CN107329517A - 一种可调式且不可复位的自断电电路及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可调式且不可复位的自断电电路及其方法，该电路包括与外部电源及充放电管理单元连接的钳位单元、与充放电管理单元连接的电压监控正反馈单元，钳位单接收外部电源的输入信号，当外部电源的输入信号为掉电信号时，将输出电压钳制在正值或者0V，并将输出电压输送至充放电管理单元；电压监控正反馈单元，其采集充放电管理单元输出的电压，将输出电压与标准电压对比，当外部电源掉电时，输出电压超前于标准电压，输出0V电压，结合钳位单元输出电压为0V，使充放电管理单元输出为0V。本发明维护系统稳定性，实现关断电压时采用可调式自关断且不恢复的方式，提升双电源电子系统的电源稳定性，减少供电存在的安全隐患，成本低。

Description

一种可调式且不可复位的自断电电路及其方法

技术领域

本发明涉及双电源电子系统，更具体地说是指一种可调式且不可复位的自断电电路及其方法。

背景技术

随着社会进步，人们对生活环境的舒适性与便捷性要求越来越高，当前电子系统使用电池加外电的双电源电子供电模式越来越普遍。

然而，由于电池本身供电不稳定，当带动大负载时电压纹波大，续流不足，CPU本身I/O资源有限等缺点，双电源电子系统在电池低电压时的系统稳定性不好，对于该问题，现有两种解决的方式：第一种方式是采用MOS管或者续电器加CPU系统ADC与I/O资源投入方式，但是这种方式占用系统芯片ADC资源，无形中增加系统成本，针对CPU没有ADC采样模块的系统，此类方式更是不可行；关电操作需要CPU被动操作，响应机制为后发，存在断电不及时的现象；系统断电停留在软件层面，不能做到真正的物理关断，对系统电源稳定性与安全存在较大隐患；第二种方式是采用不可拆卸电池体，默认采用大容量电池体代替小容量电池，提升电池正常工作时间，并强烈提示使用者及时充电，借此来屏蔽电源系统不稳定现象的出现，但是这种方式没能彻底解决双电源电子系统的电源稳定性问题，存在各类电源稳定性问题，甚至爆炸。

因此，有必要设计一种可调式且不可复位的自断电电路，实现关断电压时采用可调式自关断且不恢复的方式，提升双电源电子系统的电源稳定性，减少供电存在的安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种可调式且不可复位的自断电电路及其方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种可调式且不可复位的自断电电路，包括与外部电源以及充放电管理单元连接的钳位单元、与充放电管理单元连接的电压监控正反馈单元，其中，所述钳位单元，其接收外部电源的输入信号，当外部电源的输入信号为掉电信号时，将输出电压钳制在正值或者0V，并将输出电压输送至充放电管理单元；所述电压监控正反馈单元，其采集充放电管理单元输出的电压，将输出电压与标准电压对比，当外部电源掉电时，输出电压超前于标准电压，输出0V电压，结合钳位单元输出电压为0V，以使充放电管理单元输出为0V。

其进一步技术方案为：所述钳位单元包括微分模块以及钳位二极管D33、D34，所述钳位二极管D34的负极与所述电压监控正反馈单元的输出端并联；当外部电源掉电时，钳位二极管D33、D34将微分模块的输出电压钳制在正值或者0V。

其进一步技术方案为：所述微分模块包括与外部电源连接的电容C675以及电阻R688，所述钳位二极管D33、D34分别对应反接在所述电阻R688的两端。

其进一步技术方案为：所述电压监控正反馈单元包括比较器U78，所述比较器U78的正极输入端脚与充放电管理单元连接；所述比较器U78的负极输入端脚连接有标准电源，所述比较器U78的输出端脚与所述钳位二极管D34的负极连接。

其进一步技术方案为：所述比较器U78的正极输入端脚与所述充放电管理单元之间连接有第一分压模块。

其进一步技术方案为：所述第一分压模块包括分压电阻R686、R687。

其进一步技术方案为：所述标准电源与所述比较器U78的负极输入端脚之间连接有第二分压模块。

其进一步技术方案为：所述第二分压模块包括分压电阻R685、R690。

其进一步技术方案为：所述比较器U78的输出端脚与电源端脚之间连接有分压电阻R684以及防反接二极管D32。

本发明还提供了一种可调式且不可复位的自断电方法，所述方法包括：

当外部输入电源掉电时，钳位单元钳制输出电压为正值或者0V；充放电管理单元输出的电压发生波动，将充放电管理单元的输出电压与标准电压对比，输出电压超前于标准电压，充放电管理单元输出0V电压，结合钳位单元输出电压为0V，以使充放电管理单元输出为0V。

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明的一种可调式且不可复位的自断电电路，通过设置微分模块以及两个钳位二极管组成的钳位单元，对外部电源掉电瞬间的微分模块输出电压进行钳位处理，以使其保持在0V，另外设置比较器U78比较充放电管理单元3输出的电压被电压监控正反馈单元采集作为第一级DC-DC电源以及标准电压，标准电压作为后一级DC-DC电源，根据两个电源电压的比较判定电源续流能力是否足够，在低电压或者外电波动状态下自行切掉电源，整个双电源电子供电系统输出电压也是0V，第一级DC-DC电源的使能脚也就恒定为0V，实现不可恢复，维护系统稳定性，实现关断电压时采用可调式自关断且不恢复的方式，提升双电源电子系统的电源稳定性，减少供电存在的安全隐患，且成本低。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为本发明具体实施例提供的双电源电子供电系统的结构框图；

图2为本发明具体实施例提供的一种可调式且不可复位的自断电电路的原理图；

图3为本发明具体实施例提供的钳位单元的电路原理图；

图4为本发明具体实施例提供的电压监控正反馈单元的电路原理图。

具体实施方式

为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。

如图1～4所示的具体实施例，本实施例提供的一种可调式且不可复位的自断电电路，可以运用在双电源电子供电系统中，实现关断电压时采用可调式自关断且不恢复的方式，提升双电源电子系统的电源稳定性，减少供电存在的安全隐患。

如图1所示，本实施例提供了一种可调式且不可复位的自断电电路，其包括与外部电源以及充放电管理单元3连接的钳位单元1、与充放电管理单元3连接的电压监控正反馈单元2，其中，所述钳位单元1，其接收外部电源的输入信号，当外部电源的输入信号为掉电信号时，将输出电压钳制在正值或者0V，并将输出电压输送至充放电管理单元3；所述电压监控正反馈单元2，其采集充放电管理单元3输出的电压，将输出电压与标准电压对比，当外部电源掉电时，输出电压超前于标准电压，输出0V电压，结合钳位单元1输出电压为0V，以使充放电管理单元3输出为0V。

在双电源电子供电系统中，采用双路行程开关作为断电元器件，其中，双路行程开关的第5脚接外部电源的电压输出端，第6脚接外部电源的电压输入端，第4脚串联功率电阻到地，此电阻是系统人为主动断电之后，给钳位单元1的电源快速放电使用；当双路行程开关按下，引脚5\6脚导通，整个双电源电子供电系统上电；当双路行程开关弹起，引脚5\4脚导通，整个双电源电子供电系统断电，串联功率电阻可重新定义双路行程开关的硬件引脚定义，用于人为断电状态瞬间，提供整个双电源供电系统的放电回路，陡峭系统电源波形，能够提升微分电路响应速度，极大的缩短系统多次快速开关机之间的所需时间延迟。

更进一步的，上述的钳位单元1包括微分模块以及钳位二极管D33、D34，所述钳位二极管D34的负极与电压监控正反馈单元2的输出端并联；当外部电源掉电时，钳位二极管D33、D34将微分模块的输出电压钳制在正值或者0V。

另外，上述的微分模块包括与外部电源连接的电容C675以及电阻R688，所述钳位二极管D33、D34分别对应反接在所述电阻R688的两端。

基于微分电路充放电原理，由大电容C675与电阻R688组成经典微分电路；在外部电源上电供电的瞬间，大电容C675获得压差，电容C675的负极电压升高到等于VBAT，钳位二极管D34输出获得高电平状态，外部电源对电容C675进行充电；随着电容C675充电完成，微分模块进入放电过程，电容C675的负极电压在电阻R688的放电电压成曲线下降状态，钳位二极管D34的输出降为低电压状态，且一直维持输出为低的状态，直到双路行程开关闭合。

当微分模块的电源不能瞬变，微分模块的输出也不能瞬变。因此，在外部电源掉电之后，VBAT并不能立即恢复为0电压，从而导致微分模块的输出也不能立即恢复到0点位，因此，导致整个系统不能实现快速开关机。引入二极管钳位功能，在微分模块的电阻两端反接一颗钳位二极管，实现系统掉电瞬间，微分电路输出不为负值。当下次上电，微分电路输出不必从负值开始积累电荷，从而实现电平快速变换，满足快速开关机要求。

当微分模块正常运行，时间t与电源V之间需要满足如下关系：V＝RC*Du/Dt；阈值(V)＝使能脚扭转电平1v；R＝微分阻值；C＝微分容值；Du/Dt＝微分模块的输入端电压变化斜率，此过程的时间宽度需要大于整个双电源电子供电系统的稳定时间。

双路行程开关闭合瞬间，外部电源对整个双电源电子供电系统上电，微分模块输出点波形，该处波形维持154MS高电平，足以支持EN后端DC-DC芯片打开，当上电完成，微分模块输出恒定为0V，直到下一次人为操作行程开关。

双路行程开关打开瞬间，外部电源掉电，由于分流电阻R688与钳位二极管D33、D34的作用，微分模块的输出电压恒定为0V，屏蔽掉了微分模块掉电输出负电压的问题，满足行程开关下次闭合瞬间，大电容C675的充电范围为0V到外部电源电压。在人为断电的过程中，关断电压时，微分模块的输出为0V。

上述的钳位单元1的输出电压输送至充放电管理单元3，且充放电管理单元3输出的电压被电压监控正反馈单元2采集作为第一级DC-DC电源，运用微分模块的充放电原理，为第一级DC-DC电源使能脚提供原始高电平，满足系统电源启动需求根据微分模块稳定状态下输出为0V，满足电路触发关断之后不可自行恢复的要求。

更进一步的，上述的电压监控正反馈单元2包括比较器U78，比较器U78的正极输入端脚与充放电管理单元3连接；比较器U78的负极输入端脚连接有标准电源，比较器U78的输出端脚与所述钳位二极管D34的负极连接。

上述的比较器U78的型号为AS331，在本实施例中，标准电源的电压值为1.8V，于其他实施例，上述的标准电源的电压值可以为其他数值，根据实际情况而定。

利用标准电源的电压与采集到的充放电管理单元3的输出电压作对比，以此确定采集到的充放电管理单元3的输出电压是否发生波动，从而判断外部电源是否掉电，判定电源续流能力是否足够。

更进一步的，上述的比较器U78的正极输入端脚与所述充放电管理单元3之间连接有第一分压模块，且上述的标准电源与所述比较器U78的负极输入端脚之间连接有第二分压模块。

在本实施例中，标准电源可以为一个独立的电源，可以取充放电管理单元3输出电压经过分压稳压后的电压充当。

采用比较器U78为核心，取系统第一级DC-DC电源VSYS1为信号电压，取经过第二分压模块的DC-DC分压稳压之后的1.8V为参考电压，当系统电压发生波动时，根据多级DC-DC电路能量传递规则，必然是前一级电源波动超前于后一级，因此当第一级DC-DC电源VSYS1发生波动时，后一级电源1.8V依旧会保持一段时间的稳定，实现比较器U78输出电平发生变化，实现第一级DC-DC电源EN脚电平切换。

更进一步的，上述的第一分压模块包括分压电阻R686、R687，比较器U78的IN+端脚为第一级DC-DC电源输出；其输入电平可根据实际使用场合负载大小与系统电源续流能力做合适分压。

另外，上述的第一分压模块还包括分压电容C649。

更进一步的，第二分压模块包括分压电阻R685、R690，比较器U78的IN-端脚为后一级DC-DC电源的输出电压，为使该处电源波动更小，可采用分压式输入方式，采用分压电阻R685、R690进行合适分压。

整个双电源电子供电系统在微分模块的驱动下完成上电之后，该微分模块为第一级DC-DC电源电路的使能脚提供稳定的电平状态，保证电源系统持续稳定使能。

当人为的切换掉双路行程开关，双电源电子供电系统由于外部电源的掉电而断电，比较器U78的输出电压为0V，微分模块供电恒定，输出电压维持恒定0V，因此，整个双电源电子供电系统输出电压也是0V，第一级DC-DC电源的使能脚也就恒定为0V，从而保证大负荷波动之后，系统从第一级开始不再获得能量，从物理层面切掉系统电源。

另外，上述的第二分压模块还包括分压电容C637。

上述的分压电阻R686、R687、分压电容C649、分压电阻R685、R690、分压电容C637的取值可以根据实际情况而定，通过调整分压电路阻值与分压电路旁路电容容值，系统电源波动符值下限与波动时间宽度上限可根据实际运用场合负荷大小采取合适值，实现电源小幅波动忍受幅度与时间跨度可调。通过分压电阻取值调整，满足不同负载系统对电源纹波的可容忍性，系统自行关闭电源时刻与系统负载大小成正比关系，可自行根据不同负载调整打开，关闭状态，在系统稳定的前提下最大限度的利用电池能量。

在外部电源掉电的过程中，电源续流能力不足，微分模块的钳位二极管D34会钳制电压，直至双路行程开关闭合，达到可自行关断且不自主恢复效果，避免系统工作在电源低电压的临界状态；通过比较器U78的取值，系统可自行使能或者关断第一级DC-DC电源使能脚，也就是系统的整个输出电压，实现电源物理关断。

运用微分模块的充放电原理，为第一级DC-DC电源使能脚提供原始高电平，满足系统电源启动需求；根据微分模块稳定状态下输出为0V，满足电路触发关断之后不自行恢复。

使用低成本比较器比较系统电源多级DC-DC之间前后级波动变化，纯硬件判定电源续流能力是否足够，实现低电压或者外电波动状态下自行切掉电源，维护整机系统稳定性。

整个电路中采用的是常规电子元件，无需CPU电压采样与控制等软件资源参与，节省系统资源与硬件成本。

上述的充放电管理单元3可以为充放电管理芯片BT1745或者其他型号的充放电管理芯片，于其他实施例，上述的充放电管理单元3还可以为由常规电子元件组成的充电电路以及放电电路，且充电电路以及放电电路的前端都连接有开关元件，该开关元件可以为三极管，起到切换电路的作用。

另外，上述的比较器U78的输出端脚与电源端脚之间连接有分压电阻R684以及防反接二极管D32，防反接二极管D32可以防止外部电源对比较器U78供电时反接而导致损坏的现象发生。

上述的一种可调式且不可复位的自断电电路，通过设置微分模块以及两个钳位二极管组成的钳位单元1，对外部电源掉电瞬间的微分模块输出电压进行钳位处理，以使其保持在0V，另外设置比较器U78比较充放电管理单元3输出的电压被电压监控正反馈单元2采集作为第一级DC-DC电源以及标准电压，标准电压作为后一级DC-DC电源，根据两个电源电压的比较判定电源续流能力是否足够，在低电压或者外电波动状态下自行切掉电源，整个双电源电子供电系统输出电压也是0V，第一级DC-DC电源的使能脚也就恒定为0V，实现不可恢复，维护系统稳定性，实现关断电压时采用可调式自关断且不恢复的方式，提升双电源电子系统的电源稳定性，减少供电存在的安全隐患，且成本低。

另外，本实施例还提供了一种可调式且不可复位的自断电方法，该方法包括：

当外部输入电源掉电时，钳位单元1钳制输出电压为正值或者0V；充放电管理单元3输出的电压发生波动，将充放电管理单元3的输出电压与标准电压对比，输出电压超前于标准电压，充放电管理单元3输出0V电压，结合钳位单元1输出电压为0V，以使充放电管理单元3输出为0V。

上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种可调式且不可复位的自断电电路，其特征在于，包括与外部电源以及充放电管理单元连接的钳位单元、与充放电管理单元连接的电压监控正反馈单元，其中，所述钳位单元，其接收外部电源的输入信号，当外部电源的输入信号为掉电信号时，将输出电压钳制在正值或者0V，并将输出电压输送至充放电管理单元；所述电压监控正反馈单元，其采集充放电管理单元输出的电压，将输出电压与标准电压对比，当外部电源掉电时，输出电压超前于标准电压，输出0V电压，结合钳位单元输出电压为0V，以使充放电管理单元输出为0V。

2.根据权利要求1所述的一种可调式且不可复位的自断电电路，其特征在于，所述钳位单元包括微分模块以及钳位二极管D33、D34，所述钳位二极管D34的负极与所述电压监控正反馈单元的输出端并联；当外部电源掉电时，钳位二极管D33、D34将微分模块的输出电压钳制在正值或者0V。

3.根据权利要求2所述的一种可调式且不可复位的自断电电路，其特征在于，所述微分模块包括与外部电源连接的电容C675以及电阻R688，所述钳位二极管D33、D34分别对应反接在所述电阻R688的两端。

4.根据权利要求2或3所述的一种可调式且不可复位的自断电电路，其特征在于，所述电压监控正反馈单元包括比较器U78，所述比较器U78的正极输入端脚与充放电管理单元连接；所述比较器U78的负极输入端脚连接有标准电源，所述比较器U78的输出端脚与所述钳位二极管D34的负极连接。

5.根据权利要求4所述的一种可调式且不可复位的自断电电路，其特征在于，所述比较器U78的正极输入端脚与所述充放电管理单元之间连接有第一分压模块。

6.根据权利要求5所述的一种可调式且不可复位的自断电电路，其特征在于，所述第一分压模块包括分压电阻R686、R687。

7.根据权利要求6所述的一种可调式且不可复位的自断电电路，其特征在于，所述标准电源与所述比较器U78的负极输入端脚之间连接有第二分压模块。

8.根据权利要求7所述的一种可调式且不可复位的自断电电路，其特征在于，所述第二分压模块包括分压电阻R685、R690。

9.根据权利要求4所述的一种可调式且不可复位的自断电电路，其特征在于，所述比较器U78的输出端脚与电源端脚之间连接有分压电阻R684以及防反接二极管D32。

10.一种可调式且不可复位的自断电方法，其特征在于，所述方法包括：

当外部输入电源掉电时，钳位单元钳制输出电压为正值或者0V；充放电管理单元输出的电压发生波动，将充放电管理单元的输出电压与标准电压对比，输出电压超前于标准电压，充放电管理单元输出0V电压，结合钳位单元输出电压为0V，以使充放电管理单元输出为0V。