CN101667748B - 一种电路掉电保护装置及保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电路掉电保护装置及保护方法。所述装置包括：掉电检测电路，与待检测电路连接，用于检测所述待检测电路是否掉电；充电电路，与所述掉电检测电路连接，用于存储电能；放电电路，分别与所述充电电路和待检测电路连接，用于在所述待检测电路掉电时，对所述待检测电路供电。本发明解决了使用备用电池成本高、寿命短的缺点，同时扩展了保护范围，增加对内存控制器的缓存数据和寄存器数据的保护，使其能够在设备突然掉电的情况下，继续为内存和内存控制器供电，保证设备能够把处理中的数据以及相关状态信息保存完整。另外，本发明还具有电路简单、成本低、充电时间短、效率高、体积小、寿命长的优点。

Description

一种电路掉电保护装置及保护方法

技术领域

本发明涉及电路领域，特别是涉及一种电路掉电保护装置及保护方法。

背景技术

随着电子行业的快速发展，存储设备的使用越来越广泛。在使用过程中其数据的读写通常是以文件的方式进行，而不是直接对存储单元地址进行操作的。在突发的掉电时，如果没有得到有效保护，传输过程中的数据将被永久丢失，对设备安全造成毁灭性的灾难。因此，目前大部分存储设备都会在电路设计上增加冗余设计的掉电保护电路。

掉电保护是现在高可靠***中大量采用的一项技术，在供电***异常掉电时，对内存中的数据和信息起一定时间的保护作用，避免了数据和信息的丢失。现有的掉电保护电路采用充电电池作为后备电源。实现方法如图1所示，在***正常工作时，给BBU(Backup Battery Unit，电池备用单元)进行有效充电。在内存和内存控制器供电的主电源突然掉电时，通过相关的掉电检测电路让内存进入自刷新模式，此时由BBU给内存持续供电。该BBU为内存持续供电的时间取决于电池容量以及内存在自刷新模式下的工作电流。

上述现有技术至少存在以下三个问题：

第一、对于存储容量较大的内存，其自刷新模式工作电流比较大，导致BBU中存储的电能消耗较快。为了满足足够的保护时间，需要不断扩充BBU的容量。

第二、充电电路复杂、成本高、充电速度慢、效率低、体积大、备用电池寿命短等缺点。

第三、由于***掉电后，BBU只对内存持续供电，因此该方法只能保护内存中的数据，无法对内存控制器中缓存内的数据或者配置寄存器的信息进行有效保护。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种电路掉电保护装置及保护方法，用以解决现有技术中的掉电保护电路复杂、效率低的问题。

为解决上述技术问题，一方面，本发明提供一种电路掉电保护装置，所述装置包括：

掉电检测电路，与待检测电路连接，用于检测所述待检测电路是否掉电；

充电电路，与所述掉电检测电路连接，用于存储电能；

放电电路，分别与所述充电电路和待检测电路连接，用于在所述待检测电路掉电时，对所述待检测电路供电。

进一步，所述放电电路包括：电源处理器，所述电源处理器的电源管脚依次串联有电感L1和电容C1。

进一步，所述电感L1和电容C1之间设置有二极管VD1。

进一步，所述电感L1远离所述电源处理器的一端连接有二极管VD2，所述二极管VD2的另一端与所述待检测电路连接。

进一步，电容C6、C7并联后，一端与所述二极管VD2远离电感L1的一端连接，另一端接地。

进一步，电容C3、C4并联后，一端与所述电容C1远离电感L1的一端连接，另一端接地。

进一步，所述装置还包括充电开关电路，所述充电开关电路具体为：

电阻R1的一端与三极管的集电极连接，另一端分别与电阻R2和所述三极管的基极连接，所述电阻R2的另一端与脉冲宽度调制器件连接，所述三极管的发射极与所述电源处理器连接。

进一步，所述掉电检测电路包括：掉电检测处理器，所述掉电检测处理器的输入端与所述待检测电路连接，输出端与所述三极管的集电极连接。

进一步，所述掉电检测处理器的输入端通过电阻R8与所述检测电路连接，输出端通过二极管VD3与所述三极管的集电极连接。

另一方面，本发明还提供一种电路掉电保护方法，所述方法包括以下步骤：

S101，判断对充电电路进行充电是否有效，若有效，则对所述充电电路进行充电；若无效，则对充电开关电路进行复位；

S102，判断所述充电电路的充电电压是否达到设定阈值，如果是，则转S103，如果否，则继续对所述充电电路进行充电；

S103，检测待检测电路，当判定待检测电路掉电时，进一步判断放电电路放电是否有效，如果是，则由放电电路进行供电；如果否，则放电使能复位；当判定待检测电路未掉电时，则继续检测待检测电路。

本发明有益效果如下：

本发明提供一种掉电保护方法及电路，解决了使用备用电池成本高、寿命短的缺点，同时扩展了保护范围，增加对内存控制器的缓存数据和寄存器数据的保护。充电电路和放电电路在一个电路上实现，电感L1既实现了充电作用又实现了放电功能。这一复用方法，缩小了电路规模，有效地节约了电路成本，同时也使电路更加稳定。另外，采用开关电源方式的脉冲充电，可以灵活地对充电电流和充电时间进行控制。充放电效率高，能量损耗小，而且调试方法简单。

附图说明

图1是现有技术中掉电保护***的电路框图；

图2是本发明实施例一种电路掉电保护装置的结构示意图；

图3是本发明实施例一种掉电检测电路的电路图；

图4是本发明实施例一种电路掉电保护装置(不包括掉电检测电路)的电路原理图；

图5是本发明实施例中一种电路掉电保护方法的流程图。

具体实施方式

为了解决现有技术中掉电保护电路复杂、效率低的问题，本发明提供了一种电路掉电保护装置及保护方法，以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。

如图2至图4所示，本发明实施例涉及一种电路掉电保护装置，该装置包括掉电检测电路，与待检测电路连接，用于检测待检测电路是否掉电；充电电路与掉电检测电路连接，用于存储电能；放电电路分别与充电电路和待检测电路连接，用于在待检测电路掉电时，对待检测电路供电。

放电电路包括电源处理器D2，电源处理器D2的电源管脚VBATT依次串联有电感L1和电容C1。电感L1和电容C1之间设置有二极管VD1，二极管VD1的阳极与电容C1连接，阴极与电感L1连接。电容C1远离电感L1的一端连接有电阻R7，电阻R7的另一端作为储能检测管脚VOLT_DET，用于周期性对电容C1的充电电压进行检测。储能检测管脚VOLT_DET连接有电容C2，电容C2的另一端与电容C1靠近电感L1的一端连接，并同时接地。二极管VD1、储能电感L1和储能电容C1一起构成降压充电回路。在充电和放电过程中，续流二极管VD1为储能电感L1提供足够的电流，保证充电电路和放电电路的正常工作。同时，储能检测管脚VOLT_DET周期性对储能电容C1的充电电压进行检测，方便***判断是否达到有效放电状态。

电感L1远离电源处理器D2的一端与二极管VD2的阳极连接，二极管VD2的阴极与待检测电路连接。二极管VD2起防止放电电流反灌回放电回路的作用。放电使能管脚DISCHG_EN通过电阻R3与电源处理器D2的控制管脚SHDN连接。电源处理器D2的控制管脚SHDN还连接有电阻R4，电阻R4的另一端接地。当掉电检测和储能检测均满足***要求时，放电使能管脚DISCHG_EN驱动电源处理器D2，使其输出VOUT输出电压，此时防反灌二极管VD2导通，储能电容C1和储能电感L1在续流二极管VD1的驱动下开始通过防反灌二极管VD2支路向***供电。掉电检测电路通过充电使能管脚PWM控制充电电路的工作状态，并通过检测充电电压，来决定启动充电回路充电或停止充电，通过放电使能管脚DISCHG_EN控制放电电路的工作状态，并根据情况启动放电回路放电或停止放电。

电源处理器D2的输出管脚VOUT连接有电阻R5，电阻R5的另一端作为本装置的输出端口VOUT。电源处理器D2的输出管脚VOUT同时与电容C5连接，电容C5的另一端接地。为减小输出纹波，本装置的输出端口VOUT前增加滤波电容C6和C7。电容C6、C7并联后，一端与所述二极管VD2远离电感L1的一端连接，另一端接地。另外，退耦电容C6一端连接在放电电路的输出端VOUT，另一端接地GND。退耦电容C6、防反灌二极管VD2、储能电感L1一起构成升压放电回路。

为了防止充电过程中脉冲纹波干扰，在储能电容C1前端设置了滤波电容C3和C4，电容C3、C4并联后，一端与电容C1远离电感L1的一端连接，另一端接地，同时，并联后电容C3、C4的非接地端与电源处理器D2连接。滤波电容C3和C4同时对充电有缓存作用。

本实施例的电路掉电保护装置还包括充电开关电路，该充电开关电路具体电路为：电阻R1的一端与三极管VT1的集电极连接，另一端分别与电阻R2和三极管VT1的基极连接，电阻R2的另一端与脉冲宽度调制(Pulse WidthModulation，PWM)器件连接，三极管VT1的发射极与电源处理器连接。当掉电检测电路检测到待检测电路掉电时，充电使能管脚PWM初始化为低电平，电源输入电压VIN经过R1和R2串联分压后，三极管VT1基极电压为3.3V，此时，三极管VT1导通，电源芯片D2开始启动充电，电源处理器D2的管脚VBATT开始向储能电感L1和储能电容C1充电。当PWM被置为高电平时，三极管VT1截至，充电电路停止工作。充电控制是由PWM器件使能控制的脉冲式开关电路，通过控制充放电回路对储能电感L1和储能电容C1进行脉冲式充电放电。

掉电检测电路包括掉电检测处理器D1，掉电检测处理器D1的输入端与待检测电路连接，输出端与三极管VT1的集电极连接。为了防止电源纹波干扰检测管脚，在掉电检测处理器D1的输入端设置有电阻R8。另外，为了防止充电电流反灌回掉电检测电路，在掉电检测处理器D1输出端加入防反灌二极管VD3。掉电检测电路对待检测电路的掉电判断，是通过检测掉电检测电路的输入电压进行判断，当输入电压高于5V，则认为***供电正常，不进行掉电保护。当输入电压低于5V时，需要判断该输入电压是否低于预先设定的输入电压阀值，如果否，则认为是待检测电路电压的正常波动，不进行掉电保护；如果是，则进一步判断该输入电压的持续时间是否大于原先设定的时间阀值，如果是，则认为待检测电路掉电，进行掉电保护；如果否，则认为是待检测电路的电压瞬间波动，不进行掉电保护。例如，如果预先设置的输入电压阀值为4.6V，时间阀值为2S，则当输入电压低于4.6V且持续2S以上，则认为待检测电路掉电。

如图5所示，本发明实施例还涉及一种电路掉电保护方法，包括以下步骤：

S501，正常上电；

S502，判断充电电路冲电是否有效，如果是，则转步骤S504；如果否，则转步骤S503；

S503，如果检测无效，对充电开关电路进行复位，初始化充电使能PWM为低电平；

S504，启动充电电路，开始对储能电容C1和储能电感L1充电；

S505，储能检测管脚VOLT_DET周期性对储能电容C1的充电电压进行检测。判断充电电压是否达到设定阀值，如果是则转步骤S506；如果否，则转步骤S504；

S506，检测待检测电路的工作状态。如果***正常关闭，则转步骤S510，如果掉电，则转步骤S507，如果未掉电，则继续检测待检测电路的工作状态。

S507，当检测到***掉电，进一步判断放电电路放电是否有效，如果是，则转步骤S509；如果否，则转步骤S508；

S508，放电使能复位，初始化DISCHG_EN为低电平；

S509，在放电使能有效的情况下，放电电路开始启动，向***提供备用电源，保证***有充足的时间保存处理掉电时传输的数据和信息。同时，在下次正常上电后数据和信息状态可以恢复。储能检测管脚VOLT_DET的周期性检测保证了充电电路和放电电路的效率，从而提高***的效率；

S510，就直接启动正常关机流程，直到***正常关闭。

由上述实施例可以看出，本发明提供一种掉电保护方法及电路，解决了使用备用电池成本高、寿命短的缺点，同时扩展了保护范围，增加对内存控制器的缓存数据和寄存器数据的保护，使其能够在设备突然掉电的情况下，继续为内存和内存控制器供电，保证设备能够把处理中的数据以及相关状态信息保存完整。把充电电路和放电电路进行有机结合，电感L1既实现了充电作用又实现了放电功能。这一复用方法，缩小了电路规模，有效地节约了电路成本，同时也使电路更加稳定。另外，采用开关电源方式的脉冲充电，可以灵活地对充电电流和充电时间进行控制。充放电效率高，能量损耗小，而且调试方法简单。因此，本发明具有电路简单、成本低、充电时间短、效率高、体积小、寿命长的优点。

尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将意识到各种改进、增加和取代也是可能的，因此，本发明的范围应当不限于上述实施例。

Claims (8)

1.一种电路掉电保护装置，其特征在于，所述装置包括：

掉电检测电路，与待检测电路连接，用于检测所述待检测电路是否掉电；

充电电路，与所述掉电检测电路连接，用于存储电能；

放电电路，分别与所述充电电路和待检测电路连接，用于在所述待检测电路掉电时，对所述待检测电路供电；

所述放电电路包括：

电源处理器，所述电源处理器的电源管脚依次串联有电感L1和电容C1；

所述装置还包括充电开关电路，所述充电开关电路具体为：

电阻R1的一端与三极管的集电极连接，另一端分别与电阻R2和所述三极管的基极连接，所述电阻R2的另一端与脉冲宽度调制器件连接，所述三极管的发射极与所述电源处理器连接。

2.如权利要求1所述的电路掉电保护装置，其特征在于，所述电感L1和电容C1之间设置有二极管VD1。

3.如权利要求1所述的电路掉电保护装置，其特征在于，所述电感L1远离所述电源处理器的一端连接有二极管VD2，所述二极管VD2的另一端与所述待检测电路连接。

4.如权利要求3所述的电路掉电保护装置，其特征在于，电容C6、C7并联后，一端与所述二极管VD2远离电感L1的一端连接，另一端接地。

5.如权利要求1所述的电路掉电保护装置，其特征在于，电容C3、C4并联后，一端与所述电容C1远离电感L1的一端连接，另一端接地。

6.如权利要求1所述的电路掉电保护装置，其特征在于，所述掉电检测电路包括：

掉电检测处理器，所述掉电检测处理器的输入端与所述待检测电路连接，输出端与所述三极管的集电极连接。

7.如权利要求6所述的电路掉电保护装置，其特征在于，所述掉电检测处理器的输入端通过电阻R8与所述检测电路连接，输出端通过二极管VD3与所述三极管的集电极连接。

8.一种利用权利要求1～7任一项所述的电路掉电保护装置进行电路掉电保护的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S101，判断对充电电路进行充电是否有效，若有效，则对所述充电电路进行充电；若无效，则对充电开关电路进行复位；

S102，判断所述充电电路的充电电压是否达到设定阈值，如果是，则转S103，如果否，则继续对所述充电电路进行充电；

S103，检测待检测电路，当判定待检测电路掉电时，进一步判断放电电路放电是否有效，如果是，则由放电电路进行供电；如果否，则放电使能复位；当判定待检测电路未掉电时，则继续检测待检测电路。

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