CN202616886U - 具有过压保护功能的升压储能电路 - Google Patents

具有过压保护功能的升压储能电路 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种过压保护功能的储能电路，包括电流互感器、整流桥、保护电压判断驱动电路及开关、单通道元件、储能元件、下限电压判断驱动电路及开关和直流升压电路，所述电流互感器的输入端挂接于交流电缆上，所述电流互感器的输出端顺序串联所述整流桥、所述单通道元件、所述下限电压判断驱动电路及开关和所述直流升压电路，所述直流升压电路的输出端联接用户负载，所述整流桥与所述单通道元件之间并联所述保护电压判断驱动电路及开关，所述单通道元件与所述下限电压判断驱动电路及开关之间并联所述储能元件。本实用新型自供电电源不再使用电池，并采用了降低功耗的优化设计，使产品功耗低至25μA，满足了“低功耗”或“微功耗”的要求。

Description

具有过压保护功能的升压储能电路
技术领域
本实用新型涉及一种储能电路，具体涉及一种具有过压保护功能的升压储能电路。
背景技术
现有的电路故障指示器技术主要基于为以CPU为核心的数据采集***精确地采集电流数据、高效率地运算处理数据，这就必须为本***提供能源保障，随着电力***用户对绿色能源产品要求的日益迫切，要求推出“低功耗”、“微功耗”以至“零功耗”产品，现有的电路故障指示器中的直流稳压电源技术已不能满足上述要求，而满足上述要求的产品目前还处于起步阶段。
实用新型内容
为了克服现有直流稳压电源技术不能满足“低功耗”、“微功耗”以至“零功耗”的产品要求，本实用新型的目的在于提供一种具有过压保护功能的升压储能电路。
本实用新型的技术方案是：一种具有过压保护功能的升压储能电路，包括：电流互感器、整流桥、保护电压判断驱动电路及开关、单通道元件、储能元件、下限电压判断驱动电路及开关和直流升压电路，所述电流互感器的输入端挂接于交流电缆上，所述电流互感器的输出端顺序串联所述整流桥、所述单通道元件、所述下限电压判断驱动电路及开关和所述直流升压电路，所述直流升压电路的输出端联接用户负载，所述整流桥与所述单通道元件之间并联所述保护电压判断驱动电路及开关，所述单通道元件与所述下限电压判断驱动电路及开关之间并联所述储能元件。
所述储能元件优选为超级电容。
所述整流桥优选为全桥整流模块。
所述单通道元件优选为肖特基二极管。
所述保护电压判断驱动电路及开关可以包括：比较器、反相器、3只高电位导通的开关管和2只分压电阻，所述整流桥的直流输出端可以串联2只所述分压电阻和高电位导通的开关管A的漏极，2只所述分压电阻之间可以并联所述比较器的正输入端，所述比较器的输出端可以联接所述反相器的输入端，所述反相器的输出端优选设有两条支路，一条支路与所述开关管A的栅极联接，另一条支路与高电位导通的开关管B的栅极联接，所述高电位导通的开关管B的漏极可以与高电位导通的开关管C的栅极联接，所述高电位导通的开关管C的漏极可以联接直流输出端，3只所述高电位导通的开关管的源极分别接地，所述高电位导通的开关管C为保护电压开关。
所述下限电压判断驱动电路及开关可以包括：比较器、反相器、3只高电位导通的开关管、1只低电位导通的开关管和2只分压电阻，直流电路可以串联2只所述分压电阻和高电位导通的开关管A的漏极，所述高电位导通的开关管A的源极接地，2只所述分压电阻之间可以并联所述比较器的正输入端，所述比较器的输出端可以联接所述反相器的输入端，所述反相器的输出端优选设有两条支路，一条支路与所述高电位导通的开关管A的栅极联接，另一条支路并联高电位导通的开关管B和低电位导通的开关管的栅极, 所述高电位导通的开关管B和所述低电位导通的开关管的漏极可以并联高电位导通的开关管C的栅极, 所述高电位导通的开关管B的源极接地，所述低电位导通的开关管的源极可以联接直流电路，所述高电位导通的开关管C的源极和漏极分别联接直流电路，所述高电位导通的开关管C为下限电压开关。
所述直流升压电路可以包括：高电位导通的开关管、控制所述高电位导通的开关管通断的控制器、电感、单通道元件和电容，优选所述电感与所述单通道元件串联后的输出为所述储能电路对外部的供电端，所述电感的输入端可以联接所述下限电压判断驱动电路及开关的输出端，所述电感与所述单通道元件之间并联所述高电位导通的开关管的漏极，所述高电位导通的开关管的源极接地，所述高电位导通的开关管的栅极联接所述控制器的控制输出端，所述单通道元件的输出端与供电端之间并联所述电容。
所述高电位导通的开关管优选为N沟道MOSFT管。
所述低电位导通的开关管优选为P沟道MOSFT管。
本实用新型的有益效果为：
1.    本实用新型采用电磁感应供电，自供电电源不再使用电池；
2.    各元器件都可以采用低功耗元器件，对容易导致功耗提高的部分电路，可以采用降低功耗的优化设计，使产品功耗低至25uA，满足“低功耗”或“微功耗”的要求；
3.    保护电压判断电路用于保护后续电路免受负载或瞬间高压的破坏，通过控制电路保护开关元件来实现，当电压超过用于设置的过压门限时，高电平驱动电路保护开关元件的栅极，电路保护开关元件将过压输入大地达到保护后续电路不被高压损坏；
4.    本实用新型采用按电路所需的一定变比制造的电流互感器，具有高效能量转换特性，使用该电流互感器，在电缆电流为5A的工作电流情况下，仍然可以有效地从电缆采集到供给设备正常运行的能源，大大提高了有效能量采集电流的有效范围；
5.    本实用新型的储能元件采用超级电容，使通过电缆采集的能量可以更高量级地存储在超级电容中，使负载在电缆电流低或电缆无电时，也能有效地工作。
附图说明
图1是本实用新型的一种实施例的电路原理图；
图2是图1中的交流转直流及储能电路的原理图；
图3是图1中的超压保护电路的原理图；
图4是图1中的下限电压判断电路的原理图；
图5是图1中的直流升压电路的原理图。
具体实施方式
参见图1至图5，本实用新型提供了一种具有过压保护功能的升压储能电路，包括：电流互感器1、整流桥2、保护电压判断驱动电路及开关5、单通道元件3、储能元件6、下限电压判断驱动电路及开关7和直流升压电路4，所述电流互感器的输入端挂接于交流电缆上，所述电流互感器的输出端顺序串联有所述整流桥、所述单通道元件、所述下限电压判断驱动电路及开关和所述直流升压电路，所述直流升压电路的输出端联接用户负载，所述全桥整流与所述单通道元件之间并联所述保护电压判断驱动电路及开关，所述单通道元件与所述下限电压判断驱动电路及开关之间并联所述储能元件。所述电流互感器在电缆上经电磁感应采集到交流电，经所述整流桥转换成直流电流对所述储能元件进行充电。通过电缆采集的能量更高量级地存储在所述储能元件中，使设备在电缆电流低或电缆无电时，也能有效的工作。采用全桥整流的方式，使得电流的转换效率最高，是优化设计达到降低功耗的一部分。本实用新型采用电磁感应供电，自供电电源不再使用电池。
所述储能元件优选为超级电容，所述整流桥优选为全桥整流模块，所述单通道元件优选为肖特基二极管。
所述保护电压判断驱动电路及开关由比较器9、反相器10、3只N沟道MOS管和2只分压电阻8组成,直流输出通过串联的2只所述分压电阻8和高电位导通的开关管A11的漏极，所述高电位导通的开关管A的源极接地，在2只所述分压电阻之间联接所述比较器的正输入端，所述比较器的输出端联接所述反相器的输入端，所述反向器的输出端设有两条支路，一条支路与所述高电位导通的开关管A的栅极联接，另一条支路与高电位导通的开关管B12的栅极连接，所述高电位导通的开关管B的源极接地，漏极联接高电位导通的开关管C13的栅极，所述高电位导通的开关管的源极接地，漏极接在直流输出端上。当电压超过用户设置的过压门限时，高电平驱动所述高电位导通的开关管C的栅极，所述高电位导通的开关管C将过压输入大地，达到保护后续电路免受甩负载或瞬间高压损毁，使本实用新型能够可靠运行。
所述下限电压判断驱动电路及开关包括：比较器15、反相器16、3只高电位导通的开关管、1只低电位导通的开关管17和2只分压电阻14，直流电路通过串联的2只所述分压电阻和高电位导通的开关管A18的漏极，所述高电位导通的开关管A的源极接地，在2只所述分压电阻之间并联所述比较器15的正输入端，所述比较器15的输出端联接所述反相器16的输入端，所述反相器16的输出端有两条支路，一条支路与所述高电位导通的开关管A的栅极联接，另一条支路并联所述低电位导通的开关管和高电位导通的开关管B19的栅极,所述高电位导通的开关管B和所述低电位导通的开关管的漏极并联高电位导通的开关管C20的栅极,所述高电位导通的开关管B的源极接地，所述低电位导通的开关管的源极联接直流电路，所述高电位导通的开关管C的源极和漏极分别联接直流电路。输入的直流电压和所设置的可用电压值Vref经所述比较器比较，达到可用电压值后，所述比较器输出高电平，所述反相器输出低电平有效，所述高电位导通的开关管A为高阻态，所述低电位导通的开关管和高电位导通的开关管B平衡输入电压值，输出为高电平，所述高电位导通的开关管C接通主回路，从而达到主回路设定最低接通电压的目的。
所述直流升压电路包括：高电位导通的开关管24、控制所述高电位导通的开关管通断的控制器23、电感21、单通道元件22和电容25，所述单通道元件优选为肖特基二极管，所述电感与所述单通道元件串联后的输出为所述储能电路对外部的供电端，所述电感的输入端联接所述下限电压判断电路驱动开关的输出端，所述电感与所述单通道元件之间并联所述高电位导通的开关管的漏极，所述高电位导通的开关管的源极接地，所述高电位导通的开关管的栅极联接所述控制器的控制输出端，所述单通道元件的输出端与供电端之间并联所述电容。所述控制器驱动所述高电位导通的开关管导通，从而使所述电感中的电流缓慢线性增加，则所述电感中储存能量通过所述电感和高电位导通的开关管返回到电源负端，同时对所述电容进行充电，使输出电压Vout比输入电压Vin值升高。
所述高电位导通的开关管优选为N沟道MOSFT管，所述低电位导通的开关管优选为P沟道MOSFT管。
本实用新型升压控制电路基于电感升压变换器，可由超低的0.7V电压升到可供单片机正常工作的电压，其主要优点如下：一是效率高，高达90％，比电容升压变换器约高20％。二是静态电流低至16uA，其内部含有同步整流器。三是具有峰值电流抑制，可抑制0.5A。
本实用新型的所有元器件都优选采用低功耗元器件，对容易导致功耗提高的部分电路，开发采用降低功耗的优化设计，使产品功耗低至25uA，满足了“低功耗”或“微功耗”的要求。

Claims (10)

1.一种具有过压保护功能的升压储能电路，其特征在于包括：电流互感器、整流桥、保护电压判断驱动电路及开关、单通道元件、储能元件、下限电压判断驱动电路及开关和直流升压电路，所述电流互感器的输入端挂接于交流电缆上，所述电流互感器的输出端顺序串联所述整流桥、所述单通道元件、所述下限电压判断驱动电路及开关和所述直流升压电路，所述直流升压电路的输出端联接用户负载，所述整流桥与所述单通道元件之间并联所述保护电压判断驱动电路及开关，所述单通道元件与所述下限电压判断驱动电路及开关之间并联所述储能元件。
2.根据权利要求1所述的具有过压保护功能的升压储能电路，其特征在于所述储能元件为超级电容。
3.根据权利要求1所述的具有过压保护功能的升压储能电路，其特征在于所述整流桥为全桥整流模块。
4.根据权利要求1所述的具有过压保护功能的升压储能电路，其特征在于所述单通道元件为肖特基二极管。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的具有过压保护功能的升压储能电路，其特征在于所述保护电压判断驱动电路及开关包括：比较器、反相器、3只高电位导通的开关管和2只分压电阻，所述整流桥的直流输出端串联2只所述分压电阻和高电位导通的开关管A的漏极，2只所述分压电阻之间并联所述比较器的正输入端，所述比较器的输出端联接所述反相器的输入端，所述反相器的输出端设有两条支路，一条支路与所述开关管A的栅极联接，另一条支路与高电位导通的开关管B的栅极联接，所述高电位导通的开关管B的漏极与高电位导通的开关管C的栅极联接，所述高电位导通的开关管C的漏极联接直流输出端，3只所述高电位导通的开关管的源极分别接地，所述高电位导通的开关管C为保护电压开关。
6.根据权利要求5所述的具有过压保护功能的升压储能电路，其特征在于所述高电位导通的开关管为N沟道MOSFT管。
7.根据权利要求1、2、3或4所述的具有过压保护功能的升压储能电路，其特征在于所述下限电压判断驱动电路及开关包括：比较器、反相器、3只高电位导通的开关管、1只低电位导通的开关管和2只分压电阻，直流电路串联2只所述分压电阻和高电位导通的开关管A的漏极，所述高电位导通的开关管A的源极接地，2只所述分压电阻之间并联所述比较器的正输入端，所述比较器的输出端联接所述反相器的输入端，所述反相器的输出端设有两条支路，一条支路与所述高电位导通的开关管A的栅极联接，另一条支路并联高电位导通的开关管B和低电位导通的开关管的栅极, 所述高电位导通的开关管B和所述低电位导通的开关管的漏极并联高电位导通的开关管C的栅极, 所述高电位导通的开关管B的源极接地，所述低电位导通的开关管的源极联接直流电路，所述高电位导通的开关管C的源极和漏极分别联接直流电路，所述高电位导通的开关管C为下限电压开关。
8.根据权利要求7所述的具有过压保护功能的升压储能电路，其特征在于所述高电位导通的开关管为N沟道MOSFT管，所述低电位导通的开关管为P沟道MOSFT管。
9.根据权利要求1、2、3或4所述的具有过压保护功能的升压储能电路，其特征在于所述直流升压电路包括：高电位导通的开关管、控制所述高电位导通的开关管通断的控制器、电感、单通道元件和电容，所述电感与所述单通道元件串联后的输出为所述储能电路对外部的供电端，所述电感的输入端联接所述下限电压判断驱动电路及开关的输出端，所述电感与所述单通道元件之间并联所述高电位导通的开关管的漏极，所述高电位导通的开关管的源极接地，所述高电位导通的开关管的栅极联接所述控制器的控制输出端，所述单通道元件的输出端与供电端之间并联所述电容。
10.根据权利要求9 所述的具有过压保护功能的升压储能电路，其特征在于所述高电位导通的开关管为N沟道MOSFT管。
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