CN202522610U

CN202522610U - 一种直流电源掉电监测器件

Info

Publication number: CN202522610U
Application number: CN2012200599230U
Authority: CN
Inventors: 周岗; 陈永冰; 陈阳; 李文魁; 贾玉柱; 李光磊
Original assignee: Naval University of Engineering PLA
Current assignee: Naval University of Engineering PLA
Priority date: 2012-02-23
Filing date: 2012-02-23
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2022-02-23

Abstract

本实用新型涉及一种直流电源掉电监测器件，属于电子产品掉电保护技术领域。本实用新型能够实时监测电路板电源，电源掉电或关机时提供掉电信号，电源断电后，能够为电子产品中的微处理芯片和掉电保护辅助器件提供短时间的电源；该掉电处理方法，适用于采用微处理芯片的电子产品能够，在该器件供电的短时间内完成掉电保护动作，如保存数据，调整系统工作状态，发送报警信息，发送错误信息等。本实用新型适用于直流电源供电，具有适用面广，电路简单，成本低，工作可靠等特点。

Description

一种直流电源掉电监测器件

技术领域

本实用新型涉及一种电源瞬时掉电监测器件，属于电子产品掉电保护技术领域。

背景技术

工程应用中，许多电子产品在系统异常掉电或关机时，需要完成掉电保护动作，如保存数据、调整系统工作状态、发送报警信号、发送错误信息等。

由于PC机构成的系统耗电量大，关机过程复杂且需要较长的时间，当输入电源瞬时掉电时，需要备用电源保证系统能够正常关机。如中国发明专利《掉电保护方法、装置、逻辑器件及存储系统》（申请号：200710307035.X）和中国发明专利《一种掉电保护方法、系统和装置》（申请号：200710198976.4）中采用的方法。

工程应用中，大量电子产品采用微处理芯片（如单片机、DSP、可编程逻辑器件等），由于微处理芯片耗电小，运算速度快、系统掉电后需要完成的动作较少，因此采用备用电源和上述方法解决输入电源掉电的问题，会显著增加系统的复杂度和成本。

针对采用微处理芯片的电子产品中涉及的电源掉电问题，国内多项专利给出了不同的解决办法。如中国实用新型专利《滚筒洗衣机掉电检测装置》（申请号：CN201020188930.1）和中国发明专利《全自动洗衣机瞬时掉电记忆电路及其处理方法》（申请号：201010529539.8）给出的掉电检测方法是检测直流电源的交流输入端的交流信号，根据交流信号的有无判断电源是否掉电。其缺点是必须检测直流电源的交流输入端，在大多数应用场合，直流电源没有交流输入端或交流输入端不在电路板上，因此上述检测方法仅限于具有交流输入端的直流电源。另外，上述发明专利中的处理方法不能消除电源波动产生的误触发，如《全自动洗衣机瞬时掉电记忆电路及其处理方法》实施例中的图2所示，其最后两步是系统关机和等待完全掉电，因此电源波动产生的误触发会使系统进入等待状态，如果此时系统电源恢复正常，则系统还将继续等待电源掉电，并且系统不再接收外部任何指令，处于一种类似“死机”的状态。

中国发明专利《掉电记忆保护方法》（申请号：200910105019.1）给出一种不间断保存数据的掉电数据保护方法，该方法采用软件编程的方法实现了数据的掉电保护，其主要问题是显著增加了系统的计算负担，同时还增加了可擦写存储器的擦写次数，缩短了可擦写存储器的使用寿命，并且系统在断电时保存的数据可能不是最后时刻的数据。

中国实用新型专利《一种掉电数据保存电路》（申请号：CN201020285186.7）中给出了一种由单片机、电阻和电容构成的掉电数据保存电路。该专利采用具有电压检测功能的单片机检测前端电压信号，当前端电压低于某设定值时，该单片机输出中断信号给另一个32位CPU 完成掉电保护动作。该专利给出的方法涉及两个CPU，电路较复杂，并且由其实施例可以看出，其仅适用于一种特殊的低压单片机STC12C5202AD，不适用于其它单片机电路；同时，当被检测电压掉电时，该专利需要32位CPU的电源能正常工作，才能实现数据的保存。实际应用中被检测的电压掉电时，32位CPU的电源电压也会同时掉电，该专利没有提供方法在电源掉电后保证32位CPU的电源能正常供电。

综上所述，电源掉电监测器件及掉电处理方法应具有如下功能：

（1）能准确监测到输入电源的掉电现象。

（2）具有供电能力。电源断电后能够提供短时间的电源，供电子产品中的微处理芯片完成掉电保护动作。

针对由电源波动产生的掉电误触发信号，掉电处理方法应具有容错能力，避免出现类似“死机”的状态。

发明内容

本实用新型的目的是针对背景技术所述不足，提供一种具有直流电源瞬时掉电监测功能的器件和掉电处理方法，该器件能够实时监测电路板电源，电源掉电或关机时提供掉电信号，电源断电后，能够为电子产品中的微处理芯片和掉电保护辅助器件提供短时间的电源；该掉电处理方法，适用于采用微处理芯片的电子产品，能够在该器件供电的短时间内完成掉电保护动作，如保存数据，调整系统工作状态，发送报警信息，发送错误信息等。

本实用新型的技术方案是：一种直流电源掉电监测器件，由二极管、用于比较外部直流电源电压与输出电源电压的电压比较单元、电能储存单元构成，外部直流电源从经二极管后转换为输出电源，该输出电源给电能储存单元充电，同时也给电压比较单元提供电源；当外部直流电源掉电时，电能储存单元继续给电压比较单元及外围电路供电，其特征在于：二极管阻止电能储存单元中的电能从外部直流电源流出。有益效果是：利用二级管的单向导电特性，在电源正常工作时，外部电源通过二级管给电能储存单元充电；在电源掉电时，阻止电子产品中其它外围器件消耗电能储存单元中的电能，延长电能储存单元的供电时间，保证微处理芯片有足够的时间完成电源掉电保护动作。

如上所述的一种直流电源掉电监测器件，其特征在于：所述的电压比较单元为具有迟滞特性的电压比较芯片。有益效果是：由于电源正常时，二极管输入端的电压高于输出端的电压；电源掉电时，二极管输入端的电压低于输出端的电压；因此电压比较芯片可以准确地获得电源掉电信号。

如上所述的一种直流电源掉电监测器件，其特征在于：所述电压比较单元通过管腿将掉电信号传输到外部微处理芯片。其有益效果是，便于系统控制。

本实用新型的有益效果是：

（1）本实用新型具有电源掉电监测功能，具有储电功能，能够在电源掉电后进行短时间供电，结构简单，成本低，工作可靠。

（2）本实用新型利用了二极管的单向导电特性，在电源断电时延长了器件中储电元件的供电时间，使微处理芯片有足够时间进行掉电保护工作，提高了电路掉电保护的可靠性。

（3）本实用新型通过检测二极管两端电压的大小，可以实时准确地判断电源是否掉电，该判断方法具有较好的实时性和准确性。

（4）本实用新型可安装在电子产品中需要进行掉电保护的电路板上，可直接检测电路板的直流电源，不需要额外增加引线和增加供电，使用方便。

附图说明

附图1为电源掉电监测器件与其它电子器件间的结构关系图；

附图2为具有电源掉电监测功能的器件的结构原理图；

附图3为掉电处理的流程图；

附图4为一种掉电数据保存的电路原理图。

具体实施方式

附图中的标记：

附图1中，1—直流电源掉电监测器件、2—微处理芯片、3—掉电处理辅助电路、4—电源输入、5—电源输出；

附图2中，10—二极管、11—电压比较单元、12—电能储存单元；

附图4中，D1—二极管、U0—MAX485、U1—可擦洗存储器X25045、C1—电解电容、U2—单片机W78E516。

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明：

如附图1所示，电源掉电监测器件与其它电子器件间的结构关系图，电源输入4首先输入到直流电源掉电监测器件1，直流电源掉电监测器件1经输出电源5给微处理芯片2和掉电处理辅助电路3供电，当电源输入4掉电时，由直流电源掉电监测器件1输出掉电信号给微处理芯片2，同时由直流电源掉电监测器件1继续为微处理芯片2及掉电处理辅助电路3供电；微处理芯片2接收到电源掉电信号后与掉电处理辅助电路3共同完成掉电保护动作。

如附图1所示，直流电源掉电监测器件1，包含三个外接管腿，输入管腿A，输出管腿B和输出管腿C。输入管腿A为外部直流电源的输入腿，输出管腿B为直流电源的输出腿，输出管腿C输出外部直流电源的掉电信号。

如附图2所示，直流电源掉电监测器件1，由二极管10、电压比较单元11、电能储存单元12构成。外部直流电源从管腿A输入后，经二极管后转换为直流电源掉电监测器件1的输出电源，该输出电源在直流电源掉电监测器件1内部给电能储存单元11充电，同时也给电压比较单元11提供电源；输出电源由管腿B输出，输出后的电源给图1中的微处理芯片2及掉电处理辅助电路3供电。

进一步的，当外部电源瞬时掉电时，直流电源掉电监测器件1内部的电能储存单元12通过管腿B继续给内部电压比较单元11、微处理芯片2及掉电处理辅助电路3供电；二极管10的功能是阻止电能储存单元12中的电能从管腿A流出，避免其它器件消耗电能储存单元12中的电能，延长电能储存单元12的供电时间。

所述的电压比较单元11，为采用具有迟滞特性的电压比较芯片，其输入是二极管10两端的电压；输入电源正常工作时，二极管的输入端电压高于二极管的输出端电压，此时电压比较单元11的输出为高电平；输入电源掉电时，二极管的输入端电压快速下降，二极管的输出端电压即电能储存单元12的输出电压基本保持不变，因此二极管的输入端电压低于二极管的输出端电压，此时电压比较单元11的输出由高电平下跳为低电平。电压比较单元11的输出信号即为直流电源掉电监测器件1输出的电源掉电信号，该信号线通过管腿C连接到微处理芯片2。

微处理芯片2中掉电保护方法的程序流程见附图3，微处理芯片接收到电源掉电信号后，程序立即进入电源掉电处理程序，程序首先停止微处理器当前的工作，然后完成电源掉电后必须完成的工作；微处理芯片先调入延迟等待时间，延迟时间大于外部电源断电后电能储存单元能够继续供电的最大时间；再然后进入等待延迟程序，如果在延迟等待时间内，消耗完电能储存单元中电能，微处理芯片将自然关机，如果等待延迟程序被执行完，则可以判断上次掉电信号是由于电源不正常波动产生的误触发，此时微处理芯片继续正常工作。

附图4为掉电数据保存电路实施例，本实施例中电能储存单元11采用电容（C1），二极管采用5819（D1），电压比较单元11采用芯片MAX485（U0），微处理器芯片2采用单片机W78E516（U2），掉电处理辅助电路3采用可擦写存储器E²RomX25045（U1）。

如附图4所示，电容（C1）的电压范围为单片机（U2）工作电压的两倍，容值与输出电压U_i、单片机（U2）的最小工作电压U_min、需要的最小供电时间T、电容（C1）的输出电流I之间的关系可用如下公式描述。

所述的电容C1的输出电流是芯片MAX485（U0）、单片机W78E516（U2）和可擦写存储器E²RomX25045（U1）的工作电流之和。

所述的芯片MAX485（U0）为具有迟滞特性的电压比较芯片，其工作电压低于单片机W78E516（U2）的最小工作电压。因此从电源掉电至单片机W78E516（U2）关机之间的这段时间内，可保证芯片MAX485（U0）提供正确的掉电信号。

如附图4所示，实施例掉电数据保存电路的工作过程如下，输入电源电压VCC由电源掉电监测器件的A腿输入后，首先接到电压比较芯片（U0）的T+腿，输入电源电压VCC经二极管后经电源掉电监测器件的B腿输出VDD给外部单片机（U2）和可擦写存储器（U1）供电，同时VDD连接到电容（C1）给该电容充电，同时VDD还连接到电压比较芯片（U0）的T-腿。电压比较芯片（U0）的输出经电源掉电监测器件的C腿输出接到单片机（U1）的外部中断腿INT1。单片机（U2）的IO端口P13、P14、P34、P35分别连接到可擦写存储器（U1）的CS、SO、WP、SCK腿用于读取、擦除和保存掉电数据。单片机（U2）的复位腿RST连接到可擦写存储器（U1），由可擦写存储器（U1）为单片机（U2）提供上电复位信号。

当外部电源VCC工作正常时，二极管的输入端电压VCC必然高于二极管（D1）的输出端电压VDD，因此电压比较芯片（U0）的输出为高电平，即电源掉电监测器件C腿输入为高电平。当外部电源VCC掉电时，由于电路板上的其它器件会大量消耗电能，其使电源VCC的电压快速下降，此时二极管（D1）会阻止电路板上的其它器件消耗电容（C1）中的电能，因此二极管（D1）输出端电压VDD的下降速度将慢于输入电源VCC的电压，因此输出电源VDD的电压将高于输入电源VCC的电压，此时电压比较芯片（U0）的输出将由高电平下跳为低电平。由于电压比较芯片（U0）的输出连接到单片机（U2）的外部中断腿INT1，电压比较芯片（U0）的输出由高电平下跳为低电平将触发单片机（U2）的外部中断，使程序进入中断程序。

单片机（U2）进入中断程序后，首先停止当前的动作，然后将当前的重要数据通过单片机（U2）的IO端口P13、P14、P34、P35保存到可擦写存储器（U1）中，完成数据保存后，程序进入100ms延迟等待程序，电源掉电后的100ms时间内电容中的电能将消耗完，因此100ms延迟等待程序没有被执行完，单片机就会因为电源电压过低而关机，如果100ms延迟等待程序被执行完，则说明此时电源电压正常，因此前次的掉电信号为误触发信号，于是程序将退出掉电中断程序回到主程序继续运行。

Claims

1.一种直流电源掉电监测器件，由二极管、用于比较外部直流电源电压与输出电源电压的电压比较单元、电能储存单元构成，外部直流电源从经二极管后转换为输出电源，该输出电源给电能储存单元充电，同时也给电压比较单元提供电源；当外部直流电源掉电时，电能储存单元继续给电压比较单元及外围电路供电，其特征在于：二极管阻止电能储存单元中的电能从外部直流电源流出。

2.如权利要求1所述的直流电源掉电监测器件，其特征在于：所述的电压比较单元采用具有迟滞特性的电压比较芯片。

3.如权利要求1或2所述的直流电源掉电监测器件，其特征在于：所述电压比较单元通过管腿将掉电信号传输到外部微处理芯片。