的fa30-220s18h2d4电源模块将220vac转成18vdc；18vdc通过充电电路对4节18650串联电池充电，然后，电池输出电压(16.8v)和18vdc通过二极管并联接入mp5035芯片进行限流后输出18vin-dc(当220vac正常供电时，接入mp5035芯片的电压为18vdc；
64.当220vac未供电时，接入mp5035芯片的电压为4节18650串联电池电压)，经限流后的18vin-dc接入tps54331dr-ti芯片输入端，由tps54331dr-ti芯片转换输出一定范围变化的可调电压(此不间断电源的tps54331dr-ti转换电压为12v)为后级负载进行供电，同时，tps54331dr-ti芯片的输入启动停止电压值可以由串入的电阻进行调节，从而限定电池不发生过放电情况有效保护电池，延长电池寿命。
65.当220vac经过ac转dc的fa30-220s18h2d4电源模块将220vac转成18vdc，18vdc通过电池充电电路对4节18650串联电池充电，然后电池输出电压(bat+16.8v)和18vdc并联接入mp5035芯片进行限流后输出18vin-dc；
66.在图中标号bat+是4节18650串联电池的电压；18vdc是220vac经过ac转dc的fa30-220s18h2d4电源模块将220vac转成的18v直流电压；通过两个d2、d3防护二极管经过e1和c15的两个滤波电容接入u4(mp5035)芯片引脚vin端；经u4引脚source端输出限流后+18v的直流电压，经过e2、e3、c14电容滤波后接入uq2引脚vin端；u4引脚ilimit端为限流调节端，并是由改变rl1和rl2的阻值来调节限流值，计算公式为：rl＝rl1
×
rl2/(rl1+rl2)、ilimt＝(0.58/rl)
×
1940；u4引脚en为电源控制口，高电平使能，并由fa30-220s18h2d4电源模块输出的18vdc或uq2
67.(tps54331dr-ti)转换输出的12vdc，经过da1和da2并联的防护二极管串联限流r1使en使能，c65为使能电压的滤波电容；c1为调节u4转换速率的电容。
68.经过u4限流后的+18v经过cq12和c38电容滤波后接入uq2的vin引脚端；经过u4限流后+18v并经过rq80和rq81限流分压后为uq2的en使能引脚提供有效的电压，此处的rq80和rq81的电阻值决定了uq2的启动停止电压值(其计算公式为:rq80＝(v启动-v停止)/3ua，rq81＝1.25/(((v启动-1.25)/rq80)+1ua))，从而决定电池电压放电至低于多少电压值时，致使tps54331dr-ti芯片停止工作，电池也不再放电，从而对电池进行有效的保护；
69.cq13为调节uq2的ss引脚慢启动时间(设为1ms-10ms范围内)的电容(计算公式为图所示，此电容值不超过27nf)；cq17、cq22、rq10和rq12组合为uq2的comp补偿引脚的补偿器件电路；cq8是uq2的boot和ph引脚的一个自举电容，并和rq9组合成自举电路；uq2的vsense引脚端为dc的输出口(在此不间断电源中此处输出电压为12v)，并可以通过更换r75、r76和r77阻值来改变此处输出的直流电压；dq1、dq2和d4是uq2的后级电路的反向防护二极管；l3、cq9、c19、e6和e4为uq2的后级电路的储能滤波电容，并组成了滤波电路，为后级负载提供较优的直流电压(例如：12vdc)。
70.图7是cq13电容值的计算公式。
71.本实用新型步骤如下，
72.首先，单相220vac输入；然后，ac-dc模块将220vac转为18vdc并输出18vdc；其次，
18vdc经充电电路为4节18650串联电池充电，充满电时电压为16.8v并输出16.8vdc；再次，16.8vdc或18vdc通过dc-dc模块电路输出，当ac-dc模块正常工作时，输出18vdc，当ac-dc模块不工作时，只输出电池电压16.8vdc，当后级电路电流超过设定阈值，dc-dc模块(mp5035)停止输出电压；之后，过放保护电路tps54331dr-ti(dc-dc芯片，输入18vdc或16.8vdc转输出12vdc)电路；再次，当tps54331dr-ti的输入电压不低于13v时，此处正常输出稳定的12vdc，如果输入电压低于13v时tps54331dr-ti停止工作进而停止输出12vdc，之后供电后级负载。
73.本实用新型充分描述是为了更加清楚的公开，而对于现有技术就不再一一列举。
74.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；作为本领域技术人员对本实用新型的多个技术方案进行组合是显而易见的。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围。本实用新型未详尽描述的技术内容均为公知技术。