CN217113225U - 一种基于mcu的防异常掉电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于MCU的防异常掉电系统，包括：供电电源、备用电源模块、电源转换模块、MCU，以及集成于MCU中的电源欠压监控、使能控制模块。其中供电电源，用于为系统供电；备用电源模块，用于为系统提供应急电源；电源转换模块，用于将电源输出的电压转换为MCU所需电压；电源欠压监控模块，用于实时监测MCU的电压，当该电压低于电压阈值时，触发MCU内部硬件中断，进入中断进程；使能控制模块，用于在中断进程中产生使能控制信号并输出至备用电源，控制备用电源立即启动。本实用新型可以实现高可靠度的系统掉电反馈保护机制，完全满足在系统供电电压下降到主控MCU最低工作电压之前，有足够的时间做出反馈响应。

Description

一种基于MCU的防异常掉电系统

技术领域

本实用新型属于电子技术应用领域，特别是一种基于MCU自身欠压诊断及其硬件中断标志位的功能，所实现的防异常掉电系统。

背景技术

通常一块电路板的供电如果发生异常掉电，该电路板将无法工作，为解决该问题，有的系统会实时监测供电电源电压，并在软件程序判断出电压超出某一设定阈值后，立即做出相应的反馈保护。如对外发送警告信号、写数据保护等。

上述现有技术存在的缺点是：软件实现的检测与判断需要较长的时间，且容易受到软件冗余的影响，反馈机制的可靠度一般；并且在掉电发生的同时如果出现某一优先级较高的中断，就会导致反馈保护机制的失效。此外，常见的掉电系统架构如图1所示， MCU的欠压监控功能，通常被利用来实现系统掉电过程中的应急存储，防止关键数据丢失。这个“应急存储”是在欠压发生时触发的程序中断进程中实现。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对上述现有技术依赖软件实现的反馈机制存在的不足，提供一种依赖硬件诊断的防掉电系统，提高该应急反馈的可靠度。

实现本实用新型目的的技术解决方案为：一种基于MCU的防异常掉电系统，所述系统包括：供电电源、备用电源、电源转换模块、MCU，以及集成于MCU中的电源欠压监控模块、使能控制模块；

所述供电电源，用于为系统供电；

所述备用电源，用于为系统提供应急电源，防止系统异常掉电；

所述电源转换模块，用于将供电电源/备用电源输出的电压转换为MCU所需的电压；

所述电源欠压监控模块，用于实时监测MCU的供电电压，当该电压低于预设电压阈值时，触发MCU内部硬件中断，进入程序代码的中断进程；

所述使能控制模块，用于在所述电源欠压监控模块的中断进程中产生使能控制信号并输出至备用电源，控制备用电源立即启动。

进一步地，该系统还包括：外部主机系统以及集成于MCU中的掉电标志模块；所述掉电标志模块在所述电源欠压监控模块的中断进程中发出信号至外部主机系统，以标志记录MCU出现掉电。

进一步地，所述供电电源还用于为所述外部主机系统供电。

本实用新型与现有技术相比，其显著优点为：

(1)增加GPIO的对外使能控制指令。可以在外部增加备用电源模块(备用电源可以是小型电池、蓄电池、或者DC/DC转换器等)，GPIO发出的指令可控制开启备用电源，以防止系统非预期掉电。

(2)中断过程中，可以同步通知外部主机系统发生了掉电，此时如果发生了数据跳变或丢失，即可证明是由于供电异常导致的，并可通知需要人工检修。

通过利用MCU的‘欠压触发硬件中断’及其中断标志位，可以实现高可靠度的系统掉电反馈保护机制，完全满足在系统供电电压下降到主控MCU最低工作电压之前，有足够的时间做出反馈响应。

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。

附图说明

图1为现有技术中的掉电应急存储系统示意图。

图2为本发明一个实施例中基于MCU的防异常掉电系统的硬件架构图。

图3为本发明一个实施例中基于MCU的防异常掉电系统的运行逻辑图。

图4为本发明一个实施例中基于MCU的防异常掉电系统的实现机制流程图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一个实施例中，结合图2，提供了一种基于MCU的防异常掉电系统，所述系统包括：供电电源、备用电源模块、电源转换模块、MCU，以及集成于MCU中的电源欠压监控模块、使能控制模块；

所述供电电源，用于为系统供电；

所述备用电源模块，用于为系统提供应急电源，防止系统异常掉电；

所述电源转换模块，用于将供电电源/备用电源输出的电压转换为MCU所需的电压；

所述电源欠压监控模块，用于实时监测MCU的供电电压，当该电压低于预设电压阈值时，触发MCU内部硬件中断，进入程序代码的中断进程；

所述使能控制模块，用于在所述电源欠压监控模块的中断进程中产生使能控制信号并输出至备用电源，控制备用电源立即启动。

进一步地，在其中一个实施例中，该系统还包括：外部主机系统以及集成于MCU 中的掉电标志模块；所述掉电标志模块在所述电源欠压监控模块的中断进程中发出信号至外部主机系统，以标志记录MCU出现掉电。

结合图3，本实用新型系统的工作原理如下：

假定系统由12V供电。电源IC将12V转换为5V给MCU供电。当供电电源丢失时，MCU的供电VDD引脚电平出现下滑，在ms级时间内从5V跌落到0V。具体时间受MCU_VDD的旁路电容的容值大小决定，放置大容值旁路电容将使电压下跌时间延长。

MCU的电源欠压监控检测到电源低于某一电压值时(该值通常在对应MCU规格书内有说明)，触发硬件中断。

硬件中断触发后，中断进程内增加对外的GPIO1使能控制信号并立即使能。

外部备用电源收到使能信号后，立刻开启电源输出，以替代原始供电电源。确保VDD电压在跌落到MCU最小供电电压值之前，再次抬高其输入电压。

同时中断内控制GPIO2发出信号给外部主机系统，标志MCU曾出现掉电，为可能出现的数据丢失故障作依据。

进一步地，在其中一个实施例中，所述备用电源模块为电池或蓄电池或DC/DC转换器。

进一步地，在其中一个实施例中，所述MCU采用NXP的S32K1xx系列MCU，该MCU支持2.7V～5.5V款压供电，其具有两级欠压监测功能，LVD(low-voltage detect) 和LVW(low-voltage warning)。其规格书中标明，LVW的典型门槛值为4.305V，LVD 的典型门槛值为2.875V。

该单片机通过配置相关寄存器就可以开启硬件检测功能，一旦供电电压跌落到对应异常电压门槛值以下，就会触发对应中断。

利用该单片机的LVW功能，即当供电电压跌落至4.305V以下时，立即触发中断，此时距离供电电压跌落至单片机最低工作电压还有一定的时间，这个时间由电源旁路电容决定，单片机利用这个时间去开启备用电源的开关，从而实现电源供电的无缝切换，具体机制如图4所示。

本实用新型中任何可能隐含软件程序的技术特征，其功能的实现属于现有技术，方案的实质是对硬件部分的组成以及连接关系进行的提出和改进，并不涉及对软件程序本身进行改进。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种基于MCU的防异常掉电系统，其特征在于，所述系统包括：供电电源、备用电源模块、电源转换模块、MCU，以及集成于MCU中的电源欠压监控模块、使能控制模块；

所述供电电源，用于为系统供电；

所述备用电源模块，用于为系统提供应急电源，防止系统异常掉电；

所述电源转换模块，用于将供电电源/备用电源输出的电压转换为MCU所需的电压；

所述电源欠压监控模块，用于实时监测MCU的供电电压，当该电压低于预设电压阈值时，触发MCU内部硬件中断，进入程序代码的中断进程；

所述使能控制模块，用于在所述电源欠压监控模块的中断进程中产生使能控制信号并输出至备用电源，控制备用电源立即启动。

2.根据权利要求1所述的基于MCU的防异常掉电系统，其特征在于，该系统还包括：外部主机系统以及集成于MCU中的掉电标志模块；所述掉电标志模块在所述电源欠压监控模块的中断进程中发出信号至外部主机系统，以标志记录MCU出现掉电。

3.根据权利要求2所述的基于MCU的防异常掉电系统，其特征在于，所述供电电源还用于为所述外部主机系统供电。

4.根据权利要求1所述的基于MCU的防异常掉电系统，其特征在于，所述备用电源模块为电池或蓄电池或DC/DC转换器。

5.根据权利要求1所述的基于MCU的防异常掉电系统，其特征在于，所述MCU采用NXP的S32K1xx系列MCU，该MCU支持2.7V～5.5V款压供电，其具有两级欠压监测功能，包括LVD和LVW，其中LVW的门槛值为4.305V，LVD的门槛值为2.875V。

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