CN103872756B - 电子仪器设备备用电源及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电子仪器设备备用电源，其特征在于，所述备用电源包括备用电源输出端、电子仪器设备辅助电源输入端，所述备用电源输出端与电子仪器设备辅助电源输入端之间设置有半导体开关器件，所述半导体开关器件还连接有微功耗控制器，所述的微功耗微控制器由备用电源供电，利用其通信接口接收电子仪器设备主系统的控制命令，微功耗微控制器将接收到的控制命令存储于其片上的非易失性存储器中,并根据控制命令控制半导体开关器件的导通或截止，从而控制备用电源的接入或断开。该技术方案能够有效地维护延长备用电源的使用寿命，保护电子仪器设备的安全。
Description
技术领域
本发明涉及备用电源，具体来说涉及电子仪器设备备用电源及其控制方法，属于备用电源控制技术领域。
背景技术
备用电源是许多电子仪器设备必不可少的构成之一，其作用在于当仪器设备的主电源失效时，备用电源能够保护易失性存储器内容、记录可能的故障数据、提示故障类型、维持仪器设备部分甚至全部系统的正常运行。备用电源通常采用电池或电池与稳压器的结合实现。
早期的备用电源与主电源采用两个低成本的二极管实现自动切换，但是，二极管的压降会降低供给器件的电压，缩短电池寿命。随着半导体芯片技术的提高，相继出现了电源多路器、电池备份IC等集成解决方案，有些型号的微控制器芯片也增加了辅助电源输入端，用以接入备用电源。
现有电子仪器设备的备用电源控制解决方案存在两个方面的问题，一方面，大多数方案导致备用电源始终处于接入的状态，在电子仪器设备最终使用之前的仓储、运输和安装调试阶段始均处于带电状态，不仅影响备用电源的寿命，而且威胁电子仪器设备的安全；另一方面，带有辅助电源输入端的微控制器芯片方案只能控制主芯片自身的电源切换，对系统的其他组成部分（如LCD背光等）的供电控制则无能为力，应用范围受到一定程度的限制。针对现有技术中存在的现象，迫切的需要一种新的技术方案来解决上述技术问题。
发明内容
本发明正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种电子仪器设备备用电源及其控制方法，该技术方案能够有效地维护备用电源的使用寿命，保护电子仪器设备的安全。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种电子仪器设备备用电源，其特征在于，所述备用电源包括备用电源输出端、电子仪器设备辅助电源输入端，所述备用电源输出端与电子仪器设备辅助电源输入端之间设置有半导体开关器件，所述半导体开关器件还连接有微功耗控制器，所述的微功耗微控制器由备用电源供电，利用其通信接口接收电子仪器设备主系统的控制命令，微功耗微控制器将接收到的控制命令存储于其片上的非易失性存储器中,并根据控制命令控制半导体开关器件的导通或截止，从而控制备用电源的接入或断开。
作为本发明的一种改进，所述微功耗微控制器设置为PIC12LF1822。在正常工作时，该芯片的电流为8μA，处于睡眠模式时工作电流只有0.8μA，进一步减低电量的损耗。
作为本发明的一种改进，所述的半导体开关器件设置为IRLML6402，其源极与备用电源的输出端相连，漏极与电子仪器设备辅助电源输入端(4)相连，栅极与微功耗微控制器(2)控制输出引脚相连。
一种电子仪器设备备用电源控制方法，其特征在于，所述备用电源包括备用电源输出端、电子仪器设备辅助电源输入端，所述在备用电源输出端与电子仪器设备辅助电源输入端之间连接一只半导体开关器件，所述半导体开关器件还连接有微功耗控制器，利用一片微功耗微控制器控制半导体开关器件，所述的的微功耗微控制器由备用电源供电，利用其通信接口接收电子仪器设备主系统的控制命令，微功耗微控制器将接收到的控制命令存储于其片上的非易失性存储器中,并根据控制命令控制半导体开关器件的导通或截止，从而控制备用电源的接入或断开。
作为本发明的一种改进，所述微功耗微控制器设置为PIC12LF1822。
作为本发明的一种改进，所述的半导体开关器件设置为IRLML6402，其源极与备用电源的输出端相连，漏极与电子仪器设备辅助电源输入端(4)相连，栅极与微功耗微控制器(2)控制输出引脚相连。
作为本发明的一种改进，所述控制过程如下，仪器设备主系统的控制命令输出常态为低电平，通过输出高电平持续时间的长短表示备用电源的接入控制命令和断开控制命令，如果输出为备用电源接入控制命令，则输出持续8秒钟的高电平；否则输出持续4秒钟的高电平；主系统只在如下两种情况下发出有效的控制命令，其他时间均维持无效的低电平：（1）主系统复位初始化；（2）备用电源投切设置更改；微控制器长期工作于睡眠模式，每隔一秒钟被片上时钟唤醒一次，可以极大地降低备用电源的损耗。微控制器工作于睡眠模式时，其控制输出引脚电平维持不变；每次被唤醒时，微控制器检查其通信接口的电平，如果通信接口为高电平，则通信计数器加1并恢复睡眠状态；如果如果通信接口为低电平，则根据通信计数器的数值执行相应的操作，具体如下：（1）如果通信计数器为0，恢复睡眠状态；（2）如果通信计数器数值大于6，修改E2PROM中控制命令为“备用电源接入”，输出引脚置低电平，通信计数器清零，恢复睡眠状态；（3）如果通信计数器为大于2且小于5，修改E2PROM中控制命令为“备用电源断开”，输出引脚置高电平，通信计数器清零，恢复睡眠状态。
相对于现有技术，本发明的有益效果如下：1）该技术方案设计巧妙，通过在备用电源输出端与电子仪器设备辅助电源输入端之间设置半导体开关器件，以及微功耗控制器，利用其通信接口接收电子仪器设备主系统的控制命令，微功耗微控制器将接收到的控制命令存储于其片上的非易失性存储器中,并根据控制命令控制半导体开关器件的导通或截止，从而控制备用电源的接入或断开；2）通过微功耗控制器能够方便地利用电子仪器设备的人机接口控制备用电源的投切，并且在仪器设备主电源失效时仍然可以保证对备用电源预设的控制。
附图说明
图1是本发明一个优选实施例示意图；
图2是微控制器主流程图；
图3是微控制器唤醒后工作流程图。
图中：1半导体开关，2微控制器，3备用电源，4电源输入端，5通信接口。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解和认识，下面结合附图和具体实施方式对本发明做出进一步的说明和介绍。
实施例1：
参见图1，一种电子仪器设备备用电源，所述备用电源包括备用电源输出端、电子仪器设备辅助电源输入端4，所述备用电源输出端与电子仪器设备辅助电源输入端4之间设置有半导体开关器件1，所述半导体开关器件还连接有微功耗控制器，所述的微功耗微控制器由备用电源供电，利用其通信接口接收电子仪器设备主系统的控制命令，微功耗微控制器将接收到的控制命令存储于其片上的非易失性存储器中,并根据控制命令控制半导体开关器件的导通或截止，从而控制备用电源的接入或断开。
实施例2：
参见图1，作为本发明的一种改进，所述微功耗微控制器设置为PIC12LF1822。在正常工作时，该芯片的电流为8μA，处于睡眠模式时工作电流只有0.8μA，进一步减低电量的损耗。其余结构和优点与实施例1完全相同。
实施例3：
参见图1，作为本发明的一种改进，所述的半导体开关器件设置为IRLML6402，其源极与备用电源的输出端相连，漏极与电子仪器设备辅助电源输入端4相连，栅极与微功耗微控制器2控制输出引脚相连。其余结构和优点与实施例1完全相同。
实施例4：
参见图1，一种电子仪器设备备用电源控制方法，所述备用电源包括备用电源输出端、电子仪器设备辅助电源输入端4，所述在备用电源输出端与电子仪器设备辅助电源输入端之间连接一只半导体开关器件1，所述半导体开关器件1还连接有微功耗控制器2，利用一片微功耗微控制器控制半导体开关器件，所述的的微功耗微控制器由备用电源3供电，利用其通信接口接收电子仪器设备主系统的控制命令，微功耗微控制器将接收到的控制命令存储于其片上的非易失性存储器中,并根据控制命令控制半导体开关器件的导通或截止，从而控制备用电源的接入或断开；所述微功耗微控制器设置为PIC12LF1822。所述的半导体开关器件设置为IRLML6402，其源极与备用电源的输出端相连，漏极与电子仪器设备辅助电源输入端4相连，栅极与微功耗微控制器2控制输出引脚相连。所述控制过程如下，仪器设备主系统的控制命令输出常态为低电平，通过输出高电平持续时间的长短表示备用电源的接入控制命令和断开控制命令，如果输出为备用电源接入控制命令，则输出持续8秒钟的高电平；否则输出持续4秒钟的高电平；主系统只在如下两种情况下发出有效的控制命令，其他时间均维持无效的低电平：（1）主系统复位初始化；（2）备用电源投切设置更改；微控制器长期工作于睡眠模式，每隔一秒钟被片上时钟唤醒一次，可以极大地降低备用电源的损耗。微控制器工作于睡眠模式时，其控制输出引脚电平维持不变；每次被唤醒时，微控制器检查其通信接口的电平，如果通信接口为高电平，则通信计数器加1并恢复睡眠状态；如果如果通信接口为低电平，则根据通信计数器的数值执行相应的操作，具体如下：（1）如果通信计数器为0，恢复睡眠状态；（2）如果通信计数器数值大于6，修改E2PROM中控制命令为“备用电源接入”，输出引脚置低电平，通信计数器清零，恢复睡眠状态；（3）如果通信计数器为大于2且小于5，修改E2PROM中控制命令为“备用电源断开”，输出引脚置高电平，通信计数器清零，恢复睡眠状态。
具体工作原理如下：
参见图1-图3，在本实施例中，微控制器选用PIC12LF1822。在常温下，该芯片正常工作电流为8μA，处于睡眠模式时工作电流只有0.8μA。参见图2，微控制器上电复位后，在完成常规的初始化操作后，从其E2PROM的指定地址中取出控制命令，根据该控制命令决定MOSFET的导通或截止。考虑到E2PROM首次使用时其存储的内容通常为0xFF，在本实施例中指定0xFF为备用电源断开控制命令、0xAA为备用电源接入控制命令，避免首次上电使用时可能出现的备用电源意外接入。如果取出控制命令指示为备用电源接入，微控制器将其控制输出引脚,，在本实施例中为PIC12LF1822的RA4置低电平，控制MOSFET的栅极为低电平，MOSFET导通，备用电源通过MOSFET接入电子仪器设备的辅助电源输入端；如果取出控制命令指示为备用电源断开，微控制器将其控制输出引脚置高电平，控制MOSFET的栅极为高电平，MOSFET截止，备用电源断开。通过对仪器设备人机接口的操作可以设置并记录备用电源的投切。仪器设备主系统的控制命令输出常态为低电平，通过输出高电平持续时间的长短表示备用电源的接入控制命令和断开控制命令。如果输出为备用电源接入控制命令，则输出持续8秒钟的高电平；否则输出持续4秒钟的高电平。主系统只在如下两种情况下发出有效的控制命令，其他时间均维持无效的低电平：（1）主系统复位初始化；（2）备用电源投切设置更改。微控制器长期工作于睡眠模式，每隔一秒钟被片上时钟唤醒一次，可以极大地降低备用电源的损耗。微控制器工作于睡眠模式时，其控制输出引脚电平维持不变。每次被唤醒时，微控制器检查其通信接口（在本实施例中为PIC12LF1822的RA2）的电平，如果通信接口为高电平，则通信计数器加1并恢复睡眠状态；如果如果通信接口为低电平，则根据通信计数器的数值执行相应的操作，具体如下：（1）如果通信计数器为0，恢复睡眠状态；（2）如果通信计数器数值大于6，修改E2PROM中控制命令为“备用电源接入”，输出引脚置低电平，通信计数器清零，恢复睡眠状态；（3）如果通信计数器为大于2且小于5，修改E2PROM中控制命令为“备用电源断开”，输出引脚置高电平，通信计数器清零，恢复睡眠状态。采用高电平持续时间长度指示的通信方式，降低了对接收设备的要求，微控制器只需在定时被唤醒时检测通信接口的电平高低就可以可靠接收控制命令，无需其他外设的参与，降低了微控制器的功耗。仪器设备主系统控制命令的常态低电平输出模式亦可进一步降低微控制器通信接口的功耗。由于针对的控制命令存储于微控制器的非易失性存储器（E2PROM）中，由于任何一种原因导致的微处理器复位仍能保证对备用电源的既定控制而无需仪器设备主系统的干预。微控制器采用备用电源供电的模式决定了本发明提供的方法可以根据电子仪器设备所处状态灵活设置备用电源的投切，应对电子仪器设备主系统主电源不同的失效模式。当电子仪器设备处于仓储、运输等阶段时，设置备用电源断开，延长备用电源的寿命，确保电子仪器设备安全性。当电子仪器设备正常使用时，设置备用电源接入，当主电源意外失效时，备用电源能够保护主系统易失性存储器内容、记录可能的故障数据、提示故障类型、维持仪器设备部分甚至全部系统的正常运行。
尽管微控制器长期在备用电源供电下工作，但该芯片不足1μA耗电对于通常超过1Ah的备用电源是微不足道的。
本发明还可以将实施例2、3所述技术特征中的至少一个与实施例1组合，形成新的实施方式。
需要说明的是上述实施例仅仅是本发明的较佳实施例，并没有用来限定本发明的保护范围，在上述基础上所作出的等同替换或者替代均属于本发明的保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (1)
1.一种电子仪器设备备用电源控制方法，其特征在于，所述备用电源包括备用电源输出端、电子仪器设备辅助电源输入端，在备用电源输出端与电子仪器设备辅助电源输入端之间连接一只半导体开关器件，所述半导体开关器件还连接有微功耗控制器，利用一片微功耗微控制器控制半导体开关器件，所述的微功耗微控制器由备用电源供电，利用其通信接口接收电子仪器设备主系统的控制命令，微功耗微控制器将接收到的控制命令存储于其片上的非易失性存储器中,并根据控制命令控制半导体开关器件的导通或截止，从而控制备用电源的接入或断开，所述微功耗微控制器设置为PIC12LF1822，所述的半导体开关器件设置为IRLML6402，其源极与备用电源的输出端相连，漏极与电子仪器设备辅助电源输入端(4)相连，栅极与微功耗微控制器(2)控制输出引脚相连，控制过程如下，电子仪器设备主系统的控制命令输出常态为低电平，通过输出高电平持续时间的长短表示备用电源的接入控制命令和断开控制命令，如果输出为备用电源接入控制命令，则输出持续8秒钟的高电平；否则输出持续4秒钟的高电平；主系统只在如下两种情况下发出有效的控制命令，其他时间均维持无效的低电平：（1）主系统复位初始化；（2）备用电源投切设置更改；微控制器长期工作于睡眠模式，每隔一秒钟被片上时钟唤醒一次，微控制器工作于睡眠模式时，其控制输出引脚电平维持不变；每次被唤醒时，微控制器检查其通信接口的电平，如果通信接口为高电平，则通信计数器加1并恢复睡眠状态；如果通信接口为低电平，则根据通信计数器的数值执行相应的操作，具体如下：（1）如果通信计数器为0，恢复睡眠状态；（2）如果通信计数器数值大于6，修改E2PROM中控制命令为“备用电源接入”，输出引脚置低电平，通信计数器清零，恢复睡眠状态；（3）如果通信计数器为大于2且小于5，修改E2PROM中控制命令为“备用电源断开”，输出引脚置高电平，通信计数器清零，恢复睡眠状态。
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