一种掉电存数电源管理电路

技术领域

本发明涉及电源领域，具体涉及一种掉电存数电源管理电路。

背景技术

随着电力行业的发展，智能电能表正快速替代传统的机械式及电子式电能表，智能电能表的功能越来越多，需要存储的数据也相继增多，电能表掉电时需要对电能相关的数据进行存数，但由于数据的增多，存储时间也会延长，掉电过程中需要保证充足的供电时间，才能保证正常存数。

当前在用的智能表，存储的主要是电表电量的相关数据，根据目前电能表的发展，电能表更多的对电力线路上的损耗、负荷、窃电等进行记录，数据量越来越多，如果存数未完成，可能导致电量丢失、电量数据不匹配、记录丢失等问题，会给电力公司造成损失。因此，一种掉电存数电源管理电路在智能电能表的实际应用中很有必要。现有掉电存数电源管理电路，掉电后支撑存数的电压时间较短，是对于老产品电能表存储数据量不多的条件使用的，根据上述的电能表发展情况，存储数据量变多，原有电源管理电路已无法支撑全部数据量的存储工作，需要一种应对智能表发展的掉电存数电源管理电路。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是提供一种掉电存数电源管理电路，应用于智能电能表，能够在掉电时提供了电源支持，有足够的电源进行存数操作。

(二)技术方案

本发明的一个方面保护一种掉电存数电源管理电路，包括第一双二极管、第二双二极管、第三双二极管，三极管，第二电阻、第三电阻、第四电阻，第二电容，超级电容，电池及存储器；三极管的集电极通过第二电阻和第二双二极管连接超级电容，三极管的发射极连接系统工作电源和存储器的供电端，三极管的基极通过串联的第四电阻和第四电容接地；第三双二极管通过第三电阻连接在电池和控制电源之间，第四电阻和第四电容的连接点与第三双二极管相连接；第一双二极管连接在系统工作电源、控制电源和系统整流电源之间，使系统工作电源、控制电源的电压相同；所述第三双二极管连接电池供电输出端，第二双二极管连接超级电容电源输出端。

根据本发明的一个方面，所述第一双二极管的两个二极管并联，形成三个端部，两个二极管的正极的连接点为第三端部，两个二极管的负极分别为第一端部和第二端部。

根据本发明的一个方面，第一双二极管的所述第一端部连接系统工作电源，所述第二端部连接控制电源，所述第三端部连接系统整流电源。

根据本发明的一个方面，第二双二极管的两个二极管串联，形成三个端部，一个二极管的负极与另一二极管的正极的连接点为第二端部一个二极管的正极为第一端部，另一个二极管的负极为第三端部。

根据本发明的一个方面，所示掉电存数电源管理电路还包括第一电阻和第一电容，第二双二极管的第一端部通过第一电阻连接到系统整流电源，第三端部为超级电容电源输出端，第二端部连接超级电容的正极，超级电容的负极接地，系统整流电源与地之间连接第一电容。

根据本发明的一个方面，第三双二极管的两个二极管并联形成三个端部，两个二极管的负极相连形成第三端部，两个二极管的正极分别为第一端部和第二端部。

根据本发明的一个方面，第三双二极管的所述第三端点连接第四电阻与第四电容的连接点，所述第一端点连接电池供电输出端，通过第三电阻连接电池的正极，电池的负极接地，第三双二极管的第二端点连接控制电源。

根据本发明的一个方面，所述电池供电输出端和所述超级电容电源输出端之间连接二极管，电池供电输出端连接二极管的正极，超级电容电源输出端连接二极管的负极。

根据本发明的一个方面，存储器为芯片，所述供电端为一引脚。

(三)有益效果

本发明提供了一种用于智能电能表的掉电存数电源管理电路，能够根据掉电时各部分电压的不同，使智能表检测到掉电信号后，有足够的电源进行存数操作，有以下有益的技术效果：

1、为掉电存数提供了电源支持，且支持时间长。

2、响应速度快，电源切换无延时，可以保证电源连续供应，支持存数操作。

3、充分考虑各部分器件完全失效或部分失效的情况，最大限度降低因器件失效导致存数失败的风险。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施方式的掉电存数电源管理电路的原理图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

图1示出了掉电存数电源管理电路的原理图。在图1中，VDD为系统整流后的电源，由外部输入电源产生，VCC为系统工作电源，VCM为控制电源，VCAP为超级电容电源输出，VBATT为电池供电输出。所述掉电存数电源管理电路包括双二极管Q1、Q2、Q3，三极管Q4，电阻R1、R2、R3、R4，电容C1、C4，超级电容CD1，电池B1以及二极管D1。

其中，双二极管Q1具有三个端部，分别是11、12和13，双二极管Q1的两个二极管并联，两个二极管的正极相连形成端部13，一个二极管的负极为端部11，另一个二极管的负极为端部12。双二极管Q1为单路进，双路出，方向不可逆。

双二极管Q2具有三个端部，分别是21、22和23，双二极管Q1的两个二极管串联，即一个二极管的负极连接另一二极管的正极，两个二极管的连接点为端部22，一个二极管的的正极为端部21，另一个二极管的负极为端部23。双二极管Q2包括两种工作方式。第一种是，当左边的管脚供电时，下面和右边的管脚均可输出。第二种是，当左边的管脚不供电时，下面的管脚可向右边的管脚供电，下面的管脚为超级电容CD1充电、放电的通道。

双二极管Q3具有三个端部，分别是31、32和33，双二极管Q3的两个二极管并联，两个二极管的负极相连形成端部33，一个二极管的正极为端部31，另一个二极管的正极为端部32。双二极管Q3双路进，单路出，比较VBATT和VCM的电压，以电压高的为输入。

三极管Q4包括集电极C、基极B和发射极E。三极管Q4在上电时不导通，在掉电时导通。

超级电容CD1在上电时由VDD进行充电；掉电时驱动三极管Q4工作为存储器U2提供电源。

存储器U2为具有8个引脚的芯片，由VCC供电，用于数据存储。

从图1可以看出，双二极管Q1的端部1连接VCC，端部2连接VCM，端部3连接VDD，。当双二极管Q1的两个二极管导通时，VCC和VCM的电压相同。VBATT和VCAP之间连接二极管D1，VBATT连接二极管D1的正极，VCAP连接二极管D1的负极。双二极管Q2的端部21通过电阻R1连接VDD，端部23连接VCAP，端部22连接超级电容CD1的正极，超级电容CD1的负极接地GND，VDD与GND之间连接电容C1。三极管Q4的集电极C通过电阻R2连接双二极管Q2的端点23。三极管Q4的发射极E连接VCC。三极管Q4的基极B通过串联的电阻R4和电容C4接地GND。三极管Q4的基极B连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端与电容C4的一端串联，电容C4的另一端接地GND。双二极管Q3的端点33连接电阻R4与电容C4的连接点，双二极管Q3的端点31连接VBATT，通过电阻R3连接电池B1的正极，电池B1的负极接地GND，双二极管Q3的端点32连接VCM。存储器U2的引脚4接地GND，引脚8与三极管Q4的发射极E连接。

该掉电存数电源管理电路的工作过程如下：

上电时，双二极管Q1的两个二极管导通，由于双二极管Q1的作用，VCM和VCC的电压相同，使得三极管Q4处于不导通状态，因此，由系统工作电源VCC向存储器U2供电。VDD通过电阻R1和双二极管Q2对超级电容CD1进行充电，VCM通过双二极管Q3对电容C4进行充电。

掉电时，VDD的电压变为零，VCC和VCM的电压也变为零。在电源B1的作用下，双二极管Q3导通，VBATT通过双二极管Q3、电阻R4驱动三极管Q4的基极B，使得三极管Q4的集电极C和发射极E导通，VCAP通过电阻R2向存储器U2的VCC端供电，支持掉电存数使用。

考虑到超级电容使用寿命的影响，当超级电容CD1失效时，VBATT也可通过二极管D1为VCAP提供电源，支持掉电存数使用，二极管D1还可以避免超级电容CD1对电池B1反向充电。

考虑到电池使用寿命及钝化的影响，当电池B1失效时，电容C4也可驱动三极管Q4，使VCAP为VCC供电。

智能电能表要求电池可更换，故超级电容的主要作用是电池没电的时候支持电池更换，且使用超级电容支持存数，消耗相对较小，因此超级电容的选型主要以更换电池的时间要求为参考。电阻R1、R2、R3、R4，电容C1、C4、三极管Q4根据不同的要求进行计算后选型。存储器U2根据电能表需要存储的全部数据内容进行选型。例如，在一个具体实施例中，电能表系统使用5V电源供电，即系统电源VDD为5V，VCC、VCM的电压为4.7V，其他电路各元件的参数设置为：电阻R1使用51Ω、电阻R2、R3使用10Ω、电阻R4使用10kΩ，电容C1使用10μF、电容C4使用47μF，超级电容使用1.5F，电池B1的电压为3.6V，双二极管Q1使用BAT54A，双二极管Q2使用BAT54S，双二极管Q3使用BAT54C，三极管Q4使用LMBT2222ALT1G。

根据掉电存储正反向有无功总电量、各分时电量等重点数据，软件处理时间评估，需要维持电平70ms以上，在正常工况条件下比较容易满足。

当电网处于低电压情况时，检测到掉电信号后，可能会使电平维持的时间变短，容易丢失数据，本电路可以有效的延长电平维持时间，保证存数。

综上所述，本发明提供一种掉电存数电源管理电路，一种掉电存数电源管理电路，包括第一双二极管、第二双二极管、第三双二极管，三极管，第二电阻、第三电阻、第四电阻，第二电容，超级电容，电池及存储器；三极管的集电极通过第二电阻和第二双二极管连接超级电容，三极管的发射极连接系统工作电源和存储器的供电端，三极管的基极通过串联的第四电阻和第四电容接地；第三双二极管通过第三电阻连接在电池和控制电源之间，第四电阻和第四电容的连接点与第三双二极管相连接；第一双二极管连接在系统工作电源、控制电源和系统整流电源之间，使系统工作电源、控制电源的电压相同；所述第三双二极管连接电池供电输出端，第二双二极管连接超级电容电源输出端。该掉电存数电源管理电路，能够根据掉电时各部分电压的不同，使智能表检测到掉电信号后，有足够的电源进行存数操作，为掉电存数提供了电源支持，同时最大限度降低器件失效的风险。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。