CN210724306U - 一种掉电应急处理系统和芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种掉电应急处理系统和芯片，其包括：掉电检测模块，用于检测到供电电源掉电时，生成计时使能信号；掉电计时模块，与所述掉电检测模块连接，用于根据所述计时使能信号启动计时，并生成控制使能信号；掉电控制模块，与所述掉电计时模块连接，用于根据所述控制使能信号将上电状态下储存的电能传递至所述供电电源。本实用新型使得智能电表的用电检测模块、存储模块和无线通信模块等等其他模块延长工作时间，进而实现智能电表掉电后及时上报用电信息的目的。

Description

一种掉电应急处理系统和芯片

技术领域

本实用新型涉及掉电控制技术领域，尤指一种掉电应急处理系统和芯片。

背景技术

随着国家经济技术的发展和人们生活水平的提高，电能已经成为了人们生产和生活中必不可少的能源，电能计量是电力系统的重要功能。

但目前智能电表所检测得到的用电信息需要通过智能电表的无线通信模块向自身进行上报，一旦智能电表掉电后只有在智能电表重新上电后才能进行上报，存在着延时等情况。

因此，如何掉电后及时上报用电信息是本实用新型亟需解决的问题。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种掉电应急处理系统和芯片，使得智能电表的用电检测模块、存储模块和无线通信模块等等其他模块延长工作时间，进而实现智能电表掉电后及时上报用电信息的目的。

本实用新型提供的技术方案如下：

本实用新型提供一种掉电应急处理系统，包括：

掉电检测模块，用于检测到供电电源掉电时，生成计时使能信号；

掉电计时模块，与所述掉电检测模块连接，用于根据所述计时使能信号启动计时，并生成控制使能信号；

掉电控制模块，与所述掉电计时模块连接，用于根据所述控制使能信号将上电状态下储存的电能传递至所述供电电源。

进一步的，所述掉电控制模块包括：LDO电路、稳压电容、超级电容、电感、二极管和BOOST电路；

所述LDO电路的第一端分别与所述稳压电容的第一端和所述供电电源连接，所述稳压电容的第二端接地；

所述LDO电路的第二端分别与所述电感的第一端、所述超级电容的第一端以及所述掉电检测模块连接；

所述BOOST电路接入所述控制使能信号，所述BOOST电路分别所述电感的第二端、所述二极管的阳极连接，所述二极管的阴极与所述供电电源连接，所述超级电容的第二端接地。

进一步的，所述掉电检测模块包括：第一采样电阻、第二采样电阻、第一比较器；

所述第一采样电阻的第一端接入供电电源，第二端与所述第二采样电阻的第一端连接，所述第二采样电阻的第二端接地；

所述第一比较器的反向输入端分别与所述第一电阻的第二端和所述第二电阻的第一端连接；

所述第一比较器的正向输入端输入第一基准电压，且所述第一比较器的输出端输出所述计时使能信号。

进一步的，所述掉电计时模块包括：反相器、第一N型MOS管、第一P型MOS管、片外电容和第二比较器；

所述反相器的输入端接入所述计时使能信号，输出端分别与所述第一N型MOS管、第一P型MOS管的栅极连接；

所述第一P型MOS管的源级接入电流源，所述第一N型MOS管的源级接地；

所述第二比较器的反向输入端分别与所述第一P型MOS管的漏极、所述第一N型MOS管的漏极、所述片外电容的第一端连接，所述片外电容的第二端接地；

所述第二比较器的正向输入端输入第二基准电压，且所述第二比较器的输出端输出所述控制使能信号。

本发明还提供一种芯片，集成有所述的掉电应急处理系统，所述掉电应急处理系统包括：

掉电检测模块，用于检测到供电电源掉电时，生成计时使能信号；

掉电计时模块，与所述掉电检测模块连接，用于根据所述计时使能信号启动计时，并生成控制使能信号；

掉电控制模块，与所述掉电计时模块连接，用于根据所述控制使能信号将上电状态下储存的电能传递至所述供电电源。

进一步的，所述掉电控制模块包括：LDO电路、稳压电容、超级电容、电感、二极管和BOOST电路；

所述LDO电路的第一端分别与所述稳压电容的第一端和所述供电电源连接，所述稳压电容的第二端接地；

所述LDO电路的第二端分别与所述电感的第一端、所述超级电容的第一端以及所述掉电检测模块连接；

所述BOOST电路接入所述控制使能信号，所述BOOST电路分别所述电感的第二端、所述二极管的阳极连接，所述二极管的阴极与所述供电电源连接，所述超级电容的第二端接地。

进一步的，所述掉电检测模块包括：第一采样电阻、第二采样电阻、第一比较器；

所述第一采样电阻的第一端接入供电电源，第二端与所述第二采样电阻的第一端连接，所述第二采样电阻的第二端接地；

所述第一比较器的反向输入端分别与所述第一电阻的第二端和所述第二电阻的第一端连接；

所述第一比较器的正向输入端输入第一基准电压，且所述第一比较器的输出端输出所述计时使能信号。

进一步的，所述掉电计时模块包括：反相器、第一N型MOS管、第一P型MOS管、片外电容和第二比较器；

所述反相器的输入端接入所述计时使能信号，输出端分别与所述第一N型MOS管、第一P型MOS管的栅极连接；

所述第一P型MOS管的源级接入电流源，所述第一N型MOS管的源级接地；

所述第二比较器的反向输入端分别与所述第一P型MOS管的漏极、所述第一N型MOS管的漏极、所述片外电容的第一端连接，所述片外电容的第二端接地；

所述第二比较器的正向输入端输入第二基准电压，且所述第二比较器的输出端输出所述控制使能信号。

通过本实用新型提供的一种掉电应急处理系统和芯片，能够使得智能电表的用电检测模块、存储模块和无线通信模块等等其他模块延长工作时间，进而实现智能电表掉电后及时上报用电信息的目的。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种掉电应急处理系统和芯片的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本实用新型一种掉电应急处理系统和芯片的一个实施例的结构示意图；

图2是本实用新型一种掉电应急处理系统和芯片的另一个实施例的结构示意图；

图3是本实用新型一种掉电应急处理系统和芯片的另一个实施例的结构示意图；

图4是本实用新型一种掉电应急处理系统和芯片的另一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

本实用新型的一个实施例，如图1所示，一种掉电应急处理系统或者集成有集成有掉电应急处理系统的芯片，所述掉电应急处理系统包括：

掉电检测模块100，用于检测到供电电源VIN掉电时，生成计时使能信号EN_count；

掉电计时模块200，与所述掉电检测模块100连接，用于根据所述计时使能信号EN_count启动计时，并生成控制使能信号EN_BOOST；

掉电控制模块300，与所述掉电计时模块200连接，用于根据所述控制使能信号EN_BOOST将上电状态下储存的电能传递至所述供电电源VIN。

具体的，现有的智能电表包括用电检测功能，即通过用电检测模块检测得到负载电流电压信息，并将得到的用电信息储存至存储模块，然后通过显示屏显示用电信息，此外，现有的智能电表还包括用电信息上报功能，即通过智能电表的无线通信模块将用电信息上传供电公司。现有的智能电表实现将电网中不可直接测量的电压电流转换成可用于测量处理的电压电流，对用户使用的电量信息进行检测并及时储存，将储存的电量信息上传通知供电公司，便于供电公司及时，清楚掌握用户的用电信息，解放抄表人员的抄表工作量，实现智能抄表，减少雇佣抄表人员的大量人工费，并且由智能电表自行进行检测抄表，不需要抄表人员挨家挨户进行抄表，提升用电信息的检测效率，提升用户和供电公司的使用体验。

但是，上述功能的实现必须在智能电表处于上电状态下才能实现，一旦智能电表的供电电源VIN(电池、将市电转换为合适电压的电压转换模块)掉电，则导致智能电表无法及时向供电公司上报用电信息，只有等待智能电表重新上电后才能恢复正常上报状态。然而，本实施例中，掉电控制模块300在智能电表处于上电状态的过程中的电能进行储存，通过掉电检测模块100实时检测供电电源VIN是否出现掉电事件，一旦掉电检测模块100检测到供电电源VIN掉电时，掉电检测模块100就会生成计时使能信号EN_count，并将计时使能信号EN_count传递给掉电计时模块200，掉电计时模块200接收到计时使能信号EN_count后，生成控制使能信号EN_BOOST，使得掉电计时模块200根据计时使能信号EN_count启动计时功能开始计时，并将生成的控制使能信号EN_BOOST传递给掉电控制模块300，掉电控制模块300接收到控制使能信号EN_BOOST后，将智能电表上电过程中储存的电能传递给供电电源VIN为供电电源VIN供电，从而延长供电电源VIN的断电时间，进而在智能电表掉电后，使得智能电表的用电检测模块、存储模块和无线通信模块等等其他模块延长工作时间，进而实现智能电表掉电后及时上报用电信息的目的。

基于前述实施例，如图2所示，所述掉电控制模块300包括：LDO电路310、稳压电容Cin、超级电容C3、电感L3、二极管D1和BOOST电路320；

所述LDO电路310的第一端分别与所述稳压电容Cin的第一端和所述供电电源VIN连接，所述稳压电容Cin的第二端接地；

所述LDO电路310的第二端分别与所述电感L3的第一端、所述超级电容C3的第一端以及所述掉电检测模块100连接；

所述BOOST电路320接入所述控制使能信号EN_BOOST，所述BOOST电路320分别所述电感L3的第二端、所述二极管D1的阳极连接，所述二极管D1的阴极与所述供电电源VIN连接，所述超级电容C3的第二端接地。

具体的，稳压电容Cin的容值根据需求按照手册设置，一般，稳压电容Cin的容值为UF级别。超级电容C3是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源，主要依靠双电层和氧化还原假电容电荷储存电能，超级电容C3的容值一般在10F左右。LDO电路310用于控制超级电容C3的充电电压，超级电容C3用于存储智能电表上电状态下的电能，一般为处理掉电事件过程中提供所需的能量。BOOST电路320用于在掉电时给供电电源VIN供电维持智能电表所需电源。掉电检测模块100用于检测掉电事件即供电电源VIN掉电，当出现了掉电事件，输出反馈信号PD给智能电表中的控制器(单片机或者控制芯片)以便指示掉电，而且，掉电检测模块100还输出计时使能信号EN_count以便启动计时。掉电计时模块200用于在出现掉电事件且接收到计时使能信号EN_count时开始计时，并输出控制使能信号EN_BOOST控制BOOST电路320的启动与关断。

基于前述实施例，如图3所示，所述掉电检测模块100包括：第一采样电阻R1、第二采样电阻R2、第一比较器Comparator1；

所述第一采样电阻R1的第一端接入供电电源VIN，第二端与所述第二采样电阻R2的第一端连接，所述第二采样电阻R2的第二端接地；

所述第一比较器Comparator1的反向输入端(-)分别与所述第一电阻的第二端和所述第二电阻的第一端连接；

所述第一比较器Comparator1的正向输入端(+)输入第一基准电压Vref1，且所述第一比较器Comparator1的输出端输出所述计时使能信号EN_count。

具体的，如图3所示，当

时，计时使能信号EN_count为0。当

时，计时使能信号EN_count为1V。举一个实例，供电电源VIN在上电状态下通常为12V。掉电检测模块100检测到的供电电源VIN的电压值为9V。也就是当供电电源VIN低于9V时，计时使能信号EN_count为1V。

此时R1＝8MOhm，R2＝1MOhm，第一基准电压Vref1＝1V。

当供电电源VIN小于9V时，输入至第一比较器Comparator1的反向输入端(-)的采样电压值VA1小于1V，此时第一比较器Comparator1判定并输出计时使能信号EN_count为1V。

基于前述实施例，如图4所示，所述掉电计时模块200包括：反相器FX、第一N型MOS管、第一P型MOS管、片外电容Ccount和第二比较器Comparator2；

所述反相器FX的输入端接入所述计时使能信号EN_count，输出端分别与所述第一N型MOS管、第一P型MOS管的栅极G连接；

所述第一P型MOS管的源级S接入电流源I1，所述第一N型MOS管的源级S接地；

所述第二比较器Comparator2的反向输入端(-)分别与所述第一P型MOS管的漏极D、所述第一N型MOS管的漏极D、所述片外电容Ccount的第一端连接，所述片外电容Ccount的第二端接地；

所述第二比较器Comparator2的正向输入端(+)输入第二基准电压Vref2，且所述第二比较器Comparator2的输出端输出所述控制使能信号EN_BOOST。

具体的，输入计时使能信号EN_count为前级掉电检测模块100输出。Ccount为片外及时电容，其容值大小与计时时间成正比。举一个实例，供电电源VIN在上电状态下通常为12V。当电源电压为12V时，计时使能信号EN_count为0V，此时计时使能信号EN_count经过反相器FX输出的第一电压值V1为1V，从而第一P型MOS管关闭，第一N型MOS管导通。此时第二电压值V2电压为0V。假设设定第二基准电压Vref2为1V，此时控制使能信号EN_BOOST为0V。

当电源电压小于9V时，延续上述实例，前级掉电检测模块100输出计时使能信号EN_count为1V，此时计时使能信号EN_count经过反相器FX输出的第一电压值V1为0V，从而第一P型MOS管导通，第一N型MOS管关闭。之后电流源I1I1向片外电容Ccount充电，此时第二电压值V2的电压持续增加，当第二电压值V2超过第二基准电压Vref2时，第二比较器Comparator2判定并输出控制使能信号EN_BOOST为1。

具体时间计算公式为

假设电流源I1的电流值I1＝1uA，片外电容Ccount的容值为1uF，第二基准电压Vref2＝1V，则掉电计时模块200的计时时间Tcount为1s。同样假设其余不变的情况下，片外电容Ccount的容值变成10uF，则掉电计时模块200的计时时间变为10s。

如上图2、图3和图4所示，当供电电源VIN上电时，通过LDO电路310将电能存储在超级电容C3上，以便掉电时候使用；当供电电源VIN掉电时，供电电源VIN的电压值下降，掉电检测模块100检测到供电电源VIN掉电，输出的反馈信号PD为高，告诉系统其它部分发生掉电事件，此外，输出计时使能信号EN_count至掉电计时模块200启动掉电计时，掉电计时时间由掉电计时模块200的片外电容Ccount决定，片外电容Ccount的容值越大，计时时间越大。掉电计时模块200掉电并接收到计时使能信号EN_count后开始计时，输出控制使能信号EN_BOOST以便控制发生掉电事件时BOOST电路320的工作时间。BOOST电路320通过超级电容C3、电感L3将存储在超级电容C3上的能量传递给供电电源VIN，延迟供电电源VIN的掉电时间，这样智能电表就可以利用这短时间处理掉电事件，并上报给供电公司的控制中心。而当智能电表重新上电时，供电电源VIN为高，且Vout为高，掉电检测模块100输出的反馈信号PD变为零，掉电事件解除。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种掉电应急处理系统，其特征在于，包括：

掉电检测模块，用于检测到供电电源掉电时，生成计时使能信号；

掉电计时模块，与所述掉电检测模块连接，用于根据所述计时使能信号启动计时，并生成控制使能信号；

掉电控制模块，与所述掉电计时模块连接，用于根据所述控制使能信号将上电状态下储存的电能传递至所述供电电源。

2.根据权利要求1所述的掉电应急处理系统，其特征在于，所述掉电控制模块包括：LDO电路、稳压电容、超级电容、电感、二极管和BOOST电路；

所述LDO电路的第一端分别与所述稳压电容的第一端和所述供电电源连接，所述稳压电容的第二端接地；

所述LDO电路的第二端分别与所述电感的第一端、所述超级电容的第一端以及所述掉电检测模块连接；

所述BOOST电路接入所述控制使能信号，所述BOOST电路分别所述电感的第二端、所述二极管的阳极连接，所述二极管的阴极与所述供电电源连接，所述超级电容的第二端接地。

3.根据权利要求1所述的掉电应急处理系统，其特征在于，所述掉电检测模块包括：第一采样电阻、第二采样电阻、第一比较器；

所述第一采样电阻的第一端接入供电电源，第二端与所述第二采样电阻的第一端连接，所述第二采样电阻的第二端接地；

所述第一比较器的反向输入端分别与所述第一采样电阻的第二端和所述第二采样电阻的第一端连接；

所述第一比较器的正向输入端输入第一基准电压，且所述第一比较器的输出端输出所述计时使能信号。

4.根据权利要求1所述的掉电应急处理系统，其特征在于，所述掉电计时模块包括：反相器、第一N型MOS管、第一P型MOS管、片外电容和第二比较器；

所述反相器的输入端接入所述计时使能信号，输出端分别与所述第一N型MOS管、第一P型MOS管的栅极连接；

所述第一P型MOS管的源级接入电流源，所述第一N型MOS管的源级接地；

所述第二比较器的反向输入端分别与所述第一P型MOS管的漏极、所述第一N型MOS管的漏极、所述片外电容的第一端连接，所述片外电容的第二端接地；

所述第二比较器的正向输入端输入第二基准电压，且所述第二比较器的输出端输出所述控制使能信号。

5.一种芯片，其特征在于，集成有如权利要求1-4任一项所述的掉电应急处理系统，所述掉电应急处理系统包括：

掉电检测模块，用于检测到供电电源掉电时，生成计时使能信号；

掉电计时模块，与所述掉电检测模块连接，用于根据所述计时使能信号启动计时，并生成控制使能信号；

掉电控制模块，与所述掉电计时模块连接，用于根据所述控制使能信号将上电状态下储存的电能传递至所述供电电源。

6.根据权利要求5所述的芯片，其特征在于，所述掉电控制模块包括：LDO电路、稳压电容、超级电容、电感、二极管和BOOST电路；

所述LDO电路的第一端分别与所述稳压电容的第一端和所述供电电源连接，所述稳压电容的第二端接地；

所述LDO电路的第二端分别与所述电感的第一端、所述超级电容的第一端以及所述掉电检测模块连接；

所述BOOST电路接入所述控制使能信号，所述BOOST电路分别所述电感的第二端、所述二极管的阳极连接，所述二极管的阴极与所述供电电源连接，所述超级电容的第二端接地。

7.根据权利要求5所述的芯片，其特征在于，所述掉电检测模块包括：第一采样电阻、第二采样电阻、第一比较器；

所述第一采样电阻的第一端接入供电电源，第二端与所述第二采样电阻的第一端连接，所述第二采样电阻的第二端接地；

所述第一比较器的反向输入端分别与所述第一采样电阻的第二端和所述第二采样电阻的第一端连接；

所述第一比较器的正向输入端输入第一基准电压，且所述第一比较器的输出端输出所述计时使能信号。

8.根据权利要求5所述的芯片，其特征在于，所述掉电计时模块包括：反相器、第一N型MOS管、第一P型MOS管、片外电容和第二比较器；

所述反相器的输入端接入所述计时使能信号，输出端分别与所述第一N型MOS管、第一P型MOS管的栅极连接；

所述第一P型MOS管的源级接入电流源，所述第一N型MOS管的源级接地；

所述第二比较器的反向输入端分别与所述第一P型MOS管的漏极、所述第一N型MOS管的漏极、所述片外电容的第一端连接，所述片外电容的第二端接地；

所述第二比较器的正向输入端输入第二基准电压，且所述第二比较器的输出端输出所述控制使能信号。

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