CN103166305B - 一种电源控制系统及其实现方法和智能卡 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电源控制系统及其实现方法和智能卡，所述电源控制系统包括：第一电源检测模块，用于检测第一输入电源的状态；第二电源检测模块，用于检测第二输入电源的状态；电源控制模块，用于接收第一电源检测模块检测的状态和第二电源检测模块检测的状态，并根据第一电源检测模块检测的状态和第二电源检测模块检测的状态输出状态控制指示信息；电源切换模块，根据电源控制模块输出的状态控制指示信息进行第一输入电源或第二输入电源的切换。本发明提供的电源控制系统，能够实现正常供电和备用供电工作模式的自切换，以弥补传统智能卡只能在终端正常工作的情况下刷卡的不足，从而最大程度的满足了用户在各类应用场景下的移动刷卡操作。

Description

一种电源控制系统及其实现方法和智能卡

技术领域

本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种电源控制系统及其实现方法和智能卡。

背景技术

随着社会进步及其科技的发展，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，该项技术在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，几乎是每种功能性质的卡片都是独立的一张，导致用户经常由于忘记携带卡片，造成一定的不便。在此状况下，一种可以嵌入到终端（如人们日常生活所用的手机、PAD等）的智能卡孕育而生，这种智能卡可以集成在终端的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，用户只需带上终端如手机等出行便可实现轻松刷卡。由于其具有简约、方便、快捷等特点，吸引了越来越多的卡片运营管理商加入兼容此类智能卡的阵容中来，使得该类智能卡可以实现一卡多用的功能，极大地方便用户在各领域的相关操作，也导致终端嵌入式智能卡成为目前的发展趋势。

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：由于这类型的智能卡片一般是有源卡片，当终端（如手机、PAD等）处于电池电量不足或是关机的时候，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被识别，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。目前也有一些相关的解决方案，如采用NFC供电方式或其它发电方式来实现终端嵌入式智能卡的无源工作，但是又由于终端嵌入式智能卡自身天线的匝数和面积有限等原因，造成此类供电方式所提供的能量往往不足以给该系统供电，所以这类方法在现实中难以实现。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电源控制系统及其实现方法和智能卡，实现正常供电和备用供电工作模式的自切换，以弥补传统智能卡只能在终端正常工作的情况下刷卡的不足，从而最大程度的满足了用户在各类应用场景下的移动刷卡操作。

本发明为了解决上述技术问题，公开了一种电源控制系统，包括：

第一电源检测模块，用于检测第一输入电源的状态；

第二电源检测模块，用于检测第二输入电源的状态；

电源控制模块，用于接收第一电源检测模块检测的状态和第二电源检测模块检测的状态，并根据第一电源检测模块检测的状态和第二电源检测模块检测的状态输出状态控制指示信息；

电源切换模块，根据电源控制模块输出的状态控制指示信息进行第一输入电源或第二输入电源的切换。

进一步，所述系统还包括开关模块，所述开关模块与电源控制模块相连接，通过电源控制模块输出的状态控制指示信息控制第一输入电源或第二输入电源的导通或断开。

进一步，所述第一输入电源和所述第二输入电源分别为主电源或备用电源。

进一步，所述系统还包括电源稳压模块，所述电源稳压模块用于稳定备用电源的输出电压，为系统供电。

本发明还公开了一种电源控制系统的实现方法，其特征在于，述方法包括如下步骤：

获取第一输入电源和第二输入电源的检测状态；

接收第一输入电源和第二输入电源的检测状态，并根据第一输入电源和第二输入电源的检测状态输出状态控制指示信息；

根据状态控制指示信息进行第一输入电源或第二输入电源的切换。

进一步，所述方法还包括通过状态控制指示信息控制第一输入电源或第二输入电源的导通或断开的步骤。

进一步，所述第一输入电源和所述第二输入电源分别为主电源或备用电源。

进一步，当所述状态控制指示信息表示输入主电源的检测状态为正常时，则断开备用电源的输入，否则开启备用电源的输入。

进一步，所述方法还包括当开启备用电源的输入时，进行稳定备用电源输出电压的步骤。

本发明进一步公开了一种智能卡，所述智能卡包括以上所述的电源控制系统。

采用上述本发明技术方案的有益效果是：本发明提供的电源控制系统，能够实现正常供电和备用供电工作模式的自切换，通过复用智能卡的VPP引脚或未定义引脚实现智能卡的备用电源供电，以弥补传统智能卡只能在移动终端正常工作的情况下刷卡的不足；而且通过该方式进行电路连接的移动终端同时可以兼容传统智能卡和本发明的智能卡，从而最大程度的满足了用户在各类应用场景下的移动刷卡操作。

附图说明

图1为本发明实施例中电源控制系统的结构图；

图2为本发明实施例中电源切换模块的实现原理图；

图3为本发明实施例中电源控制系统的电路原理示意图；

图4为本发明实施例中电源控制系统的实现方法流程图；

图5为本发明实施例中智能卡芯片的内部结构图；

图6为本发明实施例中智能卡芯片备用电源扩展利用引脚图；

图7为本发明实施例中智能卡的一个应用示意图。

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。

本发明一实施例提供了一种电源控制系统，图1为本发明实施例中电源控制系统的结构图，如图1所述，所述系统包括：

第一电源检测模块111，用于检测第一输入电源的状态；

第二电源检测模块112，用于检测第二输入电源的状态；

电源控制模块113，用于接收第一电源检测模块111检测的状态和第二电源检测模块112检测的状态，并根据第一电源检测模块111检测的状态和第二电源检测模块112检测的状态输出状态控制指示信息；

电源切换模块115，根据电源控制模块113输出的状态控制指示信息进行第一输入电源或第二输入电源的切换；

开关模块S1，所述开关模块S1与电源控制模块113相连接，通过电源控制模块113输出的状态控制指示信息控制第一输入电源或第二输入电源的导通或断开。

在本发明实施例中，所述第一输入电源和所述第二输入电源可以分别为主电源或备用电源；所述第一输入电源的状态和所述第二输入电源的状态具体为电源输入的电压及电流状态。该实施方式中，所述电源控制系统还包括电源稳压模块114，所述电源稳压模块114用于稳定备用电源的输出电压，为系统供电。

在本发明的一个具体实施例中，所述开关模块S1可以是一个增强型P沟道场效应管，当电源控制模块113输出的状态控制指示信息的控制电压为高时，场效应管的栅极没有反偏，沟道不开启，即开关模块S1断开；当电源控制模块113输出的状态控制指示信息的控制电压为低时，场效应管栅极反偏，沟道实现反型并且开启，即开关模块S1导通。在该实施方式中，此开关模块S1在启用备用电源进行供电的模式下才导通，当然，本领域技术人员应该明白，在对电路设计进行一定的改造或调整后，反之亦然。

在本发明实施例中，所述电源切换模块115的实现原理如图2所示，在本发明的一个具体实施例中，电源切换模块115主要由两个增强型P沟道场效应管和两个非门实现，主电源和备用电源分别从场效应管M2和M1的源极输入，场效应管M1和M2的漏极为电源输出端并且连接在一起。

在该实施方式中，当电源控制模块113输出的状态控制指示信息的控制电压为高时，该控制电压经过两个串联的非门至场效应管M1的栅极，此时场效应管M1的栅极为高电平，栅极没有负压不开启，于是M1开路；而控制电压只经过一个非门至场效应管M2的栅极，则场效应管M2的栅极为低电平，栅极负压控制开启，M2通路；于是在此情况下选择了主电源输入。当电源控制模块113输出的状态控制指示信息的控制电压为低时，同上原理，此时场效应管M1的栅极为低电平，栅极负压控制开启，于是M1通路；而场效应管M2的栅极为高电平，栅极没有负压不开启，M2开路；于是在此情况下选择了备用电源输入。

图3为本发明实施例中电源控制系统的电路原理示意图，以下结合图3对本发明的电源控制系统的原理进一步描述，如图3所示，该电路的元器件相比图1给出的电源控制系统结构图有元器件复用的情况，首先对电路原理中的各元器件进行简单说明：

电路中的U4、U8和R1组成第一电源检测电路，用于检测主电源输入电压和主电源输入的电流方向；

电路中的U3为第二电源检测电路，用于检测备用电源输入电压是否达标；

电路中的U5、U6和U7构成电源控制电路，用于控制备用电源的通断、主电源和备用电源的切换和电源状态输出指示；

电路中的U1、U2和M1构成电源稳压电路，实现备用电源的稳压供电；

电路中的M1和M2构成电源切换电路，用于主电源和备用电源的切换，其中M1和电源稳压电路复用。

在本发明实施例中，当主电源输入处于正常状态时，电压检测器U4检测出该状态后输出低电平，因此与门U5无条件输出低电平并控制运算放大器U2不工作，U2在不工作时也会控制场效应管M1关断，此时备用电源输入支路断开；U8是滞回比较器，当它的正向输入端高于负向输入端一定电压时，其输出端才会输出低电平，其它时候输出高电平；U4输出低电平经过非门U6反向，再经与非门U7后，U7输出低电平，该电平控制场效应管M2开启，在此情况下电源控制电路实现了主电源输入供电。

而当主电源突然没有电源输入时，电源输出端的电压高于主电源输入端，电流会有小部分倒灌回主电源输入端，因此电阻R1的电压为上负下正，滞回比较器U8检测到这个现象后输出低电平，接着U7无条件输出高电平，控制场效应管M2关断；当M2关断后，主电源输入端的电压很快会被系统释放，因此U4输出高电平，当电压检测器U3检测出备用电源输入电压也正常时，U3输出高电平，两个电平经过与门U5后输出高电平，并使能运算放大器U2工作。此时M1导通，由U1、U2和M1构成稳压器，电源输出由备用电源输入供电。

图4为本发明实施例中电源控制系统的实现方法流程图，为了方便理解本发明的电源控制系统的工作原理，以下结合图4和图1对本发明的电源控制系统的实现方法流程进行详细说明，如图4所示，所述电源控制系统的实现方法包括如下步骤：

流程开始于步骤401，在步骤402，所述电源检测模块检测主电源是否有供电，并判断供电电压是否正常；如果是则进入步骤403，进一步判定主电源电流是否出现电流倒灌现象，如果没有出现电流倒灌现象，则进入步骤404，开启主电源通路，顺序执行步骤405指示主电源供电，进入步骤406，系统进入正常工作模式；当主电源没有供电或主电源供电电压不正常时，或有主电源供电但电流出现倒灌现象时，则进入步骤407，检测备用电源电压是否正常，如果备用电源电压不正常，则返回步骤402重新执行检测，否则进入步骤408，开启备用电源通路，顺序执行步骤409指示备用电源供电，进入步骤410，系统进入节能工作模式；在系统每次工作前，都循环上述步骤进行检测，以确保系统在工作时能够获得足够的工作电压。

本发明上述实施例中所述的电源控制系统可以集成在智能卡芯片中，图5为本发明实施例中智能卡芯片的内部结构图，如图5所示，所述智能卡芯片10包括：处理器模块12、分别与处理器模块12相连接的功能模块13、电源控制系统11、射频收发模块15、低频收发模块14、以及与射频收发模块15相连接的射频收发天线151、与低频收发模块14相连接的低频收发天线141。

在本发明实施例中，所述智能卡芯片是可以采用两路电源进行供电的智能卡（如2.4G移动支付），通过电源控制系统11实现两路电源的自适应切换供电，并给出电源状态指示，当智能卡的主电源输入电压正常时，电源控制系统11优先选择主电源输入这个支路为系统进行供电，并向处理器12发出高电平（或低电平）指示当前状态为主电源供电模式；当智能卡主电源没有电压输入或输入电压不正常时，电源控制系统11又检测到备用电源输入电压正常时，电源控制系统11选择备用电源这个支路为系统进行供电，并向处理器12发出低电平（或高电平）指示当前状态为备用电源供电模式；在备用电源供电模式情况下，当主电源供电恢复正常时，电源控制系统11则自动切换回主电源供电模式，以实现两路电源的自适应切换供电。

处理器模块12，则用于协调处理各类事务，如智能卡激活、信息交互、管理智能卡功能模块13等；移动支付智能卡功能操作，如低频近场通信管理、2.4G移动支付通信管理、支付操作管理等。

在本发明的第一个具体实施例中，当在主电源正常供电模式下，智能卡完成上电后，终端会向智能卡提供时钟和复位信号（低电平），当这个过程保持约400个时钟周期后，处理器模块12应当实现自复位；复位完成后在能适应自身条件的情况下对终端进行应答（对不满足要求的主电源输入电压和输入时钟频率不进行应答），实现自身的激活。当完成了智能卡激活后，终端要求读取智能卡的相关信息，这时候处理器模块12根据终端指令与其进行数据交互传输，这些数据内容包括个人识别密码、电话客户信息、加密密钥和客户存储信息等，其中个人识别密码用于确保只有用户本人才能对智能卡进行操作；电话客户信息是用于确定通信运营商和客户号码的相关信息；加密密钥用于客户通信时的信息加密；客户存储信息包含客户存储的电话号码及短信等。

而信息交互的过程一般为：终端先传输个人识别密码至智能卡处理器模块12，处理器模块12对比该密码是否与本智能卡所存个人识别密码相同，对比相同则通过密码识别，允许进入下一步操作；对比不同则继续要求对比，在一定对比次数后如果还没有通过则自动锁住信息交互功能。

SIM卡功能模块13也可以认为是数据存储模块，此模块存储有个人识别密码、电话客户信息、加密密钥和客户存储信息等内容。因此SIM卡功能模块管理主要是控制存储器的读写，存储器的数据读取和存储都要由处理器模块12进行操作，这个过程将与信息交互操作同步。

在本发明的第二个具体实施例中：当在主电源供电模式下完成常规操作、或在备用电源供电模式的情况下，智能卡也可以进行移动支付功能操作，具体操作方式如下：

低频收发模块14一直处于监听状态，当它接收并解调出相应数据后，会把数据传递给处理器模块12，此时处理器模块要对该数据进行错误校验，校验通过后提取出该数据中的密钥，用于2.4G支付通信握手密钥；同样地，处理器12也可以传递数据给低频收发模块14，通过低频磁场信道进行数据的发送；处理器模块12的这些操作叫做低频近场通信管理。

在接收到来自低频磁场信道的密钥后，处理器模块12要发起一次移动支付交易，此交易要采用2.4G信道实现，于是处理器需要控制射频收发模块15与刷卡机进行通信，并实时处理交易信息。

图6为本发明实施例中智能卡芯片备用电源扩展利用引脚图，为了进一步说明本发明的智能卡采用两路电源进行供电的原理，以下结合图6进行说明：本发明实施例通过复用智能卡的6个有效引脚中的VPP引脚5进行备用电源供电（可以是电池直接供电），这样即使在终端（如手机）处于关机状态时,智能卡的电源不供电，但智能卡可以通过备用电源进行供电，实现刷卡操作。而其他5个引脚如电源引脚1、复位引脚2、时钟引脚3、接地引脚4与数据传输引脚6与传统智能卡类同，此处不再赘述。

另外，在本发明实施例中，还可以通过复用智能卡芯片中未定义的两个引脚NC进行备用电源的供电。

众所周知，所述智能卡是与移动终端如手机、PAD等配合使用的，图7为本发明实施例中智能卡的一个应用示意图，如图7所示：所述智能卡10与移动终端00内部的智能卡管理器20、移动终端00的锂电池30以及移动终端00的锂电管理器40共同配合从而实现两路电源进行供电的功能，其中，所述移动终端00的锂电池30为整个移动终端系统供电，当其电量不足时移动终端不能启动，即处于关机状态时，可以通过智能卡的备用电源引脚为智能卡10从锂电池30处获得足够的工作能量，从而实现在移动终端处理非正常工作情况下智能卡也能进行刷卡操作。

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)

1.一种电源控制系统，其特征在于，包括：

第一电源检测模块，用于检测第一输入电源的状态；

第二电源检测模块，用于检测第二输入电源的状态；

电源控制模块，用于接收第一电源检测模块检测的状态和第二电源检测模块检测的状态，并根据第一电源检测模块检测的状态和第二电源检测模块检测的状态输出状态控制指示信息；

电源切换模块，根据电源控制模块输出的状态控制指示信息进行第一输入电源或第二输入电源的切换；

所述电源控制模块通过第一电源检测模块检测第一输入电源是否有供电，并判断供电电压是否正常；如果是则进一步判定第一输入电源电流是否出现电流倒灌现象，如果没有出现电流倒灌现象，则开启第一输入电源通路，指示第一输入电源供电，进入正常工作模式；当第一输入电源没有供电或第一输入电源供电电压不正常时，或有第一输入电源供电但电流出现倒灌现象时，则通过第二电源检测模块检测第二输入电源电压是否正常，如果第二输入电源电压不正常，则重新执行检测，否则开启第二输入电源通路，指示第二输入电源供电，进入节能工作模式；

电源切换模块由两个增强型P沟道场效应管和两个非门实现，主电源和备用电源分别从两个场效应管的源极输入，两个场效应管的漏极为电源输出端并且连接在一起。

2.根据权利要求1所述的电源控制系统，其特征在于，所述系统还包括开关模块，所述开关模块与电源控制模块相连接，通过电源控制模块输出的状态控制指示信息控制第一输入电源或第二输入电源的导通或断开。

3.根据权利要求1或2所述的电源控制系统，其特征在于，所述第一输入电源和所述第二输入电源分别为主电源或备用电源。

4.根据权利要求3所述的电源控制系统，其特征在于，所述系统还包括电源稳压模块，所述电源稳压模块用于稳定备用电源的输出电压，为系统供电。

5.一种如权利要求1至4任一项所述的电源控制系统的实现方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

获取第一输入电源和第二输入电源的检测状态；

接收第一输入电源和第二输入电源的检测状态，并根据第一输入电源和第二输入电源的检测状态输出状态控制指示信息：检测第一输入电源是否有供电，并判断供电电压是否正常；如果是则进一步判定第一输入电源电流是否出现电流倒灌现象，如果没有出现电流倒灌现象，则开启第一输入电源通路，指示第一输入电源供电，进入正常工作模式；当第一输入电源没有供电或第一输入电源供电电压不正常时，或有第一输入电源供电但电流出现倒灌现象时，则检测第二输入电源电压是否正常，如果第二输入电源电压不正常，则重新执行检测，否则开启第二输入电源通路，指示第二输入电源供电，进入节能工作模式；

根据状态控制指示信息进行第一输入电源或第二输入电源的切换。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括通过状态控制指示信息控制第一输入电源或第二输入电源的导通或断开的步骤。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述第一输入电源和所述第二输入电源分别为主电源或备用电源。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，当所述状态控制指示信息表示输入主电源的检测状态为正常时，则断开备用电源的输入，否则开启备用电源的输入。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括当开启备用电源的输入时，进行稳定备用电源输出电压的步骤。

10.一种智能卡，其特征在于，所述智能卡包括如权利要求1至4任一项所述的电源控制系统。