可降低电源功率限制的mesh模块供电电路及供电方法

摘要

本发明涉及可降低电源功率限制的mesh模块供电电路及供电方法，mesh模块供电电路包括DC‑DC转换电路、超级电容、限流电路及快速启动电路，超级电容并联在mesh模块的电源输入端，限流电路与快速启动电路并联，电连接在DC‑DC转换电路输出端与mesh模块电源输入端之间。本发明通过超级电容在mesh模块工作时为其提供电能，可在既不更换老版LTU，也不降低mesh发射功率的前提下，使现有LTU设备配合mesh模块实现数据的可靠传输，节省时间、人力、资源成本；限流电路可防止LTU出现打嗝现象，保证LTU正常工作；快速启动电路可在电路上电初始阶段加速超级电容充电速度；比较电路用于保护mesh模块。

权利要求

1.可降低电源功率限制的mesh模块供电电路，其特征在于，电连接于LTU电源模块与mesh模块之间，包括：DC‑DC转换电路，输入端与LTU电源模块输出端电连接，用于将LTU电源模块输出电压转换成mesh模块工作所需电压输出；

超级电容，并联在mesh模块的电源输入端，用于在mesh 模块工作时为mesh 模块提供电能；

限流电路，输入端与DC‑DC转换电路输出端电连接，输出端与mesh模块的电源输入端电连接，用于限制输出电流，以将电路总功率限制在LTU电源模块的额定功率范围内；

以及快速启动电路，输入端与DC‑DC转换电路输出端电连接，输出端与mesh模块的电源输入端电连接，快速启动电路与限流电路并联，用于在供电电路初始上电直至超级电容电压达到DC‑DC转换电路输出电压期间，为超级电容充电提供一条通路，以提升超级电容初始阶段充电速度；

包括比较电路，电源端电连接DC‑DC转换电路输出端，第一输入端电连接超级电容输出端，第二输入端连接基准电压信号，输出端电连接mesh模块的复位信号输入端，用于使mesh模块在超级电容电压低于基准电压时不启动工作；

所述LTU电源模块的额定功率小于mesh模块工作时的最大功耗，所述超级电容能在mesh模块工作时为其提供电能，使电压始终维持在mesh模块额定工作电压范围内。

2.如权利要求1所述的可降低电源功率限制的mesh模块供电电路，其特征在于，所述DC‑DC转换电路包括12V转5V DC‑DC转换器，用于将LTU电源模块输出的12V电压转换成mesh模块工作所需的5V电压输出。

3.如权利要求1所述的可降低电源功率限制的mesh模块供电电路，其特征在于，所述快速启动电路包括二极管及与二极管串联的限流电阻。

4.如权利要求1所述的可降低电源功率限制的mesh模块供电电路，其特征在于，所述限流电路包括提供电流限制设置的功率开关芯片。

5.如权利要求1所述的可降低电源功率限制的mesh模块供电电路，其特征在于，所述比较电路包括具有基准电压源的比较器。

6.可降低电源功率限制的mesh模块供电方法，其特征在于，基于如权利要求1至5任一所述的可降低电源功率限制的mesh模块供电电路，包括以下步骤：步骤1，LTU电源模块输出电压经DC‑DC转换电路转换成mesh模块工作所需电压输出；

步骤2，DC‑DC转换电路输出电压一路通过限流电路限流后输入超级电容为超级电容充电；另一路通过快速启动电路输入超级电容，在供电电路初始上电直至超级电容电压达到DC‑DC转换电路输出电压期间为超级电容充电；

步骤3，超级电容在mesh 模块工作时为mesh 模块提供电能，使电压始终维持在mesh模块额定工作电压范围内，同时DC‑DC转换电路再通过限流电路为超级电容充电，以补充消耗的电能。

7.如权利要求6所述的可降低电源功率限制的mesh模块供电方法，其特征在于，还包括：步骤4，通过比较电路采集超级电容电压与基准电压进行比较，当超级电容电压低于基准电压时，使mesh模块始终处于复位状态不会启动工作，超级电容电压高于基准电压时，mesh模块才启动工作。

8.如权利要求7所述的可降低电源功率限制的mesh模块供电方法，其特征在于，所述超级电容额定电压为5.5V，基准电压为定值，设置在4.5V～5V之间。

说明书

可降低电源功率限制的mesh模块供电电路及供电方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电网通信模块供电技术领域，特别是一种可降低电源功率限制的mesh模块供电电路及供电方法。

背景技术

[0002] 有些早期的配电台区现场，采用的是LTU+HPLC组合，基于HPLC以有线通信方式来传输数据，后面需要改成LTU+mesh组合，基于mesh模块以无线通信方式来传输数据。但是早期的LTU（线路终端单元）的电源是按照HPLC（低压电力线高速载波通信模块）的功耗来设计的，HPLC功耗不超过1.5W，LTU的输出电源采用的是3W的电源模块。现今需要更换的mesh模块（无线网格网络模块），最大功率发射的时候，功耗可以高达4W，已经远远超过LTU 3W的电源模块的负载要求，使得现有的LTU现场如果更换上mesh模块，在mesh模块发射的时候，由于LTU电源模块供电能力不足，会出现打嗝现象，导致LTU无法正常工作。

[0003] 对于目前LTU无法正常工作的状态，常规方法是采用功率更大的电源模块，由于功率更大的电源模块体积更大，无法直接和现有的电源模块pin to pin替换，所以涉及到LTU主板的PCB改版，同时由于LTU主板布板比较紧凑，如更换更大体积的电源模块，PCB布板难度将大大增加，时间、人力、资源成本都大大增加。另外，由于现场老版的LTU已经在使用，如需更换新的LTU设备，也会造成老版LTU设备的呆滞。降低mesh发射功率则会导致通信距离大大减小，无法保证通信可靠性。因此，目前现有技术尚无法在既不更换老版LTU，也不降低mesh发射功率的前提下，让现有的LTU设备配合mesh模块实现数据的可靠传输。

发明内容

[0004] 本发明的主要目的是克服现有技术的缺点，提供一种可降低电源功率限制的mesh模块供电电路及供电方法，可在既不更换老版LTU，也不降低mesh发射功率的前提下，使现的LTU设备配合mesh模块实现数据的可靠传输，节省时间、人力、资源成本，防止LTU由于供电能力不足出现打嗝现象，保证LTU正常工作。

[0005] 本发明采用如下技术方案：

[0006] 可降低电源功率限制的mesh模块供电电路，电连接于LTU电源模块与mesh模块之间，包括：

[0007] DC‑DC转换电路，输入端与LTU电源模块输出端电连接，用于将LTU电源模块输出电压转换成mesh模块工作所需电压输出；

[0008] 超级电容，并联在mesh模块的电源输入端，用于在mesh 模块工作时为mesh 模块提供电能；

[0009] 限流电路，输入端与DC‑DC转换电路输出端电连接，输出端与mesh模块的电源输入端电连接，用于限制输出电流，以将电路总功率限制在LTU电源模块的额定功率范围内；

[0010] 以及快速启动电路，输入端与DC‑DC转换电路输出端电连接，输出端与mesh模块的电源输入端电连接，快速启动电路与限流电路并联，用于在供电电路初始上电直至超级电容电压达到DC‑DC转换电路输出电压期间，为超级电容充电提供一条通路，以提升超级电容初始阶段充电速度。

[0011] 进一步地，所述可降低电源功率限制的mesh模块供电电路还包括比较电路，电源端电连接DC‑DC转换电路输出端，第一输入端电连接超级电容输出端，第二输入端连接基准电压信号，输出端电连接mesh模块的复位信号输入端，用于使mesh模块在超级电容电压低于基准电压时不启动工作。

[0012] 进一步地，所述LTU电源模块的额定功率小于mesh模块工作时的最大功耗，所述超级电容能在mesh模块工作时为其提供电能，使电压始终维持在mesh模块额定工作电压范围内。

[0013] 进一步地，所述DC‑DC转换电路包括12V转5V DC‑DC转换器，用于将LTU电源模块输出的12V电压转换成mesh模块工作所需的5V电压输出。

[0014] 进一步地，所述快速启动电路包括二极管及与二极管串联的限流电阻。

[0015] 进一步地，所述限流电路包括提供电流限制设置的功率开关芯片。

[0016] 进一步地，所述比较电路包括具有基准电压源的比较器。

[0017] 可降低电源功率限制的mesh模块供电方法，基于上述的可降低电源功率限制的mesh模块供电电路，包括以下步骤：

[0018] 步骤1，LTU电源模块输出电压经DC‑DC转换电路转换成mesh模块工作所需电压输出；

[0019] 步骤2，DC‑DC转换电路输出电压一路通过限流电路限流后输入超级电容为超级电容充电；另一路通过快速启动电路输入超级电容，在供电电路初始上电直至超级电容电压达到DC‑DC转换电路输出电压期间为超级电容充电；

[0020] 步骤3，超级电容在mesh 模块工作时为mesh 模块提供电能，使电压始终维持在mesh模块额定工作电压范围内，同时DC‑DC转换电路再通过限流电路为超级电容充电，以补充消耗的电能。

[0021] 进一步地，可降低电源功率限制的mesh模块供电方法还包括：步骤4，通过比较电路采集超级电容电压与基准电压进行比较，当超级电容电压低于基准电压时，使mesh模块始终处于复位状态不会启动工作，超级电容电压高于基准电压时，mesh模块才启动工作。

[0022] 进一步地，所述超级电容额定电压为5.5V，基准电压为定值，设置在4.5V～5V之间。

[0023] 由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

[0024] 第一，本发明通过增设超级电容在mesh 模块工作时为mesh模块提供电能，由于mesh模块发射是间歇性工作的，即使mesh模块发射时抽取的电流大于超级电容的充电电流，超级电容也能在暂停发射期间通过限流电路充电补充消耗的电能，使得超级电容的电压能始终维持在mesh 模块所需的工作电压范围内，保证mesh模块工作在最佳性能状态下，解决了既有现场无法直接使用mesh模块的问题，可在既不更换老版LTU，也不降低mesh发射功率的前提下，使现有的LTU设备配合mesh模块实现数据的可靠传输，不需要替换输出功率更高的LTU电源模块，也不需要进行PCB改版，可极大节省升级LTU版本所需的时间、人力、资源成本，同时可避免老版LTU设备的呆滞。

[0025] 第二，通过设置限流电路，可限制输出电流，将电路总功率限制在LTU电源模块的额定功率范围内，同时超级电容在电路刚上电瞬间充电电流极大，远超LTU电源模块负载能力，限流电路可限制超级电容充电电流，防止LTU由于负载过大、供电能力不足出现打嗝现象，保证LTU正常工作。

[0026] 第三，通过设置快速启动电路，可在电路上电初始阶段，加速超级电容充电速度；由于刚上电时，超级电容电压低、内阻小，会使得限流电路满限流输出时因功率过大、芯片过热而降低输出电流，这样初始阶段超级电容充电速度会很慢，通过快速启动电路可额外为超级电容充电提供一条通路，因此能在保证电路安全稳定的同时大大提升超级电容在上电初始阶段的充电速度。

[0027] 第四，通过设置比较电路，可保护mesh模块，当超级电容电压低于基准电压时，使mesh模块始终处于复位状态不会启动工作，超级电容电压高于基准电压时，mesh模块才启动工作，一方面可使超级电容尽量充满后再开始放电，保证超级电容在后续mesh模块发射时，电压始终维持在mesh模块额定工作电压范围内，另一方面可避免mesh 模块在低压启动时，由于供电电压不足导致启动异常，甚至永久损坏。

附图说明

[0028] 图1是本发明实施例1的可降低电源功率限制的mesh模块供电电路的电路原理框图；

[0029] 图2是本发明实施例1的DC‑DC转换电路的电路图；

[0030] 图3是本发明实施例1的限流电路的电路图；

[0031] 图4是本发明实施例1的比较电路的电路图；

[0032] 图5是本发明实施例1的快速启动电路的电路图。

具体实施方式

[0033] 以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。

[0034] 实施例1

[0035] 参照图1至图5，本发明的可降低电源功率限制的mesh模块供电电路，电连接于LTU电源模块与mesh模块之间，包括DC‑DC转换电路、超级电容、限流电路、快速启动电路及比较电路。所述LTU电源模块的额定功率为3W，小于mesh模块工作时的最大功耗4W。

[0036] DC‑DC转换电路，如图2所示，采用12V转5V DC‑DC转换器，输入端与LTU电源模块输出端电连接，用于将LTU电源模块输出的12V电压转换成mesh模块工作所需的5V电压输出。

[0037] 超级电容，并联在mesh模块的5V电源输入端，采用额定电压为5.5V、容量为1.5F的电容。超级电容用于在mesh模块工作时为其提供电能，使电压始终维持在mesh模块额定工作电压范围内。

[0038] 限流电路，如图3所示，输入端与DC‑DC转换电路输出端电连接，输出端与mesh模块的电源输入端电连接，用于限制输出电流，以将电路总功率限制在LTU电源模块的额定功率范围内；所述限流电路包括提供电流限制设置的功率开关芯片，型号为SY6280AAAC。

[0039] 快速启动电路，如图5所示，输入端与DC‑DC转换电路输出端电连接，输出端与mesh模块的电源输入端电连接，快速启动电路与限流电路并联，用于在供电电路初始上电直至超级电容电压达到DC‑DC转换电路输出电压期间，为超级电容充电提供一条通路，以提升超级电容初始阶段充电速度。快速启动电路包括二极管D54、限流电阻R473和R474，限流电阻R473和R474并联后与二极管D54串联。

[0040] 比较电路，如图4所示，电源端电连接DC‑DC转换电路输出端，第一输入端电连接超级电容输出端，第二输入端连接基准电压信号，输出端电连接mesh模块的复位信号输入端，用于使mesh模块在超级电容电压低于基准电压时不启动工作。比较电路包括具有基准电压源的比较器，型号为SGM8706YN6GTR。

[0041] 本发明的可降低电源功率限制的mesh模块供电方法，基于上述的可降低电源功率限制的mesh模块供电电路，包括以下步骤：

[0042] 步骤1，LTU电源模块输出12V电压经DC‑DC转换电路转换成mesh模块工作所需5V电压输出。

[0043] 步骤2，DC‑DC转换电路输出5V电压一路通过限流电路限流后输入超级电容为超级电容充电；另一路通过快速启动电路输入超级电容，在供电电路初始上电直至超级电容电压达到DC‑DC转换电路输出电压期间为超级电容充电；

[0044] 限流电路用于限制5V输出电流，将电路总功率限制在3W以内，避免LTU端由于负载过大出现打嗝现象；同时，由于增加超级电容，电路刚上电期间，超级电容瞬间充电电流极大，远超LTU电源模块负载能力，限流电路可限制超级电容充电电流，防止LTU电源模块打嗝；

[0045] 快速启动电路用于在电路刚上电期间，加速超级电容充电速度；由于刚上电时，超级电容电量为零时，超级电容电压低，内阻小，使得限流电路满限流输出，同时由于压降最大，功率开关芯片上消耗功率大，温升很快就会达到功率开关芯片热保护门限，此时功率开关芯片就会降低输出电流，甚至关断输出电流，用于降低芯片温升，这样初始阶段超级电容充电速度会很慢；此时通过快速启动电路可额外的给超级电容充电提供一条通路，提升超级电容初始阶段充电速度，当超级电容电压上升时，快速启动电路上的充电电流慢慢减小，直至超级电容电压达到DC‑DC转换电路输出电压时，快速启动电路上的充电电流转为零。

[0046] 步骤3，超级电容在mesh 模块工作时为mesh 模块提供电能，使电压始终维持在mesh模块额定工作电压范围内，同时DC‑DC转换电路再通过限流电路为超级电容充电，以补充消耗的电能；

[0047] 在超级电容电压足够的情况下，mesh 模块发送时，会直接从超级电容抽取能量，由于mesh模块发送是间歇性工作的，即使mesh发射时抽取的电流大于超级电容的充电电流，超级电容也可以在暂停发射期间通过限流电路充电将电能充满，使得超级电容上的电压始终维持在mesh 模块所需的工作电压范围内。

[0048] 步骤4，通过比较电路采集超级电容电压与基准电压进行比较，当超级电容电压低于基准电压时，使mesh模块始终处于复位状态不会启动工作，超级电容电压高于基准电压时，mesh模块才启动工作；一方面，可使超级电容尽量充满后再开始放电，这样可以使超级电容在后续mesh模块发射时，电压始终维持在mesh模块额定工作电压范围内；另一方面，可避免mesh模块在低压启动时，由于供电电压不足导致启动异常，甚至永久损坏；所述基准电压为定值，本实施例中设置为4.83V。

[0049] 实施例2

[0050] 本实施例与实施例1的区别在于：本实施例中基准电压设置为4.5V。

[0051] 实施例3

[0052] 本实施例与实施例1的区别在于：本实施例中基准电压设置为5V。

[0053] 上述仅为本发明的三个具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。