備用電池的控制系統(tǒng)及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種備用電池的控制系統(tǒng)和方法。該控制系統(tǒng)包括：備用電池放電控制電路，設(shè)置為在主電源斷電時(shí)控制備用電池開(kāi)始供電；控制器電路，設(shè)置為在主電源斷電、備用電池開(kāi)始供電后進(jìn)行斷電保護(hù)處理，斷電保護(hù)完成后關(guān)斷備用電池；以及防“未關(guān)斷”電路，設(shè)置為在預(yù)定的時(shí)長(zhǎng)后，如果所述控制器電路未關(guān)斷備用電池，所述防“未關(guān)斷”電路關(guān)斷備用電池；其中，所述備用電池放電控制電路包括：第一級(jí)開(kāi)關(guān)控制電路，設(shè)置為在主電源供電時(shí)保持接通，斷電保護(hù)完成后由所述控制器電路斷開(kāi)，或者在所述預(yù)定的時(shí)長(zhǎng)到達(dá)后由所述防“未關(guān)斷”電路斷開(kāi)；以及第二級(jí)開(kāi)關(guān)控制電路，設(shè)置為在主電源供電時(shí)保持?jǐn)嚅_(kāi)，在主電源斷電時(shí)瞬間接通。通過(guò)本發(fā)明，較好地克服了現(xiàn)有技術(shù)中使用電容作為備用電源方案的缺點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】備用電池的控制系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種控制系統(tǒng)及控制方法，尤其涉及一種備用電池的控制系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]嵌入式系統(tǒng)如稅控機(jī)和開(kāi)票機(jī)等涉稅終端產(chǎn)品，經(jīng)常需要對(duì)關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行斷電保護(hù)和恢復(fù)。要實(shí)現(xiàn)斷電保護(hù)和恢復(fù)功能，需要進(jìn)行硬件、軟件的特別設(shè)計(jì)，尤其是硬件上需要一套高效可靠的備用電源控制和檢測(cè)電路，要求備用電源具有足夠的壽命或者可方便更換。
[0003]傳統(tǒng)上，備用電源一般采用法拉電容或大容量的電解電容。法拉電容的優(yōu)點(diǎn)是充放電電流大、充放電次數(shù)多，缺點(diǎn)是耐壓值低，需串聯(lián)使用且需可靠的均壓電路，容易發(fā)生漏液腐蝕電路板等問(wèn)題。電解電容受容值所限，儲(chǔ)電容量很小，體積大，僅適用于簡(jiǎn)單的斷電保護(hù)場(chǎng)合，且也會(huì)出現(xiàn)膨脹漏液的問(wèn)題。不管哪種電容，都無(wú)法實(shí)現(xiàn)欠壓檢測(cè)(容量檢測(cè))，無(wú)法方便用戶更換。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明提供了一種備用電池的控制系統(tǒng)及控制方法，以至少解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了 一種備用電池的控制系統(tǒng)。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的備用電池的控制系統(tǒng)包括:備用電池放電控制電路，設(shè)置為在主電源斷電時(shí)控制備用電池開(kāi)始供電；控制器電路，設(shè)置為在主電源斷電、備用電池開(kāi)始供電后進(jìn)行斷電保護(hù)處理，斷電保護(hù)完成后關(guān)斷備用電池；以及防“未關(guān)斷”電路，設(shè)置為在預(yù)定的時(shí)長(zhǎng)后，如果所述控制器電路未關(guān)斷備用電池，所述防“未關(guān)斷”電路關(guān)斷備用電池；其中，所述備用電池放電控制電路包括:第一級(jí)開(kāi)關(guān)控制電路，設(shè)置為在主電源供電時(shí)保持接通，斷電保護(hù)完成后由所述控制器電路斷開(kāi)，或者在所述預(yù)定的時(shí)長(zhǎng)到達(dá)后由所述防“未關(guān)斷”電路斷開(kāi)；以及第二級(jí)開(kāi)關(guān)控制電路，設(shè)置為在主電源供電時(shí)保持?jǐn)嚅_(kāi)，在主電源斷電時(shí)瞬間接通。
[0007]優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的備用電池的控制系統(tǒng)還包括:電壓變換電路，設(shè)置為將主電源和備用電池的輸出電壓變換為系統(tǒng)工作電壓。
[0008]優(yōu)選地，所述電壓變換電路同時(shí)支持降壓和升壓模式。
[0009]優(yōu)選地，所述第一級(jí)開(kāi)關(guān)由所述控制器的控制輸出和防“未關(guān)斷”電路的輸出的邏輯“與”控制。
[0010]優(yōu)選地，所述第二級(jí)開(kāi)關(guān)控制電路包括兩個(gè)二極管開(kāi)關(guān)，主電源和備用電池分別通過(guò)其中的一個(gè)所述二極管接至電源輸出端；在主電源供電時(shí)，利用主電源電壓大于備用電池的電壓保持備用電池不供電；在主電源斷電時(shí)，備用電源即開(kāi)始供電。
[0011]優(yōu)選地，所述防“未關(guān)斷”電路為“看門(mén)狗”定時(shí)電路；當(dāng)主電源斷電，備用電源供電時(shí)，啟動(dòng)所述“看門(mén)狗”定時(shí)電路，設(shè)定備用電源開(kāi)啟的預(yù)定時(shí)長(zhǎng)；所述預(yù)定時(shí)長(zhǎng)到達(dá)后，“看門(mén)狗”定時(shí)電路控制所述第一級(jí)開(kāi)關(guān)控制電路斷開(kāi)。
[0012]優(yōu)選地，所述“看門(mén)狗”定時(shí)電路，還設(shè)置為測(cè)量所述備用電池的電壓，當(dāng)所述備用電池的電壓低于預(yù)定的電壓值時(shí)，發(fā)出信號(hào)給報(bào)警電路。
[0013]優(yōu)選地，所述備份電池是一次性鋰電池。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種備用電池的控制方法。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的備用電池的控制方法，其中，所述備用電池由第一級(jí)開(kāi)關(guān)控制電路和第二級(jí)開(kāi)關(guān)控制電路控制，所述方法包括以下步驟:主電源供電時(shí)保持所述第一級(jí)開(kāi)關(guān)控制電路接通，同時(shí)保持所述第二級(jí)開(kāi)關(guān)控制電路斷開(kāi)；所述主電源斷電時(shí)瞬間接通所述第二級(jí)開(kāi)關(guān)控制電路，使所述備用電池開(kāi)始供電；所述主電源斷電、所述備用電池開(kāi)始供電后進(jìn)行斷電保護(hù)處理；斷電保護(hù)完成后由系統(tǒng)控制程序斷開(kāi)所述第一級(jí)開(kāi)關(guān)控制電路，使所述備用電池停止供電；在預(yù)定的時(shí)長(zhǎng)到達(dá)后，如果所述系統(tǒng)控制程序未斷開(kāi)所述第一級(jí)開(kāi)關(guān)控制電路，則由硬件計(jì)時(shí)電路斷開(kāi)所述第一級(jí)開(kāi)關(guān)控制電路。
[0016]優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的備用電池的控制方法還包括:將主電源和備用電池的輸出電壓變換為系統(tǒng)工作電壓。
[0017]優(yōu)選地，所述電壓變換同時(shí)支持降壓和升壓模式。
[0018]優(yōu)選地，所述第一級(jí)開(kāi)關(guān)控制電路由所述系統(tǒng)控制程序的控制輸出和所述硬件計(jì)時(shí)電路的輸出的邏輯“與”控制。
[0019]優(yōu)選地，所述第二級(jí)開(kāi)關(guān)控制電路包括兩個(gè)二極管開(kāi)關(guān)，主電源和備用電池分別通過(guò)其中的一個(gè)所述二極管接至電源輸出端；在主電源供電時(shí)，利用主電源電壓大于備用電池的電壓保持備用電池不供電；在主電源斷電時(shí)，備用電源即開(kāi)始供電。
[0020]優(yōu)選地，所述硬件計(jì)時(shí)電路為“看門(mén)狗”定時(shí)電路；當(dāng)主電源斷電，備用電源供電時(shí)，啟動(dòng)所述“看門(mén)狗”定時(shí)電路，設(shè)定備用電源開(kāi)啟的預(yù)定時(shí)長(zhǎng)；所述預(yù)定時(shí)長(zhǎng)到達(dá)后，“看門(mén)狗”定時(shí)電路控制所述第一開(kāi)關(guān)電路斷開(kāi)。
[0021]優(yōu)選地，所述“看門(mén)狗”定時(shí)電路，還設(shè)置為測(cè)量所述備用電池的電壓，當(dāng)所述備用電池的電壓低于預(yù)定的電壓值時(shí)，發(fā)出信號(hào)給報(bào)警電路。
[0022]優(yōu)選地，所述備份電池是一次性鋰電池。
[0023]通過(guò)本發(fā)明，較好的克服了使用電容作為備用電源方案的缺點(diǎn):采用一次性鋰電池，無(wú)需進(jìn)行充電管理設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化了電路；采用單只3V鋰電池，無(wú)需進(jìn)行均壓電路設(shè)計(jì)；不存在漏液腐蝕電路板的故障隱患；具有欠壓檢測(cè)電路，可實(shí)現(xiàn)欠壓報(bào)警，方便用戶及時(shí)更換；具有防“未關(guān)斷”硬件保護(hù)功能，防止電池額外損耗，增加使用壽命；待保護(hù)電路與RTC共享鋰電池供電，節(jié)省方案成本；
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0024]此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0025]圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的連接示意圖；
[0026]圖2是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的電路組成圖。【具體實(shí)施方式】
[0027]圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的備用電池的控制系統(tǒng)的連接示意圖。如圖1所示，該控制系統(tǒng)主要包括以下部分:外部電源(5V)，其在正常工作情況下為系統(tǒng)提供電源；一次性鋰電池(3V)，其在外部電源斷電的情況下作為備用電源為系統(tǒng)供電；開(kāi)關(guān)控制電路，用于控制外部電源以及一次性鋰電池的接通或斷開(kāi)；防“未關(guān)斷”保護(hù)控制電路，該電路用于在開(kāi)關(guān)控制電路在應(yīng)當(dāng)斷開(kāi)一次性鋰電池的備用供電，而未能正常斷開(kāi)一次性鋰電池時(shí)將一次性鋰電池?cái)嚅_(kāi)；防“未關(guān)斷”電路由看門(mén)狗定時(shí)電路輸出nWD_0UT (由RTC提供)和CPUIO控制端P_0FF_CTL的邏輯電路組成；RTC及欠壓檢測(cè)電路，由具有備份電源欠壓檢測(cè)功能的RTC及其電路組成，用于在備用鋰電池的電壓低于預(yù)設(shè)電壓值時(shí)發(fā)出信號(hào)給報(bào)警電路；RTC及欠壓檢測(cè)電路也由CPU進(jìn)行控制；升壓/降壓DC/DC電路，用于將外部電源以及一次性鋰電池的輸出電壓變換為系統(tǒng)工作電壓，該升壓/降壓DC/DC電路同時(shí)支持降壓和升壓模式；斷電保護(hù)負(fù)載，用于在備用電池進(jìn)行供電時(shí)參與提供斷電保護(hù)功能。
[0028]圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的備用電池的控制系統(tǒng)的電路組成圖。如圖2所示，本發(fā)明用于需要斷電進(jìn)行數(shù)據(jù)保護(hù)的嵌入式系統(tǒng)。開(kāi)關(guān)控制電路包括Q1、Q2級(jí)聯(lián)組成的開(kāi)關(guān)控制電路以及由鍺二極管D1、D2組成的電流開(kāi)關(guān)電路。BI為3V大容量(IOOOmAH以上，視待保護(hù)電路的功耗確定)一次性鋰電池(不可充電)。由Q1、Q2級(jí)聯(lián)組成的開(kāi)關(guān)控制電路用作鋰電池放電的第一級(jí)開(kāi)關(guān)，UlA “與門(mén)”的輸出作為此級(jí)開(kāi)關(guān)的控制端。由D1、D2對(duì)頭組成的電流開(kāi)關(guān)電路則作為第二級(jí)開(kāi)關(guān)，利用VBAT_3V電池電壓3V與VCC_5.0V_IN正常供電5V之間的壓差實(shí)現(xiàn)電池放電的自動(dòng)開(kāi)關(guān)。VCC_IN是整個(gè)開(kāi)關(guān)控制電路的總輸出，在0-5V之間變化。UlA輸出信號(hào)由CPU開(kāi)關(guān)控制信號(hào)P_0FF_CTL和看門(mén)狗復(fù)位信號(hào)nWD_0UT進(jìn)行“與”運(yùn)算得到，其中P_0FF_CTL在系統(tǒng)上電初始化時(shí)拉高，而nWD_0UT默認(rèn)為高(看門(mén)狗不使能)，則UlA輸出在系統(tǒng)正常運(yùn)行期間為高電平，從而使第一級(jí)開(kāi)關(guān)保持接通狀態(tài)。由于工作5V與電池3V的壓差，使得系統(tǒng)正常運(yùn)行期間第二級(jí)開(kāi)關(guān)保持關(guān)閉，系統(tǒng)VCC_IN由VCC_5.0V_IN提供，電池不放電。
[0029]當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生斷電時(shí)，第二級(jí)開(kāi)關(guān)瞬間打開(kāi)，系統(tǒng)切換為由備用電池3V供電并進(jìn)入斷電中斷處理。在中斷處理程序中啟動(dòng)看門(mén)狗定時(shí)器U2，設(shè)定電池開(kāi)啟的最長(zhǎng)時(shí)間，之后進(jìn)行斷電保護(hù)的有關(guān)處理，斷電保護(hù)完成后看門(mén)狗定時(shí)器U2的引腳13將P_0FF_CTL信號(hào)拉低，從而斷開(kāi)備用電池供電。由與門(mén)電路UlA的控制邏輯可知，看門(mén)狗復(fù)位nWD_0UT和P_0FF_CTL任一信號(hào)變低都可將電池關(guān)閉，正常情況下，斷電保護(hù)時(shí)間會(huì)明顯小于看門(mén)狗電路的定時(shí)時(shí)間，即備用電池一般由中斷例程控制P_0FF_CTL信號(hào)進(jìn)行關(guān)斷。如系統(tǒng)程序跑飛導(dǎo)致P_0FF_CTL的信號(hào)無(wú)法拉低，則備用電池可由看門(mén)狗電路復(fù)位信號(hào)nWD_0UT來(lái)關(guān)斷，一方面防止電池未關(guān)斷被額外損耗使用，另一方面避免電池?zé)o法關(guān)斷導(dǎo)致的系統(tǒng)無(wú)法正常重新啟動(dòng)。該看門(mén)狗控制方法是一種硬件定時(shí)保護(hù)。
[0030]開(kāi)關(guān)控制電路的輸出VCC_IN經(jīng)過(guò)DC/DC芯片U3變換得到待保護(hù)電路的工作電壓VCC_3.3V。該DC/DC芯片同時(shí)支持降壓和升壓模式，使得其輸入電壓在1.8V-6V范圍變化時(shí)，均可穩(wěn)定輸出待保護(hù)電路的工作電壓VCC_3.3V，從而使待保護(hù)電路在正常5V和電池3V供電時(shí)均可穩(wěn)定工作。
[0031 ] 本發(fā)明中所使用的U2時(shí)鐘電路RTC還具有備份電源電壓(接入Vbat管腳，及管腳
8)檢測(cè)報(bào)警功能，即可通過(guò)該RTC檢測(cè)其Vbat管腳電壓是否低于2.5V。當(dāng)檢測(cè)到該管腳電壓(即電池電壓VBAT_3V)低于2.5V時(shí)，RTC發(fā)出信息給報(bào)警電路，從而系統(tǒng)發(fā)出提示信息提醒用戶及時(shí)更換電池。
[0032]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:采用一次性鋰電池做備用電源，同時(shí)用于斷電保護(hù)電路供電和RTC供電，成本低廉；具有電池欠壓檢測(cè)和報(bào)警功能；具有防“未關(guān)斷”硬件保護(hù)設(shè)計(jì)，防止軟件未關(guān)斷時(shí)造成電池額外損耗；優(yōu)化了漏電控制，盡量減小漏電損耗。
[0033]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種備用電池的控制系統(tǒng)，其特征在于，包括: 備用電池放電控制電路，設(shè)置為在主電源斷電時(shí)控制備用電池開(kāi)始供電； 控制器電路，設(shè)置為在主電源斷電、備用電池開(kāi)始供電后進(jìn)行斷電保護(hù)處理，斷電保護(hù)完成后關(guān)斷備用電池；以及 防“未關(guān)斷”保護(hù)控制電路，設(shè)置為在預(yù)定的時(shí)長(zhǎng)后，如果所述控制器電路未關(guān)斷備用電池，所述防“未關(guān)斷”電路關(guān)斷備用電池； 其中，所述備用電池放電控制電路包括: 第一級(jí)開(kāi)關(guān)控制電路，設(shè)置為在主電源供電時(shí)保持接通，斷電保護(hù)完成后由所述控制器電路斷開(kāi)，或者在所述預(yù)定的時(shí)長(zhǎng)到達(dá)后由所述防“未關(guān)斷”電路斷開(kāi)；以及 第二級(jí)開(kāi)關(guān)控制電路，設(shè)置為在主電源供電時(shí)保持?jǐn)嚅_(kāi)，在主電源斷電時(shí)瞬間接通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的備用電池的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括:電壓變換電路，設(shè)置為將主電源和備用電池的輸出電壓變換為系統(tǒng)工作電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的備用電池的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電壓變換電路同時(shí)支持降壓和升壓模式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的備用電池的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第一級(jí)開(kāi)關(guān)由所述控制器的控制輸出和防“未關(guān)斷”電路的輸出的邏輯“與”控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的備用電池的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第二級(jí)開(kāi)關(guān)控制電路包括兩個(gè)二極管開(kāi)關(guān)，主電源和備用電池分別通過(guò)其中的一個(gè)所述二極管接至電源輸出端；在主電源供電時(shí)，利用主電源電壓大于備用電池的電壓保持備用電池不供電；在主電源斷電時(shí)，備用電源即開(kāi)始供電。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的備用電池的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述防“未關(guān)斷”電路為“看門(mén)狗”定時(shí)電路；當(dāng)主電源斷電，備用電源供電時(shí)，啟動(dòng)所述“看門(mén)狗”定時(shí)電路，設(shè)定備用電源開(kāi)啟的預(yù)定時(shí)長(zhǎng)；所述預(yù)定時(shí)長(zhǎng)到達(dá)后，“看門(mén)狗”定時(shí)電路控制所述第一級(jí)開(kāi)關(guān)控制電路斷開(kāi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的備用電池的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述“看門(mén)狗”定時(shí)電路，還設(shè)置為測(cè)量所述備用電池的電壓，當(dāng)所述備用電池的電壓低于預(yù)定的電壓值時(shí)，發(fā)出信號(hào)給報(bào)警電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7之一所述的備用電池的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述備份電池是一次性鋰電池。
9.一種備用電池的控制方法，所述備用電池由第一級(jí)開(kāi)關(guān)控制電路和第二級(jí)開(kāi)關(guān)控制電路控制，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 主電源供電時(shí)保持所述第一級(jí)開(kāi)關(guān)控制電路接通，同時(shí)保持所述第二級(jí)開(kāi)關(guān)控制電路斷開(kāi)； 所述主電源斷電時(shí)瞬間接通所述第二級(jí)開(kāi)關(guān)控制電路，使所述備用電池開(kāi)始供電； 所述主電源斷電、所述備用電池開(kāi)始供電后進(jìn)行斷電保護(hù)處理； 斷電保護(hù)完成后由系統(tǒng)控制程序斷開(kāi)所述第一級(jí)開(kāi)關(guān)控制電路，使所述備用電池停止供電； 在預(yù)定的時(shí)長(zhǎng)到達(dá)后，如果所述系統(tǒng)控制程序未斷開(kāi)所述第一級(jí)開(kāi)關(guān)控制電路，則由硬件計(jì)時(shí)電路斷開(kāi)所述第一級(jí)開(kāi)關(guān)控制電路。
【文檔編號(hào)】H02J9/04GK103904769SQ201210587652
【公開(kāi)日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2012年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月30日
【發(fā)明者】陳懿, 陳皓, 聶慧萍, 黃海東, 張福軍, 張朝陽(yáng), 余彥 申請(qǐng)人:航天信息股份有限公司