CN221126908U - 一种充电管理电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及检测设备供电状态技术领域，具体为一种充电管理电路。物联网节点设备需要实时检测设备供电状态，明确节点设备处于在线或离线状态；必须由电路检测，在设备断电后，也能将断电状态上报给***，便于监测设备的工作状态，实时反馈的信息，确保节点设备正常稳定地工作。现在方式是很多节点设备使用备用锂电池供电，存在以下不足：锂电池成本贵、占用空间，使得产品成本相对高。本实用新型使用超级电容比锂电池相比便宜；体积小，结构简单，方便波峰焊，简化生产流程，提高效率；超级电容充电时间短，快速响应充电快，提高***安全性；每次确保正确的复位电压，检测电路快速准确有效。

Description

一种充电管理电路

技术领域

本实用新型涉及一种设备供电管理技术领域，具体为一种充电管理电路。

背景技术

物联网节点设备需要实时检测设备供电状态，明确节点设备处于在线或离线状态；必须由电路检测，在设备断电后，也能将断电状态上报给***，便于监测设备的工作状态，实时反馈的信息，确保节点设备正常稳定地工作。现在方式是很多节点设备使用备用锂电池供电，存在以下不足：锂电池成本贵、占用空间，使得产品成本相对高。目前物联网节点设备使用备用Li电池供电，使用备用电池的方式，存在以下不足之处：

1、备用锂电池成本较贵；

2、备用锂电池有一定的，需要占用较多的空间，使得产品生产成本相对高；

3、备用锂电池本身具有衰减及安全性的问题，增加产品安全性的风险；

4、锂电池普遍电池容量较大，在设备工作时，长时间处于充电状态，对设备其他部分正常工作造成非必要的干扰：比如充电时间长，电流大，会影响产品的电源成本及EMI，导致在充电时段内，增加节点设备工作稳定性的风险；

5、锂电池续航能力强，如果设备因为在紧急情况下，迅速断电上电，由于锂电池稳定的供电，会导致节点设备未复位，很大概率可能造成设备不能实时监测到设备的供电状态，导致节点设备出现判断失效，导致重大故障；

6、锂电池工艺在生产过程中，装配固定工序多，拉低生产效率；

7、长时间停电，锂电池过放却不会停止供电，也会导致产品不能及时复位，很多通信模组正常的工作电压到2.2V，电量低会维持这些设备工作，重新恢复正常工作电压，也会因为持续供电，不产生复位，导致供电状态检测异常。

本实用新型使用超级电容比锂电池相比便宜；体积小，结构简单，方便波峰焊，简化生产流程，提高效率；超级电容充电时间短，快速响应充电快，提高***安全性；每次确保正确的复位电压；检测电路快速准确有效。针对备用锂电池使用中的不足之处：成本高、装配繁琐、充电时间长、过放不复位等现象，本实用新型从充电时间短、管理充电电流、成本低、装配简单、自动检测管理维度设计电路。

发明内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，本实用新型为一种充电管理电路，其中电路中包含超级电容、外部电源切换电路、断电/上电检测电路、3V截止电压检测与控制电路、充电电路及通信模组；

本实用新型为一种充电管理电路，电路中包含超级电容和外部电源切换电路、断电/上电检测电路、控制电路、通信模组、3V截止电压检测电路及充电电路；控制电路依据3V截止电压检测电路结果控制超级电容和外部电源切换电路；控制电路控制通信模组把断电/上电检测电路结果对外通知。其中3V截止电压检测电路，采用一个3.0V的自动检测电路，由超级电容或者锂电池供电，检测到锂电池或超级电容电压低于3V，自动停止向MCU/通信模组供电，切断电源，确保需要复位的电路重新上电时，复位电压处于复位电压值以下。控制电路可以快速检测设备断电/上电；断电后，快速切换到超级电容供电。控制电路可以电压管理：当超级电容供电低于3V时，立马切断电源；上电瞬间：快速检测设备上电，立马断开超级电容供电；对超级电容充电管理；快速检测设备断电的电压值配比；电压管理电路，低于3V自动断开电源；电源切换电路的电阻网络结构及电阻值配比。 其一为超级电容和外部电源切换电路：***电源由外部电源提供，多数与大电容连接，断电后，由于大电容缓慢放电，会导致缓慢放电，针对这种情况，断电后，由超级电容为后续器件供电。

其二为断电/上电检测电路：***电源由外部电源提供，多数与大电容连接，断电后，由于大电容缓慢放电，会导致MCU或通信模组不能迅速检测到逻辑电平1，逻辑电平范围在0.7VCC～VCC之间，所以保证断电后，提供的偏置电压迅速低于0.7V，使通信模组能够迅速上报断电信息到***；

其三为3V截止电压检测与控制电路：当测到超级电容或者锂电池的电量低于3V时，立马拉地，由于通信模组连接在+5V处，会快速将电源截断后的电压释放，为下次上电快速准确的启动提供保障。

其四充电电路：使***处于平稳充电状态。有LED指示充电状态，其一表示正在充电，其二表示充电已经饱和。

其五为通信模组，通信模组向***上报供电状态信息。

其中，优选方案为相对锂电池而言，超级电容充电时间短，超级电容的电量足够支撑无线模组工作较长一段时间，足够通信模组把信号发射出去。由于超级电容的电量存量不是很大，等通信模组发射完信号后，通信模组本身的工作电流会很快将超级电容的容量消耗到3V以下。

其中，优选方案为超级电容持续降低到2.2V以下时，节点设备的MCU/通信模组等器件，多数已经不能正常工作，超级电容处于缓慢放电状态，加上设备本身一些其他电容或感生阻抗的协同作用，电容需要把电消耗完，需要很长一段时间，此点与锂电池过放，上电未复位的问题是一致的。在超级电容为断电缓慢放电期间，再次恢复上电，超级电容的提供的电压可能超过***的复位电压，从而导致MCU不会复位，也就检测不到上电动作；

针对上述情形，本实用新型采用一个3.0V的自动检测电路，由超级电容或者锂电池供电，检测到锂电池或超级电容电压低于3V，自动停止向MCU/通信模组供电，切断电源，确保需要复位的电路重新上电时，复位电压处于复位电压值以下。

充电管理：由于超级电容和锂电池本质一样，必须对其进行充电管理，控制充电电流稳定且持续，确保不会因大电流影响节点设备的正常工作；

检测电路部分设计，由于设备多数有大电容存在，即使断电后，因为电容缓慢放电的缘故，会导致电阻式分压电路的电压也是缓慢下降，所以本实用新型采用三极管转化电压，并调节基极偏置电路的配比，快速检测到断电动作，避免电源端缓慢放电，而超级电容却因为给通信模组正常供电快速放电，错过有效发送信号的时间窗口。

开阀后自动关闭：在开阀后规定的时间外，如果检测到无，控制单元主动给指令，阀门自动关闭，则判定为阀门异常关闭；

其中，优选方案为利用无线信号，向主机上传供电工作状态及故障信息及准确地电流信息。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、超级电容成本比锂电池相比便宜不少；

2、超级电容体积较小，结构简单，方便在生产过程中过波峰焊，简化生产流程工艺，提高生产效率；

3、超级电容充电时间短，快速响应充电快，提高***安全性；

4、充电管理电路避免出现大电流以及EMI，保证电源***的可靠性；

5、电源管理电路，每次确保正确的复位电压；检测电路快速准确有效。

附图说明

图1为一种充电管理电路结构示意图；

图2为一种充电管理电路电源切换示意图；

图3为一种充电管理电路无线通信单元示意图：

图4为一种充电管理电路实际应用产品主板示意图：

附图符号说明：

100-电路中包含超级电容和外部电源切换电路；200-断电/上电检测电路；210-超级电池接点；220-充电电路；230-电源切换电路；300-控制电路；400-通信模组；410-天线；420-SIM卡座；430-烧路口；450-上电/断电侦测电路；500-3V截止电压检测；600-充电电路；

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1至图4所示，为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：本实用新型为一种充电管理电路，如图1所示，其特征在于，电路中包含超级电容和外部电源切换电路100、断电/上电检测电路200、3V截止电压检测500、控制电路300、充电电路600及通信模组400；一种充电管理电路，电路中包含超级电容和外部电源切换电路(100)、断电/上电检测电路(200)、控制电路(300)、通信模组(400)、3V截止电压检测电路(500)及充电电路(600)；控制电路(300)依据3V截止电压检测电路(500)结果控制超级电容和外部电源切换电路(100)；控制电路(300)控制通信模组(400)把断电/上电检测电路200结果对外通知。

3V截止电压检测电路(500)，采用一个3.0V的自动检测电路，由超级电容或者锂电池供电，检测到锂电池或超级电容电压低于3V，自动停止向MCU/通信模组供电，切断电源，确保需要复位的电路重新上电时，复位电压处于复位电压值以下。

控制电路(300)可以快速检测设备断电/上电；断电后，快速切换到超级电容供电。

控制电路(300)可以电压管理：当超级电容供电低于3V时，立马切断电源；上电瞬间：快速检测设备上电，立马断开超级电容供电；对超级电容充电管理；快速检测设备断电的电压值配比；电压管理电路，低于3V自动断开电源；电源切换电路的电阻网络结构及电阻值配比。

其一为超级电容和外部电源切换电路100：如图2所示，Vcc_5V由外部电源提供，多数与大电容连接，断电后，由于大电容缓慢放电，会导致MOS管Q3的G级也是缓慢放电，针对这种情况，将R8/R9的电阻配比成6：1，确保Q3-G的电压与D3-D保持子啊平衡状态，断电后，Vgs的电压迅速降低到标称值1.2V以上，确保Q3迅速被打开，由超级电容为后续器件供电，其中D1起电压隔离作用，同时由外部供电时，D1还可以起到降压作用。

其二为断电/上电检测电路：Vcc_5V由外部电源提供，多数与大电容连接，断电后，由于大电容缓慢放电，会导致MCU或通信模组不能迅速检测到逻辑电平1，逻辑电平范围在0.7VCC～VCC之间，所以R13/R15的电压配比值为47K和10K，保证断电后，由R15提供的偏置电压迅速低于0.7V，从而Q4的集电极快速上拉到3.3V，提供一个逻辑高电平1，使通信模组能够迅速上报断电信息到***；

其三为3V截止电压检测与控制电路：U2的Vout输出脚为一个N-MOS驱动，当U2检测到超级电容或者锂电池的电量低于3V时，Vout立马拉地，这样由R2/R3构成的偏置电路基极Q1-B为0，Q1截止，在这种状态下，R4由电容或电池的正极提供上拉能力，在Q2的G基极提供逻辑高电平，此时Q2-G和Q2-S电压相等，Vgs=0，Q2截止，于是电源关闭。由于通信模组连接在+5V处，会快速将电源截断后的电压释放，为下次上电快速准确的启动提供保障。

其四充电电路：U1为充电芯片LP4056，通过R5=10K，将充电电流限制在100mA，使***处于平稳充电状态。LED1/LED2处于指示充电状态，LED1表示正在充电，LED2表示充电已经饱和。

其五为通信模组400，通信模组400 编号U3-GPIO7检测到逻辑高电平，向***上报供电状态信息。

其中，优选方案为控制电路如图2所示，依据断电/上电检测电路220控制电源切换电路230；切换超级电池接点。

其中，优选方案为通信模组400可以用4G或物联卡通信模块，如图3所示，有天线410、有SIM卡座420；可以将程序透过烧录口450刻录到通信模组400；将上电/断电侦测电路450现况上报。

其中，优选方案为如图4所示，本实用新型之实施实例主板外观。

尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各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，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种充电管理电路，其特征在于，电路中包含超级电容和外部电源切换电路(100)、断电/上电检测电路(200)、控制电路(300)、通信模组(400)、3V截止电压检测电路(500)及充电电路(600)；控制电路(300)依据3V截止电压检测电路(500)结果控制超级电容和外部电源切换电路(100)；控制电路(300)控制通信模组(400)把断电/上电检测电路200结果对外通知。

2.根据权利要求1所述的充电管理电路，其特征在于，所述3V截止电压检测电路(500)，采用一个3.0V的自动检测电路，由超级电容或者锂电池供电，检测到锂电池或超级电容电压低于3V，自动停止向MCU/通信模组供电，切断电源，确保需要复位的电路重新上电时，复位电压处于复位电压值以下。

3.根据权利要求1所述的一种充电管理电路，其特征在于，控制电路(300)可以快速检测设备断电/上电；断电后，快速切换到超级电容供电。

4.根据权利要求1所述的一种充电管理电路，其特征在于，控制电路(300)可以电压管理：当超级电容供电低于3V时，立马切断电源；上电瞬间：快速检测设备上电，立马断开超级电容供电；对超级电容充电管理；快速检测设备断电的电压值配比；电压管理电路，低于3V自动断开电源；电源切换电路的电阻网络结构及电阻值配比。