本發明具體涉及一種電源電路、供電方法及其制成的用電信息采集終端。

背景技術：

隨著國家經濟技術的發展和人們生活水平的提高，人們也開始越來越注重用電設備的可靠性。電網設備在電網斷電、電源瞬時掉電期間的可靠性也成為了考核電網用電設備的可靠性指標之一。

目前，電網設備在電網停電或電源掉電后，支持電網設備繼續工作的核心部件，大部分采用的仍然是可充電電池（其電路模塊圖如圖1所示）：外部電源進入電源電路后，通過電源模塊進行信號變換，再通過系統電源對外提供電源輸出，同時電源模塊還對可充電電池進行充電，可充電電池也可獨立通過系統電源對外提供電源輸出。但是，充電電池有充電次數及使用年限限制：充電電池在連續使用4～5年后，其性能極具下下降，幾近失效。

目前，超級電容以其功率密度高、充放電時間短、循環壽命長、工作溫度范圍寬等優點迅速在備用電源領域占據一席之地。但是，目前的超級電容電路，其電路復雜，可靠性差。

技術實現要素：

本發明的目的之一在于提供一種可靠性高、電路簡單、使用壽命長的電源電路。

本發明的目的之二在提供一種所述電源電路的供電方法。

本發明的目的之三在于提供一種應用所述電源電路和供電方法制成的用電信息采集終端。

本發明提供的這種電源電路，包括電源模塊、可充電電池和系統電源，還包括超級電容模組；所述超級電容模組包括降壓電路、超級電容和升壓電路；電源模塊通過降壓電路連接超級電容并給超級電容充電；超級電容的輸出電能通過升壓電路升壓后通過系統電路對外供電。

所述的超級電容為法拉電容。

所述的可充電電池為鎳氫充電電池。

所述的降壓電路包括降壓輸入濾波電路、由型號為TPS54331的降壓轉換器芯片組成的核心電路以及降壓輸出濾波電路。

所述的升壓電路包括型號為S8355的升壓DC/DC控制模塊、輸出開關管和升壓輸出濾波電路。

本發明還提供了一種所述電源電路的供電方法，包括充電的步驟和放電的步驟：

所述的充電步驟包括：

S1. 電源模塊啟動，獲取外部輸入電能；

S2. 電源模塊將獲取的電能進行變換，從而通過系統電源對外輸出穩定的直流電能；

S3. 電源模塊同時輸出一路充電信號，通過降壓電路為超級電容充電；

S4. 檢測超級電容的輸出端電壓，當輸出端電壓達到設定值時停止為超級電容充電；

所述的放電步驟包括：

S1. 當電源模塊的外部輸入電能停電時，電源模塊停止工作；

S2. 實時獲取可充電電池的輸出電壓，并依據如下原則進行電源切換：

若可充電電池輸出電壓不低于5V，則可充電電池通過系統電源獨立為負載供電；

若可充電電池輸出電壓小于5V且大于4.4V時，則超級電容通過系統電源獨立為負載供電，并在超級電容放電完畢后切換到可充電電池端通過系統電源獨立為負載供電；

若可充電電池的輸出電壓不高于4.4V，則關閉可充電電池的供電電路，由超級電容通過系統電源獨立為負載供電。

本發明還提供了一種由所述的電源電路制成的用電信息采集終端，并且采用所述的供電方法對用電信息采集終端進行供電。

本發明提供的這種電源電路和供電方法，在系統供電電源掉電且無后備電池或后備電池損壞及電量不足的情況下，用電負載依然能夠持續獲取一定時間的電能供應，使得用電負載能夠在該時間內完成數據存儲、鎖定等相關重要事件，保證了用電負載的數據可靠性；而且本發明采用雙備用電源模式，超級電容的存在能夠有效保證和延長可充電電池的使用壽命，進一步提高了本發明的使用壽命和可靠性；而且本發明可靠性高、電路簡單、使用壽命長。此外，本發明的電源電路和供電方法，不僅適用于用電信息采集終端，也適用于其他任何需要進行電源供電的電子設備，包括各類型的計量儀表（比如電能表、水表、燃氣表、熱量表等）、電能管理終端、配電終端、電能質量監控設備、電網自動化終端、采集終端、集中器、數據采集器、計量儀表手抄器等。

附圖說明

圖1為本發明的背景技術的功能模塊圖。

圖2為本發明的電源電路的功能模塊圖。

圖3為本發明的電源電路的降壓電路的電路原理圖。

圖4為本發明的電源電路的升壓電路的電路原理圖。

圖5為本發明方法的充電步驟的方法流程圖。

圖6為本發明方法的放電步驟的方法流程圖。

具體實施方式

如圖2所示為本發明的電源電路的功能模塊圖：本發明提供的這種電源電路，包括電源模塊、可充電電池和系統電源，還包括超級電容模組；所述超級電容模組包括降壓電路、超級電容和升壓電路；電源模塊通過降壓電路連接超級電容并給超級電容充電；超級電容的輸出電能通過升壓電路升壓后通過系統電路對外供電。超級電容可以采用法拉電容，可充電電池可以采用鎳氫充電電池。

如圖3所示為本發明的電源電路的降壓電路的電路原理圖：所述的降壓電路包括降壓輸入濾波電路（包括濾波電容C13和C16）、由型號為TPS54331的降壓轉換器芯片及電感L3、D25組成的核心電路以及降壓輸出濾波電路（包括電容C26、C32和C25）。電源模塊輸出的+12V電壓通過接口XS4接入降壓電路，通過濾波電容C13和C16濾波后直接輸入芯片TPS54331的2腳；芯片的1腳和8腳通過電容C2連接；芯片的3腳通過電阻分壓電路（R20和R21）連接高電平信號，起到控制芯片啟停的作用；同時芯片的3腳和4腳還通過電容接地；芯片的6腳通過電容C30接地，同時還通過RC電路（電容C29和電阻R22）接地，起到調節輸出的反映時間的作用；芯片的8腳為輸出引腳，其通過儲能電感L3輸出+5V電源，同時8腳通過濾波電容C26和C32接地，同時還通過續流二極管D25接地；此外，輸出的+5V電源還通過電阻電壓采樣電路（電阻R19和R23）接地，此時的采樣電壓信號連接到芯片TPS54331的5腳，從而通過反饋信號保證+5V電壓的穩定性。

如圖4所示為本發明的電源電路的升壓電路的電路原理圖：升壓電路包括型號為S8355的升壓DC/DC控制模塊，輸出開關管V4、電感L4及續流二極管D24組成了升壓電路，其中升壓輸出濾波電容C23起到輸出電壓的穩定作用。升壓電路輸出的+5V電源通過限流電阻（電阻R4~R6）給超級電容C17和C18充電；超級電容的輸出端連接升壓DC/DC控制模塊的輸入2腳及使能信號3腳；模塊的1腳為輸出監控引腳，根據電壓高低來調整5腳的PWM信號的占空比，直接輸出電源通過濾波電容C23接地穩定輸出電壓；模塊的4腳直接接地，模塊的5腳為PWM控制輸出引腳，連接輸出開關管V4的控制端。

如圖5所示為本發明方法的充電步驟的方法流程圖：所述的充電步驟包括：

S1. 電源模塊啟動，獲取外部輸入電能；

S2. 電源模塊將獲取的電能進行變換，從而通過系統電源對外輸出穩定的直流電能；

S3. 電源模塊同時輸出一路充電信號，通過降壓電路為超級電容充電；

S4. 檢測超級電容的輸出端電壓，當輸出端電壓達到設定值時停止為超級電容充電。

如圖6所示為本發明方法的放電步驟的方法流程圖：所述的放電步驟包括：

S1. 當電源模塊的外部輸入電能停電時，電源模塊停止工作；

S2. 實時獲取可充電電池的輸出電壓，并依據如下原則進行電源切換：

若可充電電池輸出電壓不低于5V，則可充電電池通過系統電源獨立為負載供電；

若可充電電池輸出電壓小于5V且大于4.4V時，則超級電容通過系統電源獨立為負載供電，并在超級電容放電完畢后切換到可充電電池端通過系統電源獨立為負載供電；

若可充電電池的輸出電壓不高于4.4V，則關閉可充電電池的供電電路，由超級電容通過系統電源獨立為負載供電。