CN212380994U - 一种用于小功率嵌入式设备的ups - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种用于小功率嵌入式设备的UPS，涉及电力控制设备技术领域，为解决现有的内置于嵌入式设备之内会增加设计复杂度且出现故障难以维修和更换的问题而发明。该UPS包括依次顺序连接的PFC模块、LLC谐振模块、同步整流模块、充电管理模块、电芯组模块、电芯组管理模块、DC/DC供电通道控制模块和DC/DC输出模块，所述同步整流模块和充电管理模块均与所述DC/DC供电通道控制模块相连，所述电芯组管理模块还控制连接所述充电管理模块与电芯组模块之间的电源通道，以及所述DC/DC供电通道控制模块与电芯组模块之间的电源通道。不但能将常规电源整流降压为12VDC或5VDC，还能在电源断供或异常的情况下不间断地为其所负载的设备输出电源，独立于嵌入式设备之外。

Description

一种用于小功率嵌入式设备的UPS

技术领域

本实用新型涉及电力控制设备，具体涉及一种用于小功率嵌入式设备的UPS。

背景技术

随着物联网的发展，越来越多的嵌入式设备开始进入国民生产生活的各种场所并且应用于多种领域，如信号采集、网络通信、监控终端、电气控制、智能应用等等。这些嵌入式设备对于供电都有着严格的要求，通常以12VDC或5VDC作为供电电源并且对着电源电压偏差和电压纹波也都有严格要求，由此确保嵌入式设备能够持续稳定地工作，而避免突发性地出现信号缺失、掉线、停机等问题。

常规能够持续稳定工作的嵌入式设备中常常会通过内置UPS模块的方案来避免220VAC/50Hz电源突发断电时导致设备停机。这种为嵌入式设备提供备用电源的方案存在以下缺陷：其一，将UPS模块内置于嵌入式设备之内会增加嵌入式设备本身的设计复杂度；其二，由于现有电池技术的限制UPS模块的使用寿命相比于嵌入式设备的主体电路相差较大，将UPS模块内置于嵌入式设备内部之后往往会降低嵌入式设备整体的使用寿命，也就是主体电路还处于完好状态但由于UPS模块损坏便导致整个嵌入式设备无法工作，并且内部的UPS模块对于用户而言难以维修和更换，因此增加此嵌入式设备的使用成本。

可以看出，急需一种独立于嵌入式设备本体且能够转换电压的适用于嵌入式设备供电的UPS。

发明内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种用于小功率嵌入式设备的UPS，用于解决现有的UPS模块内置于嵌入式设备之内会增加嵌入式设备本身的设计复杂度且出现故障难以维修和更换的问题。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

用于小功率嵌入式设备的UPS，包括依次顺序连接的PFC模块、LLC谐振模块、同步整流模块、充电管理模块、电芯组模块、电芯组管理模块、DC/DC供电通道控制模块和DC/DC输出模块，所述同步整流模块和充电管理模块均与所述DC/DC供电通道控制模块相连，所述电芯组管理模块还控制连接所述充电管理模块与电芯组模块之间的电源通道，以及所述DC/DC供电通道控制模块与电芯组模块之间的电源通道；

所述PFC模块用于将输入的交流整流成直流并进行滤波、类谐振升压处理和AC输入功率因素提升处理；

所述LLC谐振模块用于将所述PFC模块升压后的DC电流通过MOSFET半桥转换为半正弦序列波形电流，并传输至所述同步整流模块；

所述同步整流模块用于对经变压器次级侧绕组降压转换而生成的半正弦序列波形电流整流并稳压输出，此输出分为两路：一路输出至所述充电管理模块，用于对所述电芯组模块充电；另一路输出至所述DC/DC供电通道控制模块，作为所述DC/DC输出模块的电源输入之一；

所述充电管理模块根据所述电芯组模块的电量饱和度与所述电芯组管理模块的通道控制状态向所述电芯组模块充电；

所述电芯组管理模块根据所述电芯组模块中电芯的电压、电流以及模块电路中元器件过保护状态来控制充放电通道MOSFET的开关；

所述DC/DC供电通道控制模块用于在所述电芯组模块、充电管理模块的旁路电源输出和同步整流模块的输出之间自动选择其中一路为所述DC/DC输出模块提供输入电源；

所述DC/DC输出模块用于将模块输入端的电流按照设定的输出电压经DC/DC调节和稳压处理后输出给小功率嵌入式设备。

所述PFC模块包括相连的桥式整流电路和PFC矫正类谐振电路，所述桥式整流电路将输入的交流整流成直流并进行滤波处理，所述PFC矫正类谐振电路对整流滤波后的直流进行类谐振升压处理和功率因素矫正。

所述电芯组管理模块还监测所述电芯组模块内部的电量并输出电量信息给所述小功率嵌入式设备。

所述LLC谐振模块包括变压线圈绕组，所述LLC谐振模块通过变压线圈绕组将半正弦序列波形电流的功率传输至所述同步整流模块。

还包括UPS面板，所述UPS面板上设置有电量指示灯、SMBUS接口和输出电压选定键，以使输出电压的设定值可在12V和5V之间切换。

所述输入的交流电源电压在100V～240V的范围内且频率为50Hz或60Hz。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的用于小功率嵌入式设备的UPS在电源输入口直接输入电压在100V～240V的范围内、频率为50H或60Hz的AC电源后不但能将其整流降压转换为12VDC或5VDC直接驱动负载设备，还能在AC电源输入断供和其他异常情况下不间断地为其所负载的设备输出电源，并且输出电压恒定、电压偏差小、纹波低，对于其负载的设备具有稳压的功能；且本实用新型提供的UPS独立于嵌入式设备之外，简化了嵌入式设备涉及的复杂度并且出现故障时便于维修维护，有效延长设备使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型提供的用于小功率嵌入式设备的UPS的***图；

图2为本实用新型提供的用于小功率嵌入式设备的UPS中桥式整流电路的示意图；

图3为本实用新型提供的用于小功率嵌入式设备的UPS中PFC矫正类谐振电路的示意图；

图4为本实用新型提供的用于小功率嵌入式设备的UPS中LLC谐振模块的示意图；

图5为本实用新型提供的用于小功率嵌入式设备的UPS中同步整流模块的示意图；

图6为本实用新型提供的用于小功率嵌入式设备的UPS中充电管理模块的示意图；

图7为本实用新型提供的用于小功率嵌入式设备的UPS中电芯组管理模块的示意图；

图8为本实用新型提供的用于小功率嵌入式设备的UPS中DC/DC供电通道控制模块的示意图；

图9为本实用新型提供的用于小功率嵌入式设备的UPS中DC/DC输出模块的示意图。

图中，1-PFC模块、11-桥式整流电路、12-PFC矫正类谐振电路、2-LLC谐振模块、3-同步整流模块、4-充电管理模块、5-电芯组模块、6-电芯组管理模块、7-DC/DC供电通道控制模块、8-DC/DC输出模块、9-小功率嵌入式设备。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细的说明。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型提供一种用于小功率嵌入式设备的UPS，参照图1，包括依次顺序连接的PFC模块1、LLC谐振模块2、同步整流模块3、充电管理模块4、电芯组模块5、电芯组管理模块6、DC/DC供电通道控制模块7和DC/DC输出模块8，所述同步整流模块3和充电管理模块4均与所述DC/DC供电通道控制模块7相连，所述电芯组管理模块6还控制连接所述充电管理模块4与电芯组模块5之间的电源通道，以及所述DC/DC供电通道控制模块7与电芯组模块5之间的电源通道；所述PFC模块1用于将输入的交流整流成直流并进行滤波、类谐振升压处理和AC输入功率因素提升处理；所述LLC谐振模块2用于将所述PFC模块1升压后的DC电流通过MOSFET半桥转换为半正弦序列波形电流，并传输至所述同步整流模块3；所述同步整流模块3用于对经变压器次级侧绕组降压转换而生成的半正弦序列波形电流整流并稳压输出，此输出分为两路：一路输出至所述充电管理模块4，用于对所述电芯组模块5充电；另一路输出至所述DC/DC供电通道控制模块7，作为所述DC/DC输出模块8的电源输入之一；所述充电管理模块4根据所述电芯组模块5的电量饱和度与所述电芯组管理模块6的通道控制状态向所述电芯组模块5充电；所述电芯组管理模块6根据所述电芯组模块5中电芯的电压、电流以及模块电路中元器件过保护状态来控制充放电通道MOSFET的开关；所述DC/DC供电通道控制模块7用于在所述电芯组模块5、充电管理模块4的旁路电源输出和同步整流模块3的输出之间自动选择其中一路为所述DC/DC输出模块8提供输入电源；所述DC/DC输出模块8用于将模块输入端的电流按照设定的输出电压经DC/DC调节和稳压处理后输出给小功率嵌入式设备9。

本实用新型提供的用于小功率嵌入式设备的UPS在AC电源输入接口输入电压在100V～240V的范围内、频率为50H或60Hz的AC电源后不但能将其整流降压为12VDC或5VDC直接驱动负载设备，还能在AC电源输入口的电源断供和其他异常情况下不间断地为其所负载的设备输出电源，并且输出电压恒定、电压偏差小、纹波低，对于其负载的设备具有稳压的功能；且本实用新型提供的UPS独立于嵌入式设备之外，简化了嵌入式设备涉及的复杂度并且出现故障时便于维修维护，有效延长设备使用寿命。

其中，PFC模块1首先将输入的介于100V～240V，50Hz或60Hz范围内的交流整流成直流，然后对整流出的直流进行滤波和类谐振升压处理，一般升压至390V，先进行升压处理是出于以下几方面的考虑：PFC模块1以定值升压输出有利于降低LLC和SR电路设计的复杂度并提高稳定性；在整个UPS***电路靠前的部分保持高电压有利于降低同等功耗下经过此段电路的电流，因此可以减小电路中功率器件对过流能力的要求，提高UPS的负载能力，另外，这样处理有利于减小前端电路中元器件的体积、降低电路的成本(一般地，过流能力与器件的体积成正相关)。PFC模块1通过PFC线圈持续感测输入AC电流的动态值，并通过旁路接地的PFC调节MOSFET的开关来减小电流和电压之间的相位差，从而最大程度地减小由于负载中感性器件引起的功率因素下降。具体地，所述PFC模块1包括相连的桥式整流电路11和PFC矫正类谐振电路12，所述桥式整流电路11用于将输入的交流整流成直流并进行滤波处理，所述PFC矫正类谐振电路12用于对整流滤波后的直流进行类谐振升压处理。另外，在UPS的电源输入部分进行了防浪涌和防雷击处理，以避免在UPS外部输入电源异常UPS被损坏。参照图2，桥式整流电路11的工作原理为：J1为是100V～240V，50Hz/60Hz工频AC输入的3引脚接口，AC电流从接口的1、3引脚进入桥式整流电路，2th引脚为保护接地端子。保险丝F1对流入的AC电流进行过流断路保护；电感L1、L2用于抑制AC电流中的共模干扰而电容C1用于抑制输入电流中的瞬态电压。整流桥BR1实现AC向DC的转换，然后经由C2、C3和L1构成的π滤波电路进行稳压处理。参照图3，PFC矫正类谐振电路12的工作原理为：整流后的DC电流在经过PFC线圈L4和肖特基二极管D1时受到PFC控制芯片通过MOSFET Q1对其进行PFC调节。其中，控制芯片的SNSCUR引脚及其内部电路通过电阻R4和电流感测电阻SR1感测流经PFC线圈L4的电流峰值，内部控制电路根据此所测电流值来限制通过PFC线圈的最大电流。SNSMAINS引脚及其内部电路则是通过R1和R3来感测输入AC线路上的电压并以此所测电压来判定是否启动PFC功能；另外SNSMAINS引脚还通过D2、C7、R8、NTC1组成的温度感测电路来判定是否启动OTP(即过热保护)，这两项功能是分别在输入AC的不同半波时间中独立进行的。C4、C5作为大容值电容为PFC电流提供滤波。SNSBOOST引脚及其内部电路通过电阻R2、R6、R10和电容C6组成的分压电路来测量并反馈控制PFC输出电压。SNSAUX引脚及其内部电路通过电阻R7感测PFC线圈中的退磁时序和电压谷值时间，并依据这两个参数调整驱动PFCMOSFET Q12的开关信号。PFCCOMP引脚及其内部电路与C8、R9、C9组成的电路负责为控制回路提供频率补偿。磁珠FB1、FB2连接两个不同接地，目的在于降低电源回路噪声对控制芯片的影响。120-240

如图4所示，LLC谐振模块2借助变压线圈绕组将PFC模块1升压后的DC电流通过MOSFET半桥转换为半正弦序列波形电流，并经变压器绕组将功率传输至同步整流电路。其工作原理为：SUPHV引脚与其内部电路通过电阻R12、R13吸收PFC电路的输出电压作为高压启动源，并用此电源对SUPIC电路充电。SUPIC引脚及其内部电路通过R22、D8接受辅助绕组T1B的芯片电压输入，C18和C19为其提供电压滤波。SUPREG引脚对外输出其内部电路调整后的电压，此电压被用作部分外部电路的参考电压，也被用作启动欠压保护的参考电压。GATEHS和GATELS引脚各自由其内部电路经电阻二极管限流保护电路驱动上下两个MOSFETQ2和Q3。变压器初级侧绕组T1A一端与Q2、Q3相连，另一端通过谐振电容C22、C23接地，它们与次级侧绕组T1C一同构成LLC谐振电路实现电源的变压转换。SNSCAP引脚及其内部电路通过C26、C27、C28和R28、R29、R30所组成的阻容复合型分压电路来感测初级侧绕组T1A谐振电容C22、C23上的电压，控制芯片依据此感测到的电压来控制整个LLC电路在次级侧输出的功率。SNSCUR引脚所连接内部电路通过阻容电路感测初级侧绕组通过的瞬态电流，控制芯片由此所测电流值判断电路是否需要启动OCP(OverTemperature Protection)保护或者进入CMR(Capacitive Mode Regulation)模式。SNSOUT引脚及其内部电路通过C15、R16、R17、R18和D5组成的分压电路感测谐振变压器的输出电压。HB和SUPHS两个引脚经C15、D3吸收来自SUPREG输出的电流，组成了高侧MOSFET Q2的启动引导电路。SNSFB引脚通过光耦U3和电阻R19来接收感测变压器T1次级线圈所连接的负载程度，当T1次级线圈处于低负载或空载时，此引脚所连内部电路将控制整个HBC输出进入低功耗模式。SNSSET引脚及其内部电路通过阻容电路为整个LLC电路设置低功率模式启动水平、保护模式和过载保护启动水平；并且还通过MOS Q4和光耦U4电路向次级侧电路发送PG(Power Good)信号。

另外，同步整流模块3则将经变压器次级侧绕组降压转换而生成的半正弦序列波形电流整流并稳压输出。此输出被分为两路，一路供给充电管理模块4用于对电芯组模块5的充电；另一路则输入DC/DC输出模块8，经电压调节和稳压处理后作为DC电源输出来负载小功率嵌入式设备。在LLC和SR之间进行的功率传递和电压转换是通过变压器来实现的。如图5所示，同步整流(SR)模块3的工作原理为：变压器次级侧绕组T1C通过磁耦合效应接收来自初级侧绕组T1A传递而来的功率并在电磁感应的作用下经同步整流控制转换为设定电压的输出电流。VCC引脚从SR电路的电源输端吸取电流并经其内部电压调节后为整个SR电路控制芯片供电，并依据VCC电压作为启停芯片工作的判断参考。DSA和SSA两个引脚及其内部电路结合R37感测同步整流MOSFET Q6漏源两极之间的电压差，并以此电压差来驱动Q6的栅极实现开关控制，DSB、SSB、R35的运行原理与之相同。GDA及其内部电路经过R38限流后对Q6的栅极提供驱动，GDB与R36的运行原理与之相同。

具体地，充电管理模块4根据电芯组模块5内部电量的饱和程度和充电电源通道的开关状态自动地将同步整流后输出的电流转换为充电电流向电芯组模块5充电。参照图6，充电管理模块4的工作原理为：ACDRV引脚及其内部电路经限流电阻R44驱动N型功率MOSFETQ7、Q8，控制着外部直流输入VADP与***供电电源VSYS之间的通断状态；CMSRC引脚及其内部电路经R46控制Q7、Q8的开启速度。引脚ACP、ACN及其内部电路与电阻SR2共同构成了控制芯片对***输入电流的感测电路，电容C35在此处为测量提供差模滤波。控制芯片通过VREF引脚向外提供3.3V的参考电压，C43为该参考电压滤波。对VREF引脚提供的参考电压进行分压处理后由ACSET引脚及其内部电路采集经R55、R56对VREF的分压，控制芯片内部电路用此分压来设置***输入电流的最大允许值。同理，TS引脚及其内部电路通过R50、R51及SR3设置电路过热保护阈值；ISET引脚及其内部电路通过R53、R54设置快速充电模式下充电电流值。STAT引脚外接发光二极管D15和R48并由VREF引脚提供的参考电压驱动，STAT引脚的内部电路根据充电状态对应点亮D15。PVCC为充电电流的输入引脚；SW为充电电流的输出引脚和充电电感连接点，其内部电路通过此引脚和充电电感对电芯组充电。SRP、SRN引脚及其内部电路通过SR4感测充电电流值，C40、C45和C46分别提供差模和共模滤波。OVPSET引脚及其内部电路通过测量R45、R49对输入电压的分压来判定输入电压是否符合控制芯片的工作电压要求，若测得输入电压异常则停止充电并关断Q7、Q8。R43与C38为输入直流VADP提供滤波，磁珠FB4连接控制芯片的接地与电源的接地，以此来减少接地回路电流对控制芯片的干扰。#BATDRV引脚及其内部电路经R47控制功率MOS Q9，当直流输入VADP断电关闭时，Q9开启实现电芯组备用电源启动的功能，肖特基D14在此用作零延时电芯组备用导通。AVCC引脚通过D13、R57接收VADP的直流输入为芯片供电。

更具体地，电芯组管理模块6控制着充电管理模块4、DC/DC输出模块8各自与电芯组模块5之间的电源通道，根据每颗电芯的电压、电流、温度以及模块电路中元器件过保护状态来控制充放电通道MOSFET的开关；。通过此保护电路可以有效地阻止不安全的充放电发生从而实现保护目的。并且，电芯组管理模块6还执行监测电芯组模块5内部的电量，根据电量对应地点亮LED指示灯予以显示，并可将电量以2bit的SMBUS数字接口发送给UPS所负载的嵌入式设备9。参照图7，电芯组管理模块6的工作原理为：二级电压保护芯片的VDD引脚通过电阻R69为芯片供电，C57为此输入电源提供滤波。V1引脚及其内部电路通过R75感测电芯组第1级电芯正负极之间的电压，C56为其所感测的电芯电压滤波稳压；同理，V2、V3引脚分别对应感测第2级和第3级电芯正负极间电压。OUT引脚及其内部电路通过电阻R70，N沟道MOSFETQ14来控制保险丝F2的通断，R66和C53为此控制信号抑制瞬态电压。当V1、V2、V3感测到的任一电芯电压超出过压保护阈值时，其内部计时电路会开始计时，在计时完成前若电芯电压没有降低到过压保护阈值以下，则OUT引脚功能激活并熔断保险丝F2来切断电芯组正极的连接。二级电压保护芯片的REG引脚及其内部电路提供一个OUT引脚激活定时电路，该时长则是由REG引脚所连C51的容值来设置的。电芯管理芯片VC1引脚及其内部电路通过R80感测电芯组第1级电芯正负极之间的电压，C62为其所感测的电芯电压滤波稳压；同理，VC2、VC3引脚分别对应感测第2级和第3级电芯正负极间电。TS1、TS2、TS3引脚及其内部电路分别通过连接的热敏电阻R81、R82、R83来感测电芯BAT1、BAT2、BAT3的温度。PTC引脚及其内部电路通过正温度系数热敏PTC电阻来感测充放电通路上MOSFET Q12和Q13的温度并控制它们的开关状态。SRP和SRN引脚及其内部电路通过RCS1感测电芯组剩余电量。而LEDCNTA、LEDCNTB、LEDCNTC引脚所连接的5颗LED则是被用于显示电芯组的电量饱和度。芯片内部的SMBUS总线电路分别通过这SMBD、SMBC两个引脚输出的数据和时钟。PACK和VCC引脚及其内部电路分别通过各自串联的电阻从充电输入电流VBAT中为电芯管理芯片供电。CHG和DSG引脚分别由其内部电路通过限流电阻R65和R67来控制充电通道控制开关MOSFET Q11和放电通道控制开关MOSFETQ12；R60和R62用于保证Q11和Q12的栅极驱动电路在开路状态下可靠地切断充放电源通道。

参照图8，DC/DC供电通道控制模块7接受来自电芯组模块5、充电管理模块4旁路电源输出和同步整流模块3输出电流，并根据电芯组模块5、充电管理模块4和同步整流模块3的状态自动在三者之间选择DC/DC输出模块8的供电来源。其工作原理为：V1引脚为控制芯片中的第一电源通道控制电路供电和带隙基准，还为第1通道控制器提供电压感测输入；V2引脚为第二电源通道控制电路供电和带隙基准，还为第2通道控制器提供电压感测输入。VS引脚为控制芯片中全部两个电源控制器供电、带隙基准和电压感测输入。G1、G2引脚分别为电源通道1和通道2的控制脚。E1引脚通过R89和R90分压电路采集第1通道的输入电压，若测得有高于基准电压的输入时控制芯片通过G1引脚打开Q15和Q16，使能VADP为负载供电；反之E1引脚没有高于基准电压的输入(第1电源通道未通电或电压过低)则判断第2通道是否有满足输出电压阈值的电源输入，若有则由G2引脚打开Q17，否则关断Q17。两个通道中任意通道有电源输入便自动开启输入电压感测和通道控制。DC/DC输出模块供电通道控制的优先级原则为：第一电源通道优先，只要第一电源通道所连接的同步整流模块有正常输出就会选择由第一电源通道给DC/DC输出模块供电；第二电源通道连接着充电管理模块旁路输出和电池组，当充电管理模块处于正常工作状态下则旁路输出电压总会高于电池组电压，并且内部控制电路会自动关断电池组对外放电的通道MOSFET；只有当充电管理模块停止工作时电池组才代替旁路输出并通过第二电源通道对外供电。

而DC/DC输出模块8根据输出电压切换键控制的输出电压设置在12V和5V之间切换输出电压。如图9所示，DC/DC输出模块8的工作原理为：DC/DC输出控制芯片配置有2组高低侧(共4路)MOSFET驱动电路，这些驱动电路由HDRV1、LDRV1和HDRV2、LDRV2引脚输出，分别对应控制N型MOSFET Q18、Q19和Q21、Q20，经组合后分别用于降压、升压、平流3个不同模式下的DC/DC转换。VISNS引脚感测输入电源VDCD的电压，VOSNS引脚感测输出电源5V/12V_DCOUT的电压，内部电压比较电路根据输入输出两段的电压比较结果来判断整个DC/DC电路需要工作在何种模式(包括降压、升压、平流)从而选择不同的MOSFET驱动配置。FB引脚感测经过分压电阻网络传递过来的输出电压，并由其内部电路将此反馈电压与内部基准电压的比较结果来反馈控制PWM电路，以此来实现预设的输出电压。

为了向其负载的小功率嵌入式设备9发送UPS工作模式报警和UPS剩余电量不足报警，从而帮助提醒运行中的嵌入式设备提前进行数据保存做好停电前的准备，所述电芯组管理模块6还用于监测所述电芯组模块5内部的电量并输出电量信息给所述小功率嵌入式设备9。

为了实现对12V/5V双电压的支持，本实用新型提供的用于小功率嵌入式设备的UPS还包括UPS面板，所述UPS面板上的输出电压切换键用于对输出电压的大小进行选定。DC/DC输出模块8的电压控制被设计为拨码可选，只需通过UPS面板上的输出电压选定键便可在12VDC和5VDC之间切换，从而实现对此两种不同供电电压的支持。

本实用新型提供的用于小功率嵌入式设备的UPS具有电源适配功能和电源适配的工作模式：当UPS电源输入口的交流输入在100VAC～240VAC 50Hz/60Hz范围之内时本UPS自动工作在电源适配模式，省去了常规220V/50Hz交流电源与UPS之间的适配器。

可以看出，较于当前众多对实时性要求严格的嵌入式设备中普遍采用内置UPS模块的供电方案而言，本实用新型提供的是一种完整的外置式供电方案，将AC/DC转换、锂电池组充放电管理、锂电芯组电量监测功能、DC/DC稳压和UPS输出控制等功能集成设计到同一UPS之中。使用本UPS作为对小功率嵌入式设备9的供电方案将有助于缩小备用供电***的整体体积、降低成本。采用本实用新型作为供电方案时即便是具有强实时性要求的嵌入式设备也无需内置UPS模块，有助于降低此类嵌入式设备的***复杂程度和维修保养成本，延长嵌入式设备主体的使用寿命，提高整个嵌入式设备***维护的便捷度。

本实用新型还提供一种用于小功率嵌入式设备的UPS的控制方法，当输入电压在100V～240V的范围内、频率为50H或60Hz的工频电源正常在线时，所述DC/DC供电通道控制模块7自动选择所述同步整流模块3输出的电流并由DC/DC输出模块8对其进行输出12V或5V的DC/DC电压调节和稳压处理后输出至所述小功率嵌入式设备9；当输入AC电源发生异常或断供时，所述DC/DC供电通道控制模块7会自动切换至由所述电芯组模块5供电，并由DC/DC输出模块8对其进行输出12V或5V的DC/DC电压调节和稳压处理后输出至所述小功率嵌入式设备9。即本实用新型具有电源适配功能和电源适配的工作模式：当UPS电源输入口的交流输入在100VAC～240VAC、50Hz或60Hz范围之内时本UPS自动工作在电源适配模式，此时充电模块旁路电源输出、电池组和DC/DC输出供电第二通道所组成的备用电源通路处于低功耗模式，此部分电路起到稳定UPS输出电压的作用。当本实用新型电源输入口的交流输入电源发生异常或断供时，其内部同步整流模块3的输出会停止或电压异常偏低。此时在UPS内部由电芯组模块5、DC/DC供电通第二通道7所组成的备用电源会立即进入工作模式，UPS对所负载的设备也因此进入UPS供电模式，不间断地接替同步整流模块03向DC/DC输出模块8提供电源，并由DC/DC输出模块8调节稳压处理为12VDC或5VDC电源输出。

所述电芯组管理模块6能够动态地监测到所述电芯组模块5的剩余电量并对应地点亮LED指示灯予以显示，并可将电量信息以2bit的SMBUS数字信号发送给UPS所负载的嵌入式设备。此功能可以对所负载小功率嵌入式设备提供停电预警信号。此功能可以对所负载的小功率嵌入式设备9提供节电预警信号，有助于该设备提前进行数据保存、通信终止预处理等重要工作。

本实用新型的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本实用新型说明书而对本实用新型技术方案采取的任何等效的变换，均为本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种用于小功率嵌入式设备的UPS，其特征在于：包括依次顺序连接的PFC模块(1)、LLC谐振模块(2)、同步整流模块(3)、充电管理模块(4)、电芯组模块(5)、电芯组管理模块(6)、DC/DC供电通道控制模块(7)和DC/DC输出模块(8)，所述同步整流模块(3)和充电管理模块(4)均与所述DC/DC供电通道控制模块(7)相连，所述电芯组管理模块(6)还控制连接所述充电管理模块(4)与电芯组模块(5)之间的电源通道，以及所述DC/DC供电通道控制模块(7)与电芯组模块(5)之间的电源通道；

所述PFC模块(1)用于将输入的交流整流成直流并进行滤波、类谐振升压处理和AC输入功率因素提升处理；

所述LLC谐振模块(2)用于将所述PFC模块(1)升压后的DC电流通过MOSFET半桥转换为半正弦序列波形电流，并传输至所述同步整流模块(3)；

所述同步整流模块(3)用于对经变压器次级侧绕组降压转换而生成的半正弦序列波形电流整流并稳压输出，此输出分为两路：一路输出至所述充电管理模块(4)，用于对所述电芯组模块(5)充电；另一路输出至所述DC/DC供电通道控制模块(7)，作为所述DC/DC输出模块(8)的电源输入之一；

所述充电管理模块(4)根据所述电芯组模块(5)的电量饱和度与所述电芯组管理模块(6)的通道控制状态向所述电芯组模块(5)充电；

所述电芯组管理模块(6)根据所述电芯组模块(5)中电芯的电压、电流以及模块电路中元器件过保护状态来控制充放电通道MOSFET的开关；

所述DC/DC供电通道控制模块(7)用于在所述电芯组模块(5)、充电管理模块(4)的旁路电源输出和同步整流模块(3)的输出之间自动选择其中一路为所述DC/DC输出模块(8)提供输入电源；

所述DC/DC输出模块(8)用于将模块输入端的电流按照设定的输出电压经DC/DC调节和稳压处理后输出给小功率嵌入式设备(9)。

2.根据权利要求1所述的用于小功率嵌入式设备的UPS，其特征在于：所述PFC模块(1)包括相连的桥式整流电路(11)和PFC矫正类谐振电路(12)，所述桥式整流电路(11)将输入的交流整流成直流并进行滤波处理，所述PFC矫正类谐振电路(12)对整流滤波后的直流进行类谐振升压处理和功率因素矫正。

3.根据权利要求1或2所述的用于小功率嵌入式设备的UPS，其特征在于：所述电芯组管理模块(6)还监测所述电芯组模块(5)内部的电量并输出电量信息给所述小功率嵌入式设备(9)。

4.根据权利要求1所述的用于小功率嵌入式设备的UPS，其特征在于：所述LLC谐振模块(2)包括变压线圈绕组，所述LLC谐振模块(2)通过变压线圈绕组将半正弦序列波形电流的功率传输至所述同步整流模块(3)。

5.根据权利要求1所述的用于小功率嵌入式设备的UPS，其特征在于：还包括UPS面板，所述UPS面板上设置有电量指示灯、SMBUS接口和输出电压选定键，以使输出电压的设定值可在12V和5V之间切换。

6.根据权利要求1所述的用于小功率嵌入式设备的UPS，其特征在于：所述输入的交流电源电压在100V～240V的范围内且频率为50Hz或60Hz。

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