CN110224479A - 一种掉电保护装置、控制系统及其掉电保护方法 - Google Patents

一种掉电保护装置、控制系统及其掉电保护方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种掉电保护装置、控制系统及其掉电保护方法，该装置包括：保护支路，在保护支路上依次设置有充电模块、储能模块和至少两级升压模块；其中，保护支路，在控制系统掉电的情况下对控制系统进行掉电保护；充电模块，用于在控制系统未掉电的情况下，利用供电电源为储能模块充电；储能模块，用于储存储能模块充电所得能量；至少两级升压模块，用于将储能模块输出能量的当前电压，至少分两级升压至控制系统的目标电压；至少两级升压模块，包括：第一级升压模块和第二级升压模块，第一级升压模块和第二级升压模块的结构不同。本发明的方案，可以解决自动化设备缺少掉电保护的问题，达到实现自动化设备的掉电保护的效果。

Description

一种掉电保护装置、控制系统及其掉电保护方法
技术领域
本发明属于电子电路技术领域，具体涉及一种掉电保护装置、控制系统及其掉电保护方法，尤其涉及一种掉电延时电路保护的装置、具有该装置的控制系统、以及该控制系统的掉电延时保护方法。
背景技术
随着工厂自动化程度的不断提高，自动化设备逐渐代替原来高强度的重复的人工作业。在自动化设备中，控制设备是自动化设备的中枢，而稳定的操作系统则是控制设备的基础。操作系统如数控机床操作系统、工业机器人人机交互系统等系统的控制单元，在自动化生产中起到重要的控制作用；但在工作时如果遇到突然断电，将会损坏系统文件，丢失重要的生产数据，给生产作业带来不可估量的损失和麻烦。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述缺陷，提供一种掉电保护装置、控制系统及其掉电保护方法，以解决自动化设备缺少掉电保护的问题，达到实现自动化设备的掉电保护的效果。
本发明提供一种掉电保护装置，包括：保护支路，在所述保护支路上依次设置有充电模块、储能模块和至少两级升压模块；其中，所述保护支路，设置在供电电源与控制系统之间，用于在所述控制系统掉电的情况下对所述控制系统进行掉电保护；所述充电模块，用于在所述控制系统未掉电的情况下，利用所述供电电源为所述储能模块充电；所述储能模块，用于储存所述储能模块充电所得能量；所述至少两级升压模块，用于将所述储能模块输出能量的当前电压，至少分两级升压至控制系统的目标电压；其中，所述至少两级升压模块，包括：第一级升压模块和第二级升压模块，所述第一级升压模块和所述第二级升压模块的结构不同。
可选地，所述充电模块，包括：滤波模块、第一单向模块和第一限流模块；其中，所述第一限流模块和所述第一单向模块，串接在所述供电电源的电源输出接口与所述储能模块的输入端之间；所述滤波模块，设置在所述供电电源的电源输出接口处。
可选地，所述储能模块，包括：电容组；所述电容组，设置在所述充电模块的输出端与所述第一级升压模块的输入端之间。
可选地，所述第一级升压模块，包括：第一储能及续流模块、升压模块和分压模块；其中，所述第一储能及续流模块、所述升压模块和所述分压模块，依次设置在所述储能模块的输出端与所述第二级升压模块的输入端之间。
可选地，所述第二级升压模块，包括：第二储能及续流模块、开关模块、第二单向模块和储能及放电模块；其中，所述第二储能及续流模块和所述第二单向模块，串接在所述第一级升压模块的输出端与所述控制系统的电源输入接口之间；所述开关模块的第一控制端连接至所述第二储能及续流模块和所述第二单向模块的公共端，所述储能及放电模块设置在所述第二单向模块的输出端处。
可选地，还包括：检测支路，在所述检测支路上设置有检测模块；其中，所述检测支路与所述保护支路并联；所述检测模块，用于检测所述供电电源的供电电压；所述控制系统，用于在所述供电电压在设定电压范围内的情况下，确定自身未掉电并正常工作；在所述供电电压不在所述设定电压范围内的情况下，确定自身掉电并切断所述供电电源的供电，以仅利用所述保护支路对所述控制系统进行掉电保护；其中，所述掉电保护，包括：使所述控制系统执行预设的数据保存任务后关机。
可选地，所述检测模块，包括：第三单向模块、隔离模块和第二限流模块；其中，所述第三单向模块和所述隔离模块，并行设置在所述供电电源的电源输出接口与所述控制系统的电源输入接口之间；所述第二限流模块，设置在所述隔离模块的输入端和/或所述隔离模块的输出端。
与上述装置相匹配，本发明再一方面提供一种控制系统，包括：以上所述的掉电保护装置。
与上述控制系统相匹配，本发明再一方面提供一种控制系统的掉电保护方法，包括：通过设置在供电电源与控制系统之间的保护支路，在所述控制系统掉电的情况下对所述控制系统进行掉电保护；其中，通过设置在保护支路上的充电模块，在所述控制系统未掉电的情况下，利用所述供电电源为所述储能模块充电；通过设置在保护支路上的储能模块，储存所述储能模块充电所得能量；通过设置在保护支路上的至少两级升压模块，将所述储能模块输出能量的当前电压，至少分两级升压至控制系统的目标电压；其中，所述至少两级升压模块，包括：第一级升压模块和第二级升压模块，所述第一级升压模块和所述第二级升压模块的结构不同。
可选地，还包括：通过设置在与所述保护支路并联的检测支路上的检测模块，检测所述供电电源的供电电压；以及，使控制系统，在所述供电电压在设定电压范围内的情况下，确定自身未掉电并正常工作；在所述供电电压不在所述设定电压范围内的情况下，确定自身掉电并切断所述供电电源的供电，以仅利用所述保护支路对所述控制系统进行掉电保护；其中，所述掉电保护，包括：使所述控制系统执行预设的数据保存任务后关机。
本发明的方案，通过两级升压模块充分利用电容组的储能，弥补了普通一级升压电路中电容组电压降至升压芯片启动阈值以下后立刻不能工作，在控制电路突然掉电后继续给控制系统进行一段时间供电，使系统能够有时间保存数据自动关机，实现了掉电延时保护。
进一步，本发明的方案，通过两级升压模块，可以提升电容储能的利用率，在储能电容电压处于低值时仍能正常工作，能实现掉电检测并在掉电后对操作系统提供足够时间的供电使其完成系统、生产等数据的保存，实现突然掉电到系统关断的平稳过渡，可靠且安全。
进一步，本发明的方案，通过两级升压电路降低了电容正常工作电压的下限，使系统能在电容组输出电压较低时平稳工作一段时间，提高了对储能电容组储能的利用效率，完成掉电后维持电路持续正常工作一段时间的功能，提升控制系统的运行安全性。
由此，本发明的方案，通过两级升压电路降低了电容正常工作电压的下限，使控制系统的控制电路突然掉电后继续给控制系统进行一段时间供电，以使控制系统能够有时间保存数据后自动关机，解决自动化设备缺少掉电保护的问题，从而，克服缺少掉电保护、掉电易损坏系统文件和丢失数据的缺陷，实现掉电保护、掉电不易损坏系统文件和丢失数据的有益效果。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的掉电保护装置的一实施例的结构示意图；
图2为本发明的掉电保护装置(如掉电延时保护装置)的另一实施例的结构示意图；
图3为本发明的掉电保护装置(如掉电延时保护装置)中充电模块的一实施例的结构示意图；
图4为本发明的掉电保护装置(如掉电延时保护装置)中第一级升压模块的一实施例的结构示意图；
图5为本发明的掉电保护装置(如掉电延时保护装置)中第二级升压模块的一实施例的结构示意图；
图6为本发明的掉电保护装置(如掉电延时保护装置)中检测模块的一实施例的结构示意图；
图7为本发明的掉电保护方法的一实施例的流程示意图；
图8为本发明的掉电保护方法中对供电电源的供电电压进行检测处理的一实施例的流程示意图。
结合附图，本发明实施例中附图标记如下：
10-充电模块；20-储能模块；30-第一级升压模块；40-第二级升压模块；50-检测模块。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
考虑到在自动化设备工作时遇到突然掉电时，如果为其控制系统提供一定时间的供电，使系统能在设备断电时有充分的时间保存生产数据，使系统文件不受突然断电的冲击，这样的掉电保护设计成为实现自动化设备安全掉电并再启动的必要途径。
根据本发明的实施例，提供了一种掉电保护装置。参见图1所示本发明的装置的一实施例的结构示意图。该掉电保护装置可以包括：保护支路，在所述保护支路上依次设置有充电模块10、储能模块20和至少两级升压模块(如第一级升压模块30和第二级升压模块40)。
其中，所述保护支路，设置在供电电源与控制系统之间，可以用于在所述控制系统掉电的情况下对所述控制系统进行掉电保护。例如：保护支路，设置在供电电源(如外部电源)的电源输出接口(如外部电源接口Vin)与控制系统的电源输入接口(如控制系统的电源接口Vsys)之间。其中，控制系统，是可以用于进行掉电保护的控制系统。供电电源，是可以用于对控制系统进行供电的电源。
具体地，所述充电模块10，设置在供电电源的电源输出接口与储能模块20的输入端之间，可以用于在所述控制系统未掉电的情况下(即在控制系统基于供电电源正常工作的情况下)，利用所述供电电源为所述储能模块20充电。
例如：如图2所示，所述充电模块10：用于系统未掉电时为电容组安全充电。
可选地，所述充电模块10，可以包括：滤波模块、第一单向模块和第一限流模块。例如：滤波模块可以包括第一电容(如滤波电容C1)，第一单向模块可以包括第一二极管(如二极管D1)，第一限流模块可以包括第一电阻(如限流电阻R1)。
其中，所述第一限流模块和所述第一单向模块，串接在所述供电电源的电源输出接口与所述储能模块20的输入端之间。所述滤波模块，设置在所述供电电源的电源输出接口处，如设置在所述供电电源的电源输出接口与地之间。
例如：充电模块10可由滤波电容C1、二极管D1、限流电阻R1组成，如图3所示。用以保持充电电流在安全范围内，同时防止充电倒灌。
由此，通过滤波模块、第一单向模块和第一限流模块构成充电模块，保证了正常充电也防止了充电倒灌而发生危险。
具体地，所述储能模块20，设置在所述充电模块10的输出端与至少两级升压模块的输入端之间，可以用于储存所述储能模块20充电所得能量。例如：在所述控制系统未掉电的情况下储存所述储能模块20充电所得能量，并在所述控制系统掉电的情况下经所述至少两级升压模块后为所述控制系统供电，以使所述控制系统在掉电的情况下利用所述储能模块20储存的能量延时断电，如可以使所述控制系统在掉电的情况下利用所述储能模块20储能的能量保存数据后再关机。
例如：所述电容组：使用超级电容储存能量以供掉电后此延时电路工作。
可选地，所述储能模块20，可以包括：电容组。例如：所述电容组，可以包括：并联设置的超级电容组。所述电容组，设置在所述充电模块10的输出端与所述第一级升压模块30的输入端之间。
例如：电容组可由超级电容并联而成，可根据需要选择匹配容值及内阻的电容。图3和图4中的网络CAP_G为电容组充/放电的非接地网络。
由此，通过电容组实现储能，结构简单，且储能的稳定性和安全性好。
具体地，所述至少两级升压模块，设置在所述储能模块20的输出端与控制系统的电源输入接口之间，可以用于将所述储能模块20输出能量的当前电压，至少分两级升压至控制系统的目标电压。例如：所述至少两级升压模块，可以用于在所述控制系统未掉电的情况下，将所述供电电源经所述储能模块20输出的传输能量的当前电压，至少分两级升压至控制系统的目标电压。而在所述控制系统掉电的情况下，将所述储能模块20输出的储存能量的当前电压，至少分两级升压至控制系统的目标电压。
例如：针对自动化设备缺少掉电保护的现状，本发明的方案，提出了一种原理简单、且可实现突然掉电后对系统延时供电的掉电保护电路。该掉电电路，可以具备两级升压模块，可以提升电容储能的利用率，在储能电容电压处于低值时仍能正常工作，能实现掉电检测并在掉电后对操作系统提供足够时间的供电使其完成系统、生产等数据的保存，实现突然掉电到系统关断的平稳过渡。
例如：本发明的方案，在不改变电容大小和输入电压的情况下，提供一种提高对储能电容的利用率以延长掉电保护电路工作时间的方案。该方案，通过两级升压电路降低了电容正常工作电压的下限，使系统能在电容组输出电压较低时平稳工作一段时间，提高了对储能电容组储能的利用效率，完成掉电后维持电路持续正常工作一段时间的功能。
优选地，所述至少两级升压模块，可以包括：第一级升压模块30和第二级升压模块40，所述第一级升压模块30和所述第二级升压模块40的结构不同。例如：第一级升压模块30和第二级升压模块40依次设置在所述储能模块20的输出端与控制系统的电源输入接口之间。第一级升压模块30，可以用于将所述储能模块20输出能量的当前电压，进行第一级升压至第二级升压模块40所需的第一升压电压。第二级升压模块40，可以用于将第一升压电压，进行第二级升压至控制系统的目标电压。
例如：两级升压以及可以联想到的多级升压手段，即在不改变储能模块初始电压的情况下，通过改变系统正常工作最低电压的手段，达到延长掉电保护时间的目的。从而，降低了掉电延时保护电路最小工作电压的阈值，提升了对储能模块的利用效率，使用简单方便。如图2所示，所述第一级升压电路：用于将输入电压升压至第二级升压模块能够正常工作的电压；所述第二级升压电路：用于将第一级升压电路输出的电压再次升压至系统所需电压。
例如：本发明的方案提供的一种掉电延时电路保护的装置，可以在控制电路突然掉电后继续给控制系统进行一段时间供电，使系统能够有时间保存数据自动关机。其中，通过两级升压模块充分利用电容组的储能，弥补了普通一级升压电路中，电容组电压降至升压芯片启动阈值以下后立刻不能工作，最后导致电容储能使用不完全的缺点。
由此，通过依次设置在保护支路上的充电模块、储能模块和至少两级升压模块，可以在所述控制系统掉电的情况下对所述控制系统进行掉电保护，可以实现掉电保护，提升了对控制系统自身及数据保护的安全性。
可选地，所述第一级升压模块30，可以包括：第一储能及续流模块、升压模块和分压模块。例如：第一储能及续流模块可以包括电感L1，升压模块可以包括升压芯片，分压模块可以包括电阻R2、R3。
其中，所述第一储能及续流模块、所述升压模块和所述分压模块，依次设置在所述储能模块20的输出端与所述第二级升压模块40的输入端之间。
例如：如图4所示，第一级升压模块可由一种小输入的升压芯片以及匹配的电容、电感、电阻及导线组成；可以将来自电容组的电压稳压至第一稳压电压VOUT1，提供稳定的中间电压。
由此，通过第一储能及续流模块、升压模块和分压模块实现第一级升压，升压稳定性好、可靠性高。
可选地，所述第二级升压模块40，可以包括：第二储能及续流模块、开关模块、第二单向模块和储能及放电模块。例如：第二储能及续流模块可以包括电感L2，开关模块可以包括三极管Q1，第二单向模块可以包括二极管D2，储能及放电模块可以包括电容C2。
其中，所述第二储能及续流模块和所述第二单向模块，串接在所述第一级升压模块30的输出端与所述控制系统的电源输入接口之间。所述开关模块的第一控制端连接至所述第二储能及续流模块和所述第二单向模块的公共端，所述开关模块的第二控制端接地，所述开关模块的第三控制端悬空；所述储能及放电模块设置在所述第二单向模块的输出端处。
例如：如图5所示，第二级升压模块可由开关管Q1、电容C2、电感L2、二极管D2及导线等组成；作用是将第一稳压电压即中间电压VOUT1升压至所需电压VOUT2。例如：开关管Q1可以是MOS管，MOS管的漏极D作为开关管Q1的第一控制端，MOS管的源极S作为开关管Q1的第二控制端，MOS管的栅极G作为开关管Q1的第三控制端。其中，MOS管的栅极G可以接收控制信号如方波信号，从而控制开关管Q1的频率以控制输出电压Vsys；该方波信号的发生可以通过定时器、MCU等多种方式发生。
由此，通过第二储能及续流模块、开关模块、第二单向模块和储能及放电模块实现第二级升压，结构简单且升压力度大、可控且安全。
在一个可选实施方式中，还可以包括：检测支路，在所述检测支路上设置有检测模块50。
例如：如图2所示，本发明的方案提供的一种掉电延时电路保护的装置，可以包括：第一级升压电路、第二级升压电路、检测模块、充电模块、电容组。各模块组合使用时，在控制系统的供电电路上接入检测模块，外部电源接口VIN接检测模块的输入，检测模块的功率输出接控制系统的电源接口Vsys，检测模块的信号输出SIGN(即检测信号网络接口Signal)接控制系统的处理器，这样构成了正常工作时的主供电电路。在外部电源接口VIN接充电模块的输入，充电模块的输出接在电容组上，电容组输出接在第一级升压电路的输入，第一级升压电路的输出接在第二级升压电路的输入，第二级升压电路的输出接在控制系统的电源接口Vsys，这样就构成了掉电延时保护电路。
具体地，所述检测支路与所述保护支路并联，也就是说，所述检测支路与所述保护支路并行设置在供电电源与控制系统之间。
例如：主电路供电接入充电模块输入端，充电模块输出端接电容组输入端，电容组输出端接第一级升压电路的输入端，第一级升压电路的输出端接第二级升压电路的输入端，以上四个模块组成的串联电路整体与检测模块并联。
具体地，所述检测模块50，设置在供电电源的电源输出接口与控制系统的电源输入接口之间，可以用于检测所述供电电源的供电电压，并将所述供电电压反馈至控制系统。
例如：如图2所示，所述检测模块：用于检测主供电电路的电压、反馈检测结果并在主供电电路掉电后使所在电路开路。
具体地，所述控制系统，可以用于在所述供电电压在设定电压范围内的情况下，确定自身未掉电并正常工作；在所述供电电压不在所述设定电压范围内的情况下，确定自身掉电并切断所述供电电源的供电，以仅利用所述保护支路对所述控制系统进行掉电保护。其中，所述掉电保护，可以包括：使所述控制系统执行预设的数据保存任务后关机。
例如：外部电源正常工作时，外部电源给控制系统供电，同时为电容组充电，系统收到的电源检测信息为正常，执行正常工作的指令。外部电源掉电后，检测模块给控制系统发出掉电信号并切断主供电电路，电容组通过两级升压电路继续供电，控制系统执行数据保护任务后自动关机，延时掉电电路将持续工作到电容电压低于最低工作电压，完成整个掉电保护过程。
由此，通过基于供电电源的供电电压实现控制系统的正常工作或掉电保护，使得控制系统的工作和掉电保护更加可靠且安全。
在一个可选例子中，所述检测模块50，可以包括：第三单向模块、隔离模块和第二限流模块。例如：第三单向模块可以包括二极管D3，隔离模块可以包括光耦Q3，第二限流模块可以包括电阻R4和/或电阻R5。
其中，所述第三单向模块和所述隔离模块，并行设置在所述供电电源的电源输出接口与所述控制系统的电源输入接口之间。所述第二限流模块，设置在所述隔离模块的输入端和/或所述隔离模块的输出端。其中，第二限流模块的数量可以为至少一个。
例如：如图6所述，检测模块可由光耦Q3，电阻R4、R5，二极管D3以及导线等组成。当其输入端即外部电源接口VIN有电时，Q3内部导通，使检测信号网络SIGN保持低电平状态；当意外掉电后，VIN为低电平，Q3内部关断，检测信号网络SIGN被拉高。通过判断信号网络SIGN的状态即可知道供电状态。二极管D3使电路单向导通，可以防止掉电后电压倒灌。
由此，通过第三单向模块、隔离模块和第二限流模块实现对供电电源的供电电压的检测，结构简单，且检测的精准性和安全性可以得到保证。
经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过两级升压模块充分利用电容组的储能，弥补了普通一级升压电路中电容组电压降至升压芯片启动阈值以下后立刻不能工作，在控制电路突然掉电后继续给控制系统进行一段时间供电，使系统能够有时间保存数据自动关机，实现了掉电延时保护。
根据本发明的实施例，还提供了对应于掉电保护装置的一种控制系统。该控制系统可以包括：以上所述的掉电保护装置。
在一个可选实施方式中，针对自动化设备缺少掉电保护的现状，本发明的方案，提出了一种原理简单、且可实现突然掉电后对系统延时供电的掉电保护电路。该掉电电路，可以具备两级升压模块，可以提升电容储能的利用率，在储能电容电压处于低值时仍能正常工作，能实现掉电检测并在掉电后对操作系统提供足够时间的供电使其完成系统、生产等数据的保存，实现突然掉电到系统关断的平稳过渡。
在一个可选例子中，本发明的方案，在不改变电容大小和输入电压的情况下，提供一种提高对储能电容的利用率以延长掉电保护电路工作时间的方案。该方案，通过两级升压电路降低了电容正常工作电压的下限，使系统能在电容组输出电压较低时平稳工作一段时间，提高了对储能电容组储能的利用效率，完成掉电后维持电路持续正常工作一段时间的功能。
具体地，如图2所示，本发明的方案提供的一种掉电延时电路保护的装置，可以包括：第一级升压电路、第二级升压电路、检测模块、充电模块、电容组。
具体地，所述第一级升压电路：用于将输入电压升压至第二级升压模块能够正常工作的电压；所述第二级升压电路：用于将第一级升压电路输出的电压再次升压至系统所需电压；所述检测模块：用于检测主供电电路的电压、反馈检测结果并在主供电电路掉电后使所在电路开路；所述充电模块10：用于系统未掉电时为电容组安全充电；所述电容组：使用超级电容储存能量以供掉电后此延时电路工作。
可选地，主电路供电接入充电模块输入端，充电模块输出端接电容组输入端，电容组输出端接第一级升压电路的输入端，第一级升压电路的输出端接第二级升压电路的输入端，以上四个模块组成的串联电路整体与检测模块并联。
其中，对于以电容为储能模块的延时电路，限制其供电能力大小的重要因素就有其正常工作电压的下限，其下限电压越低，电容放电越彻底，电容利用效率越高。对电容C的使用有公式C＝P*t/(V1 2-V2 2)，P为所需功率，t工作时间，V1表示储能模块初始电压；V2表示系统正常工作最低电压。当C、P、V1不变时，V2越小，工作时间t越大。
例如：带有单级升压模块的掉电延时电路，其输出5V的电源转换芯片一般所需的输入为3V左右。这样，当电容电压少于3V时，系统工作就停止了。本发明所述的两级升压电路再多串联一个可以升压至3V的模块，该模块所需的输入仅需0.7V。这样，将系统的正常工作电压将延迟到0.7V。
可选地，两级升压以及可以联想到的多级升压手段，即在不改变储能模块初始电压的情况下，通过改变系统正常工作最低电压的手段，达到延长掉电保护时间的目的。从而，降低了掉电延时保护电路最小工作电压的阈值，提升了对储能模块的利用效率，使用简单方便。
在一个可选例子中，本发明的方案提供的一种掉电延时电路保护的装置，可以在控制电路突然掉电后继续给控制系统进行一段时间供电，使系统能够有时间保存数据自动关机。其中，通过两级升压模块充分利用电容组的储能，弥补了普通一级升压电路中，电容组电压降至升压芯片启动阈值以下后立刻不能工作，最后导致电容储能使用不完全的缺点。
在一个可选具体例子中，可以参见图2至图6所示的例子，对本发明的方案的具体实现过程进行示例性说明。以下具体实施方式仅为利于理解本发明的技术手段和优点而举的特例，不作为对本发明的限制。
如图2所示，本发明的方案提供的一种掉电延时电路保护的装置，可由充电模块10、电容组、第一级升压模块30、第二级升压模块40、检测模块50以及导线组成。
可选地，充电模块10可由滤波电容C1、二极管D1、限流电阻R1组成，如图3所示。用以保持充电电流在安全范围内，同时防止充电倒灌。
可选地，电容组可由超级电容并联而成，可根据需要选择匹配容值及内阻的电容。图3和图4中的网络CAP_G为电容组充/放电的非接地网络。
可选地，如图4所示，第一级升压模块可由一种小输入的升压芯片以及匹配的电容、电感、电阻及导线组成；可以将来自电容组的电压稳压至第一稳压电压VOUT1，提供稳定的中间电压。
例如：图4中，电感L1可以用于储能和续流，电阻R2、R3可以用于分压。电容可以设置在图4中网络CAP_G和一稳压电压VOUT1所在电路，可以用于滤波。升压芯片可以是TI公司的芯片TLV61220。
可选地，如图5所示，第二级升压模块可由开关管Q1、电容C2、电感L2、二极管D2及导线等组成；作用是将第一稳压电压即中间电压VOUT1升压至所需电压VOUT2。
例如：图5中，开关管Q1的作用为控制通断，电解电容C2用于储能放能，二极管D2限制电流单向流动，电感L2作用为储能和续流。
可选地，如图6所述，检测模块可由光耦Q3，电阻R4、R5，二极管D3以及导线等组成。当其输入端即外部电源接口VIN有电时，Q3内部导通，使检测信号网络SIGN保持低电平状态；当意外掉电后，VIN为低电平，Q3内部关断，检测信号网络SIGN被拉高。通过判断信号网络SIGN的状态即可知道供电状态。二极管D3使电路单向导通，可以防止掉电后电压倒灌。
在一个可选例子中，各模块组合使用时，在控制系统的供电电路上接入检测模块，外部电源接口VIN接检测模块的输入，检测模块的功率输出接控制系统的电源接口Vsys，检测模块的信号输出SIGN(即检测信号网络接口Signal)接控制系统的处理器，这样构成了正常工作时的主供电电路。在外部电源接口VIN接充电模块的输入，充电模块的输出接在电容组上，电容组输出接在第一级升压电路的输入，第一级升压电路的输出接在第二级升压电路的输入，第二级升压电路的输出接在控制系统的电源接口Vsys，这样就构成了掉电延时保护电路。
外部电源正常工作时，外部电源给控制系统供电，同时为电容组充电，系统收到的电源检测信息为正常，执行正常工作的指令。外部电源掉电后，检测模块给控制系统发出掉电信号并切断主供电电路，电容组通过两级升压电路继续供电，控制系统执行数据保护任务后自动关机，延时掉电电路将持续工作到电容电压低于最低工作电压，完成整个掉电保护过程。
需要说明的是，上述说明仅作为本发明的最佳实施例进行解释而非限制本发明，凡是基于上述实施例的，其它容易想到的实施方式，也在本发明的保护范围之内。例如，将电容组更改为可充电电池等其他储能设备，采用三级或多级升压获取所需电压以提高延时效率或达成延时功能，均可视为与本发明相同。
由于本实施例的控制系统所实现的处理及功能基本相应于前述图1至图6所示的装置的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过两级升压模块，可以提升电容储能的利用率，在储能电容电压处于低值时仍能正常工作，能实现掉电检测并在掉电后对操作系统提供足够时间的供电使其完成系统、生产等数据的保存，实现突然掉电到系统关断的平稳过渡，可靠且安全。
根据本发明的实施例，还提供了对应于控制系统的一种控制系统的掉电保护方法，如图7所示本发明的方法的一实施例的流程示意图。该控制系统的掉电保护方法可以包括：通过设置在供电电源与控制系统之间的保护支路，在所述控制系统掉电的情况下对所述控制系统进行掉电保护。例如：保护支路，设置在供电电源(如外部电源)的电源输出接口(如外部电源接口Vin)与控制系统的电源输入接口(如控制系统的电源接口Vsys)之间。其中，控制系统，是可以用于进行掉电保护的控制系统。供电电源，是可以用于对控制系统进行供电的电源。
具体地，对所述控制系统进行掉电保护，可以包括：步骤S110至步骤S130。
在步骤S110处，通过设置在保护支路上的充电模块10，在所述控制系统未掉电的情况下(即在控制系统基于供电电源正常工作的情况下)，利用所述供电电源为所述储能模块20充电。
在步骤S120处，通过设置在保护支路上的储能模块20，储存所述储能模块20充电所得能量。例如：在所述控制系统未掉电的情况下储存所述储能模块20充电所得能量，并在所述控制系统掉电的情况下经所述至少两级升压模块后为所述控制系统供电，以使所述控制系统在掉电的情况下利用所述储能模块20储存的能量延时断电，如可以使所述控制系统在掉电的情况下利用所述储能模块20储能的能量保存数据后再关机。
在步骤S130处，通过设置在保护支路上的至少两级升压模块，将所述储能模块20输出能量的当前电压，至少分两级升压至控制系统的目标电压。例如：所述至少两级升压模块，可以用于在所述控制系统未掉电的情况下，将所述供电电源经所述储能模块20输出的传输能量的当前电压，至少分两级升压至控制系统的目标电压。而在所述控制系统掉电的情况下，将所述储能模块20输出的储存能量的当前电压，至少分两级升压至控制系统的目标电压。
其中，所述至少两级升压模块，可以包括：第一级升压模块30和第二级升压模块40，所述第一级升压模块30和所述第二级升压模块40的结构不同。例如：第一级升压模块30和第二级升压模块40依次设置在所述储能模块20的输出端与控制系统的电源输入接口之间。第一级升压模块30，可以用于将所述储能模块20输出能量的当前电压，进行第一级升压至第二级升压模块40所需的第一升压电压。第二级升压模块40，可以用于将第一升压电压，进行第二级升压至控制系统的目标电压。
例如：两级升压以及可以联想到的多级升压手段，即在不改变储能模块初始电压的情况下，通过改变系统正常工作最低电压的手段，达到延长掉电保护时间的目的。从而，降低了掉电延时保护电路最小工作电压的阈值，提升了对储能模块的利用效率，使用简单方便。如图2所示，所述第一级升压电路：用于将输入电压升压至第二级升压模块能够正常工作的电压；所述第二级升压电路：用于将第一级升压电路输出的电压再次升压至系统所需电压。
例如：本发明的方案提供的一种掉电延时电路保护的装置，可以在控制电路突然掉电后继续给控制系统进行一段时间供电，使系统能够有时间保存数据自动关机。其中，通过两级升压模块充分利用电容组的储能，弥补了普通一级升压电路中，电容组电压降至升压芯片启动阈值以下后立刻不能工作，最后导致电容储能使用不完全的缺点。
由此，通过依次设置在保护支路上的充电模块、储能模块和至少两级升压模块，可以在所述控制系统掉电的情况下对所述控制系统进行掉电保护，可以实现掉电保护，提升了对控制系统自身及数据保护的安全性。
在一个可选实施方式中，还可以包括：对供电电源的供电电压进行检测处理的过程。
下面结合图8所示本发明的方法中对供电电源的供电电压进行检测处理的一实施例流程示意图，进一步说明对供电电源的供电电压进行检测处理的具体过程，可以包括：步骤S210和步骤S220。
步骤S210，通过设置在与所述保护支路并联的检测支路上的检测模块50，检测所述供电电源的供电电压，并将所述供电电压反馈至控制系统。以及，
步骤S220，使控制系统，在所述供电电压在设定电压范围内的情况下，确定自身未掉电并正常工作；在所述供电电压不在所述设定电压范围内的情况下，确定自身掉电并切断所述供电电源的供电，以仅利用所述保护支路对所述控制系统进行掉电保护。其中，所述掉电保护，可以包括：使所述控制系统执行预设的数据保存任务后关机。
例如：外部电源正常工作时，外部电源给控制系统供电，同时为电容组充电，系统收到的电源检测信息为正常，执行正常工作的指令。外部电源掉电后，检测模块给控制系统发出掉电信号并切断主供电电路，电容组通过两级升压电路继续供电，控制系统执行数据保护任务后自动关机，延时掉电电路将持续工作到电容电压低于最低工作电压，完成整个掉电保护过程。
由此，通过基于供电电源的供电电压实现控制系统的正常工作或掉电保护，使得控制系统的工作和掉电保护更加可靠且安全。
由于本实施例的方法所实现的处理及功能基本相应于前述控制系统的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
经大量的试验验证，采用本实施例的技术方案，通过两级升压电路降低了电容正常工作电压的下限，使系统能在电容组输出电压较低时平稳工作一段时间，提高了对储能电容组储能的利用效率，完成掉电后维持电路持续正常工作一段时间的功能，提升控制系统的运行安全性。
综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种掉电保护装置，其特征在于，包括：保护支路，在所述保护支路上依次设置有充电模块(10)、储能模块(20)和至少两级升压模块；其中，
所述保护支路，设置在供电电源与控制系统之间，用于在所述控制系统掉电的情况下对所述控制系统进行掉电保护；
所述充电模块(10)，用于在所述控制系统未掉电的情况下，利用所述供电电源为所述储能模块(20)充电；
所述储能模块(20)，用于储存所述储能模块(20)充电所得能量；
所述至少两级升压模块，用于将所述储能模块(20)输出能量的当前电压，至少分两级升压至控制系统的目标电压；
其中，所述至少两级升压模块，包括：第一级升压模块(30)和第二级升压模块(40)，所述第一级升压模块(30)和所述第二级升压模块(40)的结构不同。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述充电模块(10)，包括：滤波模块、第一单向模块和第一限流模块；其中，
所述第一限流模块和所述第一单向模块，串接在所述供电电源的电源输出接口与所述储能模块(20)的输入端之间；
所述滤波模块，设置在所述供电电源的电源输出接口处。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述储能模块(20)，包括：电容组；所述电容组，设置在所述充电模块(10)的输出端与所述第一级升压模块(30)的输入端之间。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一级升压模块(30)，包括：第一储能及续流模块、升压模块和分压模块；其中，
所述第一储能及续流模块、所述升压模块和所述分压模块，依次设置在所述储能模块(20)的输出端与所述第二级升压模块(40)的输入端之间。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二级升压模块(40)，包括：第二储能及续流模块、开关模块、第二单向模块和储能及放电模块；其中，
所述第二储能及续流模块和所述第二单向模块，串接在所述第一级升压模块(30)的输出端与所述控制系统的电源输入接口之间；
所述开关模块的第一控制端连接至所述第二储能及续流模块和所述第二单向模块的公共端，所述储能及放电模块设置在所述第二单向模块的输出端处。
6.根据权利要求1-5之一所述的装置，其特征在于，还包括：检测支路，在所述检测支路上设置有检测模块(50)；其中，
所述检测支路与所述保护支路并联；
所述检测模块(50)，用于检测所述供电电源的供电电压；
所述控制系统，用于在所述供电电压在设定电压范围内的情况下，确定自身未掉电并正常工作；在所述供电电压不在所述设定电压范围内的情况下，确定自身掉电并切断所述供电电源的供电，以仅利用所述保护支路对所述控制系统进行掉电保护；其中，所述掉电保护，包括：使所述控制系统执行预设的数据保存任务后关机。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述检测模块(50)，包括：第三单向模块、隔离模块和第二限流模块；其中，
所述第三单向模块和所述隔离模块，并行设置在所述供电电源的电源输出接口与所述控制系统的电源输入接口之间；
所述第二限流模块，设置在所述隔离模块的输入端和/或所述隔离模块的输出端。
8.一种控制系统，其特征在于，包括：如权利要求1-7任一所述的掉电保护装置。
9.一种如权利要求8所述的控制系统的掉电保护方法，其特征在于，包括：
通过设置在供电电源与控制系统之间的保护支路，在所述控制系统掉电的情况下对所述控制系统进行掉电保护；其中，
通过设置在保护支路上的充电模块(10)，在所述控制系统未掉电的情况下，利用所述供电电源为所述储能模块(20)充电；
通过设置在保护支路上的储能模块(20)，储存所述储能模块(20)充电所得能量；
通过设置在保护支路上的至少两级升压模块，将所述储能模块(20)输出能量的当前电压，至少分两级升压至控制系统的目标电压；
其中，所述至少两级升压模块，包括：第一级升压模块(30)和第二级升压模块(40)，所述第一级升压模块(30)和所述第二级升压模块(40)的结构不同。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：
通过设置在与所述保护支路并联的检测支路上的检测模块(50)，检测所述供电电源的供电电压；以及，
使控制系统，在所述供电电压在设定电压范围内的情况下，确定自身未掉电并正常工作；在所述供电电压不在所述设定电压范围内的情况下，确定自身掉电并切断所述供电电源的供电，以仅利用所述保护支路对所述控制系统进行掉电保护；其中，所述掉电保护，包括：使所述控制系统执行预设的数据保存任务后关机。
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