CN103904769B - 备用电池的控制***及控制方法 - Google Patents

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

备用电池的控制***及控制方法

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池控制和检测电路，要求备用电池具有足够的寿命或者可方便更换。

传统上，备用电池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”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”保护控制电路关断备用电池；

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”保护控制电路断开；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，第一级开关由所述控制器电路的控制输出和所述防“未关断”保护控制电路的输出的逻辑“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，备用电池即开始供电。

优选地，所述防“未关断”保护控制电路为“看门狗”定时电路；当主电源断电，备用电池供电时，启动所述“看门狗”定时电路，设定备用电池开启的预定时长；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，备用电池即开始供电。

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，备用电池供电时，启动所述“看门狗”定时电路，设定备用电池开启的预定时长；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池方案的缺点：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池为***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CPU IO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池，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”保护控制电路关断备用电池；

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”保护控制电路断开；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， 第一级开关由所述控制器电路的控制输出和所述防“未关断”保护控制电路的输出的逻辑“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，备用电池即开始供电。

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”保护控制电路为“看门狗”定时电路；当主电源断电，备用电池供电时，启动所述“看门狗”定时电路，设定备用电池开启的预定时长；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，所述备用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。