一种低功功耗、去纹波电路及其控制方法与流程

1.本发明涉及控制电路领域，具体涉及一种低功功耗、去纹波电路及其控制方法。


背景技术：

2.当前的电池控制电路中，为了减少功率的消耗，大多采用的是减少供电电流的方案。
3.在电池控制板上，启动后的无用电量消耗始终存在，由于电路无纹波检查功能，过大的纹波导致电路工作不稳定，带来安全隐患。
4.已有的技术，应用的是小静态电流的方式，使电路持续工作中，长年累月的积累，电量消耗也很大。
5.同时，大多是通过硬件来实现降纹波，但是硬件降纹波有一个缺点，当负载变化大后，纹波也会变大，


技术实现要素：

6.为解决上述技术问题，本发明提出了一种低功功耗、去纹波电路，其特征在于，包括：输入模块，配置有第一电源以及第二电源；所述第二电源连接有一触发模块，所述触发模块连接有一主控制模块，所述主控模块与所述输入模块之间连接有一电压变换模块以及带有手动开关s1和自锁开关s2的启动模块；
7.通过手动开关s1与触发模块以及电压变换模块配合，控制在第一电源以及第二电源同时或者两者单独输入；
8.在按下手动开关s1按下后，启动模块的电容瞬间导通，并保持一段导通时间，在该段导通时间内，整个系统达到了稳定状态，从而通过主控制模块输出控制信号连接到自锁开关s2，实现系统自锁稳定输出，主控制模块在多种状态下低功耗、降低纹波运行。
9.优选的，手动开关s1设有两种状态；
10.第一种状态：手动开关s1按下，手动开关s1的pin4与pin5连接导通，pin2与pin3
11.断开；
12.第二种状态：手动开关s1未按下，手动开关s1的pin4与pin5不连接导通，pin2与pin3连接导通。
13.优选的，触发模块以及启动模块内均设置有电容；
14.第一电源以及第二电源同时输入时，在手动开关s1从第一种状态恢复到第二种状态前，触发模块以及启动模块内的电容均没有电流流过，系统不消耗能量，主控模块睡眠式工作；
15.第一电源单独输入时，手动开关s1处于第一状态时，启动模块的电容有信号通过，主控模块提供触发信号，在触发前，系统不工作，主控模块睡眠式工作；
16.第二电源单独输入时，触发模块中的电容开始充电，系统瞬间触发启动，系统在启动之前，整个电路不消耗能量，主控模块睡眠式工作。
17.优选的，一种电路的控制方法，包括：
18.s1:输入模块带动电信号输入；
19.s2:系统开始正常工作，主控制模块控制启动模块中的自锁开关s2，系统自锁稳定输出；
20.s3:在系统触发前，没有电流流过启动模块的电容或者触发模块的电容，系统不消耗能量，主控模块在睡眠式工作。
21.优选的，包括：
22.第一电源以及第二电源同时提供电源给系统；
23.手动开关s1处于第二种状态，没有电流流过，系统不消耗能量，只有主控模块在睡眠式的工作；
24.带动手动开关s1处于第一种状态，两个电源将叠加后连接到电压变换模块；
25.电压变换模块将电信号输送至主控制模块；
26.主控制模块持续输出带动系统自锁并开始工作。
27.优选的，包括：
28.第一电源单独输入时，触发模块不工作；
29.带动手动开关s1处于第二种状态，系统不工作，主控模块在睡眠工作；
30.带动手动开关s1处于第一种状态时，启动模块的电容有电压信号通过；
31.同时主控模块提供触发信号，系统开始工作，并带动系统自锁式稳定工作。
32.优选的，包括：
33.第二电源单独输入时，触发模块开始工作；
34.触发模块电容瞬间开始充电，电流流过光耦u1初级发射段；
35.使得光耦u1的引脚导通；
36.并给主控模块一个启动电压，主控模块通过内设的rs单元带动系统实现自锁式稳定工作。
37.优选的，包括：
38.电路开始工作后，主控模块开始检测输出电压的纹波；
39.当纹波过大后，进行波纹调整。
40.优选的，包括：
41.当检测到输入电压波纹过大时，控制模块以每次10％的频率往上加大；
42.当频率增大一倍后，波纹会降低一半。
43.优选的，包括：设计时设置最大频率，减小变压器以及电子元件的交变损耗。
44.本发明具有如下优点：
45.1.不需要长时间的静态电流，确保电池在长时间不使用还有电量存在，利用电容瞬间导通的原理，在手动开关s1按下后，启动模块的电容瞬间导通，并保持一段导通时间，在该段导通时间内，整个系统达到了稳定状态，从而通过主控制模块输出控制信号连接到自锁开关s2，实现系统自锁稳定输出。
46.2.增加了纹波检测，通过纹波的大小，增加频率响应时间，从而提高变压器的工作频率，降低纹波。
47.3.降低了纹波，相当于多余的电压被去除，相应的能量也会减小。
附图说明
48.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
49.图1为本发明实施例中低功功耗、去纹波电路的整体连接图；
50.图2为本发明实施例中低功功耗、去纹波电路的降低波纹原理图。
具体实施方式
51.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
52.下面结合实施例和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
53.如图1所示，一种低功功耗、去纹波电路，包括：输入模块，配置有第一电源以及第二电源；所述第二电源连接有一触发模块，所述触发模块连接有一主控制模块，所述主控模块与所述输入模块之间连接有一电压变换模块以及带有手动开关s1和自锁开关s2的启动模块。
54.通过手动开关s1与触发模块以及电压变换模块配合，控制在第一电源以及第二电源同时或者两者单独输入。
55.在按下手动开关s1按下后，启动模块的电容瞬间导通，并保持一段导通时间，在该段导通时间内，整个系统达到了稳定状态，从而通过主控制模块输出控制信号连接到自锁开关s2开关，实现系统自锁稳定输出，主控制模块在多种状态下低功耗、降低纹波运行。
56.其中，vin1为第一电源，vin2为第二电源，输入模块包括:第一电源输入正极连接d1的正极，第一电源的的负极连接二极管d6的负极，第二电源的正极连接连接二极管d2的正极和c1的一端，第二电源的负极连接二极管d5的负极。
57.d1的负极连接d2的负极、吸收电路的一端和变压器tx1的引脚1；二极管d5和二极管d6的负极连接到地。
58.上述输入模块具有防反功能；由2路输入电源和4个二极管组成，电源有两路输入，vin1和vin2,vin1为电池供电，vin2为充电器供电，4个二极管d1/d2/d5/d6起防反作用，用于当正负电压接反时，保护电路。
59.其中，触发模块包括：电容c1，电容c1的一端与第二电源连接，电容c1的另一端与稳压管d3的阴极连接，d3的阳极连接电阻r1的一端，r1的另一端连接u1的pin1,u1的pin2连接到地。
60.u1的pin4连接二极管d7的阴极、c3的一端和电阻r2的一端，u4的pin3连接二极管d8的阳极，d8的阴极连接电阻r4的一端，r4的另一端连接主控模块的pin1、开关pin2、电阻r6/r7的一端，电容c5的一端。
61.上述触发模块用于vin2输入触发启动，由3个电阻r1/r4、2个二极管d3/d8、1个电容c1，1个ic u1组成，电容c1用于瞬间导通，当上时0时刻时，c1两端电压为0，然后慢慢上升，经过一段时间t后，最后在该电容两端无电流流过，使串联在该电容后面的电路无功率损耗，d3用于稳定，当电压低于额定电压时，d3不导通，r1为限电阻，限制流过光耦发光原边的电流，起保护光耦的作用，r4为与模块3中的r8组成分压电路，提供一个信号到主控电路，d8用于防反。
62.其中，启动模块包括：电阻r2的另一端连接电阻r5/r3的一端、二极管d10的阴极、电容c4的一端、mos引脚pin2、电容c6的一端以及主控模块u2的pin7；手动开关s1的pin1悬空，pin2连接r6/r7/r4和电容c5的一端以及主控引脚1,电容c5,电阻r7的另一端连接到地；手动开关s1的pin3引脚连接到地，pin4引脚连到二极管d9的阳极，d9的阴极连接r6；手动开关s1引脚pin5连接c4和mos引脚pin3；手动开关s1开关引脚pin6连接r3；mos引脚pin1连接二极管d10的阳极、电阻r5以及自锁开关s2开关的一端，自锁开关s2的另一端连接到地。
63.上述启动模块，当此模块启动后，整个系统电路都启动，它的组成有手动开关s1s1，两路，每路分常开，常闭，手动开关s1为整个系统的开关，用于启动或关闭整个电路系统，当开关按下(开关的引脚5和开关的引脚4连接导通，引脚2与引脚3断开)后，整个系统才能运行，否则系统无正常启动运行，5个电阻r2/r5/r3/r6/r7,r2用于限流，r5作mos偏置电阻，r3为放电电阻，给c4电容放电，r6与r7组成分压。
64.2个二极管d9/d10,d9防电流反流，d10稳定，保护mos，2个电容c4,c5,c4用于瞬间启动电路，当手动开关s1压下后，引脚5与引脚3接通，电容瞬间有电流流过，触后启动电路。
65.c5用于主控电路充放电，两个开关s1/s2,s1为手动按钮开关，有2组常开常闭通路，引脚4，引脚5，引脚6为一组。
66.其中引脚5与引脚6常闭，引脚1，引脚2，引脚3为一组，其中引2与引脚3常闭，当按下开关后，引脚4与引脚5接通，引脚1与引脚2接通，引脚1不使用，悬空。
67.引脚2与引脚3断开，自锁开关s2由主控模块控制，当需要强制启动时，自锁开关s2接通，mos q1导通，从而组主控的rs启动信号，系统开始运行。
68.其中，手动开关s1设有两种状态:
69.第一种状态：自锁开关按下，自锁开关的pin4与pin5连接导通，pin2与pin3断开；
70.第二种状态：自锁开关未按下，自锁开关的pin4与pin5不连接导通，pin2与pin3连接导通。
71.其中，主控模块设有多个引脚，引脚pin1连接r4/r7/r6/c5和s开关，引脚pin1的另一端连接重启rs单元，rs单元另一端连接到主控单元。
72.引脚pin7连接c6/q1/r2/r5/d10/r3/c4,c6的另一端连接到地，引脚pin7的另一端连到的主控单元，引脚pin8连接到地。
73.引脚pin3连接电阻r8的一端，引脚pin3的另一端连接到电流采样单元is,电流采样单元is的另一端连接到主控单元，r8的另一端连接到地，u2的引脚pin2连接到电压变换模块中的二极管d4阴极和电容c2的一端。
74.引脚pin2的另一端连接到电压采集单元vs,电压采集单元vs另一端连接到主控单元；引脚pin5连接电压变换模块中的变压器tx1和吸收电路，引脚pin5的另一端连接到降稳单元和开关s的一端，开关s的另一端连接pin3,开关s的pwm控制端连接主控单元。
75.上述主控模块电容c6和电阻r8以及5个单元组成，电容c6是vcc滤波，r8用于电流采样。
76.5个单元分为主控单元，rs重启动单元，vs电压采样单元，is电流采样单元，降稳定单元。
77.重启单元rs是控制系统启动，当引脚1上的电压低于某个电压值时，系统就会不断的重复启动，当该引脚电压大于某一个值时，系统就正常运行。
78.vs单元是电压侦测单元，该单元侦测2个参数，分别的是输出电压参数和输出电压纹波参数，is单元是用于侦测主控模块的电流，当该电压过大时，电路侦测过载，系统进入保护。
79.稳降压单元的作用是把来至于引脚5的电压降低后，给主控单元供电。主控单元是核心，主控单元是可编程的。
80.根据引脚2，引脚3，引脚1采集到的电压进行相应的计算并发出pwm控制开关s.使变压器tx1工作，从而实现输入输出电压的转换。
81.当采集到vs单元的电压偏高，那么主控单元把连接到s开的pwm的占空比降低，如果采集的到的纹波电压过高，那么主控单元将会提高pwm的频率以此来降低采样时间，从而降低频率。
82.如果采集到is的电流过大，那么主控单元将不会输出pwm,系统关闭。
83.主控模块的工作原理是：当引脚5有电压后，主控单元马上输出pwm连接到s开关，变压器开始工作，整个系统开始工作，在1个周内开始检测各个引脚的信号是否正常。
84.如果rs单元电压低于设定值，那么系统就关闭，过一会再重启1个周期，具体过多长，可以按要求进行软件设定。如此这的间隔启动，比连续的不断重启能有效节能电量。
85.电压变换模块包括：变压器tx1，变压器tx1的引脚1连接到d1/d2和吸收电路单元一端，引脚3连接到主控模块和吸收电路单元的另一端。
86.变压器tx1引脚7连接到地，引脚6连接到d7的阳极，二极管d7的阴极连接c3的一端和u4引脚4和电阻r2,c3的另一端连接到地。
87.变压器tx1的pin16连接到地，pin16连接到二极管d4的阳极，d4的阴接连接输出vout和电容c2的一端，c2的另一端连接到地。
88.上述电压变换模块，主用于电压变换，它由变压器tx1,吸收电压，2个二极管d7/d4,2个电容c3/c2组成。
89.变压器tx1用于电压变换，吸电路用于吸收电感的漏感造成的尖峰电压，d7用于整流，c3滤小，滤波后的电压主要用于给主控模块供电压。
90.d4为变压器的次级输出整流，同理c2为次级滤波，为整个系统的输出。
91.触发模块以及启动模块内均设置有电容；
92.其中，触发模块设置电容c1，启动模块内设置有电容c4；
93.第一电源以及第二电源同时输入时，在手动开关s1从第一种状态恢复到第二种状态前，触发模块以及启动模块内的电容均没有电流流过，系统不消耗能量，主控模块睡眠式工作。
94.第一电源单独输入时，手动开关s1处于第一状态时，启动模块的电容有信号通过，主控模块提供触发信号，在触发前，系统不工作，主控模块睡眠式工作；
95.第二电源单独输入时，触发模块中的电容开始充电，系统瞬间触发启动，系统在启动之前，整个电路不消耗能量，主控模块睡眠式工作。
96.一种用于电路的控制方法包括：
97.s1:输入模块带动电信号输入；
98.s2:系统开始正常工作，主控制模块控制启动模块中的自锁开关s2，系统自锁稳定输出；
99.s3:在系统触发前，没有电流流过启动模块的电容或者触发模块的电容，系统不消耗能量，主控模块在睡眠式工作。
100.其中，系统节能电路的工作原理一般分为4种情况：
101.情况1：第一电源与第二电源同时存在；
102.情况2：第一电源与第二电源同时不存在，不给系统供电；
103.情况3：第一电源提供电源给系统，第二电源无；
104.情况4：第一电源无，系统由第二电源供电。
105.其中，
106.情况1：第一电源以及第二电源同时存在的工作原理：
107.两个电源都存在后，系统要工作，第一步就得先让手动开关s1开关按下导通(4-5连能，2-3断开)，由于两个电源都存在。
108.手动开关s1未按下通，模块2的功能不会启用(因为手动开关s1未按下，把主控引脚1接地了，同时在vin2存时，c1充满电已断开)。
109.此时两个电源将叠加后连接到变压器tx1，输入电压途经变压器tx1的初级绕组后，连接到主模模块的引脚5，引脚5一旦有电压，主控模块就开始工作。
110.主控模块开始发出pwm连接到s开关，变压器开始工作，d7与d4二极管同时有电压输出。
111.就在第1个pwm周期内，主控单元开始检测引脚3，引脚2，引脚1的电压信号是否正常，此时引脚2与引脚3的电压信号是正常的，同时手动开关s1也按下，所以整个系统可以正常工作。
112.但如果手动开关s1不按下，由于主控模块的引脚1与手动开关s1的引脚2连接，那主控的引脚1也是接地，电压为0。
113.此时主控单元不再输出pwm,然开始过间隔地输出pwm,每次一个周期，每次都检测一个该3个引脚的电压(主要检测rs单元的电压信号)。
114.当开手动开关s1打开后，手动开关s1引脚2与引脚3断开，同时c4有一个电压信号瞬间流过，这个电压信号加载到主控模块的引脚1上，能持续一段时间，该时间能使整个系统稳定，从而使主控引脚有了一个电压信号。
115.此时主控单元就开始持续输出pwm连接到s开关，从而使变压器tx1开始持续工作，整个系统开始正常运行。
116.主控模块输出电压信号控制自锁开关s2，系统自锁稳定输出。
117.能实现节能的主要是因为c1/c4在手动开关s1断开前，没有电流流过，系统不消耗能量，只有主控模块在睡眠式的工作，所以实现节能。
118.情况2：第一电源与第二人电源同时不存在，不给系统供电，此情况系统不工作。不需说明。
119.情况3：第一电源提供电源给系统，第二电源无的工作原理；
120.第一电源提供电源给系统，第二电源无时，系统由第一电源供电，此时触发模块由于没有电源不起作用。
121.当手动开关s1不按下时，主控模块引脚1接地，系统不工作。
122.当手动开关s1按下后，c4有电压信号通过，依次连接d9/r6后，连接到u2引脚pin1,
给u2提供触发信号，u2一旦检测到这个信号马上就开始运行工作，整个系统开始工作。
123.当信号稳定后，输出一个控制信号控制自锁开关s2，自锁开关s2导通使q1导通，由系统进行自锁式稳定工作，此时电容c4充满电断开。
124.由于在触发前，整个系统不工作，只有主控模块在睡眠工作，极大的节省了能量，所以实现节能。
125.情况4：第一电源无，系统由第二电源供电；
126.当第一电源vin1电池没有电了，而第二电源vin2充电器又没有连接时，整个系统停止工作。
127.但当第二电源vin2充电器接入后，触发模块中的c1电容瞬间开始充电，该电流流过光耦u1初级发射端，使u1的引脚4与引脚3导通。
128.此时，d7的电压通u1后，再通过d8/r4连接到rs单元，给rs单元提供一个启动电压，此后，主控单元开始工作，输出pwm到s开关，变压器上tx1上有pwm电压产生，整个电路开始工作。
129.整个电路开始工作后，主控单元输出控制信号连接到自锁开关s2开，使自锁开关s2导通，自锁开关s2导通后，q1的引脚2与引脚1连接导通，导通后的电压通过手动开关s1，d9，r6连接到rs单元，rs有了一个稳定的电压，实现自锁。
130.同理，在系统启动前，整个电路不消耗能量，只有当vin2接入时，瞬间触发启动，能有效节省能量。
131.降低纹波工作原理：
132.当整个电路开始工作后，主控模块的主控单元开始检测输出电压vout的纹波，如图2所示，δv就是纹波电压，当这个纹波过大后，电路工作不正常，可能还有额外的能量产生。
133.因为这一部份的纹波是多余的，它的存在只会增加功率损耗，所以这个纹波电压越小越好。通过检测这个纹波δv的大小，能做相应调节，调整方式如下：
134.当检测到δv过大时，主控模块就会加大频率，以每次10％的频率往上加，比如s开关频率当前为100k,当检测到δv过大时，就会调节s的pwm开关频率为110khz，再检测，直接达到理想的δv电压就停止。
135.当频率增大一部后，δv就会降低一半。但频率也不能无限上升，在设计时规定最大的频率。因为频率越高，变压器和交变损耗以及电子元件的交变损耗加大。
136.不需要长时间的静态电流，确保电池在长时间不使用还有电量存在，利用电容瞬间导通的原理，在手动开关s1按下后，电容c4瞬间导通，并保持一段导通时间。
137.在该段导通时间内，整个系统达到了稳定状态，从而通过主控模块输出控制信号连接到自锁开关s2开关，实现系统自锁稳定输出，并增加了纹波检测，通过纹波的大小，增加频率响应时间，从而提高变压器的工作频率，降低纹波，并相当于将多余的电压去除，相应的能量也会减小。
138.对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。

技术特征：
1.一种低功功耗、去纹波电路，其特征在于，包括：输入模块，配置有第一电源以及第二电源；所述第二电源连接有一触发模块，所述触发模块连接有一主控制模块，所述主控模块与所述输入模块之间连接有一电压变换模块以及带有手动开关s1和自锁开关s2的启动模块；通过手动开关s1与触发模块以及电压变换模块配合，控制在第一电源以及第二电源同时或者两者单独输入；在按下手动开关s1后，启动模块的电容瞬间导通，并保持一段导通时间，在该段导通时间内，整个系统达到了稳定状态，从而通过主控制模块输出控制信号连接到自锁开关s2，实现系统自锁稳定输出，主控制模块在多种状态下低功耗、降低纹波运行。2.根据权利要求1所述的低功功耗、去纹波电路,其特征在于，所述手动开关s1设有两种状态；第一种状态：手动开关s1按下，手动开关s1的pin4与pin5连接导通，pin2与pin3断开；第二种状态：手动开关s1未按下，手动开关s1的pin4与pin5不连接导通，pin2与pin3连接导通。3.根据权利要求2所述的低功功耗、去纹波电路,其特征在于，所述触发模块以及启动模块内均设置有电容；第一电源以及第二电源同时输入时，在手动开关s1从第一种状态恢复到第二种状态前，触发模块以及启动模块内的电容均没有电流流过，系统不消耗能量，主控模块睡眠式工作；第一电源单独输入时，手动开关s1处于第一状态时，启动模块的电容有信号通过，主控模块提供触发信号，在触发前，系统不工作，主控模块睡眠式工作；第二电源单独输入时，触发模块中的电容开始充电，系统瞬间触发启动，系统在启动之前，整个电路不消耗能量，主控模块睡眠式工作。4.一种用于权利要求1-3任意一项所述的电路的控制方法，其特征在于，包括：s1:输入模块带动电信号输入；s2:系统开始正常工作，主控制模块控制启动模块中的自锁开关s2，系统自锁稳定输出；s3:在系统触发前，没有电流流过启动模块的电容或者触发模块的电容，系统不消耗能量，主控模块在睡眠式工作。5.根据权利要求4所述的电路的控制方法，其特征在于，包括：第一电源以及第二电源同时提供电源给系统；手动开关s1处于第二状态，没有电流流过，系统不消耗能量，只有主控模块在睡眠式的工作；带动手动开关s1处于第一种状态，两个电源将叠加后连接到电压变换模块；电压变换模块将电信号输送至主控制模块；主控制模块持续输出带动系统自锁并开始工作。6.根据权利要求4所述的低功功耗、去纹波电路,其特征在于，包括：第一电源单独输入时，触发模块不工作；带动手动开关s1处于第二种状态，系统不工作，主控模块在睡眠工作；
带动手动开关s1处于第一种状态时，启动模块的电容有电压信号通过；同时主控模块提供触发信号，系统开始工作，并带动系统自锁式稳定工作。7.根据权利要求4所述的低功功耗、去纹波电路,其特征在于，包括：第二电源单独输入时，触发模块开始工作；触发模块电容瞬间开始充电，电流流过光耦u1初级发射段；使得光耦u1的引脚导通；并给主控模块一个启动电压，主控模块通过内设的rs单元带动系统实现自锁式稳定工作。8.根据权利要求4所述的低功功耗、去纹波电路,其特征在于，包括：电路开始工作后，主控模块开始检测输出电压的纹波；当纹波过大后，进行波纹调整。9.根据权利要求8所述的低功功耗、去纹波电路,其特征在于，包括：当检测到输入电压波纹过大时，控制模块以每次10％的频率往上加大；当频率增大一倍后，波纹会降低一半。10.根据权利要求9所述的低功功耗、去纹波电路,其特征在于，包括：设计时设置最大频率，减小变压器以及电子元件的交变损耗。

技术总结
本发明提供了一种低功功耗、去纹波电路，包括：输入模块，配置有第一电源以及第二电源；第二电源连接有一触发模块，触发模块连接有一主控制模块，主控模块与所述输入模块之间连接有一电压变换模块以及带有手动开关S1和自锁开关S2的启动模块；通过手动开关S1与触发模块以及电压变换模块配合，控制在第一电源以及第二电源同时或者两者单独输入；在手动开关S1后，启动模块的电容瞬间导通，并保持一段导通时间，在该段导通时间内，整个系统达到了稳定状态，从而通过主控制模块输出控制信号连接到自锁开关S2开关，实现系统自锁稳定输出，主控制模块在多种状态下低功耗、降低纹波运行。降低纹波运行。降低纹波运行。


技术研发人员：罗海 王怀华 徐鹏
受保护的技术使用者：苏州山倍储能科技有限公司
技术研发日：2023.05.12
技术公布日：2023/8/1