CN202918041U - 电子设备的后备供电电路 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种电子设备的后备供电电路，其通过输入节点连接到电源，并通过输出节点连接到该电子设备的负载元件，该后备供电电路包括：储能电容器，连接到充放电节点，存储后备电能以维持该充放电节点处的电压；升压电路，连接在该输入节点与该充放电节点之间，将电源电压升压以将该储能电容器充电；以及降压电路，连接在该充放电节点与该输出节点之间，将该充放电节点处的电压降压以产生后备供电电压，其特征在于，进一步包括：第一开关元件，连接在该输入节点与该输出节点之间，在电源正常时接通，并在电源故障时断开；以及第二开关元件，连接在该降压电路与该输出节点之间，在电源正常时断开，并在电源故障时接通。

Description

电子设备的后备供电电路
技术领域
本实用新型涉及电子设备的后备供电电路，而且具体地，涉及使用储能电容器的后备供电电路。
背景技术
诸如可编程逻辑控制器（PLC）、人机界面（HMI）等许多电子设备需要后备供电电路，以便能够在电源故障时保存数据。
图1是常规后备供电电路100的框图。参照图1，后备供电电路100包括升压电路101、储能电容器Cst、降压电路103、和电源故障检测单元105。
升压电路101将通过输入节点输入的电源电压（例如，5V）升压为较高的电压（例如，24V），并输出到充放电节点以对储能电容器Cst进行充电。降压电路103将充放电节点处的较高的电压（例如，24V）降压为工作电压（例如，5V），并通过输出节点输出到电子设备的负载元件。
电源故障检测单元105检测输入节点处的电源故障，并产生指示电源故障检测结果的电源故障检测信号以通知电子设备。从而，当发生电源故障时，电子设备的负载元件（例如，PLC的中央处理器（CPU））可以利用存储在储能电容器Cst中的后备电能执行数据保存操作。
由于储能电容器Cst通常为大容量电容器，在开机时，升压电路101需要很大的电流用于对其充电。同时，电子设备的全部负载元件的工作电流也需要通过升压电路101。因此，需要将升压电路101设计为产生大电流，这提高了成本。另外，该设计在开机时在输入节点处产生冲击电流，将影响***的安全。为了安全起见，需要添加保护电路，这也将带来额外的成本。
实用新型内容
本实用新型针对现有的后备供电电路的上述缺陷，提供增强安全性并减低成本的后备供电电路。
根据本实用新型的一方面，提供一种电子设备的后备供电电路，其通过输入节点连接到电源，并通过输出节点连接到该电子设备的负载元件，该后备供电电路可以包括：储能电容器，连接到充放电节点，存储后备电能以维持该充放电节点处的电压；升压电路，连接在该输入节点与该充放电节点之间，将电源电压升压以将该储能电容器充电；以及降压电路，连接在该充放电节点与该输出节点之间，将该充放电节点处的电压降压以产生后备供电电压，该后备供电电路可以进一步包括：第一开关元件，连接在该输入节点与该输出节点之间，在电源正常时接通，并在电源故障时断开；以及第二开关元件，连接在该降压电路与该输出节点之间，在电源正常时断开，并在电源故障时接通。
根据实施例，第一开关元件可以包括正向连接的第一二极管，该后备供电电压可以电源电压，二者电压差大于第一二极管的正向压降，第二开关元件可以包括正向连接的第二二极管，该后备供电电压高于所述负载元件执行数据保存操作的最低工作电压，二者电压差大于第二二极管的正向压降。
根据实施例，该升压电路可以进一步包括限流电路，其限制该储能电容器的充电电流。
该后备供电电路可以进一步包括电源故障检测单元，其连接到该输入节点以检测电源故障，并产生指示电源故障检测结果的电源故障检测信号。
根据实施例，该电子设备可以是可编程逻辑控制器，所述负载元件可以包括中央处理器，其在该电源故障检测信号指示电源故障时利用该后备供电电压执行数据保存操作。
根据实施例，第一开关元件和第二开关元件的至少一个可以包括受控开关元件，其根据该电源故障检测信号执行开关操作。
本实用新型的后备供电电路针对现有技术中的后备供电电路的缺点，通过将充放电支路（后备供电支路）与直接供电支路分离并限制充电电流来提高安全性并减低***的成本。
附图说明
通过下面结合附图对示范性实施例的详细描述，将更好地理解本实用新型。应当清楚地理解，所描述的示范性实施例仅仅是作为说明和示例，而本实用新型不限于此。本实用新型的精神和范围由所附权利要求书的具体内容限定。下面描述附图的简要说明，其中：
图1是常规后备供电电路的框图；
图2是根据本实用新型的实施例的后备供电电路的框图；以及
图3是根据本实用新型的实施例的后备供电电路中的升压电路的框图。
具体实施方式
考虑到后备供电电路在开机时的冲击电流主要由储能电容器的充电电流产生，本实用新型使用单独的直接供电支路，并限制充放电支路中的充电电流。
图2是根据本实用新型的实施例的后备供电电路200的框图。参照图2，后备供电电路200包括与常规后备供电电路100中的升压电路101、储能电容器Cst、降压电路103、和电源故障检测单元105类似的升压电路201、储能电容器Cst、降压电路203、和电源故障检测单元205。后备供电电路200与常规后备供电电路100的区别在于，使用在输入节点与输出节点之间正向连接的第一二极管（D1）形成直接供电支路，并在降压电路203与输出节点之间添加正向连接的第二二极管（D2）。
本实施例中，可以将从降压电路203输出的后备供电电压设计为低于电源电压（二者电压差大于D1的正向压降），且高于负载元件执行数据保存操作的最低工作电压（二者电压差大于D2的正向压降）。
当电源正常时，D1导通，输出节点处的电压高于后备供电电压，使得D2截止。此时，通过直接供电支路对负载元件供电。同时，通过充放电支路对储能电容器Cst进行充电。
当电源故障时，D1截止，D2导通。此时，可以通过充放电支路对负载元件供电以便执行数据保存操作。
虽然本实施例中使用二极管来实现直接供电支路和充放电支路的开关，但本实用新型不限于此。也可以使用其他类型的开关元件根据电源状态进行开关。例如，可以使用根据电源故障检测单元205输出的电源故障检测信号操作的受控开关元件来代替第一二极管和第二二极管的至少一个。
为了避免开机时储能电容器Cst的充电电流过大造成输入节点处的冲击电流，根据本实用新型的实施例，参见图3，升压电路201可以进一步包括限流电路211，其限制储能电容器Cst的充电电流。
在本实用新型的后备供电电路中，在电源正常时通过直接供电支路对负载供电，从而可以单独限制充放电支路的电流，提高了安全性，而且省去了保护电路的成本。由于储能电容器的充电电流减小，需要的充电时间可能增加，电子设备启动和自检通常需要若干秒时间，可以在此期间同时完成充电。另外，升压电路的小电流设计也能够降低***的成本。
虽然已经图示和描述本实用新型的示范性实施例，但是本领域技术人员可以理解，随着技术的进步，可以作出各种变更和修改并可以用等价物替换其元素而不背离本实用新型的真实范围。

Claims (6)

1.一种电子设备的后备供电电路，其通过输入节点连接到电源，并通过输出节点连接到该电子设备的负载元件，该后备供电电路包括：
储能电容器，连接到充放电节点，存储后备电能以维持该充放电节点处的电压；
升压电路，连接在该输入节点与该充放电节点之间，将电源电压升压以将该储能电容器充电；以及
降压电路，连接在该充放电节点与该输出节点之间，将该充放电节点处的电压降压以产生后备供电电压，
其特征在于，进一步包括：
第一开关元件，连接在该输入节点与该输出节点之间，在电源正常时接通，并在电源故障时断开；以及
第二开关元件，连接在该降压电路与该输出节点之间，在电源正常时断开，并在电源故障时接通。
2.如权利要求1所述的后备供电电路，其特征在于，第一开关元件包括正向连接的第一二极管，该后备供电电压低于电源电压，二者电压差大于第一二极管的正向压降，而且
第二开关元件包括正向连接的第二二极管，该后备供电电压高于所述负载元件执行数据保存操作的最低工作电压，二者电压差大于第二二极管的正向压降。
3.如权利要求1所述的后备供电电路，其特征在于，该升压电路进一步包括限流电路，其限制该储能电容器的充电电流。
4.如权利要求1所述的后备供电电路，其特征在于，进一步包括电源故障检测单元，其连接到该输入节点以检测电源故障，并产生指示电源故障检测结果的电源故障检测信号。
5.如权利要求4所述的后备供电电路，其特征在于，该电子设备是可编程逻辑控制器，所述负载元件包括中央处理器，其在该电源故障检测信号指示电源故障时利用该后备供电电压执行数据保存操作。
6.如权利要求4所述的后备供电电路，其特征在于，第一开关元件和第二开关元件的至少一个包括受控开关元件，其根据该电源故障检测信号执行开关操作。
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