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1、(10)申请公布号 CN 102856937 A (43)申请公布日 2013.01.02 CN 102856937 A *CN102856937A* (21)申请号 201110179782.6 (22)申请日 2011.06.29 H02J 7/00(2006.01) (71)申请人 海洋王照明科技股份有限公司 地址 518100 广东省深圳市南山区南海大道 海王大厦 A 座 22 层 申请人 深圳市海洋王照明技术有限公司 (72)发明人 周明杰 黄晓东 (74)专利代理机构 广州华进联合专利商标代理 有限公司 44224 代理人 何平 (54) 发明名称 具有充电功能的应急电源 (57)。
2、 摘要 本发明涉及一种具有充电功能的应急电源， 包括控制电路、 充电电路、 直流电路、 电池以及输 出充电兼用口， 控制电路包括相互电连接的按键 和控制芯片， 控制芯片在按键的控制下在输出、 充 电、 休眠三种状态中顺序循环切换， 处于输出状态 时控制芯片发送控制脉冲， 处于充电状态时控制 芯片发送充电信号， 处于休眠状态时应急电源进 入休眠状态 ； 控制脉冲的占空比根据直流电路反 馈的输出电压进行调整 ； 充电电路在收到充电信 号时接收输出充电兼用口输入的电能， 并通过直 流电路为电池充电 ； 直流电路在输出状态下根据 控制脉冲的占空比控制通断时间， 通过输出充电 兼用口输出应急电能， 并向。
3、控制电路反馈输出电 压。本发明电路拓扑结构简单、 成本较低。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 2 页 1/2 页 2 1. 一种具有充电功能的应急电源， 其特征在于， 包括控制电路、 充电电路、 直流电路、 电 池以及输出充电兼用口， 所述控制电路连接充电电路和直流电路， 所述控制电路包括相互电连接的按键和控制 芯片， 所述控制芯片在按键的控制下在输出、 充电、 休眠三种电路状态中顺序循环切换， 所 述控制芯片在输出状态时发送控制脉冲至所述直流电路， 。
4、充电状态时发送充电信号至所述 充电电路， 休眠状态时所述控制芯片关闭使所述具有充电功能的应急电源进入休眠状态 ； 所述控制脉冲的占空比由所述控制电路根据直流电路反馈的输出电压进行调整 ； 所述充电电路连接控制电路、 输出充电兼用口以及直流电路， 在收到充电信号时所述 充电电路开始接收所述输出充电兼用口输入的电能， 并通过所述直流电路为所述电池充 电 ； 所述直流电路连接控制电路、 充电电路、 输出充电兼用口以及电池， 在电路输出状态下 根据所述控制脉冲的占空比控制直流电路的通断时间， 向输出充电兼用口输出所述电池提 供的应急电能， 并向所述控制电路反馈输出电压。 2. 根据权利要求 1 所述的。
5、具有充电功能的应急电源， 其特征在于， 所述控制电路还包 括第一下拉电阻， 所述控制芯片的主机输出从机输入脚与地线之间接有所述按键 ； 所述控制芯片的复位脚与所述主机输出从机输入脚之间接有所述第一下拉电阻 ； 所述控制芯片的脉冲脚连接所述直流电路的脉冲输入端， 用于输出所述控制脉冲至所 述直流电路 ； 所述控制芯片的电压检测脚连接所述直流电路的电压检测端， 用于接收所述直流电路 反馈的输出电压 ； 所述控制芯片的充电控制脚连接所述充电电路的充电控制端， 用于发送充电信号至所 述充电电路。 3. 根据权利要求 2 所述的具有充电功能的应急电源， 其特征在于， 所述直流电路包括 电感、 第一限流电。
6、阻、 第二限流电阻、 第三限流电阻、 第一分压电阻、 第二分压电阻、 第一偏 置电阻、 储能滤波电容、 第一 N 型 MOS 管以及第一二极管 ； 所述第一 N 型 MOS 管的栅极与所述脉冲输入端之间接有第一限流电阻， 所述第一 N 型 MOS管的源极接地且与栅极之间接有第一偏置电阻， 所述第一N型MOS管的漏极与所述电池 之间接有电感 ； 所述第一二极管的正极连接所述第一 N 型 MOS 管的漏极、 电感以及充电电路的电能输 出端， 负极连接所述储能滤波电容的一端， 所述储能滤波电容的另一端接地 ； 所述第一二极管的负极与所述输出充电兼用口之间接有第二限流电阻， 所述第二限流 电阻接所述输。
7、出充电兼用口的一端连接所述充电电路的电能输入端， 所述第一二极管的负 极与地线之间还顺序接有第一分压电阻和第二分压电阻， 所述第一分压电阻和第二分压电 阻的公共连接端与所述电压检测端之间接有第三限流电阻。 4. 根据权利要求 3 所述的具有充电功能的应急电源， 其特征在于， 所述充电电路包括 第一 P 型 MOS 管、 第四限流电阻以及第二偏置电阻， 所述第一 P 型 MOS 管的源极是所述电能 输入端， 所述第一 P 型 MOS 管的漏极是所述电能输出端， 所述第一 P 型 MOS 管的栅极与源极 之间接有第二偏置电阻， 所述第一 P 型 MOS 管的栅极与所述充电控制端之间接有第四限流 权。
8、 利 要 求 书 CN 102856937 A 2 2/2 页 3 电阻。 5. 根据权利要求 3 所述的具有充电功能的应急电源， 其特征在于， 所述第一下拉电阻 与所述主机输出从机输入脚之间接有第一电阻， 所述第一电阻连接第一下拉电阻的一端与 所述控制芯片的状态指示脚之间顺序接有第六限流电阻和发光二极管， 所述发光二极管的 正极接第六限流电阻， 负极接所述状态指示脚。 6. 根据权利要求 3 所述的具有充电功能的应急电源， 其特征在于， 所述具有充电功能 的应急电源还包括接于所述直流电路和控制电路之间的过压保护电路， 所述过压保护电路 包括第二 N 型 MOS 管、 第三偏置电阻、 第五限流。
9、电阻、 第二二极管以及稳压二极管 ； 所述第二 N 型 MOS 管的漏极接于第一 N 型 MOS 管的栅极与第一限流电阻之间， 所述第 二 N 型 MOS 管的源极接地并与第二 N 型 MOS 管的栅极之间接有第三偏置电阻 ； 过压保护电路的电压采样端接于所述储能滤波电容连接第一二极管的负极的一端与 第一分压电阻接第二限流电阻的一端之间， 所述电压采样端与第二 N 型 MOS 管的栅极之间 顺序接有第二二极管、 稳压二极管以及第五限流电阻 ； 所述第二二极管的正极连接所述电 压采样端， 所述第二二极管的负极连接稳压二极管的负极且连接所述控制芯片的电源脚。 7. 根据权利要求 6 所述的具有充电。
10、功能的应急电源， 其特征在于， 所述电源脚与地线 之间还接有滤波电容。 8.根据权利要求1至7中任一项所述的具有充电功能的应急电源， 其特征在于， 所述控 制芯片采用型号为 ATtiny13 的微控制单元芯片。 权 利 要 求 书 CN 102856937 A 3 1/4 页 4 具有充电功能的应急电源 【技术领域】 0001 本发明涉及一种用于应急电源的回路装置， 尤其涉及一种具有充电功能的应急电 源。 【背景技术】 0002 应急电源是用于电子电路系统的应急供电， 例如在市电异常时对照明灯具进行供 电。 0003 传统的应急电源大多不具备对电源内电池的充电功能， 电池用完后需要更换或取 出。
11、后采用外置的充电器充电。即使有充电功能， 在切换输出电源与为内置电池充电这两种 状态时也较为不便。 【发明内容】 0004 基于此， 有必要提供一种可以方便地在输出电源、 为内置电池充电、 休眠三种状态 中切换， 且成本较低的具有充电功能的应急电源。 0005 一种具有充电功能的应急电源， 包括控制电路、 充电电路、 直流电路、 电池以及输 出充电兼用口， 所述控制电路连接充电电路和直流电路， 所述控制电路包括相互电连接的 按键和控制芯片， 所述控制芯片在按键的控制下在输出、 充电、 休眠三种电路状态中顺序循 环切换， 所述控制芯片在输出状态时发送控制脉冲至所述直流电路， 充电状态时发送充电 。
12、信号至所述充电电路， 休眠状态时所述控制芯片关闭使所述具有充电功能的应急电源进入 休眠状态 ； 所述控制脉冲的占空比由所述控制电路根据直流电路反馈的输出电压进行调 整 ； 所述充电电路连接控制电路、 输出充电兼用口以及直流电路， 在收到充电信号时所述充 电电路开始接收所述输出充电兼用口输入的电能， 并通过所述直流电路为所述电池充电 ； 所述直流电路连接控制电路、 充电电路、 输出充电兼用口以及电池， 在电路输出状态下根据 所述控制脉冲的占空比控制直流电路的通断时间， 向输出充电兼用口输出所述电池提供的 应急电能， 并向所述控制电路反馈输出电压。 0006 优选的， 所述控制电路还包括第一下拉电。
13、阻， 所述控制芯片的主机输出从机输入 脚与地线之间接有所述按键 ； 所述控制芯片的复位脚与所述主机输出从机输入脚之间接有 所述第一下拉电阻 ； 所述控制芯片的脉冲脚连接所述直流电路的脉冲输入端， 用于输出所 述控制脉冲至所述直流电路 ； 所述控制芯片的电压检测脚连接所述直流电路的电压检测 端， 用于接收所述直流电路反馈的输出电压 ； 所述控制芯片的充电控制脚连接所述充电电 路的充电控制端， 用于发送充电信号至所述充电电路。 0007 优选的， 所述直流电路包括电感、 第一限流电阻、 第二限流电阻、 第三限流电阻、 第 一分压电阻、 第二分压电阻、 第一偏置电阻、 储能滤波电容、 第一 N 型 。
14、MOS 管以及第一二极 管 ； 所述第一 N 型 MOS 管的栅极与所述脉冲输入端之间接有第一限流电阻， 所述第一 N 型 MOS管的源极接地且与栅极之间接有第一偏置电阻， 所述第一N型MOS管的漏极与所述电池 之间接有电感 ； 所述第一二极管的正极连接所述第一N型MOS管的漏极、 电感以及充电电路 说 明 书 CN 102856937 A 4 2/4 页 5 的电能输出端， 负极连接所述储能滤波电容的一端， 所述储能滤波电容的另一端接地 ； 所述 第一二极管的负极与所述输出充电兼用口之间接有第二限流电阻， 所述第二限流电阻接所 述输出充电兼用口的一端连接所述充电电路的电能输入端， 所述第一二。
15、极管的负极与地线 之间还顺序接有第一分压电阻和第二分压电阻， 所述第一分压电阻和第二分压电阻的公共 连接端与所述电压检测端之间接有第三限流电阻。 0008 优选的， 所述充电电路包括第一 P 型 MOS 管、 第四限流电阻以及第二偏置电阻， 所 述第一 P 型 MOS 管的源极是所述电能输入端， 所述第一 P 型 MOS 管的漏极是所述电能输出 端， 所述第一 P 型 MOS 管的栅极与源极之间接有第二偏置电阻， 所述第一 P 型 MOS 管的栅极 与所述充电控制端之间接有第四限流电阻。 0009 优选的， 所述第一下拉电阻与所述主机输出从机输入脚之间接有第一电阻， 所述 第一电阻连接第一下拉。
16、电阻的一端与所述控制芯片的状态指示脚之间顺序接有第六限流 电阻和发光二极管， 所述发光二极管的正极接第六限流电阻， 负极接所述状态指示脚。 0010 优选的， 所述具有充电功能的应急电源还包括接于所述直流电路和控制电路之间 的过压保护电路， 所述过压保护电路包括第二N型MOS管、 第三偏置电阻、 第五限流电阻、 第 二二极管以及稳压二极管 ； 所述第二 N 型 MOS 管的漏极接于第一 N 型 MOS 管的栅极与第一 限流电阻之间， 所述第二 N 型 MOS 管的源极接地并与第二 N 型 MOS 管的栅极之间接有第三 偏置电阻 ； 过压保护电路的电压采样端接于所述储能滤波电容连接第一二极管的负。
17、极的一 端与第一分压电阻接第二限流电阻的一端之间， 所述电压采样端与第二 N 型 MOS 管的栅极 之间顺序接有第二二极管、 稳压二极管以及第五限流电阻 ； 所述第二二极管的正极连接所 述电压采样端， 所述第二二极管的负极连接稳压二极管的负极且连接所述控制芯片的电源 脚。 0011 优选的， 所述电源脚与地线之间还接有滤波电容。 0012 优选的， 所述控制芯片采用型号为 ATtiny13 的微控制单元芯片。上述具有充电 功能的应急电源可通过按压按键在输出、 充电、 休眠三种电路状态中切换， 电路拓扑结构简 单、 成本较低。 【附图说明】 0013 图 1 是本发明具有充电功能的应急电源一实施。
18、例的电路方框图 ； 0014 图 2 是本发明具有充电功能的应急电源一实施例的电路原理图。 【具体实施方式】 0015 为使本发明的目的、 特征和优点能够更为明显易懂， 下面结合附图对本发明的具 体实施方式做详细的说明。 0016 图 1 是本发明具有充电功能的应急电源一实施例的电路方框图， 具有充电功能的 应急电源100包括控制电路10、 直流电路20、 充电电路30、 电池90以及输出充电兼用口40。 0017 控制电路 10 连接充电电路 30 和直流电路 20。控制电路 10 包括相互电连接的按 键和控制芯片。控制芯片在按键的控制下在输出、 充电、 休眠三种电路状态中切换。当控制 芯片。
19、处于休眠状态时， 控制芯片关闭， 按键按下一次， 控制芯片进入充电状态， 再按一次， 控 制芯片进入输出状态， 再按一次， 控制芯片又进入休眠状态。即随着按键的按压， 电路状态 说 明 书 CN 102856937 A 5 3/4 页 6 在 “休眠充电输出休眠 ” 中顺序循环切换。当控制芯片处于输出状态 时， 控制电路 10 发送控制脉冲至直流电路 20， 控制脉冲的占空比由控制芯片根据直流电路 20 反馈的输出电压进行调整 ； 当控制芯片处于充电状态时， 控制电路 10 发送充电信号至充 电电路 30 ； 当控制芯片处于休眠状态时， 控制芯片关闭其内部所有功耗器件及将其输出口 全部转成输入。
20、口使其外部功率器件不工作， 从而使具有充电功能的应急电源 100 进入休眠 状态。 0018 充电电路 30 连接控制电路 10、 输出充电兼用口 40 以及直流电路 20。充电电路 30 在收到控制电路 10 发送的充电信号时开始接收输出充电兼用口 40 输入的电能， 并通过直 流电路 20 为电池 90 充电。 0019 直流电路 20 连接控制电路 10、 充电电路 30、 输出充电兼用口 40 以及电池 90。当 电路在输出状态下， 控制电路 10 通过所输出的控制脉冲的占空比控制直流电路 20 的通断 时间， 向输出充电兼用口 40 输出电池 90 提供的应急电能， 并向控制电路 1。
21、0 反馈输出电压。 0020 图 2 是本发明具有充电功能的应急电源一实施例的电路原理图。控制电路 10 的 控制芯片 U1 有 8 根引脚。控制芯片 U1 的主机输出从机输入脚 5 与地线之间接有按键 S1， 控制芯片 U1 在按键 S1 的控制下实现在输出、 充电、 休眠三种电路状态中顺序循环切换。控 制芯片 U1 的复位脚 1 与主机输出从机输入脚 5 之间接有第一下拉电阻 R12。控制芯片 U1 的脉冲脚 6 连接直流电路 20 的脉冲输入端 (PWM)， 用于输出控制脉冲至直流电路 20。控制 芯片U1的电压检测脚7连接直流电路20的电压检测端(AD)， 用于接收直流电路20反馈的 。
22、输出电压。控制芯片 U1 根据直流电路 20 反馈的输出电压的大小调整控制脉冲的占空比， 输出电压偏低时增大占空比， 输出电压偏高时减小占空比， 以此保持输出充电兼用口 40 输 出电压的恒定。控制芯片 U1 的充电控制脚 2 连接充电电路 30 的充电控制端 (CON)， 用于发 送充电信号至充电电路 30。控制芯片 U1 的地脚 4 接地。 0021 在本实施例中， 第一下拉电阻 R12 与主机输出从机输入脚 5 之间还接有第一电阻 R10， 第一电阻 R10 连接第一下拉电阻 R12 的一端与状态指示脚 3 之间顺序接有第六限流电 阻 R11 和发光二极管 D3， 发光二极管 D3 的正。
23、极接第六限流电阻 R11， 负极接状态指示脚 3。 发光二极管D3用于指示电路状态， 电路处于休眠状态时发光二极管D3熄灭， 处于充电状态 时发光二极管 D3 常亮， 处于输出状态时发光二极管 D3 闪烁。在其他实施例中也可以不设 置发光二极管 D3。 0022 在本实施例中， 控制芯片 U1 采用型号为 ATtiny13 的微控制单元 (MCU) 芯片。 0023 在本实施例中， 直流电路 20 包括电感 L1、 第一限流电阻 R2、 第二限流电阻 R13、 第 三限流电阻 R3、 第一分压电阻 R1、 第二分压电阻 R4、 第一偏置电阻 R5、 储能滤波电容、 第一 N 型 MOS 管 Q。
24、1 以及第一二极管 D1。 0024 第一 N 型 MOS 管 Q1 的栅极与脉冲输入端 (PWM) 之间接有第一限流电阻 R2， 第一 N 型 MOS 管 Q1 的源极接地且与栅极之间接有第一偏置电阻 R5， 第一 N 型 MOS 管 Q1 的漏极与 电池 90 之间接有用于储能的电感 L1。 0025 第一二极管 D1 的正极连接第一 N 型 MOS 管 Q1 的漏极、 电感 L1 以及充电电路 30 的电能输出端， 第一二极管 D1 的负极连接储能滤波电容的一端， 储能滤波电容的另一端接 地。在本实施例中， 储能滤波电容一共设置 C1、 C2 两个， 其中 C1 的一端与 C2 相连， 。
25、C1 的另 一端接地， C1 与 C2 的公共连接端接第一二极管 D1 的负极。 说 明 书 CN 102856937 A 6 4/4 页 7 0026 第一二极管D1的负极与输出充电兼用口40之间接有第二限流电阻R13， 第二限流 电阻 R13 接输出充电兼用口 40 的一端连接充电电路 30 的电能输入端。第一二极管 D1 的 负极与地线之间还顺序接有第一分压电阻R1和第二分压电阻R4。 第一分压电阻R1和第二 分压电阻 R4 的公共连接端与电压检测端 (AD) 之间接有第三限流电阻 R3。 0027 在其他实施例中， 也可以用其他开关器件， 例如 NPN 型三极管代替第一 N 型 MOS。
26、 管 Q1， 但如采用开关速度不够快的器件则输出恒压的效果可能会较差。 0028 在本实施例中， 充电电路 30 包括第一 P 型 MOS 管 Q2、 第四限流电阻 R6 以及第二 偏置电阻 R7。第一 P 型 MOS 管 Q2 的源极是充电电路 30 的电能输入端， 第一 P 型 MOS 管的 漏极是充电电路 30 的电能输出端， 第一 P 型 MOS 管 Q2 的栅极与源极之间接有第二偏置电 阻 R7， 第一 P 型 MOS 管 Q2 的栅极与充电控制端 (CON) 之间接有第四限流电阻 R6。在其他 实施例中， 也可以用其他开关器件， 例如 PNP 型三极管代替第一 P 型 MOS 管 。
27、Q2。 0029 当控制芯片处于充电状态时， 控制芯片 U1 通过充电控制脚输出低电平， 第一 P 型 MOS 管 Q2 导通， 从输出充电兼用口 40 输入的电能先后经第一 P 型 MOS 管 Q2、 电感 L1 流向 电池 90， 对其进行充电。 0030 在图 2 所示实施例中， 具有充电功能的应急电源 100 还包括接于直流电路 20 和控 制电路 10 之间的过压保护电路 50。过压保护电路 50 包括第二 N 型 MOS 管 Q3、 第三偏置电 阻 R9、 第五限流电阻 R8、 第二二极管 D4 以及稳压二极管 D2。 0031 第二 N 型 MOS 管 Q3 的漏极接于第一 N 。
28、型 MOS 管 Q1 的栅极与第一限流电阻 R2 之 间， 第二 N 型 MOS 管 Q3 的源极接地并与第二 N 型 MOS 管的栅极之间接有第三偏置电阻 R9。 0032 过压保护电路 50 的电压采样端接于储能滤波电容 C1 连接第一二极管 D1 的负极 的一端与第一分压电阻 R1 接第二限流电阻 R13 的一端之间 ( 在本实施例中电压采样端实 际是接于储能滤波电容 C1、 C2 之间 )。电压采样端与第二 N 型 MOS 管 Q3 的栅极之间顺序 接有第二二极管 D4、 稳压二极管 D2 以及第五限流电阻 R8。第二二极管 D4 的正极连接电压 采样端， 第二二极管 D4 的负极连接。
29、稳压二极管 D2 的负极且连接控制芯片 U1 的电源脚 8。 0033 当过压保护电路 50 的输出电压高于警戒值 ( 在本实施例中为 6.2V) 时， 稳压二极 管 D2 被反向击穿从而导通， 驱动第二 N 型 MOS 管 Q3 导通， 第二 N 型 MOS 管 Q3 导通后将第 一 N 型 MOS 管 Q1 的栅极拉至低电平， 第一 N 型 MOS 管 Q1 截止， 电感 L1 向输出充电兼用口 40 提供储存的能量使得输出电压升高的功能暂时消失， 从而达到保护输出的目的。 0034 在本实施例中， 控制芯片 U1 的电源脚 8 与地线之间还接有滤波电容 C4。 0035 上述具有充电功能。
30、的应急电源 100 采用 MCU 控制进行控制， 该电源采用锂电池作 为储能介质， MCU 不仅可以在输出、 充电、 休眠三种电路状态中切换， 而且可以控制输出电压 恒定。本发明电路拓扑结构简单， 输出转换效率高， 待机时间长， 且采用可编程的 MCU， 调试 方便。 0036 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式， 其描述较为具体和详细， 但并 不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是， 对于本领域的普通技术人员 来说， 在不脱离本发明构思的前提下， 还可以做出若干变形和改进， 这些都属于本发明的保 护范围。因此， 本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。 说 明 书 CN 102856937 A 7 1/2 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 102856937 A 8 2/2 页 9 图 2 说 明 书 附 图 CN 102856937 A 9 。