一种基于低静态电流的单独备电开机电路及装置

技术领域

本发明涉及应急电源技术领域，尤其涉及一种基于低静态电流的单独备电开机电路及装置。

背景技术

应急电源是指在正常供电电源发生故障或中断时，能为重要负荷或保安负荷提供电力的独立电源。应急电源的类型有多种，如发电机组、蓄电池、干电池、不间断电源(UPS)等。应急电源的配置和运行应遵循相关的国家标准和技术规范，以保证供电的可靠性和安全性。

应急电源中的一种常见的配置方式是备电开机电路，即在应急电源与正常供电电源之间设置一个开关，当正常供电电源失效时，通过开关将应急电源接入负荷。备电开机电路的优点是简单、方便、经济，但也存在一些缺点，如：备电开机电路在正常供电时，应急电源处于空载状态，会消耗一定的燃料和维护费用，降低了能源利用效率；备电开机电路在正常供电时，应急电源仍然需要一定的静态功耗，如冷却风扇、控制器等，会增加了应急电源自身的损耗和故障率。

因此，如何发明一种备电开机电路，既能实现应急供电的可靠性和安全性，又能降低应急电源在正常供电时的空载运行和静态功耗，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种基于低静态电流的单独备电开机电路及装置，本方案中，在应急电源常态不工作的情况下，应急电源仍然具有低静态电流的特性，从而本申请能降低应急电源在待机时的静态功耗，且能够保证应急电源在正常工作时的可靠性和安全性。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种基于低静态电流的单独备电开机电路，包括应急电源、按键模块、开关控制模块及主控模块；所述开关控制模块包括主功率开关单元、高阻抗单元及信号增强单元；

所述应急电源分别与所述按键模块、所述主功率开关单元及所述高阻抗单元电连接，所述主功率开关单元分别与所述高阻抗单元及后级电路电连接，所述信号增强单元分别与所述高阻抗单元及所述主控模块电连接，所述高阻抗单元与所述主控模块电连接，所述按键模块分别与所述主控模块及所述信号增强单元电连接。

优选地，所述一种开关控制模块还包括短路单元；

所述短路单元分别与所述按键模块、所述主控模块、所述高阻抗单元及所述信号增强单元电连接。

优选地，所述一种开关控制模块还包括分压单元；

所述分压单元分别与所述按键模块、所述短路单元、所述主控模块及所述高阻抗单元电连接。

优选地，所述一种开关控制模块还包括快速放电单元；

所述快速放电单元分别与所述高阻抗单元、所述信号增强单元、所述按键模块、所述短路单元及所述主控模块电连接。

优选地，所述高阻抗单元包括三极管、第一二极管、第一电阻及第二电阻；

所述第一电阻的第一端分别与所述应急电源、所述按键模块及所述主功率开关单元电连接，所述第一电阻的第二端分别与所述主功率开关单元、所述应急电源的连接端及所述第二电阻的第一端电连接，所述第二电阻的第二端与所述第一二极管的阴极电连接，所述第一二极管的阳极与所述三极管的集电极电连接，所述三极管的发射极接地，所述三极管的基极分别与所述信号增强单元、所述主控模块及所述按键模块电连接。

优选地，所述主功率开关单元包括PMOS管及第二二极管；

所述PMOS管的源极分别与所述应急电源、所述按键模块及所述第一电阻的第一端电连接，所述PMOS管的漏极与所述第二二极管的阳极电连接，所述第二二极管的阴极与所述后级电路电连接，所述PMOS管的栅极分别与所述第一电阻的第二端、所述第二电阻的第一端及所述应急电源的连接端电连接。

优选地，所述信号增强单元包括第三电阻及第三二极管；

所述第三二极管的阴极分别与所述三极管的基极、所述按键模块及所述主控模块电连接，所述第三二极管的阳极与所述第三电阻的第一端电连接，所述第三电阻的第二端与所述主控模块的IO信号输出引脚电连接。

优选地，所述短路单元包括第四电阻、第一电容及第四二极管；

所述第一电容的第一端与所述分别与所述按键模块及所述主控模块的信号检测引脚电连接，所述第一电容的第二端与所述第四二极管的阴极电连接，所述第四二极管的阳极与所述第四电阻的第一端电连接，所述第四电阻的第二端分别与地端及所述高阻抗单元电连接。

优选地，所述快速放电单元包括第五电阻及第五二极管；所述按键模块包括按键开关及第六电阻；

所述第五二极管的阳极分别与所述三极管的基极、所述信号增强单元及短路单元电连接，所述第五二极管的阴极与所述第六电阻的第一端电连接，所述第六电阻的第二端分别与所述按键开关的第一端及所述主控模块的信号检测引脚电连接，所述按键开关的第二端与所述第六电阻的第一端电连接，所述第六电阻的第二端接地，所述按键开关的第三端分别与所述应急电源、所述第一电阻的第一端及所述主功率开关单元电连接。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种基于低静态电流的单独备电开机装置，包括所述的一种基于低静态电流的单独备电开机电路。

本发明的一种基于低静态电流的单独备电开机电路及装置具有如下有益效果，本发明的一种基于低静态电流的单独备电开机电路包括应急电源、按键模块、开关控制模块及主控模块；所述开关控制模块包括主功率开关单元、高阻抗单元及信号增强单元；所述应急电源分别与所述按键模块、所述主功率开关单元及所述高阻抗单元电连接，所述主功率开关单元分别与所述高阻抗单元及后级电路电连接，所述信号增强单元分别与所述高阻抗单元及所述主控模块电连接，所述高阻抗单元与所述主控模块电连接，所述按键模块分别与所述主控模块及所述信号增强单元电连接。当不需要应急电源接入给后级负载供电时，按下按键模块，主控模块输出的控制信号通过信号增强单元作用到高阻抗单元，使得应急电源通过高阻抗单元组成的回路电阻无穷大，即应急电源通过高阻抗单元32组成的回路的放电电流无穷小。因此，本发明能降低应急电源在待机时的静态功耗，且能够保证应急电源在正常工作时的可靠性和安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图：

图1是本发明较佳实施例的一种基于低静态电流的单独备电开机电路的原理框示意图；

图2是本发明另一较佳实施例的一种基于低静态电流的单独备电开机电路的原理框图；

图3是本发明较佳实施例的一种基于低静态电流的单独备电开机电路的电路图。

具体实施方式

本申请的核心是提供一种基于低静态电流的单独备电开机电路及装置，本方案中，在应急电源常态不工作的情况下，应急电源仍然具有低静态电流的特性，从而本申请能降低应急电源在待机时的静态功耗，且能够保证应急电源在正常工作时的可靠性和安全性。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1，图1为本申请提供的一种基于低静态电流的单独备电开机电路的原理示意图，包括应急电源1、按键模块2、开关控制模块3及主控模块4；开关控制模块3包括主功率开关单元31、高阻抗单元32及信号增强单元33；

应急电源1分别与按键模块2、主功率开关单元31及高阻抗单元32电连接，主功率开关单元31分别与高阻抗单元32及后级电路5电连接，信号增强单元33分别与高阻抗单元32及主控模块4电连接，高阻抗单元32与主控模块4电连接，按键模块2分别与主控模块4及信号增强单元33电连接。

现有技术中，应急电源的备电开机电路存在以下缺点：备电开机电路在正常供电时，应急电源处于空载状态，会消耗一定的燃料和维护费用，降低了能源利用效率；备电开机电路在正常供电时，应急电源仍然需要一定的静态功耗，如冷却风扇、控制器等，会增加了应急电源自身的损耗和故障率。

具体地，常态下，当不需要应急电源BAT接入给后级负载供电时，按下按键模块2，主控模块1输出控制信号，控制信号通过信号增强单元32作用到高阻抗单元32，使得高阻抗单元32的内阻增大，从而高阻抗单元33形成回路高阻抗状态；同时，按下按键模块2后，按键信号通过高阻抗单元32及主功率开关单元31，高阻抗单元32对主功率开关单元31继续分压，此时高阻抗单元32的电压为V1，V1同时也是主功率开关单元31中功率开关管的栅极电压；基于高阻抗单元32形成回路高阻抗状态，主功率开关单元31中功率开关管的栅极电压增大，接近应急电源BAT的电压，使得主功率开关单元31中功率开关管处于截止状态，因此应急电源BAT与后级电路隔开，不会让后级电路5处于工作状态，即此时应急电源BAT与后级电路5处于断开状态。

因此，应急电源BAT通过高阻抗单元32组成的回路电阻无穷大，即应急电源BAT通过高阻抗单元32组成的回路的放电电流无穷小。因此，在应急电源常态不工作时，应急电源BAT的静态电流就非常小，从而本申请能降低应急电源在待机时的静态功耗。

综上，本发明提供了一种基于低静态电流的单独备电开机电路，在本方案中，包括应急电源1、按键模块2、开关控制模块3及主控模块4；开关控制模块3包括主功率开关单元31、高阻抗单元32及信号增强单元33；当不需要应急电源BAT接入给后级负载供电时，按下按键模块2，主控模块4输出的控制信号通过信号增强单元33作用到高阻抗单元32，使得应急电源BAT通过高阻抗单元32组成的回路电阻无穷大，即应急电源通过高阻抗单元32组成的回路的放电电流无穷小。因此，本发明能降低应急电源在待机时的静态功耗，且能够保证应急电源在正常工作时的可靠性和安全性。

在上述实施例的基础上：

请参照图2，图2为本申请提供的另一种基于低静态电流的单独备电开机电路的原理框图。

作为一个优选地实施例，一种开关控制模块还包括短路单元34；

短路单元34分别与按键模块2、主控模块4、高阻抗单元32及信号增强单元33电连接。

具体地，在本实施例中，当需要应急电源给后级电路供电时，再次按下按键模块2后松开，应急电源BAT就可以给后级电路供电。

具体地，按下按键模块2松开后，短路单元34发生作用，使得电路处于短路状态，应急电源BAT的电压信号通过短路单元34作用到高阻抗单元32上。此时高阻抗单元32上有一个高电平H,则高阻抗单元32完全导通，使得主功率开关单元31导通，开始给后级电路5供电。

具体地，后级电路供电后，通过主控模块4通过信号输出引脚输出一个高电平H，通过信号增强单元33作用到高阻抗单元32上，高阻抗单元32持续获得一个高电平H后持续导通，使得主功率开关单元31持续的达到开启状态，主功率开关单元31持续导通给后级电路5供电。

作为一个优选地实施例，一种开关控制模块还包括分压单元35；

分压单元35分别与按键模块2、短路单元、主控模块4及高阻抗单元32电连接。

具体地，在本实施例中，当需要应急电源BAT给后级电路供电时，再次按下按键模块2后松开，此时按键模块2内部先断开再接通，即按下按键模块2时内部断开，松开后内部接通。

具体地，按下按键模块2内部断开时，按键信号通过分压单元35进行分压后传输到主控模块4的信号检测引脚，主控模块4收到按键信号后，通过信号输出引脚输出高电平H信号控制高阻抗单元32导通，从而控制主功率开关单元31导通；

具体地，按下按键模块2内部接通时，应急电源BAT断开了短路单元34的连接，节约了一部分能耗。同时，短路单元34中的元器件通过按键模块4中的元器件放电，导致导致主控模块3的信号检测引脚将会检测到低电平信号，但是主控模块4的信号输出引脚将会继续输出一个高电平H信号，维持高阻抗单元32继续导通，主功率开关单元持续导通，为后级电路5供电。

作为一个优选地实施例，一种开关控制模块还包括快速放电单元36；

快速放电单元36分别与高阻抗单元32、信号增强单元33、按键模块2、短路单元及主控模块4电连接。

具体地，在本实施例中，当需要关闭应急电源BAT时，则需要再次按下按键模块4后松开，则将应急电源BAT通过主功率开关单元31与后级电路断开。按键模块4松开后，内部接通，短路单元34的内部电荷可以通过快速放电单元36泄放，主控模块4的信号检测引脚从高电平变为低电平，高阻抗单元32上存储的电荷也可以通过快速放电单元36接“地”泄放，达到快速的将残留电荷放电的目的，使得可以主功率开关单元31更快速的关断，停止为后级电路供电。

请参照图3，图3为本申请提供的一种基于低静态电流的单独备电开机电路的电路原理图。

作为一个优选地实施例，高阻抗单元32包括三极管Q1、第一二极管ZD8、第一电阻R224及第二电阻R226；

第一电阻R224的第一端分别与应急电源1、按键模块2及主功率开关单元31电连接，第一电阻R224的第二端分别与主功率开关单元31、应急电源1的连接端及第二电阻R226的第一端电连接，第二电阻R226的第二端与第一二极管ZD8的阴极电连接，第一二极管ZD8的阳极与三极管Q1的集电极电连接，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的基极分别与信号增强单元33、主控模块4及按键模块2电连接。

作为一个优选地实施例，主功率开关单元31包括PMOS管Q29及第二二极管D36；

PMOS管Q29的源极分别与应急电源1、按键模块2及第一电阻的第一端电连接，PMOS管Q29的漏极与第二二极管D36的阳极电连接，第二二极管D36的阴极与后级电路5电连接，PMOS管Q29的栅极分别与第一电阻R224的第二端、第二电阻R226的第一端及应急电源1的连接端电连接。

作为一个优选地实施例，信号增强单元33包括第三电阻R279及第三二极管D56；

第三二极管D56的阴极分别与三极管Q1的基极、按键模块2及主控模块4电连接，第三二极管D56的阳极与第三电阻R279的第一端电连接，第三电阻R279的第二端与主控模块4的IO信号输出引脚电连接。

作为一个优选地实施例，短路单元34包括第四电阻R276、第一电容CV8及第四二极管ZD9；

第一电容CV8的第一端与分别与按键模块2及主控模块4的信号检测引脚电连接，第一电容CV8的第二端与第四二极管ZD9的阴极电连接，第四二极管ZD9的阳极与第四电阻R276的第一端电连接，第四电阻R276的第二端分别与地端及高阻抗单元32电连接。

作为一个优选地实施例，快速放电单元36包括第五电阻R278及第五二极管D57；按键模块2包括按键开关SW3及第六电阻R274；

第五二极管D57的阳极分别与三极管的基极、信号增强单元33及短路单元35电连接，第五二极管D57的阴极与第六电阻R274的第一端电连接，第六电阻R274的第二端分别与按键开关SW3的第一端及主控模块4的信号检测引脚电连接，按键开关SW3的第二端与第六电阻R274的第一端电连接，第六电阻R274的第二端接地，按键开关SW3的第三端分别与应急电源1、第一电阻的第一端及主功率开关单元31电连接。

具体地，在本实施例中，SW3为按键开关，常态下，SW3的Pin2与Pin3连接，与Pin1断开。SW3内部装有弹性部件，当需要Pin2与Pin1连接时，按上SW3，则SW3的Pin2与Pin1连接，同时SW3的Pin2与Pin3断开。当松开SW3时，SW3的Pin2与Pin1断开，同时SW3的Pin2恢复与Pin3自动连接；

具体地，在本实施例中，SW3的Pin1接应急电源BAT的正极输出口，Pin3通过一个电阻R274接GND；网络标号Tiger为单片机的一个信号检测口；网络标号Standby_lock为单片机的一个信号输出口，此IO口会根据实际的需求输出高电平H或者低电平L。

具体地，常态下，当不需要应急电源BAT接入给后级负载供电时，SW3的Pin2与Pin3相连，网络标号Tiger检测到低电平L，Standby_lock输出低电平L,通过信号增强单元33中的第三电阻R279及第三二极管D56作用到高阻抗单元32中的三极管Q1的B极，因此三极管Q1的B极也是低电平L，三极管Q1截止断开，三极管Q1的C-E间成高阻态，理论上C-E间的内阻无穷大；

另一方面，从应急电源BAT，通过高阻抗单元32的第一二极管ZD8、第一电阻R224、第二电阻R226及三极管Q1 C-E极对主功率开关单元31中的主功率管PMOSFET Q29的S-D进行分压，此时设第一二极管ZD8、三极管Q1及第二电阻R226分的电压为V1,V1同时也是主功率管PMOSFET Q29的G极电压。基于三极管Q1中C-E间的内阻无穷大，V1的电压将会很大，甚至接近应急电源BAT的电压。由于主功率管PMOSFET Q29的G-S间的负电压导通特性，主功率管PMOSFET Q29 S-D间处于截止状态，因此应急电源BAT与后级电路隔开，不会让后级电路处于工作状态，即此时应急电源BAT与后级电路处于断开状态。

与此同时，由于三极管Q1中C-E间的电阻无穷大，应急电源BAT通过高阻抗单元32的第一二极管ZD8、第一电阻R224、第二电阻R226及三极管Q1组成的回路电阻也无穷大，应急电源BAT通过此回路的放电电流也就无穷小；因此，在应急电源常态不工作时，应急电源BAT的静态电流就会无穷小，满足行业要求。

具体地，在本实施例中，当需要应急电源BAT给后级电路供电时，只要按下SW3的开关，然后松开，则SW3的Pin2接通Pin1后，应急电源BAT就可以给后级电路供电。

具体地，按下SW3后，开关SW3的Pin1与Pin2瞬间接通，短路单元34中的第一电容CV8相当于短路状态，应急电源BAT的电压信号通过短路单元34中的第四电阻R276及第四二极管ZD9作用到三极管Q1基极”B”上。此时Q1的基级“B”上有一个高电平H,则Q1的C-E极间完全导通；

由于高阻抗单元32的第一二极管ZD8、第一电阻R224、第二电阻R226及三极管Q1组成一个回路，三极管Q1的C-E完全导通，第一二极管ZD8、第一电阻R224、第二电阻R226及三极管Q1的分压VG很小，第一电阻R224上的电压(也就是主功率管PMOSFET Q29的S-G)的电压分压很大，超出主功率管PMOSFET Q29的开启电压(但不会超出Q29 S-G间的最大耐压值)，使得主功率管PMOSFET Q29间完全打开导通，于是应急电源BAT在开启瞬间足以向后级电路开始供电；

后级电路工作后，通过单片机的某个Pin脚输出一个高电平H给网络标号Standby_lock。Standby_lock的高电平信号H通过信号增强单元33中的电阻R279及二极管D56作用到三极管Q1的B级上，三极管Q1的B极上持续获得一个高电平H,三极管Q1的C-E间持续的导通，此时主功率管PMOSFET Q29的S-G间持续的达到开启状态，主功率管PMOSFET Q29 S-D间继续导通给后级电路供电；

与此同时，SW3的Pin2与Pin1接通后，分压单元35中的电阻R229与R230对应急电源BAT进行分压，此分压信号就是网络标号Tiger。此时，网络标号Tiger为高电平信号H，然后此高电平信号H通过Tiger传输到单片机的一个Pin脚，此Pin脚收到Tiger的高电平信号H后，发出一个高电平H信号到网络标号Standby_lock所连接的I/O口，于是三极管Q1导通，主功率管PMOSFET Q29导通；

按下SW3松开后，SW3的Pin2与Pin3恢复连接，应急电源BAT断开了与第一电容CV8的连接，也不会继续向第一电容CV8及三极管Q1继续供电，节约了一部分能耗。同时，第一电容CV8则通过按键模块4中的第六电阻R274放电，导致Tiger信号将会检测到低电平信号，但是此时网络标号Standby_lock将会继续输出一个高电平H信号，维持三极管Q1继续导通，主功率管PMOS Q29继续导通；

三极管Q1的B另一端通过快速放电单元36中的二极管D57、电阻R278及SW3 Pin2-Pin3接GND，由于以上元件仍然有一定的分压作用，可以满足Standby_lock输出H电平信号时，维持三极管Q1的B极有一个高电平信号H,三极管Q1导通，主功率管PMOSFET Q29也导通，应急电源BAT持续向后级电路供电；因此，本申请完成一次开机过程，将应急电源接入到后级电路中，满足后级电路工作。

具体地，在本实施例中，当需要关闭应急电源BAT时，则需要再次按下按键SW3,然后松开，则将应急电源BAT通过主功率管PMOSFET Q29与后级电路断开，断开过程如下：

再次按下SW3然后松开，此时网络Tiger收到一个高电平信号H，然后单片机的I/O将会输出一个低电平信号L到网络Standby_lock上，将三极管Q1的B极置于低电平L，三极管Q1截止，主功率管PMOSFET Q29也截止，重复上述常态下不需要应急电源BAT接入给后级负载供电的控制流程；

SW3松开后，SW3的Pin2与Pin3接通，第一电容CV8上的电荷可以快速的通过电阻R276泄放，Tiger可以快速的再次从H变为L。三极管Q1 B级上存储的电荷也可以通过二极管D57,电阻R278，R274接“地”，达到快速的将残留电荷放电的目的，此时Q29可以更快速的关断；

具体地，电阻R275为在备用电池BAT供电，SW3 Pin1与Pin2接通时，防止电容CV8瞬间短路而造成BAT短路；二极管D36防止在应急电源BAT不供电时，后级电路对应急电源BAT进行倒灌。

综上，本发明能降低应急电源在待机时的静态功耗，且能够保证应急电源在正常工作时的可靠性和安全性。

本申请还提供了一种基于低静态电流的单独备电开机装置，包括的一种基于低静态电流的单独备电开机电路。

对于本申请提供的一种基于低静态电流的单独备电开机电路的介绍，请参照上述实施例，本申请此处不再赘述。

需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。