CN102541238A - 用于嵌入式计算机的断电保护器及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的用于嵌入式计算机的断电保护器，该断电保护器上设有电源输入端、供电端、关机信号输出端和关机检测端，该断电保护器内设有电源切换电路、断电检测电路、充电电路、充电电池、关机电路和关机成功检测电路，所述的关机电路在断电时发出关机信号；所述的电源切换电路，供电正常时由电源输入端向供电端供电，断电时切换至充电电池向供电端供电，关机后停止向供电端供电。本发明的有益效果是：当计算机处于开机状态下，其供电电源意外断电时，断电保护器给计算机提供临时的供电，以及控制计算机正常关机，避免因断电非法关机而带来软硬件的损坏或数据、资料的丢失，当意外断电时可以有效保护计算机不受到损害。

Description

用于嵌入式计算机的断电保护器及其实现方法

技术领域

本发明涉及一种用于计算机的断电保护器，尤其是一种用于嵌入式计算机的断电保护器及其实现方法。

背景技术

当前，随着城市信息化的进一步发展，嵌入式计算机的应用得到很大推广，城市中遍布大街小巷的公共服务机、查询机、信息发布机、广告机等，都以嵌入式计算机为其核心。它是信息化社会中不可或缺的一部分，影响着现代人的生活。

众所周知，计算机设备一定要正确关闭电源，，否则会造成数据丢失、损坏其关键部件、影响工作寿命。正确的计算机关机顺序是：通过操作系统进入关机程序，关闭后才能切断主机电源。直接切断主机电源则属于非法关机。非法关机的危害主要体现在：会造成硬盘信号出错，出现坏道，产生物理逻辑错误，表现为进入系统缓慢，甚至完全无法进入；也容易造成软件系统的问题甚至导致系统崩溃；会造成重要数据丢失，带来无法弥补的损失。随着嵌入式计算机设备的应用越来越广泛，而所处的工作环境复杂多样，在很多场合无法做到人为进行系统关机，或者人为系统关机需花费大量的人力物力。例如，城市中遍布各个地点的公共服务机、查询机、信息发布机、广告机等等，它们数量大，地点分散。如果要进行人为系统关机，一方面需花费大量的人力，另一方面还需要这些计算机设备提供关机的软件硬件界面，如鼠标键盘，要能够进入控制界面，而这则会造成设备的复杂性，更重要的问题是，会带来其他人员的非法操作的可能性。目前市场上主要通过以下几种方法来解决此问题：

1、增加UPS(不间断电源)。它的作用即电池，当断电后，由UPS对计算机设备供电，使计算机能够继续工作一段时间以使用户能够正常关机。然而UPS只起一个短时间供电的作用，在其电量用完之前，仍需要人为操作来关机，并不适用于无人值守的场合。而且UPS体积与电量成正比，电量大的UPS体积也很大，价格也昂贵。

2、通过在计算机设备上预装关机软件，可以使其在指定时间自动系统关机，但是这种方法只能在指定时间关机，灵活性差，遇到意外断电情况它就无能为力了。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术的不足而设计的一种用于嵌入式计算机的断电保护器及其实现方法，当意外断电时可以保护计算机不受到损害，并控制计算机正常关机，避免因断电非法关机而带来软硬件的损坏或数据、资料的丢失。

本发明所设计的用于嵌入式计算机的断电保护器，该断电保护器上设有电源输入端、供电端、关机信号输出端和关机检测端，该断电保护器内设有电源切换电路、断电检测电路、充电电路、充电电池、关机电路和关机成功检测电路，所述电源切换电路一端连接电源输入端、另一端连接供电端，所述断电检测电路一端连接电源输入端、另一端通过关机电路连接关机信号输出端；所述充电电路一端连接连接电源输入端、另一端连接充电电池，所述充电电池连接电源切换电路，所述关机成功检测电路一端连接关机检测端、另一端连接电源切换电路；所述的关机电路在断电时发出关机信号；所述的电源切换电路，供电正常时由电源输入端向供电端供电，断电时切换至充电电池向供电端供电，关机后停止向供电端供电。

作为优选：所述充电电路为恒流恒压锂电池充电电路；所述的充电电池为锂电池；

优选的方案是所述电源切换电路包括二极管D1、D2、D61、场效应管Q1、Q2、Q5、电阻R13、R16、R19；所述关机成功检测电路包括场效应管Q3、二极管D62、电阻R20；所述断电检测电路包括二极管D9、电阻R21、电容C10、三极管Q6；所述关机电路包括场效应管Q7、Q8；所述电源输入端通过二极管D1连接场效应管Q2的漏极，同时通过二极管D61和电阻R16连接场效应管Q5的栅级，二极管D2并联在二极管D1上，场效应管Q2的源极连接供电端、栅级通过电阻R19连接场效应管Q5的漏极，场效应管Q5的源极接地；锂电池一端接地、另一端连接场效应管Q1的源极，场效应管Q1的栅极通过电阻R13接地、漏极连接场效应管Q2的漏极；关机检测端连接场效应管Q3的漏极，场效应管Q3的栅极通过电阻R20接地、源极通过二极管D62和电阻R16连接场效应管Q5的栅极；所述电源输入端还通过二极管D9连接三极管Q6的发射极、通过电阻R21连接三极管Q6的基极，电容C10连接在三极管Q6的发射极和基极之间，三极管Q6的基极接地、集电极连接场效应管Q7的栅极，场效应管Q7的漏极连接所述关机信号输出端、源极连接场效应管Q8的漏极，场效应管Q8的栅极连接关机检测端、源极接地。

本发明所设计的用于嵌入式计算机的断电保护器的实现方法，包括：

交直流转换电源向电源切换电路和充电电路供电的步骤；

充电电路给充电电池充电的步骤；

充电电池向电源切换电路供电的步骤；

电源切换电路向供电端供电的步骤；

断电检测电路检测交直流转换电源供电情况并将信号输入至关机电路的步骤；

关机电路发出关机信号的步骤；

关机成功检测电路检测计算机运行/关机情况并将信号输入至电源切换电路的步骤；所述的关机电路在交直流转换电源断电时发出关机信号；

所述的电源切换电路，交直流转换电源供电正常时由电源输入端向供电端供电，断电时切换至充电电池向供电端供电，关机后停止向供电端供电。

本发明所设计的用于嵌入式计算机的断电保护器及其实现方法的有益效果是：当计算机处于开机状态下，其供电电源意外断电时，断电保护器给计算机提供临时的供电，以及控制计算机正常关机，避免因断电非法关机而带来软硬件的损坏或数据、资料的丢失，当意外断电时可以有效保护计算机不受到损害。

附图说明

图1是本发明实施例1断路器的系统构成图；

图2是本发明实施例1断路器的电路图；

图3是图2中A、B点的关系示意图；

图中：交直流转变电源1、断电保护器2、计算机主板3、电源切换电路2-1、断电检测电路2-2、恒流恒压锂电池充电电路2-3、锂电池2-4、关机成功检测电路2-5、关机电路2-6、电源输入端4、供电端5、关机信号输出端6、关机检测端7。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图对本发明作进一步的描述。

实施例1：

如图1所示，本实施例所描述的用于嵌入式计算机的断电保护器，该断电保护器上设有电源输入端4、供电端5、关机信号输出端6和关机检测端7，该断电保护器内设有电源切换电路2-1、断电检测电路2-2、充电电路、充电电池、关机电路2-6和关机成功检测电路2-5，所述电源切换电路2-1一端连接电源输入端4、另一端连接供电端5，所述断电检测电路2-2一端连接电源输入端4、另一端通过关机电路2-6连接关机信号输出端6；所述充电电路一端连接连接电源输入端4、另一端连接充电电池，所述充电电池连接电源切换电路2-1，所述关机成功检测电路2-5一端连接关机检测端7、另一端连接电源切换电路2-1；所述的关机电路2-6在断电时发出关机信号；所述的电源切换电路2-1，供电正常时由电源输入端4向供电端5供电，断电时切换至充电电池向供电端5供电，关机后停止向供电端5供电。所述充电电路为恒流恒压锂电池2-4充电电路2-3；所述的充电电池为锂电池2-4；其中：所述电源切换电路2-1包括二极管D1、D2、D61、场效应管Q1、Q2、Q5、电阻R13、R16、R19；所述关机成功检测电路2-5包括场效应管Q3、二极管D62、电阻R20；所述断电检测电路2-2包括二极管D9、电阻R21、电容C10、三极管Q6；所述关机电路2-6包括场效应管Q7、Q8；所述电源输入端4通过二极管D1连接场效应管Q2的漏极，同时通过二极管D61和电阻R16连接场效应管Q5的栅级，二极管D2并联在二极管D1上，场效应管Q2的源极连接供电端5、栅级通过电阻R19连接场效应管Q5的漏极，场效应管Q5的源极接地；锂电池2-4一端接地、另一端连接场效应管Q1的源极，场效应管Q1的栅极通过电阻R13接地、漏极连接场效应管Q2的漏极；关机检测端7连接场效应管Q3的漏极，场效应管Q3的栅极通过电阻R20接地、源极通过二极管D62和电阻R16连接场效应管Q5的栅极；所述电源输入端4还通过二极管D9连接三极管Q6的发射极、通过电阻R21连接三极管Q6的基极，电容C10连接在三极管Q6的发射极和基极之间，三极管Q6的基极接地、集电极连接场效应管Q7的栅极，场效应管Q7的漏极连接所述关机信号输出端6、源极连接场效应管Q8的漏极，场效应管Q8的栅极连接关机检测端7、源极接地。

本实施例所描述的用于嵌入式计算机的断电保护器的实现方法，包括：

交直流转换电源向电源切换电路2-1和充电电路供电的步骤；

充电电路给充电电池充电的步骤；

充电电池向电源切换电路2-1供电的步骤；

电源切换电路2-1向供电端5供电的步骤；

断电检测电路2-2检测交直流转换电源供电情况并将信号输入至关机电路2-6的步骤；

关机电路2-6发出关机信号的步骤；

关机成功检测电路2-5检测计算机运行/关机情况并将信号输入至电源切换电路2-1的步骤；

所述的关机电路2-6在交直流转换电源断电时发出关机信号；

所述的电源切换电路2-1，交直流转换电源供电正常时由电源输入端4向供电端5供电，断电时切换至充电电池向供电端5供电，关机后停止向供电端5供电。

在该实施例中：市电正常时，嵌入式计算机的交直流转变开关电源1输出正常的供电电压。断电保护器2通过电源切换电路2-1，将此电压直接输出给计算机主板3，使其正常工作。同时，通过恒流恒压锂电池充电电路2-3给锂电池2-4进行充电。

当市电AC220V意外断掉时，交直流转换开关电源1不再输出12V电压。断电时，断电检测电路2-2能够检测到12V电压的下降，立即发出一个信号，传输给关机电路2-6。关机电路2-6则输出一个关机命令信号给计算机主板3，计算机主板3接收到此信号后，进入正常的关机程序。同时，在计算机主板的供电电压降到其最低工作电压之前，电源切换电路2-1将锂电池2-4的供电切换给计算机主板3，使其不断电。

如图1所示，计算机主板3接收到关机电路2-6发送的关机命令信号后，进入正常的关机程序，这段时间它由锂电池2-4供电。计算机主板3完成关机后，返回给断电保护器2一个已关机的状态信号。PC关机成功检测电路2-5判断计算机主板已关机后，断电保护器即切断电池的供电，以降低损耗。此状态信号的选取很方便，计算机主板3关闭后，其部分接口的状态会发生变化，例如有的USB_5V会由高电平变为低电平。利用此特点，断电保护器连接此类型接口，将其状态作为检测计算机是否关机的信号。

待市电正常后，断电保护器2从交直流转变开关电源1那里又获得了正常的直流电压，便将此电压直接输出给计算机主板3，使其重新工作。同时，锂电池3进行充电，补充消耗掉的电量，为下一次意外断电时的供电作好准备。

如图2所示，本具体实施例所述的断电保护器，由交直流转换开关电源1提供直流电压，为12V。本具体实施例的计算机主板3，其工作电压范围是7V-12V直流电压；其关机命令信号是低脉冲信号；开机或关机状态信号是高底电平，开机时为高电平，关机后变为低电平。

如图2所示，本具体实施例所述的断电保护器，“DC12V”是交直流转换开关电源1提供的12V直流电压，在断电保护器中，它连接到断电检测电路和电源切换电路。电源切换电路为计算机主板提供工作电源，即“DCTO PC”，它连接到计算机主板的电源输入电路。PC关机输出电路为计算机主板提供关机命令信号，即“PC OFF”，它连接到计算机主板的关机命令接收电路。PC关机成功检测电路，连接计算机主板的状态反馈电路，接收其关机或开机状态信号，即“5VPC”。本具体实施例的“5VPC”，连接到计算机主板3的USB接口的电源脚，其电压值为检测信号。当计算机主板3工作时，此检测信号为5V电压；当计算机主板3关闭时，此检测信号为0V。

如图2所示，本具体实施例所述的断电保护器，其恒流恒压锂电池充电电路，主要采用了由集成电路MC34063构成的充电电路。根据计算机主板的工作电源范围，锂电池2-4选用的是标称电压为7.4V、2000mAh的锂电池，在实现功能的同时，最大程度地节约了成本。锂电池2-4最大电压为8.4V，故本具体实施例的恒流恒压充电电路限制最大电压为8.4V，当锂电池达到8.4V时，即充满电，充电电路自动停止充电。

当市电AC220V正常时，交直流转换开关电源1提供出直流12V电压，即“DC12V”。一方面，它连接到恒流恒压充电电路，给锂电池充电。另一方面，它连接到电源切换电路，通过D1、D2，作为计算机主板的供电电源。通过D61，它使得C点为高电平，连接到Q5的栅极，使Q5导通，Q5的漏极为低电平。Q5的漏极连接到了Q2的栅极，作为Q2的开关控制信号，此时Q2导通，即将“DC12”输出给计算机主板，交直流转换开关电源1为计算机主板供电。同时，“DC12”还连接到Q1，作为Q1的开关控制信号。当市电AC220V正常时，即“DC12V”为12V高电平，它控制Q1关闭，则电池的供电被关闭，此时由交直流转换开关电源1为计算机主板供电。当市电AC220V断电时，“DC12V”下降，控制Q1打开，即电池的供电被打开，为计算机主板供电。在计算机主板的供电电源“DCTO PC”下降到7V之前，电源切换电路2-1将锂电池2-4的供电切换给计算机主板3，使其不会断电。

如图2所示，“DC12V”连接到了断电检测电路，它通过二极管D9后，连接到了Q6的发射极，同时通过电阻R21，连接到了Q6的基极。Q6发射极还连接了一个电容C10。当“DC12V”正常时，Q6截止，Q6的集电极为低电平，即断电检测电路输出恒定的低电平，即图2中的“A”点。此时C10充满了电荷。当“DC12V”断电时，Q6基极变为低电平，而发射极由于电容C10储存了电荷，它缓慢放电，会维持一段时间的市电平，这样，Q6导通，A为高电平。当C10放完电后，Q6又变成截止，A又变为低电平。如此，断电保护器就发送出了高电平脉冲号，输入给PC关机输出电路。

如图2、3所示，A点连接到PC关机输出电路的Q7，通过Q7将高脉冲号信号转变为低脉冲信号，即图中的B点，输入到计算机主板中，作为其关机命令信号。

计算机主板的状态信号“5VPC”，连接到PC关机成功检测电路，如图2所示，即，它通过D7，连接到Q3的漏极。当计算机处于开机状态时，“5VPC”为高电平，此时Q3的源极为高电平，通过D62，使得C点为高电平。如前所述，Q5导通，Q2导通，电源切换电路为计算机主板提供电源。

计算机主板接收到关机命令信号后，进行正常关机。关机完成后，“5VPC”变为低电平，即C点也变为低电平。此时，Q5截止，Q2截止，电源切换电路将计算机主板的供电电源切断，这样就降低了电池的耗电。

当市电AC220V恢复正常后，交直流转换开关电源1输出12V电压，本具体实施例的电源切换电路2-1将此电源输出给计算机主板3，使其恢复正常工作。同时，锂电池3进行充电，补充消耗掉的电量。

本具体实施例，仅是本发明的一个特定案例。对于不同类型的计算机主板，主要是供电电压不同，按照本发明提出的方法，参照本具体实施例的电路，通过调整恒流恒压锂电池充电电路2-3的一些元件参数，并选取合适电压和容量的锂电池，也都能实现断电保护功能。

Claims (4)

1.一种用于嵌入式计算机的断电保护器，其特征是该断电保护器上设有电源输入端、供电端、关机信号输出端和关机检测端，该断电保护器内设有电源切换电路、断电检测电路、充电电路、充电电池、关机电路和关机成功检测电路，所述电源切换电路一端连接电源输入端、另一端连接供电端，所述断电检测电路一端连接电源输入端、另一端通过关机电路连接关机信号输出端；所述充电电路一端连接连接电源输入端、另一端连接充电电池，所述充电电池连接电源切换电路，所述关机成功检测电路一端连接关机检测端、另一端连接电源切换电路；所述的关机电路在断电时发出关机信号；所述的电源切换电路，供电正常时由电源输入端向供电端供电，断电时切换至充电电池向供电端供电，关机后停止向供电端供电。

2.根据权利要求1所述的用于嵌入式计算机的断电保护器，其特征是所述充电电路为恒流恒压锂电池充电电路；所述的充电电池为锂电池。

3.根据权利要求2所述的用于嵌入式计算机的断电保护器，其特征是所述电源切换电路包括二极管D1、D2、D 61、场效应管Q1、Q2、Q5、电阻R13、R16、R19；所述关机成功检测电路包括场效应管Q3、二极管D62、电阻R20；所述断电检测电路包括二极管D9、电阻R21、电容C10、三极管Q6；所述关机电路包括场效应管Q7、Q8；所述电源输入端通过二极管D1连接场效应管Q2的漏极，同时通过二极管D61和电阻R16连接场效应管Q5的栅级，二极管D2并联在二极管D1上，场效应管Q2的源极连接供电端、栅级通过电阻R19连接场效应管Q5的漏极，场效应管Q5的源极接地；锂电池一端接地、另一端连接场效应管Q1的源极，场效应管Q1的栅极通过电阻R13接地、漏极连接场效应管Q2的漏极；关机检测端连接场效应管Q3的漏极，场效应管Q3的栅极通过电阻R20接地、源极通过二极管D62和电阻R16连接场效应管Q5的栅极；所述电源输入端还通过二极管D9连接三极管Q6的发射极、通过电阻R21连接三极管Q6的基极，电容C10连接在三极管Q6的发射极和基极之间，三极管Q6的基极接地、集电极连接场效应管Q7的栅极，场效应管Q7的漏极连接所述关机信号输出端、源极连接场效应管Q8的漏极，场效应管Q8的栅极连接关机检测端、源极接地。

4.一种如权利要求1所述的用于嵌入式计算机的断电保护器的实现方法，其特征是包括：

交直流转换电源向电源切换电路和充电电路供电的步骤；

充电电路给充电电池充电的步骤；

充电电池向电源切换电路供电的步骤；

电源切换电路向供电端供电的步骤；

断电检测电路检测交直流转换电源供电情况并将信号输入至关机电路的步骤；

关机电路发出关机信号的步骤；

关机成功检测电路检测计算机运行/关机情况并将信号输入至电源切换电路的步骤；

所述的关机电路在交直流转换电源断电时发出关机信号；

所述的电源切换电路，交直流转换电源供电正常时由电源输入端向供电端供电，断电时切换

至充电电池向供电端供电，关机后停止向供电端供电。

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