计量表电源电路的制作方法

1.本发明涉及电源领域，具体涉及一种计量表电源电路。


背景技术：

2.随着燃气表和水表等计量表的持续发展，其智能化程度越来越高，集成的功能也越来越多，需采用电池(例如碱性电池或锂亚电池等)为计量表提供电能。
3.碱性电池和锂亚电池具有较高的容量，被广泛应用在计量表中。在实际应用中，计量表中的通信模块、开关阀门等大功率的功耗模块需要较高的电压/电流支撑其工作，但电池经常在工作一段时间后，不再满足大功率的功耗模块的电压/电流要求。
4.为提高电池的使用寿命，现有技术中有采用电池对储能模块进行充电，再利用储能模块对计量表进行供电的方式。储能模块普遍存在串联等效电阻(equivalent series resistance，esr)，其阻值在100mω～300mω之间。电池由于其内部化学反应，在电量充足时，内阻一般小于100mω，在计量表的大功率的功耗模块瞬态脉冲放电状态，仍然会优先释放电池的电能，此状态会持续到电池内阻大于储能模块内阻的状态，而此时电池的电量已经被严重消耗；且储能模块的充电漏电流，也会带来电池电能损失，影响电池的使用寿命。
5.为对电路中各个器件进行控制，需要采用控制器。而控制器通常由电池进行供电，在电池发生故障或电量低时，控制器则会失去作用，从而导致电路失效。


技术实现要素：

6.因此，为了解决上述技术缺陷之一，从而提供一种计量表电源电路，所述电源电路包括：
7.开关模块，第一端用于与第一电池连接；控制器，连接在所述开关模块的第一端、第一电池之间；限流模块，输入端与所述开关模块的第二端连接，输出端用于与计量表的功耗模块连接；储能模块，连接在所述限流模块、计量表的功耗模块之间，用于接收来自所述第一电池的电流和产生电流；其中，所述开关模块包括第一导通状态和第二导通状态，当所述开关模块处于第一导通状态时，所述第一电池对所述控制器供电，且所述第一电池的电流通过所述开关模块以对所述储能模块充电；当所述开关模块处于第二导通状态时，所述储能模块的电流通过所述开关模块以对所述控制器供电。
8.可选地，所述开关模块包括：第一pmos管，栅极与所述控制器连接，源极用于与所述第一电池连接；第二pmos管，栅极与所述控制器连接，源极与所述限流模块连接，漏极与所述第一pmos管的漏极连接。
9.可选地，所述开关模块包括：第三三极管，基极与所述控制器连接，发射极用于与所述第一电池连接，集电极与所述限流模块连接；第四三极管，基极与所述控制器连接，发射极连接在所述第三三极管的集电极、限流模块之间，集电极连接在所述第三三极管的发射极、第一电池之间。
10.可选地，所述开关模块包括：负荷开关，电源端用于与所述第一电池连接，负载端
与所述限流模块连接。
11.可选地，所述开关模块包括：继电器，输入端与所述第一电池连接，输出端与所述限流模块连接。
12.可选地，所述第一电池提供给功耗模块的电流小于所述功耗模块的工作电流，所述储能模块提供给功耗模块的电流大于或等于所述功耗模块的工作电流。
13.可选地，还包括：计量表的功能器件，所述功能器件连接在所述第一电源、开关模块之间。
14.可选地，所述限流模块包括限流电阻或恒流源；或所述储能模块包括：开关，一端连接在所述限流模块、计量表的功耗模块之间；第二电容，一端与所述开关的另一端连接，另一端接地。
15.可选地，还包括：电源切换模块，输入端用于与所述第一电池、第二电池分别连接，输出端与所述开关模块的第一端连接，所述控制器连接在所述开关模块的第一端、电源切换模块之间，所述电源切换模块用于选择输出第一电池或第二电池的电流；
16.或电压检测模块，与所述储能模块、第一电池连接，用于检测所述储能模块的电压、第一电池的电压；
17.或第一电压转换模块，输入端用于与所述第一电池连接，输出端与所述开关模块的第一端连接，所述控制器连接在所述第一电压转换模块、第一电池之间；
18.或第二电压转换模块，输入端连接在所述开关模块的第一端、第一电池之间，所述输出端与所述控制器连接。
19.可选地，所述电压检测模块包括：第二三极管，发射极接地，基极与所述控制器连接；第一三极管，发射极与所述第一电池或所述储能模块连接，基极与所述第二三极管的集电极连接；第二电阻，一端与所述控制器连接，另一端与所述第一三极管的集电极连接；第三电阻，一端连接在所述第二电阻、控制器之间，另一端接地；第一电容，一端连接在所述第二电阻、控制器之间，另一端接地；或所述第一电压转换模块和/或第二电压转换模块包括：dc/dc转换器或低压差线性稳压器。
20.本发明技术方案，具有如下优点：
21.本发明提供的计量表电源电路，储能模块产生的电流大于或等于功耗模块的工作电流，功耗模块的工作电流由储能模块提供，电池产生的电流仅供储能模块进行充电，而不能对功耗模块进行供电，采用储能模块对功耗模块进行供电，能够避免电池进行大电流放电，从而提高电池的使用寿命。在第一电池电量不足时，由于开关模块具有双向导通的能力，控制器能够接收储能模块的电流进行工作，从而提升控制器的冗余度，保证计量表的稳定性。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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的附图。
23.图1为本发明实施例1计量表电源电路的电路图；
24.图2为图1中开关模块的电路图；
25.图3为本发明实施例1计量表电源电路中开关模块的又一电路图；
26.图4为本发明实施例1计量表电源电路中开关模块的另一电路图；
27.图5为本发明实施例1计量表电源电路中开关模块的再一电路图；
28.图6为图1中储能模块的电路图；
29.图7为图1中电压检测模块的电路图；
30.图8为本发明实施例1计量表电源电路的结构示意图。
具体实施方式
31.下面将结合附图对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
32.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
33.实施例1
34.本实施例提供了一种计量表电源电路，计量表可以为天然气表，也可以为水表等。如图1至图8所示，计量表电源电路包括开关模块10、控制器80、限流模块90和储能模块20，开关模块10的第一端可与第一电池102连接，开关模块10的第二端与限流模块90的输入端连接，限流模块90的输出端可与计量表的功耗模块60连接。其中，开关模块10能够双向导通。储能模块20与限流模块90的输出端连接，并与计量表的功耗模块60并联，即储能模块20连接在限流模块90、计量表的功耗模块60之间。储能模块20能够接收来自电池102的电流进行充电，也能够产生电流对计量表的功耗模块60进行供电。其中，计量表的功耗模块60可以为通信模块、开关阀门等器件。储能模块20和第一电池102均能产生电流，所产生的电流均可通过开关模块10。
35.控制器80连接在开关模块10的第一端、第一电池102之间，控制器80能够接收第一电池102的电流进行工作。由于开关模块10具有双向导通的能力，即开关模块10具有第一电池102的电流通过开关模块10的第一导通状态、储能模块20的电流通过开关模块10的第二导通状态。在第一电池102电量不足时，控制器80能够接收储能模块20的电流进行工作，从而提升控制器80的冗余度，保证计量表的稳定性。例如，为断电之前数据存储提供保障，保证在电源失效或电源被移除的特殊情况下，完成数据存储。其中，控制器可以为单片机(microcontroller unit，mcu)、也可以为中央处理器(central processing unit，cpu)等。
36.计量表的功耗模块60正常工作时，需要足够大的电流才能顺利启动工作。在一个或多个实施例中，由于限流模块90的存在，第一电池102所产生的电流可小于功耗模块60的工作电流；储能模块20产生的电流可大于或等于功耗模块60的工作电流，功耗模块60的工
作电流由储能模块20提供，第一电池102产生的电流仅供储能模块20进行充电，而不能对功耗模块60进行供电，采用储能模块20对功耗模块60进行供电，能够避免第一电池102进行大电流放电，从而提高电池的使用寿命。例如，第一电池102产生的电流可以在0毫安～100毫安之间，储能模块20产生的电流大于或等于2安，功耗模块60的工作电流为2安。
37.如图1和图2所示，开关模块10可包括第一pmos管m1和第二pmos管m2。第一pmos管m1的栅极与控制器80连接，第一pmos管m1的源极(即开关模块的第一端)可与第一电池102连接，第一pmos管m1的漏极与第二pmos管m2的漏极连接，第二pmos管m2的栅极与控制器80连接，第二pmos管m2的源极(即开关模块的第二端)与限流模块90的输入端连接。第一控制端101与控制器80连接，通过第一控制端101可导通第一pmos管m1和第二pmos管m2，使第一电池102的电流能够通过开关模块10，从而对储能模块20进行充电；由于开关模块10具有双向导通能力，在第一电池102的电量不足时，储能器件20产生的电流能够流过第一pmos管m1和第二pmos管m2，以继续对控制器80进行供电。在一些实施例中，第一控制端101与第一pmos管m1、第二pmos管m2之间连接可有第七电阻r7。
38.在一个或多个实施例中，如图3所示，开关模块10包括第三三极管v3和第四三极管v4。第三三极管v3的基极与控制器80连接，第三三极管v3的发射极(即开关模块的第一端)可与第一电池102连接，第三三极管v3的集电极(即开关模块的第二端)可与限流模块90的输入端连接。第四三极管v4的基极与控制器80连接，第四三极管v4的发射极连接在第三三极管v3的集电极、限流模块90之间，第四三极管v4的集电极连接在第三三极管v3的发射极、第一电池102之间。第六控制端103与控制器80连接，控制器80可通过第六控制端103导通第三三极管v3和第四三极管v4，使第一电池102的电流流过开关模块10，以对储能模块20进行充电；也可在第一电池102电量不足时，储能模块20产生的电流流过开关模块10，以对控制器80进行供电。在一些实施例中，还可包括第九电阻r9，第九电阻连接在控制器80、第三三极管v3和第四三极管v4的栅极之间。
39.如图4和图5所示，开关模块10还可包括负荷开关104或继电器105。当开关模块10包括负荷开关104时，负荷开关104的电源端(即开关模块的第一端)可与第一电池102连接，负荷开关104的负载端(即开关模块的第二端)与限流模块90的输入端连接；当开关模块10包括继电器105时，继电器105的输入端(即开关模块的第一端)可与第一电池102连接，继电器105的输出端(即开关模块的第二端)与限流模块90的输入端连接。负荷开关104和继电器105均能双向导通，以增加控制器80的冗余度。
40.在一个或多个实施例中，如图1所示，限流模块90可为限流电阻r8，也可为恒流源(未示出)。采用限流电阻r8可节约成本，其阻值可根据实际情况进行合理选择。
41.在一个或多个实施例中，如图1和图6所示，储能模块20包括开关201和第二电容c2。开关201的一端连接在限流模块90(在一些实施例中即限流电阻r8)、功耗模块60之间，开关201的另一端与第二电容c2的一端连接，第二电容c2的另一端接地。开关201闭合，电池102可对第二电容c2进行充电，第二电容c2也可对耗能部件106进行供电；在第一电池102电量不足时，第二电容c2也可对控制器80进行供电。其中，开关201可为短接跳线，第二电容c2为可充电的大容量器件，例如可以为超级电容、锂离子超级电容或电池电容器等。
42.在一个或多个实施例中，如图1和图8所示，计量表电源电路还包括电源切换模块70。电源切换模块70的输入端可分别连接第一电池102和第二电池106，电源切换模块70的
输出端可分别与开关模块10的第一端、控制器80分别连接，即开关模块10、控制器80并联在电源切换模块70的输出端。第一电池102可作为主电源，第二电池106可作为备用电源，电源切换模块70可选择输出第一电池102的电流或第二电池106的电流。在第一电池102电量充足的情况下，电源切换模块70可选择输出第一电池102的电流；在第一电池102电量不足的情况下，电源切换模块70可选择输出第二电池106的电流，以对控制器80、储能模块20等提供电流，从而增加电源电路的冗余度，保证计量表工作的稳定性。其中，第一电池102和第二电池106可以为碱性电池或锂亚电池等。需要说明的是，电源切换模块70可以为两个串联的二极管，其一二极管的阴极与另一二极管的阴极连接，其一二极管的阳极连接第一电池102，另一二极管的阳极连接第二电池106。
43.在一个或多个实施例中，如图1、图7和图8所示，计量表电源电路还可包括电压检测模块30。电压检测模块30可与储能模块20、第一电池102或第二电池106连接，以对储能模块20、第一电池102或第二电池106的电压进行检测。
44.电压检测模块30可包括第二三极管v2、第一三极管v1、第二电阻r2、第三电阻r3和第一电容c1，第二三极管v2的发射极接地，第二三极管v2的基极与控制器80连接，第二三极管v2的集电极与第一三极管v1的基极连接，第一三极管v1的发射极可与第一电池102、第二电池106或储能模块20连接，第一三极管v1的集电极与第二电阻r2的一端连接，第二电阻r2的另一端与控制器80连接，第三电阻r3的一端连接在第二电阻r2、控制器80之间，第三电阻r3的另一端接地，第一电容c1的一端连接在第二电阻r2、控制器80之间，第一电容c1的另一端接地。第三控制端302与控制器80连接，控制器80控制第二三极管v2导通，从而导通第一三极管v1。第二控制端301与控制器80连接，控制器80通过第二电阻r2、第三电阻r3和第一电容c1测得第一电池102、第二电池106或储能模块20的电压。在一些实施例中，第三控制端302与第二三极管v2的基极之间连接有第四电阻r4，第二三极管v2的集电极与第一三极管v1的基极之间连接有第一电阻r1。需要说明的是，如图1和图6所示，第五控制端202设置在开关201、第二电容c2之间，控制器80可与第五控制端202连接，以对第二电容c2进行电压检测。
45.计量表电源电路还可包括唤醒电路，唤醒电路的一端与第一电池102连接，唤醒电路的另一端与控制器80连接。唤醒电路可包括第五电阻r5、第六电阻r6和第三电容c3，第五电阻r5的一端与第一电池102连接，第五电阻r5的另一端与控制器80连接，第六电阻r6的一端连接在第五电阻r5、控制器80之间，第六电阻r6的另一端接地，第三电容c3的一端连接在第五电阻r5、控制器80之间，第三电容c3的另一端接地。第四控制端303与控制器80连接，在第一电池102电压低或者第一电池102缺失的情况下，第五电阻r5、第六电阻r6和第三电容c3可唤醒控制器80，控制器80可利用电压检测模块30对第一电池102进行电压检测。
46.在一个或多个实施例中，如图8所示，计量表电源电路还包括第一电压转换模块50和第二电压转换模块40。第一电压转换模块50的输入端可与第一电池102连接(在一些实施例中即通过电源切换模块70间接连接)，第一电压转换模块50的输出端与开关模块10的第一端连接。第二电压转换模块40的输入端连接在开关模块10的第一端、第一电池102之间(在一些实施例中即连接在第一电压转换模块50、电源切换模块70之间)，第二电压转换模块40的输出端与控制器80连接。
47.在第一电池102或第二电池106电量充足时，第一电压转换模块50、第二电压转换
模块40可对电池的电压进行升压或者降压，即第一电压转换模块50、第二电压转换模块40可以为升压电路或者降压电路。例如，第一电压转换模块50和/或第二电压转换模块40可将6伏的电压转换成3.3伏的电压。在第一电池102和第二电池106电量不足时，由储能模块20对控制器80进行供电，而经过第一电压转换模块50并不会进行升压或降压处理，此时第一电压转换模块50相当于电阻，经过第二电压转换模块40将会进行降压或升压处理，以满足控制器80的工作电压。
48.在一个或多个实施例中，如图1所示，第一电压转换模块50和第二电压转换模块40可以包括dc/dc转换器或低压差线性稳压器(low dropout regulator，ldo)。当采用低压差线性稳压器时，第一低压差线性稳压器501可并联多个第五电容c5，第二低压差线性稳压器401可并联多个第四电容c4，以进行滤波处理。
49.如图8所示，计量表可包括功能器件。功能器件连接在第一电源102、开关模块10之间(在一些实施例中即连接在第一电压转换模块50、开关模块10之间)。由于开关模块10具有双向导通能力，功能器件能够接收第一电源102或储能模块20的电流进行工作。
50.需要说明的是，功能器件为计量表的主要用电电路之一，可以是超声波计量模组电路、无磁计量模组电路或热式计量模组等，此部分电路一般有独立的电源控制电路和数据交互接口；功耗模块采用间歇性供电，并且具有瞬时峰值电流大(≥1a)，并且持续输出＞100ma电流的需求，可为阀门驱动电路和通信电路。
51.为保证功耗模块60的正常工作，需要保证储能模块20的电量充足。在对功耗模块60供电之前和/或在对功耗模块60进行供电之后，采用电压检测模块30对储能模块20进行电压检测。在功耗模块60工作之前，可导通开关模块10，第一电池102或第二电池106产生的电流能够为储能模块20提供充电电流，可防止储能模块20电量用尽，从而延长储能模块20的使用寿命。
52.如果检测到储能模块20的电压小于或等于第一阈值，则导通开关模块；如果检测到储能模块20的电压大于或等于第二阈值，则断开开关模块。计量表的功耗模块60一般为间隙工作，例如一天或一天以上工作依次。在对储能模块20进行电压检测时，可一天检测一次，也可在功耗模块60工作前进行检测一次。
53.第一阈值大于零，第二阈值大于第一阈值。第一阈值为充电电压阈值，第二阈值为停止充电电压阈值，由于第一阈值和第二阈值的设置，能够使得储能模块20处于浅充浅放的状态，在保证电池寿命的同时，也有效保证储能模块20的寿命。
54.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。