CN116707118A - 掉电检测和掉电保持功能电路及电子设备 - Google Patents

掉电检测和掉电保持功能电路及电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种掉电检测和掉电保持功能电路及电子设备，该掉电检测和掉电保持功能电路包括：电源输出端，用于接入所述处理器；储能电路，与所述电源输出端连接；掉电保持控制电路，串联设置于所述储能电路与所述电源输出端之间，所述掉电保持控制电路的受控端与所述处理器连接，所述掉电保持控制电路用于控制所述储能电路与所述电源输出端之间的连接导通/关断；以及，基于所述处理器的控制，断开所述储能电路与所述电源输出端之间的电连接，以使所述储能电路停止为处理器供电。本发明可以解决现有的掉电存储方案浪费能源的问题。

Description

掉电检测和掉电保持功能电路及电子设备
技术领域
本发明涉及电子设备技术领域，特别涉及一种掉电检测和掉电保持功能电路及电子设备。
背景技术
工业***控制产品在输入主电源突然掉电时，需要启用备用电源以持续供电一定时间，用于对掉电状态时的相关数据进行存储，同时防住由于掉电时因***不当的读写操作引起FLASH等存储器器件的异常，因此需要设计一种具有掉电检测和供电保持功能的***电路。现有技术中，有的方案是掉电后备用储能供电保持电路不做任何控制，直至备用储能装备电能消耗完，造成能源浪费。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种掉电检测和掉电保持功能电路，旨在解决现有的掉电存储方案浪费能源的问题。
为实现上述目的，本发明提出的掉电检测和掉电保持功能电路，包括：
电源输出端，用于接入所述处理器；
储能电路，与所述电源输出端连接；
掉电保持控制电路，串联设置于所述储能电路与所述电源输出端之间，所述掉电保持控制电路的受控端与所述处理器连接，所述掉电保持控制电路用于控制所述储能电路与所述电源输出端之间的连接导通/关断；
以及，基于所述处理器的控制，断开所述储能电路与所述电源输出端之间的电连接，以使所述储能电路停止为处理器供电。
可选地，所述掉电检测和掉电保持功能电路还包括：
电源输入端，所述电源输入端与所述电源输出端连接，用于接入输入电源；
电源转换电路，所述电源转换电路具有第一输出端及第二输出端，所述电源转换电路的输入端与电源输入端连接，所述电源转换电路的第一输出端与所述电源输出端的输入连接，所述电源转换电路的第二输出端与所述储能电路的输入端连接；
所述电源转换电路用于将接入的输入电源转换为供电电压后自第一输出端输出至所述电源输出端，以为所述处理器供电；
以及，用于将接入的输入电源转换为充电电压后自第二输出端输出至所述储能电路，以为所述储能电路充电。
可选地，所述掉电检测和掉电保持功能电路还包括：
电源输入端，所述电源输入端与所述电源输出端连接，用于接入输入电源；
电源检测电路，所述电源检测电路的检测端与所述电源输入端连接，所述电源检测电路的输出端与所述掉电保持控制电路的受控端连接，所述电源检测电路用于检测所述电源输入端的输出电压，并在所述电源输入端的输出电压小于第一预设电压时，输出掉电保持信号至所述掉电保持控制电路，以使所述掉电保持控制电路控制所述储能电路与所述电源输出端电连接，以使所述储能电路为处理器供电。
可选地，所述电源检测电路的锁定检测端与所述电源检测电路的输出端连接，所述电源检测电路还用于在检测到所述掉电保持信号时进行锁定，以持续输出掉电保持信号。
可选地，所述电源检测电路的锁定检测端还与所述处理器连接，所述电源检测电路还用于在接收到所述处理器输出的关断信号时解除锁定，停止输出掉电保持信号至所述掉电保持控制电路，以使所述掉电保持控制电路断开所述储能电路与所述电源输出端之间的电连接，以使所述储能电路停止为处理器供电。
可选地，所述电源检测电路包括：
掉电检测电路，所述掉电检测电路的检测端与所述电源输入端连接，所述掉电检测电路的输出端与所述掉电保持控制电路的受控端连接，所述掉电检测电路用于检测所述电源输入端的输出电压，并在所述电源输入端的输出电压小于第一预设电压时，输出掉电保持信号至所述掉电保持控制电路，以使所述掉电保持控制电路控制所述储能电路与所述电源输出端电连接，以使所述储能电路为处理器供电；
掉电状态自锁电路，所述掉电状态自锁电路的控制端与所述掉电检测电路的受控端连接，所述掉电状态自锁电路的锁定检测端与所述掉电检测电路的输出端连接，所述掉电状态自锁电路用于在检测到所述掉电保持信号时，控制所述掉电检测电路持续输出掉电保持信号。
可选地，所述电源检测电路的输出端还与所述处理器连接，所述电源检测电路还用于检测所述电源输入端的输出电压，并在所述电源输入端的输出电压小于第一预设电压时，输出掉电保持信号至所述处理器，以使所述处理器进行数据存储。
可选地，所述掉电检测和掉电保持功能电路还包括：
电源管理电路，所述电源管理电路的输入端与所述电源输出端连接，所述电源管理电路的输出端与所述处理器的供电端连接，所述电源管理电路用于将所述电源输出端输出的电源转换为供电电源后输出至所述处理器，以为所述处理器供电。
可选地，所述处理器的控制端与所述电源管理电路的受控端连接，所述处理器还用于在完成数据存储后，输出关断信号至所述电源管理电路，以控制所述电源管理电路停止为所述处理器供电。
可选地，所述电源管理电路的输出端还与所述掉电保持控制电路的受控端连接；
所述掉电保持控制电路还用于在所述电源管理电路的输出电压大于第二预设电压时，断开所述储能电路与所述电源输出端之间的电连接。
可选地，所述掉电保持控制电路包括第八电阻、第九电阻、第二开关管、第三开关管及第四开关管，所述第三开关管的输入端与所述储能电路的输出端连接，所述第三开关管的输出端与所述第四开关管的输出端连接，所述第四开关管的输入端与所述电源输出端连接，所述第三开关管及第四开关管的受控端与所述第二开关管的输入端连接，所述第二开关管的输出端接地，所述第二开关管的受控端通过所述第八电阻与所述处理器的供电端连接，所述第九电阻的第一端与所述第三开关管的输出端连接，所述第九电阻的第二端与所述第二开关管的输入端连接。
本发明还提出一种电子设备，包括处理器及如上述的掉电检测和掉电保持功能电路；
其中，所述处理器与所述掉电检测和掉电保持功能电路的电源输出端连接。
本发明技术方案中，通过设置储能电路及掉电保持控制电路，掉电保持控制电路能够在***掉电时导通，使得储能电路能够在***掉电时为处理器进行掉电数据存储提供电源，使得处理器能够顺利完成掉电数据存储的工作。同时，处理器还能够在完成掉电数据存储的工作后，控制掉电保持控制电路断开储能电路的供电通路，从而避免储能电路中储存的电能造成浪费，同时还能够提高储能电路中储能器件的使用寿命，提高掉电检测和掉电保持功能电路的稳定性和实用性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明掉电检测和掉电保持功能电路一实施例的功能模块示意图；
图2为本发明掉电检测和掉电保持功能电路另一实施例的功能模块示意图；
图3为本发明掉电检测和掉电保持功能电路一实施例的电路结构示意图。
附图标号说明：
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
目前，工业***控制产品在输入主电源突然掉电时，需要启用备用电源以持续供电一定时间，用于对掉电状态时的相关数据进行存储，同时防住由于掉电时因***不当的读写操作引起FLASH等存储器器件的异常，因此需要设计一种具有掉电检测和供电保持功能的***电路。现有技术中，有的方案是掉电后备用储能供电保持电路不做任何控制，直至备用储能装备电能消耗完，造成能源浪费。
为解决上述问题，本发明提出一种掉电检测和掉电保持功能电路，参照图1至图3，在一实施例中，所述掉电检测和掉电保持功能电路包括：
电源输出端，用于接入所述处理器；
储能电路10，与所述电源输出端连接；
掉电保持控制电路20，串联设置于所述储能电路10与所述电源输出端之间，所述掉电保持控制电路20的受控端与所述处理器连接，所述掉电保持控制电路20用于控制所述储能电路10与所述电源输出端之间的连接导通/关断；
以及，基于所述处理器的控制，断开所述储能电路10与所述电源输出端之间的电连接，以使所述储能电路10停止为处理器供电。
在本实施例中，电源输出端用于接入处理器，以在供电电路掉电时，为后级的处理器进行正常供电，以使后级负载处理器能够及时将数据进行储存，防止数据因掉电而丢失，电源输出端还可以与供电电路连接，用于为接入的后级负载进行正常供电。储能电路10可以选用储能电容、可充电电池等储能器件来实现，储能电路10还可以是与为后级处理器正常供电的供电电路电连接，以在供电电路为接入的处理器进行正常供电时，将供电电路输出的一部分电能存储起来，用作临时供电的电能，储能电路10中的电能也可以是来自其他电路的。掉电保持控制电路20可以选用开关管等来实现，以控制储能电路10与电源输出端之间通路的连通或断开，掉电保持控制电路20用于在后级负载处理器掉电时，控制储能电路10与电源输出端电连接，以使储能电路10为后级负载处理器提供临时供电。
需要注意的是，掉电保持控制电路20的受控端与处理器连接，当处理器输出关断信号时，掉电保持控制电路20则控制储能电路10与电源输出端断开，使储能电路10停止为处理器供电。因此，可以将处理器设置为在掉电时进行数据存储，并在数据存储完成后输出关断信号，以使储能电路10停止供电，实际的掉电工作流程可以如下所述：在供电电路掉电时，掉电保持控制电路20导通，控制储能电路10与电源输出端电连接，以为处理器供电，同时，处理器在供电电路掉电时开始存储相关数据，并在处理器完成掉电数据存储的工作后，输出关断信号至掉电保持控制电路20，控制掉电保持控制电路20关断，从而使得储能电路10停止供电。如此设置，在处理器完成掉电数据存储的工作后，可以控制储能电路10断开供电，从而避免储能电路10中储存的电能造成浪费，同时还能够提高储能电路10中储能器件的使用寿命，提高掉电检测和掉电保持功能电路的稳定性和实用性。此外，由处理器直接实现对临时供电通路的控制，能够省去额外设置监控电路的成本，降低了电路的复杂性，提高了掉电检测和掉电保持功能电路的稳定性。
本发明技术方案中，通过设置储能电路10及掉电保持控制电路20，掉电保持控制电路20能够在***掉电时导通，使得储能电路10能够在***掉电时为处理器进行掉电数据存储提供电源，使得处理器能够顺利完成掉电数据存储的工作。同时，处理器还能够在完成掉电数据存储的工作后，控制掉电保持控制电路20断开储能电路10的供电通路，从而避免储能电路10中储存的电能造成浪费，同时还能够提高储能电路10中储能器件的使用寿命，提高掉电检测和掉电保持功能电路的稳定性和实用性。
参照图1至图3，在一实施例中，所述掉电检测和掉电保持功能电路还包括：
电源输入端，所述电源输入端与所述电源输出端连接，用于接入输入电源；
电源转换电路30，所述电源转换电路30具有第一输出端及第二输出端，所述电源转换电路30的输入端与电源输入端连接，所述电源转换电路30的第一输出端与所述电源输出端连接，所述电源转换电路30的第二输出端与所述储能电路10的输入端连接；
所述电源转换电路30用于将接入的输入电源转换为供电电压后自第一输出端输出至所述电源输出端，以为所述处理器供电；
以及，用于将接入的输入电源转换为充电电压后自第二输出端输出至所述储能电路10，以为所述储能电路10充电。
可以理解的是，在负载电路处理器功耗大，且需要掉电保持时间较大的应用工况下，如负载功耗为30W需要掉电保持10s以上工况，即储能电路10需要采用大容量的超级电容或者可充电电池，导致储能充电时间就比较长，但是后级负载电路中给处理器供电的集成PMIC或多路独立输出电源芯片U4对上电的上升沿是有较严格的要求。当正常供电回路和储能回路在***中都共用一路供电电源时，也即本实施例中第一输出端及第二输出端为同一输出端时，电源输出端的电源会因为储能电路10充电而导致上升沿过大，会导致负载电路中集成PMIC或多路独立输出电源芯片U4的输出异常，同时，储能电路10中的超级电容或可充电电池从0V到充满电的充电时间非常长，导致后级负载供电较慢，也会导致产品***从上电到处理器完成开机的时间较长，影响用户体验。
因此，在本实施例中，电源转换电路30内可以设置两路电源输出，分别通过第一输出端与第二输出端输出，第一输出端直接输出至电源输出端，用作正常供电，第二输出端则输出至储能电路10，用于为储能电路10进行充电。如此设置，通过设置两路电源分别进行供电，第一输出端直接输出电压至电源输出端，保证电压的上升沿满足后级负载的要求，并且在第二输出端为储能电路10充电时，后级负载能够由第一输出端进行供电，避免开机时间长的缺点，提高了用户的使用体验感。
在本实施例中，电源转换电路30可以选用两路DC-DC电压变换电路、AC-DC电压变换电路等电路来实现，两路电源可以分别根据实际的使用需求选用对应的电源转换电路30，例如应用于工业通讯时，电源输入端接入的输入电源通常为24V，应用于通信类设备时，电源输入端接入的输入电源通常为48V，而掉电时需要进行数据保存等操作的处理器如ARM、MCU或FPGA等实际需求的供电电源基本是小于5V，且处理器或FPGA等需求多路供电电源的电源管理IC输入电压大多数小于12V，故需要先进行电源转换。由于工业产品内部电路实际需求电源参数有差异，因此，电源转换电路30内的两路电源转换可以根据实际的使用需求，选用对应的电源转换电路30以将输入电源转化为处理器所需的供电电源。同时，与储能电路10对应的一路电源转换还可以根据储能电路10中储能器件的类型来进行选择，例如，当储能电路10中的储能器件选用可充电电池时，与储能电路10对应的一路电源转换可以选用专用的电池充电管理电源IC来实现，以提高可充电电池的使用寿命。
参照图1至图3，在一实施例中，所述掉电检测和掉电保持功能电路还包括：
电源输入端，所述电源输入端与所述电源输出端连接，用于接入输入电源；
电源检测电路40，所述电源检测电路40的检测端与所述电源输入端连接，所述电源检测电路40的输出端与所述掉电保持控制电路20的受控端连接，所述电源检测电路40用于检测所述电源输入端的输出电压，并在所述电源输入端的输出电压小于第一预设电压时，输出掉电保持信号至所述掉电保持控制电路20，以使所述掉电保持控制电路20控制所述储能电路10与所述电源输出端电连接，以使所述储能电路10为处理器供电。
可选地，所述电源检测电路40的输出端还与所述处理器连接，所述电源检测电路40还用于检测所述电源输入端的输出电压，并在所述电源输入端的输出电压小于第一预设电压时，输出掉电保持信号至所述处理器，以使所述处理器进行数据存储。
在本实施例中，电源输入端可以与电源输出端连接，以使接入的输入电源为后级负载处理器进行正常供电，当电源输入端掉电时，则由储能电路10为后级负载处理器进行临时供电。第一预设电压可以为***能够正常工作时的最小电压，例如，当电源输入端的电压大于5V时，后级负载处理器能够正常工作，而电源输入端的电压小于5V时，后级负载处理器无法正常工作，那么可以将5V设置为第一预设电压，如此，当电源输入端的输出电压大于第一预设电压时，表征为电源输入端上电，而当电源输入端的输出电压小于第一预设电压时，表征为电源输入端掉电。
电源检测电路40可以选用分压电阻、比较器及开关管来实现，以在电源输入端的输出电压小于第一预设电压时，也即电源输入端掉电时，输出掉电保持信号至掉电保持控制电路20与处理器，使得掉电保持控制电路20控制储能电路10与电源输出端电连接，从而使得储能电路10为后级负载处理器临时供电，以使后级负载处理器能够及时完成数据储存的工作，避免了数据的丢失，提高了电子设备的稳定性和安全性。电源检测电路40可以利用比较器来实现掉电保持信号的输出，将第一预设电压作为基准电压接入比较器，从而使得电源检测电路40能够在电源输入端的输出电压小于第一预设电压时输出掉电保持信号，从而实现对掉电保持控制电路20的控制。
参照图1至图3，在一实施例中，所述电源检测电路40的锁定检测端与所述电源检测电路40的输出端连接，所述电源检测电路40还用于在检测到所述掉电保持信号时进行锁定，以持续输出掉电保持信号。
在本实施例中，电源检测电路40还具有自锁的功能，也即电源检测电路40在检测到电源输入端的输出电压小于第一预设电压时输出掉电保持信号，并在确认电源检测电路40输出了掉电保持信号之后进入锁定状态，使得电源检测电路40一直输出掉电保持信号，从而控制掉电保持控制电路20保持导通的状态。如此设置，能够防止输入电源掉电后又立刻上电等来、回操作，导致电源检测电路40的输出变化，导致储能电路10停止给负载处理器供电，即避免负载电路中处理器在进行掉电数据保存过程中出现异常中断供电，导致出现数据保存功能异常或器件损坏问题。
参照图1至图3，在一实施例中，所述电源检测电路40的锁定检测端还与所述处理器连接，所述电源检测电路40还用于在接收到所述处理器输出的关断信号时解除锁定，停止输出掉电保持信号至所述掉电保持控制电路20，以使所述掉电保持控制电路20断开所述储能电路10与所述电源输出端之间的电连接，以使所述储能电路10停止为处理器供电。
在本实施例中，电源检测电路40的锁定检测端还与处理器连接，处理器能够在完成掉电数据存储的工作后，输出关断信号，在控制掉电保持控制电路20断开储能电路10的供电通路的同时，控制电源检测电路40解除锁定状态，使得电源检测电路40恢复初始状态。如此设置，使得处理器在完成掉电数据存储的工作后，能够控制电源检测电路40解除锁定状态，使得电源检测电路40能够重新开始检测电源输入端的电源状态，以在***掉电时，及时控制储能电路10的供电通路导通，提高了掉电检测和掉电保持功能电路的稳定性和安全性。
参照图1至图3，在一实施例中，所述电源检测电路40包括：
掉电检测电路，所述掉电检测电路的检测端与所述电源输入端连接，所述掉电检测电路的输出端与所述掉电保持控制电路20的受控端连接，所述掉电检测电路用于检测所述电源输入端的输出电压，并在所述电源输入端的输出电压小于第一预设电压时，输出掉电保持信号至所述掉电保持控制电路20，以使所述掉电保持控制电路20控制所述储能电路10与所述电源输出端电连接，以使所述储能电路10为处理器供电；
掉电状态自锁电路，所述掉电状态自锁电路的控制端与所述掉电检测电路的受控端连接，所述掉电状态自锁电路的锁定检测端与所述掉电检测电路的输出端连接，所述掉电状态自锁电路用于在检测到所述掉电保持信号时，控制所述掉电检测电路持续输出掉电保持信号。
在本实施例中，电源检测电路40可以分别为掉电检测电路及掉电状态自锁电路两部分，参照图3，图3为掉电检测和掉电保持功能电路一实施例的电路结构示意图，掉电检测电路由第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一电容C1、第二电容C2、第三二极管D3及比较器U1组成，掉电自锁电路由第一开关管Q1、第三电容C3及第七电阻组R7组成。具体地，比较器U1采用VDD4供电，第一电阻R1和第二电阻R2是作为设置输入电源第一预设电压的参考源，其中第一电阻R1和第二电阻R2的分压值为Vref1＝VDD4*R1/(R1+R2)。第六电阻R6用于设置比较器U1的磁滞阈值以消除抖动和干扰，选取第六电阻R6值应远大于第三电阻R3和第五电阻R5值；输入电源VIN经过第四电阻R4和第五电阻R5分压后的值约为Vref2＝VIN*R5/(R4+R5)。根据比较器U1的工作原理可知，当Vref2小于Vref1时，也即输入电源掉电时，比较器U1输出高电平；当Vref2大于Vref1时，也即输入电源上电时，比较器U1输出为低电平；另外，第一电容C1的作用是通过与第四电阻R4组成一个低通滤波电路，滤除外界输入的瞬态杂散干扰信号，以免掉电检测电路误触发。在***下电的过程中当输入电源VIN小于第一预设电压时，VIN_CHECK信号变为高电平，第一开关管Q1经过第七电阻R7和第二电容C2设置一定磁滞滤波延时后工作为导通状态，随即第五电阻R5被第一开关管Q1导通后近似短路掉，检测值Vref2变为约等于0V，保证掉电后Vref2一直处于小于Vref1，比较器U1保持输出高电平，信号VIN_CHECK也保持为高电平，故掉电保持控制电路20一直处于导通状态，储能电路10持续给负载电路供电，因此这个电路主要作用是对掉电后的状态进行自锁。
参照图1至图3，在一实施例中，所述掉电检测和掉电保持功能电路还包括：
电源管理电路50，所述电源管理电路50的输入端与所述电源输出端连接，所述电源管理电路50的输出端与所述处理器的供电端连接，所述电源管理电路50用于将所述电源输出端输出的电源转换为供电电源后输出至所述处理器，以为所述处理器供电。
在本实施例中，还设有电源管理电路50，用于管理输出至处理器的电源，电源管理电路50可以选用给处理器供电的集成PMIC或多路独立输出电源芯片来实现，以满足处理器的多路供电需求，同时，设置电源管理电路50对处理器进行供电，有利于提高处理器的处理能力及使用寿命，提高了掉电检测和掉电保持功能电路的稳定性和安全性。
可选地，所述处理器的控制端与所述电源管理电路50的受控端连接，所述处理器还用于在完成数据存储后，输出关断信号至所述电源管理电路50，以控制所述电源管理电路50停止为所述处理器供电。
在一实施例中，电源管理电路50中除给处理器供电的集成PMIC或多路独立输出电源芯片外，还可以设有开关电路，并将开关电路设置在集成PMIC或多路独立输出电源芯片与电源输出端之间，用于控制电源输出端与集成PMIC或多路独立输出电源芯片之间的通断。如此设置，使得处理器还能够在完成数据存储后，控制电源管理电路50停止供电，以实现处理器的自我重启功能。
可选地，所述电源管理电路50的输出端还与所述掉电保持控制电路20的受控端连接；
所述掉电保持控制电路20还用于在所述电源管理电路50的输出电压大于第二预设电压时，断开所述储能电路10与所述电源输出端之间的电连接。
在一实施例中，还将电源管理电路50的输出端与所述掉电保持控制电路20的受控端连接，也即将掉电保持控制电路20的受控端与处理器的供电端连接，第二预设电压可以是处理器能够正常工作的电压值。如此设置，在电源输入端上电过程中，由于电源管理电路50对处理器的供电端在建立工作电压时设置了一定的延迟时间，以保证产品设备在整个上电过程中，掉电保持控制电路20和电源检测电路40中的掉电状态自锁电路都处于截住状态。
参照图3，在一实施例中，所述掉电保持控制电路20包括第八电阻R8、第九电阻R9、第二开关管Q2、第三开关管Q3及第四开关管Q4，所述第三开关管Q3的输入端与所述储能电路10的输出端连接，所述第三开关管Q3的输出端与所述第四开关管Q4的输出端连接，所述第四开关管Q4的输入端与所述电源输出端连接，所述第三开关管Q3及第四开关管Q4的受控端与所述第二开关管Q2的输入端连接，所述第二开关管Q2的输出端接地，所述第二开关管Q2的受控端通过所述第八电阻R8与所述处理器的供电端连接，所述第九电阻R9的第一端与所述第三开关管Q3的输出端连接，所述第九电阻R9的第二端与所述第二开关管Q2的输入端连接。
可以理解的是，现有的掉电方案中，掉电保持控制电路20通常采用MOS管加二极管的方案，在后级负载大和在掉电后需要持续供电时间较长的产品应用中，由于二极管导通电压较高，导致损耗较大，故引起储能器件增加，导致电路成本增加和产品体积过大。因此，在本实施例中，参照图3，掉电保持控制电路20采用两个MOS管背对背连接，第三开关管Q3和第四开关管Q4的作用是：一是输入电源VIN上电后，将储能电路10的VDD3和VDD4隔开，以免给负载电路供电的电源VDD4给储能电路10倒灌电，造成VDD4由于储能电路10充电时间过长导致负载电路启动异常问题；二是输入电源VIN掉电后，储能电路10可以经过第三开关管Q3和第四开关管Q4给负载电路供电，维持负载电路中的处理器进行数据保存等相关工作，同时利用MOS管导通电阻小的优点，减小放电回路的损耗，节省储能电路10所需要储能器件成本，和避免因存储器件增加导致产品体积过大问题。
为了更好的阐述本发明的发明构思，以下结合具体实施例及电路结构示意图对本发明的工作原理进行说明。
参照图3，图3为掉电检测和掉电保持功能电路一实施例的电路结构示意图，其中，掉电检测电路由第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一电容C1、第二电容C2、第三二极管D3及比较器U1组成，掉电自锁电路由第一开关管Q1、第三电容C3及第七电阻组R7组成，储能电路10由第十电阻R10和第四电容C4组成，掉电保持控制电路20由第八电阻R8、第九电阻R9、第二开关管Q2、第三开关管Q3及第四开关管Q4组成，电源管理电路50由电源管理芯片U4、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第六电容C6及第五开关管Q5组成，第一电源转换电路30为电源转换芯片U2，第二电源转换电路30为电源转换芯片U3。
首先结合图3对掉电检测和掉电保持功能电路中各个电路部分的工作原理进行说明。
第一电源转换电路30与第二电源转换电路30：在输入电源VIN上电后，电源VIN经电源转换芯片U2转换成VDD1电源，VDD1经第一二极管D1转成VDD4，VDD4再给后级电源管理电路50供电；同时，VIN经电源转换芯片U3把VIN转换成VDD2电源，VDD2经第二二极管D2和限流电阻R10给超级电容C4充电。
掉电检测电路：比较器U1采用VDD4供电，第一电阻R1和第二电阻R2是作为设置VIN欠压阈值的参考源，其中第一电阻R1和第二电阻R2的分压值为Vref1＝VDD4*R1/(R1+R2)。第六电阻R6用于设置比较器器的磁滞阈值以消除抖动和干扰，选取第六电阻R6值应远大于第三电阻R3和第五电阻R5值；VIN经过第四电阻R4和第五电阻R5分压后的值就约为Vref2＝VIN*R5/(R4+R5)。根据比较器工作原理可知，当Vref2小于Vref1时，比较器U1输出高电平；当Vref2大于Vref1时，比较器U1输出为低电平；另外，第一电容C1的作用是通过与第四电阻R4组成一个低通滤波电路，滤除外界输入的瞬态杂散干扰信号，以免掉电检测电路误触发。
掉电保持控制电路20中的MOS管Q2工作状态是由比较器U1和VDD5控制的，当U1输出高电平且VDD5电源值大于MOS管Q2的启动电压Vgs-th时，MOS管Q2导通,MOS管Q3和MOS管Q4也随之导通，储能电路10中的超级电容C4经MOS管Q3和MOS管Q4后给负载电路供电。当比较器U1输出为低电平时，检测信号VIN_CHECK为低电平，即MOS管Q2工作为截止状态，MOS管Q3和MOS管Q4也随之工作为截止状态。因此，对输入电源VIN的掉电检测电路是根据比较器U1输出的电平状态判断是否掉电，即可设置输入电源VIN的欠压阈值V1约为Vref1*(R4+R5)/R5。
设置电源转换芯片U2输入电源的启动阈值要小于掉电检测电路欠压阈值V1，以保证检测到掉电欠压时，电源转换芯片U2还能正常工作以保持VDD4属于正常工作状态，包括电容C5的作用是掉电后储能电路10在供电前保证VDD4属于正常工作状态；负载电路中电源管理芯片U4的启动使能引脚EN通过第十一电阻R11、第十二电阻R12和第六电容C6形成一个延时启动电路，一方面是保证VDD4电源在建立稳定后U4才启动工作，另一方面是用于通过设置VDD4*R11*C6参数大于VIN*R4*C1值，保证在上电的过程中输入电源VIN值小于掉电检测电路欠压阈值V1时，负载电路中VDD5还没建立，以实现掉电保持控制电路20和掉电状态自锁电路工作于截住状态。电源VIN刚开始上电时，即从0V上升到最终正常供电范围内的过程中，VDD1电源建立时间早，在VIN输入小于欠压阈值V1时，VDD4起来后给负载电路和比较器U1供电。比较器U1的正相输入电压值为Vref1,比较器反相输入值Vref2约等于VIN*R5/(R4+R5)，为了避免在上电的过程中输入电源VIN值小于掉电检测电路欠压阈值V1时，即Vref2小于Vref1，比较器U1输出为高电平导致误触发掉电信号问题，采用第二电阻R2和第二电容C2组成延迟电路(设置VDD4*R2*C2参数大于VIN*R4*C1值)保证Vref1建立时间较长，同时结合第十一电阻R11和第六电容C6组成延时启动电路(设置VDD4*R11*C6参数大于VIN*R4*C1值)使其VDD5建立时间较慢，从而保证了输入电源VIN在上电的过程中VIN_CHECK信号的值一直为低电平，故开关管Q2一直处于截止状态，即掉电保持控制电路20工作于截止状态，同时掉电状态自锁电路中的开关管Q1也处于截止工作状态；当输入电压VIN输入大于掉电检测电路欠压阈值V1时，即Vref2大于Vref1后，比较器U1输出为低电平，VIN_CHECK信号为低电平，此时开关管Q2和开关管Q1都工作为截止状态，同时负载电路中的处理器U5可以读取到VIN_CHECK电平为低时，获知输入电源VIN处于正常供电状态。
掉电保持控制电路20：P型MOS管Q3和Q4背对背连接，第九电阻R9并联在MOS管Q3和Q4的G和S极之间，N型MOS管Q2用于控制MOS管Q3和Q4，第八电阻R8上拉到负载电路中的电源VDD5，MOS管Q2的控制端经过第三二极管D3连接到掉电检测电路中的比较器U1的输出引脚上。上电后由于掉电检测电路把VIN_CHECK电平拉低，即MOS管Q2工作于截住状态，故MOS管Q3和Q4都工作于截止状态。第九电阻R9作用是MOS管Q2处于截住状态时，使MOS管的G极和S极电压相等，以保证MOS管Q3和Q4处于完全截住状态。
掉电自锁电路：在***上电的过程中当输入电源VIN小于欠压阈值V1时，由于采用第二电阻R2和第二电容C2组成延迟电路(设置VDD4*R2*C2参数大于VIN*R4*C1值)保证Vref1建立时间较长，同时结合第十一电阻R11和第六电容C6组成延时启动电路(设置VDD4*R11*C6参数大于VIN*R4*C1值)使其VDD5建立时间较慢，从而保证了输入电源VIN在上电的过程中VIN_CHECK信号的值一直为低电平，故掉电状态自锁电路中的开关管Q1处于截住工作状态。
在***上电的过程中当输入电源VIN大于欠压阈值V1后，即Vref2大于Vref1，比较器U1输出为低电平，即同时通过第三二极管D3把VIN_CHECK电平拉为低电平，开关管Q1工作于截住状态，故在整个上电的过程中掉电状态自锁电路都处于截住状态。
电源管理电路50：电源VDD4经第十一电阻R11和第十二电阻R12分压后连到电源管理芯片U4的使能引脚EN上，是用于设置电源管理芯片U4的输入电源启动工作电压范围；第十一电阻R11和第六电容C6是用于设置电源管理芯片U4延时启动时间，一方面是保证VDD4电源在建立稳定后电源管理芯片U4才启动工作，另一方面是用于通过设置VDD4*R11*C6参数大于VIN*R4*C1值，保证在上电的过程中输入电源VIN值小于掉电检测电路欠压阈值V1时，负载电路中VDD5还没建立，以实现掉电保持控制电路20和掉电状态自锁电路都工作于截住状态。三极管Q5的集电极连接到电源管理芯片U4的EN使能引脚上，发射极连接到GND上，基极经过电阻R13连接到处理器U5的IO引脚上，在输入电源VIN上电过程中，处理器U5控制EN_RST信号为低电平，故三极管Q5工作在截止状态。
以下结合图3对掉电检测和掉电保持功能电路掉电过程的工作原理进行说明。
当输入电源VIN开始掉电后，VIN小于欠压检测阈值V1(约为Vref1*(R4+R5)/R5)时，比较器U1输出为高电平(值约等于VDD4)，此时VIN_CHECK信号变为高电平(值约为VDD5)，掉电保持控制电路20中的开关管Q2工作为导通状态，开关管Q3和Q4随即也工作为导通状态，此时储能电路10中的超级电容C4经过开关管Q3和Q4给负载电路供电。负载电路中的处理器U5读取到VIN_CHECK由低变为高电平后，识别出是输入电源VIN已开始掉电，于是处理器U5开始进行数据保存等相关操作。输入电源VIN掉电后，整个***根据处理器U5工作状态，分成刚启动数据保存工作和完成数据保存工作这两种状态来描述其工作原理：
处理器U5刚启动数据保存工作时，VIN_CHECK信号为高电平，开关管Q1经过第七电阻R7和第二电容C2设置一定磁滞滤波延时后工作为导通状态，随即第五电阻R5被开关管Q1导通后近似短路掉，检测值Vref2变为约等于0V，保证掉电后Vref2一直处于小于Vref1,比较器U1保持输出高电平，信号VIN_CHECK也保持为高电平，故掉电保持控制电路20一直处于导通状态，储能电路10中的C4持续给负载电路供电。同时，处理器U5控制EN_RST信号为低电平，故三极管Q5工作在截止状态，电源管理芯片U4保持工作状态。
处理器U5完成数据保存工作后，主动控制把VIN_CHECK信号拉低，使得开关管Q2变为工作于截住状态，开关管Q3和Q4随即工作为截住状态，超级电容C4停止给负载供电。同时，VIN_CHECK信号变为低电平，开关管Q1变为截止状态，掉电检测电路中的第五电阻R5被短路的状态随即解除，解除锁定状态。处理器U5完成掉电数据保存等操作后，主动控制把信号VIN_CHECK拉低有如下三点作用：一是对掉电状态自锁电路进行解锁，使其恢复到原始状态；二是节约电路成本，处理器U5主动关断储能器件C4的放电电路，让VDD4快速下降到0V，以免VIN重新上电后，电源管理芯片U4启动异常，***不需要增加对VDD3等电源方面的监控电路，节省电路成本；三是节能作用，关断储能电路10的放电回路，避免储能电路10中C4的能量浪费。
此外，处理器U5完成数据保存工作后，处理器U5在主动控制把VIN_CHECK信号拉低并维持一定时间后，再控制EN_RST信号为高电平，让三极管Q5工作在导通状态，电源管理芯片U4使能引脚EN被短路到GND上，电源管理芯片U4随即停止工作，可以理解的是，输入电源VIN掉电后，处理器U5在掉电数据保存过程中，输入电源VIN又出现重新建立上电情形时，这时VDD4一直为正常供电工作状态，由于有掉电状态自锁电路作用，处理器U5并不知道VIN已重新完成上电，在主动控制把VIN_CHECK信号拉低并维持一定时间后，已断开了储能电路10和电源输出端的电连接，但是VDD4一直处于有电的正常工作状态，电源管理芯片U4也一直处于正常工作状态，故在完成数据保存工作后，需要对电源管理芯片U4的使能引脚EN进行复位，使电源管理芯片U4停止工作，输出电源VDD5随之掉电，处理器U5也掉电，直至第十一电阻R11、第十二电阻R12和第六电容C6延时启动电路重新建立后，电源管理芯片U4才恢复工作，从而实现处理器U5自动重启的功能。
本发明还提出一种电子设备，包括处理器及如上述的掉电检测和掉电保持功能电路；其中，
所述处理器的供电端与所述掉电检测和掉电保持功能电路的电源输出端连接。该电子设备包括上述的掉电检测和掉电保持功能电路，该掉电检测和掉电保持功能电路的具体结构参照上述实施例，由于本电子设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (12)

1.一种掉电检测和掉电保持功能电路，应用于电子设备中，所述电子设备包括处理器，其特征在于，包括：
电源输出端，用于接入所述处理器；
储能电路，与所述电源输出端连接；
掉电保持控制电路，串联设置于所述储能电路与所述电源输出端之间，所述掉电保持控制电路的受控端与所述处理器连接，所述掉电保持控制电路用于控制所述储能电路与所述电源输出端之间的连接导通/关断；
以及，基于所述处理器的控制，断开所述储能电路与所述电源输出端之间的电连接，以使所述储能电路停止为处理器供电。
2.如权利要求1所述的掉电检测和掉电保持功能电路，其特征在于，所述掉电检测和掉电保持功能电路还包括：
电源输入端，所述电源输入端与所述电源输出端连接，用于接入输入电源；
电源转换电路，所述电源转换电路具有第一输出端及第二输出端，所述电源转换电路的输入端与电源输入端连接，所述电源转换电路的第一输出端与所述电源输出端的输入连接，所述电源转换电路的第二输出端与所述储能电路的输入端连接；
所述电源转换电路用于将接入的输入电源转换为供电电压后自第一输出端输出至所述电源输出端，以为所述处理器供电；
以及，用于将接入的输入电源转换为充电电压后自第二输出端输出至所述储能电路，以为所述储能电路充电。
3.如权利要求1所述的掉电检测和掉电保持功能电路，其特征在于，所述掉电检测和掉电保持功能电路还包括：
电源输入端，所述电源输入端与所述电源输出端连接，用于接入输入电源；
电源检测电路，所述电源检测电路的检测端与所述电源输入端连接，所述电源检测电路的输出端与所述掉电保持控制电路的受控端连接，所述电源检测电路用于检测所述电源输入端的输出电压，并在所述电源输入端的输出电压小于第一预设电压时，输出掉电保持信号至所述掉电保持控制电路，以使所述掉电保持控制电路控制所述储能电路与所述电源输出端电连接，以使所述储能电路为处理器供电。
4.如权利要求3所述的掉电检测和掉电保持功能电路，其特征在于，所述电源检测电路的锁定检测端与所述电源检测电路的输出端连接，所述电源检测电路还用于在检测到所述掉电保持信号时进行锁定，以持续输出掉电保持信号。
5.如权利要求3所述的掉电检测和掉电保持功能电路，其特征在于，所述电源检测电路的锁定检测端还与所述处理器连接，所述电源检测电路还用于在接收到所述处理器输出的关断信号时解除锁定，停止输出掉电保持信号至所述掉电保持控制电路，以使所述掉电保持控制电路断开所述储能电路与所述电源输出端之间的电连接，以使所述储能电路停止为处理器供电。
6.如权利要求3所述的掉电检测和掉电保持功能电路，其特征在于，所述电源检测电路包括：
掉电检测电路，所述掉电检测电路的检测端与所述电源输入端连接，所述掉电检测电路的输出端与所述掉电保持控制电路的受控端连接，所述掉电检测电路用于检测所述电源输入端的输出电压，并在所述电源输入端的输出电压小于第一预设电压时，输出掉电保持信号至所述掉电保持控制电路，以使所述掉电保持控制电路控制所述储能电路与所述电源输出端电连接，以使所述储能电路为处理器供电；
掉电状态自锁电路，所述掉电状态自锁电路的控制端与所述掉电检测电路的受控端连接，所述掉电状态自锁电路的锁定检测端与所述掉电检测电路的输出端连接，所述掉电状态自锁电路用于在检测到所述掉电保持信号时，控制所述掉电检测电路持续输出掉电保持信号。
7.如权利要求3所述的掉电检测和掉电保持功能电路，其特征在于，所述电源检测电路的输出端还与所述处理器连接，所述电源检测电路还用于检测所述电源输入端的输出电压，并在所述电源输入端的输出电压小于第一预设电压时，输出掉电保持信号至所述处理器，以使所述处理器进行数据存储。
8.如权利要求1所述的掉电检测和掉电保持功能电路，其特征在于，所述掉电检测和掉电保持功能电路还包括：
电源管理电路，所述电源管理电路的输入端与所述电源输出端连接，所述电源管理电路的输出端与所述处理器的供电端连接，所述电源管理电路用于将所述电源输出端输出的电源转换为供电电源后输出至所述处理器，以为所述处理器供电。
9.如权利要求8所述的掉电检测和掉电保持功能电路，其特征在于，所述处理器的控制端与所述电源管理电路的受控端连接，所述处理器还用于在完成数据存储后，输出关断信号至所述电源管理电路，以控制所述电源管理电路停止为所述处理器供电。
10.如权利要求8所述的掉电检测和掉电保持功能电路，其特征在于，所述电源管理电路的输出端还与所述掉电保持控制电路的受控端连接；
所述掉电保持控制电路还用于在所述电源管理电路的输出电压大于第二预设电压时，断开所述储能电路与所述电源输出端之间的电连接。
11.如权利要求1所述的掉电检测和掉电保持功能电路，其特征在于，所述掉电保持控制电路包括第八电阻、第九电阻、第二开关管、第三开关管及第四开关管，所述第三开关管的输入端与所述储能电路的输出端连接，所述第三开关管的输出端与所述第四开关管的输出端连接，所述第四开关管的输入端与所述电源输出端连接，所述第三开关管及第四开关管的受控端与所述第二开关管的输入端连接，所述第二开关管的输出端接地，所述第二开关管的受控端通过所述第八电阻与所述处理器的供电端连接，所述第九电阻的第一端与所述第三开关管的输出端连接，所述第九电阻的第二端与所述第二开关管的输入端连接。
12.一种电子设备，其特征在于，包括处理器及如权利要求1-11任意一项所述的掉电检测和掉电保持功能电路；
其中，所述处理器与所述掉电检测和掉电保持功能电路的电源输出端连接。
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