CN214375966U - 一种防止单片机死机的电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种防止单片机死机的电路，包括电池BAT+，所述电池BAT+与电容C2对应电连接，所述电容C2与升压模块对应电连接，所述升压模块与负载R2对应电连接，所述升压模块包括单片机U1，所述单片机U1的EN脚与控制信号ENLS对应电连接，所述控制信号ENLS与MCU状态检测模块对应电连接；所述MCU状态检测模块包括二极管D1，所述二极管D1与控制信号ENLS对应电连接，所述二极管D1与电容C4对应串联，所述电容C4与信号Control对应电连接，所述信号Control与单片机U2的PWM脚地对应电连接，所述二极管D1还与二极管D2、电容C5和电阻R4对应电连接，所述二极管D2、电容C5和电阻R4对应并联并接地。本实用新型通过增加一个MCU状态检测模块，实现负载开关的可靠控制。

Description

一种防止单片机死机的电路

技术领域

本实用新型涉及电路领域，尤其是一种防止单片机死机的电路。

背景技术

现有的负载开关应用电路要么需要负载开关做隔离，负载一般是一个额定电压高于4.2V的用电设备（比如LED灯珠、激光等），但目前市面上用在便携式设备上的锂电池的标称电压基本上都是3.7V（如18650、21700等锂电池），所以我们就在负载前面设计一个升压电路，引入升压电路也同样带来了一个问题，那就是如果直接把电池BAT+接在升压芯片的输入端会导致整个电路的待机电成倍的提高，这时哪怕升压电路没有使能，电池的也会对地进行放电，我们都知道，便携式产品其中的一个核心竞争力就是超长待机，超长续航。所以单一模块就这么大的静态肯定是不满足设计的，所以一般要在电池和升压电路之间加一个负载开关做一个隔离电路。电路在实际应用中，MCU拉高控制信号ENLS，电路开始工作，拉低ENLS,电路停止工作。也有很多产品是不需要负载开关做隔离的，或者是没有那么在意静态电流的，它们的设计一般是通过MCU直接控制电源IC控制开和关。

但是如果MCU死机或程序运行出错，导致控制失效，那么会出现什么情况呢，会导致什么后果呢，这就要控制的是什么产品，产品运用在哪一方面。例如，做一个4000流明的手电，设置的是高亮档4000流明开一分钟之后开始降档（或硬件开关通过外部触发给MCU一个信号让手电提前降档或关机），因为手电体积很小，散热能力有限，只能通过关掉或降档来限制温的度持续上升。其中有一台样机在一次在测试中既不会按照程序设计的自动降档，按键开关给了触发信号也没有响应，也导致温度急骤上升，后边灯头直接开始冒烟，赶紧把电池拆下来，才没有着火，后面拆开来一看，LED灯珠表面已经有烧焦的痕迹了。经过分析，是单片机死机了，因为电路的其它部分是我们一直在用的成熟电路，只有这个单片机是因为价格便宜新换的。另外十几台样机一切正常，后面把失控机子的MCU重新上电，又正常了，像这种MCU死机的现象很少遇到，一旦遇到，拆机断电之后这种现象也很难再复现了。就像我们的手机一样，死机并不常见，一旦死机，只要把电池拆下来，让它断电然后再开机就好了。手机死机还好，不会引发什么特别严重的后果，但这种情况发生在不同产品上就不一样了，像我们遇这样的，要是产品量产销往国外之后，再出现这种烧机冒烟的情况，那么这一款产品可能就要面临着召回的风险，对公司损失将不可估量。另一方面，对用户来说这也会存在一定的隐患。特别是像一些医疗器械，比如激光就在医疗器械中运用的很多，小到激光点痣，这些产品对MCU控制的负载开关可靠性就显得犹为重要。因此，需要设计一种防止单片机死机的电路。

发明内容

为了克服现有技术中的缺陷，提供一种防止单片机死机的电路。

本实用新型通过下述方案实现：

一种防止单片机死机的电路，包括电池BAT+，所述电池BAT+与电容C2对应电连接，所述电容C2与升压模块对应电连接，所述升压模块与负载R2对应电连接，所述升压模块包括单片机U1，所述单片机U1的EN脚与控制信号ENLS对应电连接，所述控制信号ENLS与MCU状态检测模块对应电连接；

所述MCU状态检测模块包括二极管D1，所述二极管D1与控制信号ENLS对应电连接，所述二极管D1与电容C4对应串联，所述电容C4与信号Control对应电连接，所述信号Control与单片机U2的PWM脚地对应电连接，所述二极管D1还与二极管D2、电容C5和电阻R4对应电连接，所述二极管D2、电容C5和电阻R4对应并联并接地。

所述单片机U2的VDD脚和VSS脚分别与电容C3的两端对应电连接。

所述升压模块还包括电感L1，所述电感L1的一端与单片机U1的SW1脚和SW2脚对应电连接，所述电感L1的另一端与电阻R1、电容C1和负载R2对应电连接，所述电阻R1、电容C1与负载R2对应并联，所述电阻R1另一端与电阻R3对应电连接。

所述电阻R3、电容C1和负载R2的另一端分别接地。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型一种防止单片机死机的电路适用于MCU控制的负载开关设计，通过增加一个MCU状态检测模块，让电源芯片（单片机U1）只有在MCU（单片机U2）正常工作的时候才能打开，死机的时候使能拉低关闭，从而实现负载开关的可靠设计。

附图说明

图1为本实用新型一种防止单片机死机的电路的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型优选的实施例进一步说明：

如图1所示，一种防止单片机死机的电路，包括电池BAT+，所述电池BAT+与电容C2对应电连接，所述电容C2与升压模块对应电连接，所述升压模块与负载R2对应电连接，所述升压模块包括单片机U1，所述单片机U1的EN脚与控制信号ENLS对应电连接，所述控制信号ENLS与MCU状态检测模块对应电连接；

所述MCU状态检测模块包括二极管D1，所述二极管D1与控制信号ENLS对应电连接，所述二极管D1与电容C4对应串联，所述电容C4与信号Control对应电连接，所述信号Control与单片机U2的PWM脚地对应电连接，所述二极管D1还与二极管D2、电容C5和电阻R4对应电连接，所述二极管D2、电容C5和电阻R4对应并联并接地。

所述单片机U2的VDD脚和VSS脚分别与电容C3的两端对应电连接。所述升压模块还包括电感L1，所述电感L1的一端与单片机U1的SW1脚和SW2脚对应电连接，所述电感L1的另一端与电阻R1、电容C1和负载R2对应电连接，所述电阻R1、电容C1与负载R2对应并联，所述电阻R1另一端与电阻R3对应电连接。所述电阻R3、电容C1和负载R2的另一端分别接地。

当单片机死机的时候，电平是固定的（要么是一直为高，要么是一直为低）。也正因此才会造成失控的情况。本申请没有单纯的用拉高或拉低的方式去控制开/关，而是引入第三种状态：动态变化的PWM方波，以此来区分单片机是否死机。

当单片机死机的时候，电平是固定的，也正因此才会造成失控的情况。所以我们是否可以采用电平不固定的形式来作为MCU正常工作的标记呢，就跟有些LED指示灯一样，闪烁的时候代表正常。如图1所述，当信号Control是方波的时候，代表正常，使能打开。当信号Control为固定电平的时候，代表异常，使能关闭，这样就能实现完善的保护了。

首先，我们通过在单片机U2的控制引脚PWM脚串联电容C4，利用电容隔直通交的特性，当单片机U1输出为恒定电平的时候，单片机U1的EN脚为低电平。这样确实能解决单片机U1的控制信号为高电平或低输出的时候，单片机U1的EN脚输入为低电平。

但方波输入的时候，还是有问题的，所以又再一次利用电容积分的特性，增加一个电容C5，让方波给电容C5充电，转化成直流电平。但是这样也不能解决问题。因为C5无法实现充电的，原因是因为在方波为低电平的时候，电流会从C4回流回去。所以我们在C4和C5间串一个二极管D1,利用二极管的单向导通特性，仿止电流倒流。

但是实测发现，加上D1二极管之后，在电容C4右侧的波形并没有像预期那样。这里实际输出是负方波，这是因为在上电之前，电容C4两端的电压都为0，刚上电，一个3.3V脉冲的上升沿到来，由于电容C4两端电压不能突变，所以最开始T0时刻，电容C4右侧是跟左侧的电压是同步的（右侧也会感应到一个跟左侧伏值一样脉冲电压3.3V），但当输入的方波进入稳态T1之后，电容C4右侧就不会再带来持续的感应电压（电容隔直通交原理，只有电容C4左侧输入变化的信号时，电容C4的右侧才会跟随左侧电压的变化），而且右侧存在放电回路(通过二极管D1，给电容C4充电的同时流经电阻R4到地)，所以电容C4右侧的电压是一个逐渐下降的过程，而电容C4左则的电压在下降沿到来之前一直都是3.3V。当PWM方波下降沿T2到来那一刻，电容C4右侧的电压已经低于3.3V，在这里假设为2.5V（右侧的电压等于二极管D1的管压降0.7V加上C电容5上没放完的电压1.8V）；下降沿到来瞬间，电容C4左侧电压从3.3V瞬间变为0V,但由于电容C4两端的电压不能突变，右侧也会感应出一个负3.3V的感应电势，这个负3.3V的感应电动势和+2.5V相叠加，就变成了负0.8V的负压。

当第二个脉冲的上升沿到来时，电容C4右侧又会感应到一个3.3V的电压，这个3.3V和-0.8V叠加在一起之后约等于2.5V，再减去二极管D1的管压降0.7V，那么电容C5上的电压约等于1.8V，此时第二个脉冲又进入稳态，电容C5继续通过R4对地进行放电，假设到第三个脉冲的下降沿到来时，电容C5上的电压下降了0.2V，那么这时，单片机U1的EN脚电压将会为（-3.3+0.7+1.6=-1V），电容C5上的电压会越放越低，这种冲少放多的情况，经过多个周期的循环之后，电容C5上的电压会被放完，而B单片机U1的EN脚的电压值也会变得更低，直到-2.6V左右（-3.3加二极管D1的管压降0.7V），为此，本申请在电容C5和电容C4之间建立一个回流通道。

本申请增加一个二极管D2作为电容C5和电容C4之间的回流通道，当第一个脉冲的上升沿T0过来的时候，电容C4右侧感应到一个3.3V的电压，3.3V流经二极管D1对电容C5充电（由于二极管存在一个管压降，C5的最高电压可充至2.6V左右）。此时单片机U1的EN脚接入高电平，使能打开，同时脉冲也已经进入高电平稳态T1，电容C5会通过电阻R4对地进行放电，当第一个脉冲的下降沿T2到来时，电容C4右侧同样会感应出一个-3.3V的电动势，和没加二极管D2的电路一样，此单片机U1的EN脚为整个电路电位的最低点，而不同的是此时整个GND会通过二极管D2对电容C4的右侧进行充电，在下降沿进入稳态期间，让电容C4的右侧电压始终大于-0.7V。

当第二个脉冲的上升沿到来时，电容C4右侧感应到一个3.3V的电压，这个3.3V和-0.7V叠加在一起之后约等于2.6V，再减去二极管D1的管压降0.7V，那么电容C5上的电压约等于1.9V，如此往复循环。

在实际应用中，如果二极管的管压降是0.7V，那么电容C5上的最大电压就是1.9V左右，但不是一直是1.9V，因为电容是会通过电阻R4对地进行放电的，电阻R4选择越大，放电就越慢，电容C5的电压波动越小。另外，电容C5选择越大，充到相同电位的时间就越长，但是只要我们明白原理，就可以根据不同的应用，调整适合自己电路的参数，具体在此不再赘述。

本实用新型一种防止单片机死机的电路通过串接一个MCU状态检测电路，可以有效防止因为单片机死机所带来的烧机等安全隐患，使单片机控制负载开关变得十分可靠，特别是在精密仪器，比如医疗器械、军工等方面，可靠性显得犹为重要。

尽管已经对本实用新型的技术方案做了较为详细的阐述和列举，应当理解，对于本领域技术人员来说，对上述实施例做出修改或者采用等同的替代方案，这对本领域的技术人员而言是显而易见，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (4)

1.一种防止单片机死机的电路，包括电池BAT+，所述电池BAT+与电容C2对应电连接，所述电容C2与升压模块对应电连接，所述升压模块与负载R2对应电连接，其特征在于：所述升压模块包括单片机U1，所述单片机U1的EN脚与控制信号ENLS对应电连接，所述控制信号ENLS与MCU状态检测模块对应电连接；

所述MCU状态检测模块包括二极管D1，所述二极管D1与控制信号ENLS对应电连接，所述二极管D1与电容C4对应串联，所述电容C4与信号Control对应电连接，所述信号Control与单片机U2的PWM脚地对应电连接，所述二极管D1还与二极管D2、电容C5和电阻R4对应电连接，所述二极管D2、电容C5和电阻R4对应并联并接地。

2.根据权利要求1所述的一种防止单片机死机的电路，其特征在于：所述单片机U2的VDD脚和VSS脚分别与电容C3的两端对应电连接。

3.根据权利要求1所述的一种防止单片机死机的电路，其特征在于：所述升压模块还包括电感L1，所述电感L1的一端与单片机U1的SW1脚和SW2脚对应电连接，所述电感L1的另一端与电阻R1、电容C1和负载R2对应电连接，所述电阻R1、电容C1与负载R2对应并联，所述电阻R1另一端与电阻R3对应电连接。

4.根据权利要求3所述的一种防止单片机死机的电路，其特征在于：所述电阻R3、电容C1和负载R2的另一端分别接地。

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