CN207117296U - 掉电上报电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种掉电上报电路，属于电路技术领域。其包括充电电路(1)、法拉第电容电路(2)、升压电路(3)和掉电检测及控制电路(4)，充电电路(1)同时连接于法拉第电容电路(2)和掉电检测及控制电路(4)；升压电路(3)也同时连接于法拉第电容电路(2)和掉电检测及控制电路(4)。其在法拉第电容电路(2)中仅应用单只法拉第电容即可为掉电上报过程中应用的通信模块进行可靠的供电，并且，电路结构简单、成本低。

Description

掉电上报电路

技术领域

本实用新型涉及电路技术领域，特别是涉及一种掉电上报电路。

背景技术

当电网故障或者电表异常导致突发掉电后，需要针对该电网故障或者电表异常的事件进行上报，相关责任人员在接到上报的电网故障或者电表异常的信息后，才有可能对该故障或者异常进行排查和维修。对该电网故障或者电表异常进行上报的过程通常需要通过通信模块执行。

由于应用的电表储能单元只提供给自身供电，所以，为了实现对该电网故障或者电表异常的上报工作，还需要针对通信模块增加储能单元。现有技术中，通常应用充电电池为通信模块增加的储能单元进行充电，但是，由于充电电池的充放电过程一般属于化学反应，其充放电的过程具有次数限制，并且，通常应用的充电电池的体积和重量都相对较大，而此处应用的通信模块需要应用12V电压供电，并且需要满足一定时间内的功率输出，例如，针对BPLC通信模块掉电后需要能够满足30s的供电时间，以及1.5W的功率要求，因此，充电电池通常并不适合应用于掉电上报电路的充放电过程时，对通信模块供电。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种掉电上报电路，其能够为掉电上报过程中应用的通信模块进行可靠的供电，并且，电路结构简单、成本低，从而更加适于实用。

为了达到上述目的，本实用新型提供的掉电上报电路的技术方案如下：

本实用新型提供的掉电上报电路包括充电电路(1)、法拉第电容电路(2)、升压电路(3)和掉电检测及控制电路(4)，

所述充电电路(1)同时连接于所述法拉第电容电路(2)和所述掉电检测及控制电路(4)；

所述升压电路(3)也同时连接于所述法拉第电容电路(2)和所述掉电检测及控制电路(4)；

其中，

所述法拉第电容电路(2)包括单只法拉第电容。

本实用新型提供的掉电上报电路还可采用以下技术措施进一步实现。

作为优选，所述充电电路(1)包括电阻R40、三极管V1、电阻 R44、三极管V2、电阻R46、电阻R47、电阻R65、电容C43、稳压二极管TS1、电阻R50和电阻R66，

所述R40的一端同时连接VDD节点、三极管V2的发射极和R46 的一端，

所述电阻R40的另一端连接于所述三极管V1的发射极；

所述三极管V1的基极同时连接于所述三极管V2的集电极和所述电阻R44的一端；

所述电阻R44的另一端连接于所述掉电检测及控制电路(4)；

所述三极管V2的基极同时连接于所述电阻R46的另一端和所述电阻R47的一端；

所述电阻R47的另一端同时连接于所述稳压二极管TS1的阴极和所述电阻R65的一端；

所述电阻R65的另一端连接于所述电容C43的一端；

所述电容C43的另一端同时连接于所述稳压二极管TS1的阳极、所述电阻R50的一端和所述电阻R50的一端；

所述三极管V1的集电极和所述电阻R50的另一端同时连接于所述法拉第电容电路(2)；

所述稳压二极管TS1的阳极、所述电阻R66的另一端同时接地。

作为优选，所述法拉第电容电路(2)包括法拉第电容C40，

所述法拉第电容C40的一端同时连接于所述充电电路(1)和所述升压电路(3)；

所述法拉第电容C40的另一端接地的同时，还连接于所述升压电路(3)。

作为优选，所述升压电路(3)包括芯片U1、电感L1、电容C41、电阻R48、电阻R49、电容C42、电阻R45、稳压二极管VD8、电阻 R43、二极管VD7、电容C21、稳压二极管VD6和电容C41，

所述芯片U1的第一引脚SW引脚连接于所述电感L1的一端，

所述电感L1的另一端同时连接于所述法拉第电容电路(2)和所述电容C41的一端；

所述芯片U1的第二引脚GND引脚接地的同时，还连接于所述电容C41的另一端和所述法拉第电容电路(2)；

所述芯片U1的第三引脚FB引脚同时连接于所述电阻R48的一端、所述电阻R49的一端和所述电容C42的一端，

所述电阻R48的另一端接地，

所述电阻R49的另一端和所述电容C42的另一端同时连接于12V 电压输出端口；

所述芯片U1的第四引脚EN引脚同时连接于所述电阻R45的一端和所述掉电检测及控制电路(4)；

所述芯片U1的第五引脚IN引脚、所述芯片U1的第六引脚NC 引脚、所述电阻R45的另一端、所述电阻R43的一端连接后再同时连接于所述稳压二极管VD8的阴极，

所述稳压二极管VD8的阳极连接于VDD节点；

所述电阻R43的另一端、所述电容C21的一端、所述稳压二极管VD7的阴极、所述稳压二极管VD6的阴极连接后同时连接于12V 电压输出端口；

所述电容C21的另一端接地；

所述稳压二极管VD6的阳极连接于12V电压输入端口。

作为优选，所述掉电检测及控制电路(4)包括电阻R60、三极管V3、电阻R68、电阻R59、电阻R32、稳压二极管VD9、三极管V4、电阻R31、电阻R30和三极管V5，

所述电阻R60的一端同时连接于所述充电电路(1)、所述升压电路(3)和所述三极管V3的集电极，

所述电阻R60的另一端同时连接于DET_V节点和所述三极管 V5的集电极；

所述三极管V3的基极同时连接于所述电阻R68的一端和所述电阻R59的一端，

所述三极管V3的发射极在接地的同时，还连接于所述电阻R59 的另一端；

所述电阻R68的另一端连接于12V电压输入端口；

所述三极管V5的基极同时连接于所述电阻R31的一端和所述电阻R30的一端，

所述三极管V5的发射极在接地的同时，还连接于所述电阻R30 的另一端；

所述电阻R31的另一端连接于所述三极管V4的集电极；

所述三极管的基极同时连接于所述稳压二极管VD9的阳极和所述电阻R32的一端，

所述三极管V4的发射极在连接于VDD节点的同时，还连接于所述稳压二极管VD9的阴极；

所述电阻R32的另一端连接于12V电压输入端口。

本实用新型提供的掉电上报电路在应用的过程中，当电网和电表正常供电时，即使电表给通信模块的提供的电压低于12V，通信模块也只由电表提供12V供电电源，法拉电容C40及升压电路3不工作，以防止设备低电压情况下，供电***产生震荡。当掉电检测及控制电路4检测电表12V供电正常时，掉电检测及控制电路4控制打开充电电路1的使能，并关闭升压电路3的使能，此时由充电电路1给法拉第电容C40开始充电，直到电量充满，同时通过DET_V将12V电压输入端口正常供电状态通知电力线载波芯片。当电网故障或电表异常导致突发掉电时，通信模块由法拉第电容C40供电，但不提供给电表供电，此处是因为若通信模块的法拉第电容C40若同时通过12V 插针给电表供电，则可能会影响电表的掉电检测功能，同时电表的其他电路可能造成额外的能量消耗。当掉电检测及控制电路4检测电表 12V供电不正常时，掉电检测及控制电路4控制打开升压电路3的使能，并关闭充电电路1的使能，同时通过DET_V将IN12V掉电状态通知电力线载波芯片。因此，其能够为掉电上报过程中应用的通信模块进行可靠的供电，并且，电路结构简单、成本低。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本实用新型提供的掉电上报电路的原理图。

具体实施方式

本实用新型为解决现有技术存在的问题，提供一种掉电上报电路，其能够为掉电上报过程中应用的通信模块进行可靠的供电，并且，电路结构简单、成本低，从而更加适于实用。

为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的掉电上报电路，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，具体的理解为：可以同时包含有A与B，可以单独存在A，也可以单独存在B，能够具备上述三种任一种情况。

申请人经过深入地研究，发现，一般情况下，单只拉法电容的标称电压为2.65V左右，要实现12V的电压要求，目前已知的方案是通过多只法拉电容的串联将电压升高，但此方案的缺点，拉法电容串联后需要保证均衡才能实现最大容量以及***的安全。而均衡电路设计较复杂，并且可能会带来格外的功耗，对整个***的可靠性有影响。即使多个法拉电容串联实现高压如20V，再通过降压方案实现12V，一旦输入电压低于12V，则输出的12V也会跟着降低，无法稳压，除非再使用升降压电路，电路复杂，可靠性低，成本高和体积大。

但是，申请人经过更多的实践，发现，应用本实用新型提供的掉电上报电路，能够为掉电上报过程中应用的通信模块进行可靠的供电，并且，电路结构简单、成本低。

参见附图1，本实用新型实施例提供的掉电上报电路包括充电电路1、法拉第电容电路2、升压电路3和掉电检测及控制电路4。充电电路1同时连接于法拉第电容电路2和掉电检测及控制电路4；升压电路3也同时连接于法拉第电容电路2和掉电检测及控制电路4；其中，法拉第电容电路2包括单只法拉第电容。

本实用新型提供的掉电上报电路的原理如下：

当电网和电表正常供电时，即使电表给通信模块的提供的电压低于12V，通信模块也只由电表提供12V供电电源，法拉电容C40及升压电路3不工作，以防止设备低电压情况下，供电***产生震荡。当掉电检测及控制电路4检测电表12V供电正常时，掉电检测及控制电路4控制打开充电电路1的使能，并关闭升压电路3的使能，此时由充电电路1给法拉第电容C40开始充电，直到电量充满，同时通过DET_V将12V电压输入端口正常供电状态通知电力线载波芯片。

当电网故障或电表异常导致突发掉电时，通信模块由法拉第电容 C40供电，但不提供给电表供电，此处是因为若通信模块的法拉第电容C40若同时通过12V插针给电表供电，则可能会影响电表的掉电检测功能，同时电表的其他电路可能造成额外的能量消耗。当掉电检测及控制电路4检测电表12V供电不正常时，掉电检测及控制电路4 控制打开升压电路3的使能，并关闭充电电路1的使能，同时通过DET_V将IN12V掉电状态通知电力线载波芯片。

其中，充电电路1包括电阻R40、三极管V1、电阻R44、三极管V2、电阻R46、电阻R47、电阻R65、电容C43、稳压二极管TS1、电阻R50和电阻R66。R40的一端同时连接VDD节点、三极管V2 的发射极和R46的一端，电阻R40的另一端连接于三极管V1的发射极；三极管V1的基极同时连接于三极管V2的集电极和电阻R44的一端；电阻R44的另一端连接于掉电检测及控制电路4；三极管V2 的基极同时连接于电阻R46的另一端和电阻R47的一端；电阻R47 的另一端同时连接于稳压二极管TS1的阴极和电阻R65的一端；电阻R65的另一端连接于电容C43的一端；电容C43的另一端同时连接于稳压二极管TS1的阳极、电阻R50的一端和电阻R50的一端；三极管V1的集电极和电阻R50的另一端同时连接于法拉第电容电路 2；稳压二极管TS1的阳极、电阻R66的另一端同时接地。

本实施例中，充电电路1的原理如下：

其主要作用是当电表12V供电正常时给法拉电容C40进行充电，采用串联稳压电路结构实现恒压恒流充电；充电电路1分别由调整管 V1，限流电阻R40，控制三极管V2，上拉电阻R46，基准电压电路 TS1、R65、C43、R47，和采样电阻R66、R50组成。其中TS1使用具有良好热稳定性能的三端可调分流基准电源TL431。

本实施例提供的掉电上报电路中使用单只电压2.65V的法拉电容，其充电电路1输入电压VDD可以使用通信模块的3.3V或者5V 电源，也可使用电表的提供的12V电源，可以实现给不同电压和不同容量的拉电容充电，并可通过调整采样电阻R66、R50的值来设定充电电路的输出电压，通过设置限流电阻R47和R40的阻值可设定充电电路1的充电电流。R65和C43作为基准电压电路的频率补偿之用，可以提高TL431的瞬态频率响应。

其中，法拉第电容电路2包括法拉第电容C40。法拉第电容C40 的一端同时连接于充电电路1和升压电路3；法拉第电容C40的另一端接地的同时，还连接于升压电路3。

本实施例中，法拉电容2的原理如下：

其主要作用是进行储能，主要由C40法拉电容组成；法拉电容 C40的容量主要由要求输出功率W和供电时间T决定，根据公式可知：

需要的能量Q1＝W×T；

电容储能能量Q2＝0.5×C×U2；

设法拉电容的电压为U1，升压电路的最低工作电压U2，所以需要法拉电容从U1电压放电到U2时需要提供Q1的能量，则由W× T＝0.5×C×(U1-U2)×2，得出C＝(W×T)/[0.5×(U1-U2)×2]；若考虑升压电路3的效率为η，则需要容量至少为C/η。根据以上计算结果选择最为接近标准值的法拉电容C40。

其中，升压电路3包括芯片U1、电感L1、电容C41、电阻R48、电阻R49、电容C42、电阻R45、稳压二极管VD8、电阻R43、二极管VD7、电容C21、稳压二极管VD6和电容C41。芯片U1的第一引脚SW引脚连接于电感L1的一端，电感L1的另一端同时连接于法拉第电容电路2和电容C41的一端；芯片U1的第二引脚GND引脚接地的同时，还连接于电容C41的另一端和法拉第电容电路2；芯片U1的第三引脚FB引脚同时连接于电阻R48的一端、电阻R49的一端和电容C42的一端，电阻R48的另一端接地，电阻R49的另一端和电容C42的另一端同时连接于12V电压输出端口；芯片U1的第四引脚EN引脚同时连接于电阻R45的一端和掉电检测及控制电路4；芯片U1的第五引脚IN引脚、芯片U1的第六引脚NC引脚、电阻 R45的另一端、电阻R43的一端连接后再同时连接于稳压二极管VD8 的阴极，稳压二极管VD8的阳极连接于VDD节点；电阻R43的另一端、电容C21的一端、稳压二极管VD7的阴极、稳压二极管VD6 的阴极连接后同时连接于12V电压输出端口；电容C21的另一端接地；稳压二极管VD6的阳极连接于12V电压输入端口。

本实施例中，升压电路3的原理如下：

其主要作用是法拉电容的低电压升高到12V或要求设置值，采用boost升压电路结构实现电压升高；升压电路3分别由稳压电容C41、 C21，功率电感L1，续流二极管VD6、VD7，升压芯片U1，上拉电阻R45和反馈电路R48、R49、C42组成；其中U1使用SX1308升压芯片，也可使用相同升压功能的升压芯片。

通过调整电阻R49和和电阻R48的值可设定升压电路的输出电压值；稳压二极管VD6的作用是当电表掉电后，由升压电路输出 OUT12V电压只提供给通信模块供电，而不能给电表供电；电阻R43 的主要作用是兼容12V和通信模块的3.3V或者5V电源给升压芯片U1内部逻辑电路供电；此升压电路的优点是在保证升压芯片U1内部逻辑电路供电的前提下，升压电路的最低输入工作电压可以达到 0.8V以下，所以即使单个法拉电容电压较低时，通过此升压电路也可输出稳定的12V电压。

其中，掉电检测及控制电路4包括电阻R60、三极管V3、电阻 R68、电阻R59、电阻R32、稳压二极管VD9、三极管V4、电阻R31、电阻R30和三极管V5。电阻R60的一端同时连接于充电电路1、升压电路3和三极管V3的集电极，电阻R60的另一端同时连接于 DET_V节点和三极管V5的集电极；三极管V3的基极同时连接于电阻R68的一端和电阻R59的一端，三极管V3的发射极在接地的同时，还连接于电阻R59的另一端；电阻R68的另一端连接于12V电压输入端口；三极管V5的基极同时连接于电阻R31的一端和电阻R30 的一端，三极管V5的发射极在接地的同时，还连接于电阻R30的另一端；电阻R31的另一端连接于三极管V4的集电极；三极管的基极同时连接于稳压二极管VD9的阳极和电阻R32的一端，三极管V4 的发射极在连接于VDD节点的同时，还连接于稳压二极管VD9的阴极；电阻R32的另一端连接于12V电压输入端口。

本实施例中，掉电检测及控制电路4的原理如下：

其主要作用是实现电表掉电检测和模块热插拔检测，充电电路和升压电路的使能控制；控制电路分别由控制三极管V3、V4、V5，分压电阻R30、R31、R59、R67，限流电阻R32、R60和钳位二极管组成。

通过调整电阻R59和电阻R67的阻值可设定掉电门限电压值；当电表输出的IN12V电压掉电时，即IN12V电压低于设定掉电门限电压时，控制三极管V3的集电极对地关闭，此时控制充电电路1使能的关闭和升压电路3的使能打开；当电表输出的IN12V电压正常时，其电压高于设定掉电门限电压，控制三极管V3的集电极对地导通，此时控制充电电路1使能打开和升压电路3的使能关闭；并通过 DET_V将IN12V供电状态通知电力线载波芯片。

当IN12V电压低于设定掉电门限电压时，需要判断是否是因为通信模块拔出导致，以防止误掉电上报；通过将IN12V电压引入控制三极管的V4的基极，当IN12V电压低于VDD减去控制三极管V4 的VEB电压时，控制三极管V4的导通，通过R31和R30的分压，使控制三极管V5导通，将DET_V强制拉低，使升压电路3使能关闭，防止通信模块通过法拉电容C40供电，另外将DET_V状态通知载波芯片，禁止掉电上报，防止掉电误报。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种掉电上报电路，其特征在于，包括充电电路(1)、法拉第电容电路(2)、升压电路(3)和掉电检测及控制电路(4)，

所述充电电路(1)同时连接于所述法拉第电容电路(2)和所述掉电检测及控制电路(4)；

所述升压电路(3)也同时连接于所述法拉第电容电路(2)和所述掉电检测及控制电路(4)；

其中，

所述法拉第电容电路(2)包括单只法拉第电容。

2.根据权利要求1所述的掉电上报电路，其特征在于，所述充电电路(1)包括电阻R40、三极管V1、电阻R44、三极管V2、电阻R46、电阻R47、电阻R65、电容C43、稳压二极管TS1、电阻R50和电阻R66，

所述R40的一端同时连接VDD节点、三极管V2的发射极和R46的一端，

所述电阻R40的另一端连接于所述三极管V1的发射极；

所述三极管V1的基极同时连接于所述三极管V2的集电极和所述电阻R44的一端；

所述电阻R44的另一端连接于所述掉电检测及控制电路(4)；

所述三极管V2的基极同时连接于所述电阻R46的另一端和所述电阻R47的一端；

所述电阻R47的另一端同时连接于所述稳压二极管TS1的阴极和所述电阻R65的一端；

所述电阻R65的另一端连接于所述电容C43的一端；

所述电容C43的另一端同时连接于所述稳压二极管TS1的阳极、所述电阻R50的一端和所述电阻R50的一端；

所述三极管V1的集电极和所述电阻R50的另一端同时连接于所述法拉第电容电路(2)；

所述稳压二极管TS1的阳极、所述电阻R66的另一端同时接地。

3.根据权利要求1所述的掉电上报电路，其特征在于，所述法拉第电容电路(2)包括法拉第电容C40，

所述法拉第电容C40的一端同时连接于所述充电电路(1)和所述升压电路(3)；

所述法拉第电容C40的另一端接地的同时，还连接于所述升压电路(3)。

4.根据权利要求1所述的掉电上报电路，其特征在于，所述升压电路(3)包括芯片U1、电感L1、电容C41、电阻R48、电阻R49、电容C42、电阻R45、稳压二极管VD8、电阻R43、二极管VD7、电容C21、稳压二极管VD6和电容C41，

所述芯片U1的第一引脚SW引脚连接于所述电感L1的一端，

所述电感L1的另一端同时连接于所述法拉第电容电路(2)和所述电容C41的一端；

所述芯片U1的第二引脚GND引脚接地的同时，还连接于所述电容C41的另一端和所述法拉第电容电路(2)；

所述芯片U1的第三引脚FB引脚同时连接于所述电阻R48的一端、所述电阻R49的一端和所述电容C42的一端，

所述电阻R48的另一端接地，

所述电阻R49的另一端和所述电容C42的另一端同时连接于12V电压输出端口；

所述芯片U1的第四引脚EN引脚同时连接于所述电阻R45的一端和所述掉电检测及控制电路(4)；

所述芯片U1的第五引脚IN引脚、所述芯片U1的第六引脚NC引脚、所述电阻R45的另一端、所述电阻R43的一端连接后再同时连接于所述稳压二极管VD8的阴极，

所述稳压二极管VD8的阳极连接于VDD节点；

所述电阻R43的另一端、所述电容C21的一端、所述稳压二极管VD7的阴极、所述稳压二极管VD6的阴极连接后同时连接于12V电压输出端口；

所述电容C21的另一端接地；

所述稳压二极管VD6的阳极连接于12V电压输入端口。

5.根据权利要求1所述的掉电上报电路，其特征在于，所述掉电检测及控制电路(4)包括电阻R60、三极管V3、电阻R68、电阻R59、电阻R32、稳压二极管VD9、三极管V4、电阻R31、电阻R30和三极管V5，

所述电阻R60的一端同时连接于所述充电电路(1)、所述升压电路(3)和所述三极管V3的集电极，

所述电阻R60的另一端同时连接于DET_V节点和所述三极管V5的集电极；

所述三极管V3的基极同时连接于所述电阻R68的一端和所述电阻R59的一端，

所述三极管V3的发射极在接地的同时，还连接于所述电阻R59的另一端；

所述电阻R68的另一端连接于12V电压输入端口；

所述三极管V5的基极同时连接于所述电阻R31的一端和所述电阻R30的一端，

所述三极管V5的发射极在接地的同时，还连接于所述电阻R30的另一端；

所述电阻R31的另一端连接于所述三极管V4的集电极；

所述三极管的基极同时连接于所述稳压二极管VD9的阳极和所述电阻R32的一端，

所述三极管V4的发射极在连接于VDD节点的同时，还连接于所述稳压二极管VD9的阴极；

所述电阻R32的另一端连接于12V电压输入端口。