CN103164736B - 一种智能卡电源控制系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能卡电源控制系统，包括电源检测模块，与智能卡处理器模块连接，用于检测输入电源的状态，自供电电源状态；电源稳压模块，与所述电源检测模块连接，且设有外接电源接口，用于稳定电压输出，为智能卡供电；自供电电路模块，包括谐振电路模块和倍压整流模块，所述谐振电路模块包括谐振开关与谐振电容，所述电源检测模块通过控制所述谐振开关的开闭来控制智能卡低频收发线圈是否与谐振电容并联谐振，所述倍压整流模块在所述电源检测模块的控制下用于整流所述谐振电容输出的谐振交变电压，并实现电压加倍。

Description

一种智能卡电源控制系统及其实现方法

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其是一种智能卡系统电源控制系统及其实现方法。

背景技术

随着社会及其科技的发展，智能卡技术在人们的日常生活中体现的越来越重要，如公共交通、金融票务、考勤门禁等，该项技术给人们的生活带来极大的便利的同时，也面临着一些不小的麻烦：由于卡片运营管理商众多，几乎是每种性质的卡片都是独立的一张；经常由于忘记携带卡片，造成一定的不便。在此环境下，一种可以嵌入到终端(如人们日常生活所用的手机)的智能卡孕育而生，这种智能卡集成在终端的SIM卡、SD卡、TF卡等嵌入式模块上，在不改变用户正常使用的前提下，实现了智能卡的功能，用户只需带上手机出行便可轻松刷卡，简约、方便、快捷；由于此类智能卡在将来的用户数量上占据很大的比例，越来越多的卡片运营管理商会加入兼容此类智能卡的阵容中来，所以该智能卡也实现一卡多用，方便简约的特点。从这些方面来看，终端嵌入式智能卡将成为以后的发展趋势，并极大地方便用户在各领域的相关操作。

然而，在终端嵌入式智能卡给人们生活带来便利的同时，它也存在一些不便的风险：由于这类的智能卡片一般是有源卡片，当终端处于电池没有电量甚至关机的时候，智能卡会遇到电源供电不正常的情况，表现的现象是智能卡在刷卡机前不能工作，即无法刷卡，此时的用户只能通过其它某种方式实现刷卡等相关操作，因此带来了更大的不便。

发明内容

本发明为解决上述技术问题而提供一种智能卡系统电源控制系统及其实现方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种智能卡电源控制系统，包括电源稳压模块、自供电电路模块、电源检测模块，

电源稳压模块，用于稳定外接电源电压输出以及稳定所述自供电电路模块输出的电压输出，并为智能卡供电；

自供电电路模块，包括谐振电路模块和倍压整流模块，所述谐振电路模块包括谐振开关与谐振电容，所述谐振开关用于在所述电源检测模块的控制下控制智能卡低频收发线圈是否与所述谐振电容并联谐振，所述倍压整流模块在所述电源检测模块的控制下整流所述谐振电容输出的谐振交变电压，并将加倍的所述谐振交变电压输出至所述电源稳压模块；

电源检测模块，用于在智能卡的处理器模块的控制下检测外接输入电源电压的状态并控制外接电源的通断、检测所述自供电电路模块的电源电压状态并控制所述自供电电路模块电源电压输入的通断、以及控制所述谐振开关的开闭。

进一步的，所述电源稳压模块，通过第一开关与所述外接电源连接，通过第二开关与所述自供电电路模块连接；

所述谐振开关与所述电源检测模块连接；

所述倍压整流模块通过所述第二开关与所述电源稳压模块、所述电源检测模块连接；

所述电源检测模块，通过第一开关与所述外接电源连接、通过所述第二开关与所述倍压整流模块连接、与所述谐振开关连接。

进一步的，所述电源检测模块包括与所述处理器模块连接的检测状态处理模块，以及与所述检测状态处理模块连接的第一电压检测模块、第二电压检测模块、第一开关控制模块、第二开关控制模块、谐振开关控制模块，

所述第一电压检测模块，用于检测外接电源输入是否正常，并将检测结果传送至所述检测状态处理模块；

所述第二电压检测模块，用于检测倍压整流模块输出的电压是否达到阈值，并将检测结果传输至所述检测状态处理模块；

所述第一开关控制模块，用于控制电源输入开关的开闭；

所述第二开关控制模块，用于控制倍压整流模块电压输出的开闭；

所述谐振开关控制模块，用于控制所述谐振开关的开闭；

所述检测状态处理模块，用于根据所述第一电压检测模块和所述第二电压检测模块的检测结果控制所述第一开关控制模块、所述第二开关控制模块、所述谐振开关控制模块，从而控制电源输入开关、倍压整流模块电压输出、所述谐振开关的开闭，并将当前的运行状态传输至所述处理器。

进一步的，所述倍压整流模块包括晶体管开关组、电容模块组，

所述晶体管开关组，用于整流谐振交变电压；

所述电容模块组，用于实现所述晶体管开关组整流后的所述谐振交变电压的倍压并存储。

进一步的，所述晶体管开关组，为多个二极管或二极管结构的场效应管组成。

进一步的，还包括用于存储能量的供电电容，所述供电电容与所述倍压整流模块连接，或者所述供电电容设置在外接电源接口处。

进一步的，还包括与所述电源稳压模块连接的电荷泵模块，所述电荷泵模块用于在所述供电电容大氛围波动时的升降稳压。

进一步的，谐振开关为耗尽型场效应管。

一种智能卡系统电源控制系统的实现方法，包括以下步骤；

电源检测模块检测外接电源输入电压是否低于阈值，如外接电源电压低于阈值，则自供电电路模块为电源稳压模块提供电压，电源检测模块向所述处理器模块发送当前供电模式为无源模式的信息；

如外接电源电压不低于阈值，则电源检测模块向处理器模块发送当前供电模式为有源模式的信息。

进一步的，外接电源电压低于阈值，自供电电路模块为电源稳压模块提供电压之前，电源检测模块检测所述供电电容电压是否达到阈值，如所述供电电容的电压达到阈值，则所述供电电容为电源稳压模块提供电压，如所述供电电容没有达到阈值，则闭合电源稳压模块与外接电源接口的开关与电源稳压模块与所述倍压整流模块之间的开关，打开谐振开关，所述供电电容充电，直到所述供电电容的电压达到阈值。

进一步的，所述供电电容充电的具体过程为：所述低频收发模块中的低频收发线圈接收交变磁场能量，并与所述谐振电容谐振放大电压，所述倍压整流模块将所述谐振后的电压倍压整流，并存储至所述供电电容。

本发明的有益效果是：

1、使用本发明的智能卡所嵌入终端出现异常时，该智能卡通过本自身的无源供电系统为其供电，实现刷卡等相关功能；较之传统的智能卡片在此情况下所需操作更为人性、方便。

2、该无源供电方案是长时蓄能突发供电的，可应用于能量来源较小但工作功耗较大的系统，所以有相关类的电子设备也可采用本发明的方案实现突发供电，即技术应用范围可以推广。

附图说明

图1为本发明实施例1结构框图；

图2为本发明实施例2结构框图；

图3为本发明电源检测模块结构框图；

图4为本发明谐振开关电路图；

图5为本发明倍压整流模块电路图；

图6为本发明一种智能卡电源控制系统实现方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，一种智能卡电源控制系统，包括

电源检测模块11，与所述处理器模块连接，用于检测输入电源的状态，自供电电源状态；

电源稳压模块12，与所述电源检测模块连接，且设有外接电源接口，用于稳定电压输出，为智能卡供电；

自供电电路模块，包括相互连接的谐振电路模块和倍压整流模块14，所述谐振电路模块包括谐振开关13与谐振电容131，所述电源检测模块通过控制所述谐振开关13的开闭来控制低频收发线圈是否与谐振电容并联谐振，所述倍压整流模块14在所述电源检测模块11的控制下用于整流谐振交变电压，并实现电压加倍。

当智能卡系统由电源输入端进行供电时，电源检测模块11检测到有外部电源输入，接着电源检测模块11闭合谐振开关13和第二开关S2，闭合第一开关S1，此时无源部分的电路不工作，智能卡系统通过电源稳压模块12供电，并进行正常模式下的工作；当智能卡系统的电源输入端没有供电时，电源检测模块11检测到无外部电源输入，接着电源检测模块11不控制闭合谐振开关13，不控制断开第一开关S1，暂不控制断开第二开关S2，此时低频收发线圈151与谐振电容131并联谐振，通过交变磁场感应产生的电压由倍压整流模块14进行倍压整流，倍压整流的直流输出由供电电容141进行能量存储，当电源检测模块11检测到供电电容141的电压达到一定阈值时，电源检测模块11闭合谐振开关13和第一开关S1，断开第二开关S2，实现由供电电容141通过电源稳压模块12为智能卡系统供电，此次供电可为智能卡系统提供至少一个通信交互周期的时间。

如图3所示，所述电源检测模块11包括与智能卡的处理器模块16连接的检测状态处理模块116，以及与所述检测状态处理模块116连接的第一电压检测模块111、第二电压检测模块112、第一开关控制模块113、第二开关控制模块114、谐振开关控制模块115，

所述第一电压检测模块111，用于检测外接电源输入是否正常，并将检测结果传送至所述检测状态处理模块116；

所述第二电压检测模块112，用于检测倍压整流模块14输出的电压是否达到阈值，并将检测结果传输至所述检测状态处理模块116；

所述第一开关控制模块113，用于控制电源输入开关的开闭；

所述第二开关控制模块114，用于控制倍压整流模块电压输出的开闭；

所述谐振开关控制模块115，用于控制所述谐振开关的开闭；

所述检测状态处理模块116，用于根据所述第一电压检测模块111和所述第二电压检测模块112的检测结果控制所述第一开关控制模113块、所述第二开关控制模块114、所述谐振开关控制模块115，从而控制电源输入开关、倍压整流模块14电压输出、所述谐振开关的开闭，并将当前的运行状态传输至所述处理器模块16。

如图5所示，所述倍压整流模块14包括相互连接的晶体管开关组、电容模块组，

所述晶体管开关组，用于整流谐振交变电压；所述晶体管开关组，为多个二极管或二极管结构的场效应管组成。

所述电容模块组，用于实现所述谐振交变电压的倍压并存储。

还包括用于存储能量的供电电容141，所述供电电容141与所述倍压整流模块14连接。

本实施例中，倍压整流模块14由传统的迪克森倍压整流电路构成，电路中的N级倍压整流包含了2N个二极管连接形式的增强型场效应管和2N个耦合电容。当倍压整流模块14的输入信号是下正上负的正弦信号时，场效应管M1导通，C1进行充电，C1左极板带负电荷，右极板带正电荷；当输入信号是上正下负的正弦信号时，C1自举抬高M2栅极的电位，同时M2导通为C2进行充电，此时的C2已实现两倍压整流。同理，当输入正弦信号周期性延长时，后级电路会对相关电容进行自举并实现电压叠加，于是在这些过程中完成了倍压整流的功能。根据实际情况，倍压整流电路的级数N可以在1～20。

谐振开关为耗尽型场效应管，谐振开关电路图如图4所示。本实施例中，谐振开关由两个耗尽型P沟道场效应管M1和M2组成，M1和M2的其中一个栅极接到电源地(或衬底)，另一个栅极引出由电源检测模块11进行控制。图4中所示的M1和M2是常开的晶体管，在没有电源提供(或是系统没有上电)时，M1和M2是导通的，当它们的控制引脚接上高电平(或有一定的电压时)，M1和M2会闭合，这样就能实现谐振开关在有无电源提供的情况下都能正常工作。

如图2所示，为本发明另一实施例，所述供电电容141设置在外接电源接口处，实现共享电源旁路电容，达到减小智能卡系统面积的目的。

接下来对其工作方式进行说明：当智能卡系统由电源输入端进行供电时，电源检测模块11检测到有外部电源输入，接着电源检测模块11闭合谐振开关13和第二开关S2，闭合第一开关S1，此时无源部分的电路不工作，由于此时供电电压正常，电荷泵模块不工作，智能卡系统通过电源稳压模块12供电，并进行正常模式下的工作；当智能卡系统的电源输入端没有供电时，电源检测模块11检测到无外部电源输入，接着电源检测模块11不控制闭合谐振开关13，不控制闭合第一开关S1，暂不控制闭合第二开关S2，此时低频收发线圈151与谐振电容131并联谐振，通过交变磁场感应产生的电压由倍压整流模块14进行倍压整流，倍压整流的直流输出由供电电容141进行能量存储，当电源检测模块11检测到供电电容141的电压达到一定阈值时，电源检测模块11闭合谐振开关13和第二开关S2，实现由供电电容141通过电源稳压模块12直通到电荷泵19为智能卡系统10进行升降压稳压供电，此次供电可为智能卡系统提供至少一个通信交互周期的时间。

如图6所示，进一步说明本发明的工作原理，一种智能卡系统电源控制系统的实现方法，包括以下步骤；

电源检测模块11检测外接电源输入电压是否低于阈值，如外接电源电压低于阈值，则自供电电路模块为电源稳压模块提供电压，电源检测模块向所述处理器模块发送当前供电模式为无源模式的信息；

外接电源电压低于阈值，自供电电路模块为电源稳压模块12提供电压之前，电源检测模块11检测所述供电电容141电压是否达到阈值，如所述供电电容141的电压达到阈值，则所述供电电容为电源稳压模块12提供电压，如所述供电电容没有达到阈值，则闭合电源稳压模块12与外接电源接口的开关与电源稳压模块12与所述倍压整流模块14之间的开关，打开谐振开关，所述供电电容141充电，直到所述供电电容141的电压达到阈值。

所述供电电容141充电的具体过程为：所述智能卡的低频收发模块中的低频收发线圈接收交变磁场能量，并与所述谐振电容谐振放大电压，所述倍压整流模块将所述谐振后的电压倍压整流，并存储至所述供电电容。

如外接电源电压不低于阈值，则电源检测模块11向处理器模块16发送当前供电模式为有源模式的信息。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能卡电源控制系统，其特征在于，包括电源稳压模块、自供电电路模块、电源检测模块，

电源稳压模块，用于稳定外接电源电压输出以及稳定所述自供电电路模块输出的电压输出，并为智能卡供电；

自供电电路模块，包括谐振电路模块和倍压整流模块，所述谐振电路模块包括谐振开关与谐振电容，所述谐振开关用于在所述电源检测模块的控制下控制智能卡低频收发线圈是否与所述谐振电容并联谐振，所述倍压整流模块在所述电源检测模块的控制下整流所述谐振电容输出的谐振交变电压，并将加倍的谐振交变电压输出至所述电源稳压模块；

电源检测模块，用于在智能卡的的控制下检测外接输入电源电压的状态并控制外接电源的通断、检测所述自供电电路模块的电源电压状态并控制所述自供电电路模块电源电压输入的通断、以及控制所述谐振开关的开闭；

所述电源稳压模块，通过第一开关与所述外接电源连接，通过第二开关与所述自供电电路模块连接；

所述谐振开关与所述电源检测模块连接；

所述倍压整流模块通过所述第二开关与所述电源稳压模块、所述电源检测模块连接；

所述电源检测模块，通过第一开关与所述外接电源连接、通过所述第二开关与所述倍压整流模块连接、与所述谐振开关连接。

2.根据权利要求1所述的一种智能卡电源控制系统，其特征在于，所述电源检测模块包括检测状态处理模块，第一电压检测模块、第二电压检测模块、第一开关控制模块、第二开关控制模块、谐振开关控制模块，

所述第一电压检测模块，用于检测外接电源电压输入是否正常，并将检 测结果传送至所述检测状态处理模块；

所述第二电压检测模块，用于检测倍压整流模块输出的电压是否达到阈值，并将检测结果传输至所述检测状态处理模块；

所述第一开关控制模块，用于控制外接电源输入通断；

所述第二开关控制模块，用于控制倍压整流模块电压输出的开闭；

所述谐振开关控制模块，用于控制所述谐振开关的开闭；

所述检测状态处理模块，用于根据所述第一电压检测模块和所述第二电压检测模块的检测结果控制所述第一开关控制模块、所述第二开关控制模块、所述谐振开关控制模块，从而控制电源输入开关、倍压整流模块电压输出、所述谐振开关的开闭，并将当前的运行状态传输至处理器。

3.根据权利要求1所述的一种智能卡电源控制系统，其特征在于：所述倍压整流模块包括晶体管开关组、电容模块组，

所述晶体管开关组，用于整流谐振交变电压；

所述电容模块组，用于实现所述晶体管开关组整流后的所述谐振交变电压的倍压并存储。

4.根据权利要求3所述的一种智能卡电源控制系统，其特征在于：所述晶体管开关组，为多个二极管或二极管结构的场效应管组成。

5.根据权利要求3所述的一种智能卡电源控制系统，其特征在于：还包括用于存储能量的供电电容，所述供电电容与所述倍压整流模块连接，或者所述供电电容设置在外接电源接口处。

6.根据权利要求5所述的一种智能卡电源控制系统，其特征在于：还包括与所述电源稳压模块连接的电荷泵模块，所述电荷泵模块用于在所述供电电容大氛围波动时的升降稳压。

7.根据权利要求1所述的一种智能卡电源控制系统，其特征在于：所述谐振开关为耗尽型场效应管。

8.一种如权利要求1至7任一项所述的一种智能卡电源控制系统的实现方法，其特征在于，包括以下步骤；

电源检测模块检测外接电源输入电压是否低于阈值，如外接电源电压低于阈值，则自供电电路模块为电源稳压模块提供电压，电源检测模块向处理器模块发送当前供电模式为无源模式的信息；

如外接电源电压不低于阈值，则电源检测模块向处理器模块发送当前供电模式为有源模式的信息。

9.根据权利要求8所述的一种智能卡电源控制系统的实现方法，其特征在于，所述外接电源电压低于阈值，自供电电路模块为电源稳压模块提供电压之前，电源检测模块检测供电电容电压是否达到阈值，如所述供电电容的电压达到阈值，则所述供电电容为电源稳压模块提供电压，如所述供电电容没有达到阈值，则闭合电源稳压模块与外接电源接口的开关与电源稳压模块与所述倍压整流模块之间的开关，打开谐振开关，所述供电电容充电，直到所述供电电容的电压达到阈值。

10.根据权利要求9所述的一种智能卡电源控制系统的实现方法，其特征在于，所述供电电容充电的具体过程为：低频收发模块中的低频收发线圈接收交变磁场能量，并与所述谐振电容谐振放大电压，所述倍压整流模块将所述谐振后的电压倍压整流，并存储至所述供电电容。