具有临时供电和充放电控制功能的电源电路及控制方法与流程

1.本发明涉及一种电源电路，尤其涉及一种具有临时供电和充放电控制功能的电源电路及控制方法。


背景技术：

2.在一些特殊领域，需要电源具有临时供电功能才能避免安全事故发生，比如，在航空航天领域，飞机在飞行的过程中，可能因为某些设备突然启动或其他意外情况导致电源在一段时间内(比如几百毫秒内)供电不足，甚至电源断电，这种瞬时供电不足或断电严重威胁飞行安全，要解决这种瞬时断电的问题，就需要在负载的电源输入端增加电路使其具有临时供电功能。
3.为了解决上述问题，通常在电源输出端或负载(即用电设备)的电源输入端连接电容，而为了确保电容能够储蓄足够电能以满足临时供电需求，则需要足够大容量的电容，比如几万微法或者更大容量的电容。只要电容的容量足够大，在电源掉电瞬间，这种大容量电容释放的能量，可充当临时电源的作用，能有效解决电源掉电或供电不足的问题，确保飞行安全。
4.但是，航空设备对启动电流(即冲击电流)大小和启动时间也有要求，即设备启动时间不能太长，同时冲击电流不能太大。当电源上的电容增大后，必然会导致启动电流增大或启动时间变长，同样可能影响飞行安全。
5.解决上述问题的传统方法是：通过增加电容容量解决设备电源掉电的问题；通过降低电容容量，来解决设备启动电流和启动时间问题。
6.可以看出，上述两种解决方法是相互矛盾的，有些飞机的设备系统需要同时解决启动电流、启动时间以及电源掉电问题，显然无法用上述传统方法来满足这些相互矛盾的性能需求。若不解决又存在严重的安全隐患，极大地影响航空事业的发展，所以亟待一种新的能够同时具有临时供电和充放电控制功能的方案来解决当前面临的问题。


技术实现要素：

7.本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种具有临时供电和充放电控制功能的电源电路及控制方法。
8.本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
9.一种具有临时供电和充放电控制功能的电源电路，设于直流电源与负载之间，包括电容和限流充电控制电路，所述直流电源的正极输出端和负极输出端分别与所述负载的正极输入端和负极输入端对应连接，所述具有临时供电和充放电控制功能的电源电路还包括用于监测所述直流电源启动电压的启动监测电路、用于监测所述电容电压的电容电压监测电路和用于单向导通放电的放电二极管，所述电容、所述限流充电控制电路和所述放电二极管分别为n个且相互一一对应，n为大于2的整数，所述电容电压监测电路为n-1个，每个所述限流充电控制电路的电源输入端、每个所述放电二极管的负极和所述启动监测电路的
正极输入端分别与所述直流电源的正极输出端连接，每个所述限流充电控制电路的电源输出端分别与对应的所述电容的正极、对应的所述放电二极管的正极连接，每个所述电容的负极、每个所述电容电压监测电路的负极输入端和所述启动监测电路的负极输入端分别与所述直流电源的负极输出端连接，第一个所述电容的正极与第一个所述电容电压监测电路的正极输入端连接，第二个所述电容的正极与第二个所述电容电压监测电路的正极输入端连接，以此类推，直到第n-1个所述电容与第n-1个所述电容电压监测电路的正极输入端连接，所述启动监测电路的信号输出端与第一个所述限流充电控制电路的控制输入端连接，第一个所述电容电压监测电路的控制输出端与第二个所述限流充电控制电路的控制输入端连接，第二个所述电容电压监测电路的控制输出端与第三个所述限流充电控制电路的控制输入端连接，以此类推，直到第n-1个所述电容电压监测电路的控制输出端与第n个所述限流充电控制电路的控制输入端连接。上述限流充电控制电路采用常规充电电路，比如可以采用专利号为“zl202121698226.5”、专利名称为“一种基于负反馈原理的电流过冲抑制电路”的发明专利中公开的电路；上述启动监测电路和电容电压监测电路可以采用常规监测电路。
10.作为优选，为了实现更好的监测功能并便于实施，所述启动监测电路和所述电容电压监测电路的电路结构相同且其电路结构如下：包括第一电阻、第二电阻和运算放大器，所述第一电阻的第一端与所述第二电阻的第一端和所述运算放大器的负极输入端连接，所述运算放大器的正极输入端与参考电压连接，所述第一电阻的第二端作为对应的所述启动监测电路或所述电容电压监测电路的正极输入端，所述第二电阻的第二端作为对应的所述启动监测电路或所述电容电压监测电路的负极输入端，所述运算放大器的输出端作为对应的所述启动监测电路或所述电容电压监测电路的信号输出端。
11.作为优选，为了防止电流反向流动，所述运算放大器的输出端与用于防止电流反向流动的防反二极管的正极连接且该防反二极管的负极作为对应的所述启动监测电路或所述电容电压监测电路的信号输出端。
12.一种具有临时供电和充放电控制功能的电源电路采用的控制方法，包括以下步骤：
13.步骤1、开启所述直流电源，所述负载得电启动，此时所有的所述限流充电控制电路均未工作；
14.步骤2、所述直流电源开启后，所述启动监测电路实时检测所述直流电源的正极输出端的电压值且当该电压值达到预设的启动充电阈值时，所述启动监测电路输出的信号控制第一个所述限流充电控制电路工作，开始对第一个所述电容充电，上述启动充电阈值由所述负载启动完成后对应的所述直流电源的正极输出端电压值对应；
15.步骤3、第一个所述电容电压监测电路实时检测第一个所述电容的正极电压值且当该电压值达到预设的电容容量阈值时，第一个所述电容电压监测电路输出的信号控制第二个所述限流充电控制电路工作，开始对第二个所述电容充电，上述电容容量阈值即为对应的所述电容被充满时其正极的电压值；
16.步骤4、用下一个所述电容电压监测电路替代上一个所述电容电压监测电路，用下一个所述限流充电控制电路替代上一个所述限流充电控制电路，重复步骤3，直到将所有的所述电容完成充电；
17.步骤5、当所述直流电源的正极输出端电压降低或直接为零时，所有的所述电容的正极电压通过对应的所述放电二极管加载在所述负载的正极输入端，自动为所述负载提供稳定的输入电压。
18.本发明的有益效果在于：
19.本发明通过采用多个容量较小的电容并联形成大容量的电容并利用电容电压监测电路实现依次对多个小容量电容进行快速充电的功能，既能满足在直流电源掉电时为负载提供稳定电压的使用需求，又避免了需要长时间对大容量电容充电而造成电容不能及时作为临时电源的问题；利用启动监测电路能够实现先完成负载启动再开始充电的功能，无论并联后的电容总容量有多大，电容都不会对启动时的冲击电流和启动时间产生影响；通过采用限流充电控制电路为电容充电，能够避免电流多大对直流电源或电容造成损坏。通过采用本发明控制方法，能够实现最好的控制效果，确保直流电源、负载和电容在启动和运行过程均不会受到临时断电、过流冲击等影响，确保整个电源系统的可靠运行。
附图说明
20.图1是本发明所述具有临时供电和充放电控制功能的电源电路的电路原理图；
21.图2是本发明所述具有临时供电和充放电控制功能的电源电路的启动监测电路和电容电压监测电路的电路图。
具体实施方式
22.下面结合附图对本发明作进一步说明：
23.如图1所示，本发明所述具有临时供电和充放电控制功能的电源电路设于直流电源与负载之间，包括电容、限流充电控制电路、用于监测直流电源启动电压的启动监测电路、用于监测电容电压的电容电压监测电路和用于单向导通放电的放电二极管，直流电源的正极输出端和负极输出端分别与负载的正极输入端和负极输入端对应连接，电容、限流充电控制电路和放电二极管分别为n个且相互一一对应，即第一个电容c1、第一个限流充电控制电路和第一个放电二极管d1相互对应，第二个电容c2、第二个限流充电控制电路和第二个放电二极管d2相互对应，以此类推，第n个电容cn、第n个限流充电控制电路和第n个放电二极管dn相互对应，n为大于2的整数，优选为5-15个，电容电压监测电路为n-1个，每个限流充电控制电路的电源输入端、每个放电二极管的负极和启动监测电路的正极输入端分别与直流电源的正极输出端连接，每个限流充电控制电路的电源输出端分别与对应的电容的正极、对应的放电二极管的正极连接，每个电容的负极、每个电容电压监测电路的负极输入端和启动监测电路的负极输入端分别与直流电源的负极输出端连接，第一个电容c1的正极与第一个电容电压监测电路的正极输入端连接，第二个电容c2的正极与第二个电容电压监测电路的正极输入端连接，以此类推，直到第n-1个电容与第n-1个电容电压监测电路的正极输入端连接，启动监测电路的信号输出端与第一个限流充电控制电路的控制输入端连接，第一个电容电压监测电路的控制输出端与第二个限流充电控制电路的控制输入端连接，第二个电容电压监测电路的控制输出端与第三个限流充电控制电路的控制输入端连接，以此类推，直到第n-1个电容电压监测电路的控制输出端与第n个限流充电控制电路的控制输入端连接。上述限流充电控制电路采用专利号为“zl 202121698226.5”、专利名称为“一种基于负反馈原理的电流过冲抑制电路”的发明专利中公开的电路。
24.如图2所示，作为优选，为了实现更好的监测功能并便于实施，所述启动监测电路和所述电容电压监测电路的电路结构相同且其电路结构如下：包括第一电阻r1、第二电阻r2和运算放大器ic1，第一电阻r1的第一端与第二电阻r2的第一端和运算放大器ic1的负极输入端连接，运算放大器ic1的正极输入端与参考电压vc连接，第一电阻r1的第二端作为对应的所述启动监测电路或所述电容电压监测电路的正极输入端vi+，第二电阻r2的第二端作为对应的所述启动监测电路或所述电容电压监测电路的负极输入端vi-，运算放大器ic1的输出端与用于防止电流反向流动的防反二极管d0的正极连接且该防反二极管d0的负极作为对应的所述启动监测电路或所述电容电压监测电路的信号输出端vo。
25.结合图1和图2，本发明所述具有临时供电和充放电控制功能的电源电路采用的控制方法，包括以下步骤：
26.步骤1、开启直流电源，负载得电启动，此时所有的限流充电控制电路均未工作，所以不对所有的电容充电，实现先启动再充电的功能；
27.步骤2、直流电源开启后，启动监测电路实时检测直流电源的正极输出端的电压值且当该电压值达到预设的启动充电阈值时，启动监测电路输出的信号控制第一个限流充电控制电路工作，开始对第一个电容c1充电，上述启动充电阈值由负载启动完成后对应的直流电源的正极输出端电压值对应；
28.步骤3、第一个电容电压监测电路实时检测第一个电容c1的正极电压值且当该电压值达到预设的电容容量阈值时，第一个电容电压监测电路输出的信号控制第二个限流充电控制电路工作，开始对第二个电容c2充电，上述电容容量阈值即为对应的电容被充满时其正极的电压值；
29.步骤4、用下一个电容电压监测电路替代上一个电容电压监测电路，用下一个限流充电控制电路替代上一个限流充电控制电路，重复步骤3，直到将所有的电容完成充电，即最后完成对第n个电容cn充电，如此实现分别依次对所有电容充电的功能，每个电容的充电时间短、速度快；
30.步骤5、当直流电源的正极输出端电压降低或直接为零时，所有的电容的正极电压通过对应的放电二极管加载在负载的正极输入端，自动为负载提供稳定的输入电压，如此实现各电容通过独立线路放电为负载提供临时电源的功能。
31.上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。