CN103904769A - 备用电池的控制***及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种备用电池的控制***和方法。该控制***包括:备用电池放电控制电路,设置为在主电源断电时控制备用电池开始供电;控制器电路,设置为在主电源断电、备用电池开始供电后进行断电保护处理,断电保护完成后关断备用电池;以及防“未关断”电路,设置为在预定的时长后,如果所述控制器电路未关断备用电池,所述防“未关断”电路关断备用电池;其中,所述备用电池放电控制电路包括:第一级开关控制电路,设置为在主电源供电时保持接通,断电保护完成后由所述控制器电路断开,或者在所述预定的时长到达后由所述防“未关断”电路断开;以及第二级开关控制电路,设置为在主电源供电时保持断开,在主电源断电时瞬间接通。通过本发明,较好地克服了现有技术中使用电容作为备用电源方案的缺点。
Description
技术领域
本发明涉及一种控制***及控制方法,尤其涉及一种备用电池的控制***及控制方法。
背景技术
嵌入式***如税控机和开票机等涉税终端产品,经常需要对关键业务数据进行断电保护和恢复。要实现断电保护和恢复功能,需要进行硬件、软件的特别设计,尤其是硬件上需要一套高效可靠的备用电源控制和检测电路,要求备用电源具有足够的寿命或者可方便更换。
传统上,备用电源一般采用法拉电容或大容量的电解电容。法拉电容的优点是充放电电流大、充放电次数多,缺点是耐压值低,需串联使用且需可靠的均压电路,容易发生漏液腐蚀电路板等问题。电解电容受容值所限,储电容量很小,体积大,仅适用于简单的断电保护场合,且也会出现膨胀漏液的问题。不管哪种电容,都无法实现欠压检测(容量检测),无法方便用户更换。
发明内容
本发明提供了一种备用电池的控制***及控制方法,以至少解决上述现有技术中存在的问题。
根据本发明的一个方面,提供了一种备用电池的控制***。
根据本发明的备用电池的控制***包括:备用电池放电控制电路,设置为在主电源断电时控制备用电池开始供电;控制器电路,设置为在主电源断电、备用电池开始供电后进行断电保护处理,断电保护完成后关断备用电池;以及防“未关断”电路,设置为在预定的时长后,如果所述控制器电路未关断备用电池,所述防“未关断”电路关断备用电池;其中,所述备用电池放电控制电路包括:第一级开关控制电路,设置为在主电源供电时保持接通,断电保护完成后由所述控制器电路断开,或者在所述预定的时长到达后由所述防“未关断”电路断开;以及第二级开关控制电路,设置为在主电源供电时保持断开,在主电源断电时瞬间接通。
优选地,根据本发明的备用电池的控制***还包括:电压变换电路,设置为将主电源和备用电池的输出电压变换为***工作电压。
优选地,所述电压变换电路同时支持降压和升压模式。
优选地,所述第一级开关由所述控制器的控制输出和防“未关断”电路的输出的逻辑“与”控制。
优选地,所述第二级开关控制电路包括两个二极管开关,主电源和备用电池分别通过其中的一个所述二极管接至电源输出端;在主电源供电时,利用主电源电压大于备用电池的电压保持备用电池不供电;在主电源断电时,备用电源即开始供电。
优选地,所述防“未关断”电路为“看门狗”定时电路;当主电源断电,备用电源供电时,启动所述“看门狗”定时电路,设定备用电源开启的预定时长;所述预定时长到达后,“看门狗”定时电路控制所述第一级开关控制电路断开。
优选地,所述“看门狗”定时电路,还设置为测量所述备用电池的电压,当所述备用电池的电压低于预定的电压值时,发出信号给报警电路。
优选地,所述备份电池是一次性锂电池。
根据本发明的另一方面,提供了一种备用电池的控制方法。
根据本发明的备用电池的控制方法,其中,所述备用电池由第一级开关控制电路和第二级开关控制电路控制,所述方法包括以下步骤:主电源供电时保持所述第一级开关控制电路接通,同时保持所述第二级开关控制电路断开;所述主电源断电时瞬间接通所述第二级开关控制电路,使所述备用电池开始供电;所述主电源断电、所述备用电池开始供电后进行断电保护处理;断电保护完成后由***控制程序断开所述第一级开关控制电路,使所述备用电池停止供电;在预定的时长到达后,如果所述***控制程序未断开所述第一级开关控制电路,则由硬件计时电路断开所述第一级开关控制电路。
优选地,根据本发明的备用电池的控制方法还包括:将主电源和备用电池的输出电压变换为***工作电压。
优选地,所述电压变换同时支持降压和升压模式。
优选地,所述第一级开关控制电路由所述***控制程序的控制输出和所述硬件计时电路的输出的逻辑“与”控制。
优选地,所述第二级开关控制电路包括两个二极管开关,主电源和备用电池分别通过其中的一个所述二极管接至电源输出端;在主电源供电时,利用主电源电压大于备用电池的电压保持备用电池不供电;在主电源断电时,备用电源即开始供电。
优选地,所述硬件计时电路为“看门狗”定时电路;当主电源断电,备用电源供电时,启动所述“看门狗”定时电路,设定备用电源开启的预定时长;所述预定时长到达后,“看门狗”定时电路控制所述第一开关电路断开。
优选地,所述“看门狗”定时电路,还设置为测量所述备用电池的电压,当所述备用电池的电压低于预定的电压值时,发出信号给报警电路。
优选地,所述备份电池是一次性锂电池。
通过本发明,较好的克服了使用电容作为备用电源方案的缺点:采用一次性锂电池,无需进行充电管理设计,简化了电路;采用单只3V锂电池,无需进行均压电路设计;不存在漏液腐蚀电路板的故障隐患;具有欠压检测电路,可实现欠压报警,方便用户及时更换;具有防“未关断”硬件保护功能,防止电池额外损耗,增加使用寿命;待保护电路与RTC共享锂电池供电,节省方案成本;
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本申请的一部分,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1是根据本发明实施方式的连接示意图;
图2是根据本发明优选实施方式的电路组成图。
具体实施方式
图1是根据本发明实施方式的备用电池的控制***的连接示意图。如图1所示,该控制***主要包括以下部分:外部电源(5V),其在正常工作情况下为***提供电源;一次性锂电池(3V),其在外部电源断电的情况下作为备用电源为***供电;开关控制电路,用于控制外部电源以及一次性锂电池的接通或断开;防“未关断”保护控制电路,该电路用于在开关控制电路在应当断开一次性锂电池的备用供电,而未能正常断开一次性锂电池时将一次性锂电池断开;防“未关断”电路由看门狗定时电路输出nWD_OUT(由RTC提供)和CPUIO控制端P_OFF_CTL的逻辑电路组成;RTC及欠压检测电路,由具有备份电源欠压检测功能的RTC及其电路组成,用于在备用锂电池的电压低于预设电压值时发出信号给报警电路;RTC及欠压检测电路也由CPU进行控制;升压/降压DC/DC电路,用于将外部电源以及一次性锂电池的输出电压变换为***工作电压,该升压/降压DC/DC电路同时支持降压和升压模式;断电保护负载,用于在备用电池进行供电时参与提供断电保护功能。
图2是根据本发明实施方式的备用电池的控制***的电路组成图。如图2所示,本发明用于需要断电进行数据保护的嵌入式***。开关控制电路包括Q1、Q2级联组成的开关控制电路以及由锗二极管D1、D2组成的电流开关电路。B1为3V大容量(1000mAH以上,视待保护电路的功耗确定)一次性锂电池(不可充电)。由Q1、Q2级联组成的开关控制电路用作锂电池放电的第一级开关,U1A“与门”的输出作为此级开关的控制端。由D1、D2对头组成的电流开关电路则作为第二级开关,利用VBAT_3V电池电压3V与VCC_5.0V_IN正常供电5V之间的压差实现电池放电的自动开关。VCC_IN是整个开关控制电路的总输出,在0-5V之间变化。U1A输出信号由CPU开关控制信号P_OFF_CTL和看门狗复位信号nWD_OUT进行“与”运算得到,其中P_OFF_CTL在***上电初始化时拉高,而nWD_OUT默认为高(看门狗不使能),则U1A输出在***正常运行期间为高电平,从而使第一级开关保持接通状态。由于工作5V与电池3V的压差,使得***正常运行期间第二级开关保持关闭,***VCC_IN由VCC_5.0V_IN提供,电池不放电。
当***发生断电时,第二级开关瞬间打开,***切换为由备用电池3V供电并进入断电中断处理。在中断处理程序中启动看门狗定时器U2,设定电池开启的最长时间,之后进行断电保护的有关处理,断电保护完成后看门狗定时器U2的引脚13将P_OFF_CTL信号拉低,从而断开备用电池供电。由与门电路U1A的控制逻辑可知,看门狗复位nWD_OUT和P_OFF_CTL任一信号变低都可将电池关闭,正常情况下,断电保护时间会明显小于看门狗电路的定时时间,即备用电池一般由中断例程控制P_OFF_CTL信号进行关断。如***程序跑飞导致P_OFF_CTL的信号无法拉低,则备用电池可由看门狗电路复位信号nWD_OUT来关断,一方面防止电池未关断被额外损耗使用,另一方面避免电池无法关断导致的***无法正常重新启动。该看门狗控制方法是一种硬件定时保护。
开关控制电路的输出VCC_IN经过DC/DC芯片U3变换得到待保护电路的工作电压VCC_3.3V。该DC/DC芯片同时支持降压和升压模式,使得其输入电压在1.8V-6V范围变化时,均可稳定输出待保护电路的工作电压VCC_3.3V,从而使待保护电路在正常5V和电池3V供电时均可稳定工作。
本发明中所使用的U2时钟电路RTC还具有备份电源电压(接入Vbat管脚,及管脚8)检测报警功能,即可通过该RTC检测其Vbat管脚电压是否低于2.5V。当检测到该管脚电压(即电池电压VBAT_3V)低于2.5V时,RTC发出信息给报警电路,从而***发出提示信息提醒用户及时更换电池。
本发明的优点是:采用一次性锂电池做备用电源,同时用于断电保护电路供电和RTC供电,成本低廉;具有电池欠压检测和报警功能;具有防“未关断”硬件保护设计,防止软件未关断时造成电池额外损耗;优化了漏电控制,尽量减小漏电损耗。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种备用电池的控制***,其特征在于,包括:
备用电池放电控制电路,设置为在主电源断电时控制备用电池开始供电;
控制器电路,设置为在主电源断电、备用电池开始供电后进行断电保护处理,断电保护完成后关断备用电池;以及
防“未关断”保护控制电路,设置为在预定的时长后,如果所述控制器电路未关断备用电池,所述防“未关断”电路关断备用电池;
其中,所述备用电池放电控制电路包括:
第一级开关控制电路,设置为在主电源供电时保持接通,断电保护完成后由所述控制器电路断开,或者在所述预定的时长到达后由所述防“未关断”电路断开;以及
第二级开关控制电路,设置为在主电源供电时保持断开,在主电源断电时瞬间接通。
2.根据权利要求1所述的备用电池的控制***,其特征在于,所述***还包括:电压变换电路,设置为将主电源和备用电池的输出电压变换为***工作电压。
3.根据权利要求2所述的备用电池的控制***,其特征在于,所述电压变换电路同时支持降压和升压模式。
4.根据权利要求1所述的备用电池的控制***,其特征在于,所述第一级开关由所述控制器的控制输出和防“未关断”电路的输出的逻辑“与”控制。
5.根据权利要求1所述的备用电池的控制***,其特征在于,所述第二级开关控制电路包括两个二极管开关,主电源和备用电池分别通过其中的一个所述二极管接至电源输出端;在主电源供电时,利用主电源电压大于备用电池的电压保持备用电池不供电;在主电源断电时,备用电源即开始供电。
6.根据权利要求5所述的备用电池的控制***,其特征在于,所述防“未关断”电路为“看门狗”定时电路;当主电源断电,备用电源供电时,启动所述“看门狗”定时电路,设定备用电源开启的预定时长;所述预定时长到达后,“看门狗”定时电路控制所述第一级开关控制电路断开。
7.根据权利要求6所述的备用电池的控制***,其特征在于,所述“看门狗”定时电路,还设置为测量所述备用电池的电压,当所述备用电池的电压低于预定的电压值时,发出信号给报警电路。
8.根据权利要求1-7之一所述的备用电池的控制***,其特征在于,所述备份电池是一次性锂电池。
9.一种备用电池的控制方法,所述备用电池由第一级开关控制电路和第二级开关控制电路控制,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
主电源供电时保持所述第一级开关控制电路接通,同时保持所述第二级开关控制电路断开;
所述主电源断电时瞬间接通所述第二级开关控制电路,使所述备用电池开始供电;
所述主电源断电、所述备用电池开始供电后进行断电保护处理;
断电保护完成后由***控制程序断开所述第一级开关控制电路,使所述备用电池停止供电;
在预定的时长到达后,如果所述***控制程序未断开所述第一级开关控制电路,则由硬件计时电路断开所述第一级开关控制电路。
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