CN214375966U - 一种防止单片机死机的电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种防止单片机死机的电路,包括电池BAT+,所述电池BAT+与电容C2对应电连接,所述电容C2与升压模块对应电连接,所述升压模块与负载R2对应电连接,所述升压模块包括单片机U1,所述单片机U1的EN脚与控制信号ENLS对应电连接,所述控制信号ENLS与MCU状态检测模块对应电连接;所述MCU状态检测模块包括二极管D1,所述二极管D1与控制信号ENLS对应电连接,所述二极管D1与电容C4对应串联,所述电容C4与信号Control对应电连接,所述信号Control与单片机U2的PWM脚地对应电连接,所述二极管D1还与二极管D2、电容C5和电阻R4对应电连接,所述二极管D2、电容C5和电阻R4对应并联并接地。本实用新型通过增加一个MCU状态检测模块,实现负载开关的可靠控制。
Description
技术领域
本实用新型涉及电路领域,尤其是一种防止单片机死机的电路。
背景技术
现有的负载开关应用电路要么需要负载开关做隔离,负载一般是一个额定电压高于4.2V的用电设备(比如LED灯珠、激光等),但目前市面上用在便携式设备上的锂电池的标称电压基本上都是3.7V(如18650、21700等锂电池),所以我们就在负载前面设计一个升压电路,引入升压电路也同样带来了一个问题,那就是如果直接把电池BAT+接在升压芯片的输入端会导致整个电路的待机电成倍的提高,这时哪怕升压电路没有使能,电池的也会对地进行放电,我们都知道,便携式产品其中的一个核心竞争力就是超长待机,超长续航。所以单一模块就这么大的静态肯定是不满足设计的,所以一般要在电池和升压电路之间加一个负载开关做一个隔离电路。电路在实际应用中,MCU拉高控制信号ENLS,电路开始工作,拉低ENLS,电路停止工作。也有很多产品是不需要负载开关做隔离的,或者是没有那么在意静态电流的,它们的设计一般是通过MCU直接控制电源IC控制开和关。
但是如果MCU死机或程序运行出错,导致控制失效,那么会出现什么情况呢,会导致什么后果呢,这就要控制的是什么产品,产品运用在哪一方面。例如,做一个4000流明的手电,设置的是高亮档4000流明开一分钟之后开始降档(或硬件开关通过外部触发给MCU一个信号让手电提前降档或关机),因为手电体积很小,散热能力有限,只能通过关掉或降档来限制温的度持续上升。其中有一台样机在一次在测试中既不会按照程序设计的自动降档,按键开关给了触发信号也没有响应,也导致温度急骤上升,后边灯头直接开始冒烟,赶紧把电池拆下来,才没有着火,后面拆开来一看,LED灯珠表面已经有烧焦的痕迹了。经过分析,是单片机死机了,因为电路的其它部分是我们一直在用的成熟电路,只有这个单片机是因为价格便宜新换的。另外十几台样机一切正常,后面把失控机子的MCU重新上电,又正常了,像这种MCU死机的现象很少遇到,一旦遇到,拆机断电之后这种现象也很难再复现了。就像我们的手机一样,死机并不常见,一旦死机,只要把电池拆下来,让它断电然后再开机就好了。手机死机还好,不会引发什么特别严重的后果,但这种情况发生在不同产品上就不一样了,像我们遇这样的,要是产品量产销往国外之后,再出现这种烧机冒烟的情况,那么这一款产品可能就要面临着召回的风险,对公司损失将不可估量。另一方面,对用户来说这也会存在一定的隐患。特别是像一些医疗器械,比如激光就在医疗器械中运用的很多,小到激光点痣,这些产品对MCU控制的负载开关可靠性就显得犹为重要。因此,需要设计一种防止单片机死机的电路。
发明内容
为了克服现有技术中的缺陷,提供一种防止单片机死机的电路。
本实用新型通过下述方案实现:
一种防止单片机死机的电路,包括电池BAT+,所述电池BAT+与电容C2对应电连接,所述电容C2与升压模块对应电连接,所述升压模块与负载R2对应电连接,所述升压模块包括单片机U1,所述单片机U1的EN脚与控制信号ENLS对应电连接,所述控制信号ENLS与MCU状态检测模块对应电连接;
所述MCU状态检测模块包括二极管D1,所述二极管D1与控制信号ENLS对应电连接,所述二极管D1与电容C4对应串联,所述电容C4与信号Control对应电连接,所述信号Control与单片机U2的PWM脚地对应电连接,所述二极管D1还与二极管D2、电容C5和电阻R4对应电连接,所述二极管D2、电容C5和电阻R4对应并联并接地。
所述单片机U2的VDD脚和VSS脚分别与电容C3的两端对应电连接。
所述升压模块还包括电感L1,所述电感L1的一端与单片机U1的SW1脚和SW2脚对应电连接,所述电感L1的另一端与电阻R1、电容C1和负载R2对应电连接,所述电阻R1、电容C1与负载R2对应并联,所述电阻R1另一端与电阻R3对应电连接。
所述电阻R3、电容C1和负载R2的另一端分别接地。
本实用新型的有益效果为:
本实用新型一种防止单片机死机的电路适用于MCU控制的负载开关设计,通过增加一个MCU状态检测模块,让电源芯片(单片机U1)只有在MCU(单片机U2)正常工作的时候才能打开,死机的时候使能拉低关闭,从而实现负载开关的可靠设计。
附图说明
图1为本实用新型一种防止单片机死机的电路的电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型优选的实施例进一步说明:
如图1所示,一种防止单片机死机的电路,包括电池BAT+,所述电池BAT+与电容C2对应电连接,所述电容C2与升压模块对应电连接,所述升压模块与负载R2对应电连接,所述升压模块包括单片机U1,所述单片机U1的EN脚与控制信号ENLS对应电连接,所述控制信号ENLS与MCU状态检测模块对应电连接;
所述MCU状态检测模块包括二极管D1,所述二极管D1与控制信号ENLS对应电连接,所述二极管D1与电容C4对应串联,所述电容C4与信号Control对应电连接,所述信号Control与单片机U2的PWM脚地对应电连接,所述二极管D1还与二极管D2、电容C5和电阻R4对应电连接,所述二极管D2、电容C5和电阻R4对应并联并接地。
所述单片机U2的VDD脚和VSS脚分别与电容C3的两端对应电连接。所述升压模块还包括电感L1,所述电感L1的一端与单片机U1的SW1脚和SW2脚对应电连接,所述电感L1的另一端与电阻R1、电容C1和负载R2对应电连接,所述电阻R1、电容C1与负载R2对应并联,所述电阻R1另一端与电阻R3对应电连接。所述电阻R3、电容C1和负载R2的另一端分别接地。
当单片机死机的时候,电平是固定的(要么是一直为高,要么是一直为低)。也正因此才会造成失控的情况。本申请没有单纯的用拉高或拉低的方式去控制开/关,而是引入第三种状态:动态变化的PWM方波,以此来区分单片机是否死机。
当单片机死机的时候,电平是固定的,也正因此才会造成失控的情况。所以我们是否可以采用电平不固定的形式来作为MCU正常工作的标记呢,就跟有些LED指示灯一样,闪烁的时候代表正常。如图1所述,当信号Control是方波的时候,代表正常,使能打开。当信号Control为固定电平的时候,代表异常,使能关闭,这样就能实现完善的保护了。
首先,我们通过在单片机U2的控制引脚PWM脚串联电容C4,利用电容隔直通交的特性,当单片机U1输出为恒定电平的时候,单片机U1的EN脚为低电平。这样确实能解决单片机U1的控制信号为高电平或低输出的时候,单片机U1的EN脚输入为低电平。
但方波输入的时候,还是有问题的,所以又再一次利用电容积分的特性,增加一个电容C5,让方波给电容C5充电,转化成直流电平。但是这样也不能解决问题。因为C5无法实现充电的,原因是因为在方波为低电平的时候,电流会从C4回流回去。所以我们在C4和C5间串一个二极管D1,利用二极管的单向导通特性,仿止电流倒流。
但是实测发现,加上D1二极管之后,在电容C4右侧的波形并没有像预期那样。这里实际输出是负方波,这是因为在上电之前,电容C4两端的电压都为0,刚上电,一个3.3V脉冲的上升沿到来,由于电容C4两端电压不能突变,所以最开始T0时刻,电容C4右侧是跟左侧的电压是同步的(右侧也会感应到一个跟左侧伏值一样脉冲电压3.3V),但当输入的方波进入稳态T1之后,电容C4右侧就不会再带来持续的感应电压(电容隔直通交原理,只有电容C4左侧输入变化的信号时,电容C4的右侧才会跟随左侧电压的变化),而且右侧存在放电回路(通过二极管D1,给电容C4充电的同时流经电阻R4到地),所以电容C4右侧的电压是一个逐渐下降的过程,而电容C4左则的电压在下降沿到来之前一直都是3.3V。当PWM方波下降沿T2到来那一刻,电容C4右侧的电压已经低于3.3V,在这里假设为2.5V(右侧的电压等于二极管D1的管压降0.7V加上C电容5上没放完的电压1.8V);下降沿到来瞬间,电容C4左侧电压从3.3V瞬间变为0V,但由于电容C4两端的电压不能突变,右侧也会感应出一个负3.3V的感应电势,这个负3.3V的感应电动势和+2.5V相叠加,就变成了负0.8V的负压。
当第二个脉冲的上升沿到来时,电容C4右侧又会感应到一个3.3V的电压,这个3.3V和-0.8V叠加在一起之后约等于2.5V,再减去二极管D1的管压降0.7V,那么电容C5上的电压约等于1.8V,此时第二个脉冲又进入稳态,电容C5继续通过R4对地进行放电,假设到第三个脉冲的下降沿到来时,电容C5上的电压下降了0.2V,那么这时,单片机U1的EN脚电压将会为(-3.3+0.7+1.6=-1V),电容C5上的电压会越放越低,这种冲少放多的情况,经过多个周期的循环之后,电容C5上的电压会被放完,而B单片机U1的EN脚的电压值也会变得更低,直到-2.6V左右(-3.3加二极管D1的管压降0.7V),为此,本申请在电容C5和电容C4之间建立一个回流通道。
本申请增加一个二极管D2作为电容C5和电容C4之间的回流通道,当第一个脉冲的上升沿T0过来的时候,电容C4右侧感应到一个3.3V的电压,3.3V流经二极管D1对电容C5充电(由于二极管存在一个管压降,C5的最高电压可充至2.6V左右)。此时单片机U1的EN脚接入高电平,使能打开,同时脉冲也已经进入高电平稳态T1,电容C5会通过电阻R4对地进行放电,当第一个脉冲的下降沿T2到来时,电容C4右侧同样会感应出一个-3.3V的电动势,和没加二极管D2的电路一样,此单片机U1的EN脚为整个电路电位的最低点,而不同的是此时整个GND会通过二极管D2对电容C4的右侧进行充电,在下降沿进入稳态期间,让电容C4的右侧电压始终大于-0.7V。
当第二个脉冲的上升沿到来时,电容C4右侧感应到一个3.3V的电压,这个3.3V和-0.7V叠加在一起之后约等于2.6V,再减去二极管D1的管压降0.7V,那么电容C5上的电压约等于1.9V,如此往复循环。
在实际应用中,如果二极管的管压降是0.7V,那么电容C5上的最大电压就是1.9V左右,但不是一直是1.9V,因为电容是会通过电阻R4对地进行放电的,电阻R4选择越大,放电就越慢,电容C5的电压波动越小。另外,电容C5选择越大,充到相同电位的时间就越长,但是只要我们明白原理,就可以根据不同的应用,调整适合自己电路的参数,具体在此不再赘述。
本实用新型一种防止单片机死机的电路通过串接一个MCU状态检测电路,可以有效防止因为单片机死机所带来的烧机等安全隐患,使单片机控制负载开关变得十分可靠,特别是在精密仪器,比如医疗器械、军工等方面,可靠性显得犹为重要。
尽管已经对本实用新型的技术方案做了较为详细的阐述和列举,应当理解,对于本领域技术人员来说,对上述实施例做出修改或者采用等同的替代方案,这对本领域的技术人员而言是显而易见,在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本实用新型要求保护的范围。
Claims (4)
1.一种防止单片机死机的电路,包括电池BAT+,所述电池BAT+与电容C2对应电连接,所述电容C2与升压模块对应电连接,所述升压模块与负载R2对应电连接,其特征在于:所述升压模块包括单片机U1,所述单片机U1的EN脚与控制信号ENLS对应电连接,所述控制信号ENLS与MCU状态检测模块对应电连接;
所述MCU状态检测模块包括二极管D1,所述二极管D1与控制信号ENLS对应电连接,所述二极管D1与电容C4对应串联,所述电容C4与信号Control对应电连接,所述信号Control与单片机U2的PWM脚地对应电连接,所述二极管D1还与二极管D2、电容C5和电阻R4对应电连接,所述二极管D2、电容C5和电阻R4对应并联并接地。
2.根据权利要求1所述的一种防止单片机死机的电路,其特征在于:所述单片机U2的VDD脚和VSS脚分别与电容C3的两端对应电连接。
3.根据权利要求1所述的一种防止单片机死机的电路,其特征在于:所述升压模块还包括电感L1,所述电感L1的一端与单片机U1的SW1脚和SW2脚对应电连接,所述电感L1的另一端与电阻R1、电容C1和负载R2对应电连接,所述电阻R1、电容C1与负载R2对应并联,所述电阻R1另一端与电阻R3对应电连接。
4.根据权利要求3所述的一种防止单片机死机的电路,其特征在于:所述电阻R3、电容C1和负载R2的另一端分别接地。
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