掉电保护控制电路及电子设备的制作方法

本实用新型涉及自动化控制技术领域，具体而言，涉及一种掉电保护控制电路及电子设备。

背景技术：

在工业产品的应用场景中，频繁的下电是一种“刚需”，停工后断电关设备，以及通过紧急按钮使设备断电等动作都是偶发性的，没有办法进行控制。随着工业设备的功能越来越强大，工业产品中有很多掉电敏感元件，频繁断电对这些元件来说是灾难性的打击，因此需要留有时间余量，让这类掉电敏感元件能够有序地下电，保证数据不会损坏。

工业控制类和仪表类的产品，内部通常采用的是DC24V转5V的电路方案。目前超级电容作为后备电源在系统失电时为系统供电主要采用的是BOOST升压方案，针对超级电容快速充放电的特性设计相应的外围电路，采用BOOST升压电路提高电容能效，并通过软件完成掉电检测、保存数据、关闭系统的功能。这个方案不足之处主要有：第一，因为需要耐压较高，超级电容的体积大，不便于产品小型化；第二，没有合适的电源管理，负载变化时，掉电保持时间也会跟随变化，只适用于独立不带负载的产品；第三，需要额外的BOOST升压电路，增加电路成本；第四，负载断开时，电容电压反弹，导致后级电路反复导通。

因此，如何解决现有方案中掉电保护电路存在的超级电容体积过大、掉电保持时间不确定、电压反弹导致电路反复开启判断的问题，一直以来都是本领域技术人员关注的重点。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种掉电保护控制电路，以解决现有掉电保护电路存在的电路成本高、电压反弹导致反复开启判断的问题。

本实用新型的目的还在于提供一种应用上述掉电保护控制电路的电子设备，以解决现有掉电保护电路存在的电路成本高、电压反弹导致反复开启判断的问题。

为了实现上述目的，本实用新型实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本实用新型实施例提出一种掉电保护控制电路，用于电子设备的掉电保护，所述电子设备包括需要掉电保护的电路。所述掉电保护控制电路包括电源电路、超级电容、滞回控制电路及第一开关电路，所述超级电容与所述电源电路电连接，所述第一开关电路与所述超级电容和所述需要掉电保护的电路电连接，所述滞回控制电路与所述超级电容和所述第一开关电路电连接；所述超级电容用于在所述电源电路上电时充电并为所述需要掉电保护的电路提供电压，所述超级电容还用于在所述电源电路掉电时放电，所述滞回控制电路用于当所述超级电容的充电电压满足第一预设条件时，控制所述第一开关电路打开，以及用于当所述超级电容的放电电压满足第二预设条件时，控制所述第一开关电路关断。

第二方面，本实用新型实施例还提出一种电子设备，包括需要掉电保护的电路及掉电保护控制电路。所述掉电保护控制电路包括电源电路、超级电容、滞回控制电路及第一开关电路，所述超级电容与所述电源电路电连接，所述第一开关电路与所述超级电容和所述需要掉电保护的电路电连接，所述滞回控制电路与所述超级电容和所述第一开关电路电连接；所述超级电容用于在所述电源电路上电时充电并为所述需要掉电保护的电路提供电压，所述超级电容还用于在所述电源电路掉电时放电，所述滞回控制电路用于当所述超级电容的充电电压满足第一预设条件时，控制所述第一开关电路打开，以及用于当所述超级电容的放电电压满足第二预设条件时，控制所述第一开关电路关断。

相对现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型提供的掉电保护控制电路包括电源电路、超级电容、滞回控制电路及第一开关电路，所述超级电容与所述电源电路电连接，所述第一开关电路与所述超级电容和所述需要掉电保护的电路电连接，所述滞回控制电路与所述超级电容和所述第一开关电路电连接。所述超级电容用于在所述电源电路上电时充电并为所述需要掉电保护的电路提供电压，所述超级电容还用于在所述电源电路掉电时放电，所述滞回控制电路用于当所述超级电容的充电电压满足第一预设条件时，控制所述第一开关电路打开，以及用于当所述超级电容的放电电压满足第二预设条件时，控制所述第一开关电路关断。该掉电保护控制电路成本低、使用方便，在电源电路掉电后使需要掉电保护的电路中的掉电敏感性器件有足够的时间有序下电，并且即使超级电容的电压反弹也不能打开第一开关电路，从而避免后级电路反复开启判断。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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获得其他相关的附图。

图1示出了本实用新型第一实施例所提供的掉电保护控制电路的功能模块图。

图2示出了本实用新型第一实施例所提供的电源电路与超级电容的电路连接示意图。

图3示出了本实用新型第一实施例所提供的滞回控制电路的电路结构示意图。

图4示出了本实用新型第二实施例所提供的掉电保护控制电路的功能模块图。

图5示出了本实用新型第二实施例所提供的掉电检测控制电路的电路结构示意图。

图6示出了本实用新型第三实施例所提供的电子设备的功能模块图。

图标：100-掉电保护控制电路；200-电子设备；110-电源电路；120-超级电容；130-滞回控制电路；140-第一开关电路；150-掉电检测控制电路；160-第二开关电路；210-需要掉电保护的电路；220-不需要掉电保护的电路；230-控制器；112-第一直流电路；114-第二直流电路。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

第一实施例

请参照图1，为本实用新型实施例所提供的掉电保护控制电路100的功能模块图。所述掉电保护控制电路100可用于电子设备的掉电保护，所述电子设备包括需要掉电保护的电路210。

需要说明的是，在本实施例中，所述电子设备可以是，但不限于，工控设备、仪器仪表或便携式电子设备，所述需要掉电保护的电路210中包括至少一个掉电敏感性器件。

在本实施例中，所述掉电保护控制电路100包括电源电路110、超级电容120、滞回控制电路130及第一开关电路140，所述超级电容120与所述电源电路110电连接，所述第一开关电路140与所述超级电容120和所述需要掉电保护的电路210电连接，所述滞回控制电路130与所述超级电容120和所述第一开关电路140电连接。

如图2所示，为所述电源电路110与超级电容120的电路连接示意图。在本实施例中，所述电源电路110包括第一直流电路112以及与所述第一直流电路112电连接的第二直流电路114，所述第一直流电路112的电压(在本实施例中为DC24V)经过直流转直流变换后得到所述第二直流电路114的电压(在本实施例中为DC5V)，所述超级电容120与所述第二直流电路114电连接以形成回路，其中，所述超级电容120的一端与所述滞回控制电路130及所述第一开关电路140均电连接，所述超级电容120的另一端接地。在本实施例中，将超级电容120连接在DC24V转5V的5V回路中，使用低压的超级电容120，解决了超级电容120体积过大的问题，有利于产品的小型化。

所述超级电容120用于在所述电源电路110上电时充电并为所述需要掉电保护的电路210提供电压，所述超级电容120还用于在所述电源电路110掉电时放电。

所述滞回控制电路130用于当所述超级电容120的充电电压满足第一预设条件时，控制所述第一开关电路140打开，以及用于当所述超级电容120的放电电压满足第二预设条件时，控制所述第一开关电路140关断。

具体地，在本实施例中，当所述电源电路110上电时给所述超级电容120充电，当所述超级电容120的电压大于或者等于第一阈值(即开启电压，在本实施例中取4.7V)时，所述滞回控制电路130控制所述第一开关电路140打开，以使所述超级电容120通过所述第一开关电路140为所述需要掉电保护的电路210供电进而保证所述需要掉电保护的电路210的正常工作。当所述电源电路110切断时，所述超级电容120开始放电并通过所述第一开关电路140持续给所述需要掉电保护的电路210供电，当超级电容120的放电电压小于第二阈值(即关断电压，在本实施例中取3.7V)时，所述滞回控制电路130控制所述第一开关电路140关断，所述需要掉电保护的电路210停止工作。此时，因为超级电容120外围负载变小，超级电容120的电压会反弹，但是反弹电压不会超过开启电压4.7V，避免了电压反弹导致后级电路反复开启判断情况的出现。

因此，本实施例所提供的掉电保护控制电路100在电源电路110掉电时，所述超级电容120会持续给所述需要掉电保护的电路210供电一段时间，让所述需要掉电保护的电路210中的掉电敏感性器件有足够的时间有序下电，避免掉电敏感性器件发生损坏，并且解决了电压反弹导致电路反复开启判断的问题。

如图3所示，为所述滞回控制电路130的电路结构示意图。所述滞回控制电路130包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1、二极管D1及第一稳压二极管Q1，所述第一电阻R1及所述第二电阻R2串联于所述第一开关电路140的输出端与地之间，所述第三电阻R3与所述第一稳压二极管Q1串联于所述第一开关电路140的输出端与地之间；所述第一稳压二极管Q1的参考端R及所述二极管D1的阴极均电连接于所述第一电阻R1与所述第二电阻R2之间，所述二极管D1的阳极通过所述第四电阻R4与所述超级电容120的一端电连接，所述第一电容C1的两端分别与所述第一稳压二极管Q1的阳极A和参考端R电连接。

在本实施例中，所述第一开关电路140为第一场效应管，所述第一场效应管为P沟道场效应管，所述第一场效应管的源极与所述超级电容120的一端电连接，所述第一场效应管的栅极与所述第一稳压二极管Q1的阴极K电连接以便所述滞回控制电路130为所述第一场效应管提供使能信号POMS_EN，所述第一场效应管的漏极(即上述第一开关电路140的输出端)与所述需要掉电保护的电路210电连接。

在本实施例中，所述滞回控制电路130的控制原理如下：当超级电容120的电压大于或者等于第一阈值(例如4.7V)时，所述第一稳压二极管Q1导通，此时所述第一场效应管导通，所述超级电容120通过所述第一场效应管给所述需要掉电保护的电路210供电。所述电源电路110掉电后，所述超级电容120开始放电，当所述超级电容120的放电电压小于第二阈值(例如3.7V)时，所述第一稳压二极管Q1截止，此时所述第一场效应管截止，所述超级电容120不能通过所述第一场效应管给所述需要掉电保护的电路210供电。

第二实施例

请参照图4，为本实用新型第二实施例所提供的掉电保护控制电路100的功能模块图。与第一实施例中相比，第二实施例所提供的掉电保护控制电路100还包括掉电检测控制电路150及第二开关电路160，所述电子设备还包括不需要掉电保护的电路220，所述第二开关电路160与所述第一开关电路140和所述不需要掉电保护的电路220电连接，所述掉电检测控制电路150与所述电源电路110和所述第二开关电路160电连接，所述第二开关电路160在所述电源电路110上电时打开；所述掉电检测控制电路150用于在检测到所述电源电路110掉电时，控制所述第二开关电路160关断。

具体地，所述电源电路110上电后，当所述超级电容120的充电电压满足第一预设条件时使得所述第一开关电路140打开，所述超级电容120通过所述第一开关电路140及第二开关电路160给不需要掉电保护的电路220供电，以保证不需要掉电保护的电路220的正常工作。当所述电源电路110掉电后，所述掉电检测控制电路150控制所述第二开关电路160关断，此时不需要掉电保护的电路220没有了超级电容120的供电电压而停止工作，而第一开关电路140没有立即关断，超级电容120能够持续为需要掉电保护的电路210供电一段时间。

如图5所示，为所述掉电检测控制电路150的电路结构示意图。在本实施例中，所述掉电检测控制电路150包括第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第二稳压二极管Q2及光电耦合器U1，所述第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7串联于所述电源电路110(具体为电源电路110中的第一直流电路112)与地之间，所述第八电阻R8电连接于所述电源电路110与所述光电耦合器U1的第一端之间，所述第二稳压二极管Q2的阴极K与所述光电耦合器U1的第二端电连接，所述第二稳压二极管Q2的阳极A接地，所述第二稳压二极管Q2的参考端R电连接于所述第六电阻R6与所述第七电阻R7之间，所述第二开关电路160与所述光电耦合器U1的第三端电连接，所述光电耦合器U1的第四端接地。

在本实施例中，所述第二开关电路160为第二场效应管，所述第二场效应管为P沟道场效应管，所述第二场效应管的源极与所述第一开关电路140电连接，所述第二场效应管的栅极与所述光电耦合器U1的第三端电连接以便所述掉电检测控制电路150为所述第二场效应管提供使能信号PWR_DROP，所述第二场效应管的漏极与所述不需要掉电保护的电路220电连接。在本实施例中，所述第二场效应管的源极与所述第一场效应管的漏极电连接。

进一步地，所述掉电检测控制电路150还包括第九电阻R9、第二电容C2及第三电容C3，所述第九电阻R9电连接于所述超级电容120的一端与所述第二场效应管的栅极之间。所述第二电容C2的两端分别与所述第二稳压二极管Q2的参考端R和阳极A电连接，所述第三电容C3电连接于所述第九电阻R9与地之间。

在本实施例中，所述光电耦合器U1主要包括发光二极管和光敏三极管，其中，所述发光二极管的阳极为上述中光电耦合器U1的第一端，所述发光二极管的阴极为上述中光电耦合器U1的第二端，所述光敏三极管的集电极为上述中光电耦合器U1的第三端，所述光敏三极管的发射极为上述中光电耦合器U1的第四端。

在本实施例中，所述掉电检测控制电路150的控制原理如下：当所述电源电路110上电时，所述第二稳压二极管Q2导通，所述光电耦合器U1中的发光二极管导通而发光，光敏三极管受到光照后产生电流而导通，此时所述第二场效应管导通，所述超级电容120通过所述第一场效应管和所述第二场效应管给所述不需要掉电保护的电路220供电。所述电源电路110掉电后，所述第三二极Q2管截止，所述光电耦合器U1中的发光二极管截止，光敏三极管截止，所述第二场效应管截止，此时即便所述超级电容120通过所述第一场效应管给所述需要掉电保护的电路210持续供电，但是由于第二场效应管没有导通，所述不需要掉电保护的电路220没有了超级电容120的供电电压而停止工作。

第三实施例

请参照图6，为本实用新型第三实施例所提供的电子设备200的功能模块图。所述电子设备200包括需要掉电保护的电路210、不需要掉电保护的电路220及掉电保护控制电路100，与第二实施例的掉电保护控制电路100相比，不同之处在于第三实施例中的掉电保护控制电路100还包括控制器230，所述控制器230与所述掉电检测控制电路150以及需要掉电保护的电路210电连接。所述掉电检测控制电路150用于检测到所述电源电路110掉电时向所述控制器230发送掉电信息，所述控制器230用于在收到所述掉电信息时将所述需要掉电保护的电路210中的掉电敏感性器件设定为写保护，以便及时将重要的数据进行存储。

综上所述，本实用新型实施例所提供的掉电保护控制电路及电子设备，该掉电保护控制电路包括电源电路、超级电容、滞回控制电路、第一开关电路、掉电检测电路、第二开关电路以及控制器，所述超级电容与所述电源电路电连接，所述第一开关电路与所述超级电容和所述需要掉电保护的电路电连接，所述滞回控制电路与所述超级电容和所述第一开关电路电连接，所述第二开关电路与所述第一开关电路和所述不需要掉电保护的电路电连接，所述掉电检测控制电路与所述电源电路和所述第二开关电路电连接，所述控制器与所述掉电检测控制电路及所述需要掉电保护的电路均电连接。所述电源电路在上电初始时给所述超级电容充电，所述第二开关电路默认上电时打开，当所述超级电容的电压满足第一预设条件时所述第一开关电路打开，此时所述超级电容给所述需要掉电保护的电路和所述不需要掉电保护的电路供电。当所述电源电路掉电时，所述掉电检测控制电路检测到掉电控制所述控制所述第二开关电路关断，同时向控制器发送掉电信息，所述控制器在收到所述掉电信息时将所述需要掉电保护的电路中的掉电敏感性器件设定为写保护，此时超级电容开始放电并通过所述第一开关电路持续给所述需要掉电保护的电路供电，当所述超级电容的电压满足第二预设条件时，所述滞回控制电路控制所述第一开关电路关断。由于超级电容有内阻的存在，其外围负载变小时，电压反弹升高，但是反弹电压也不能使第一开关电路打开，这样就避免了电路中出现反复导通的情况。本实用新型实施例所提供的掉电保护控制电路及电子设备具有成本低、使用方便、控制系统稳定的优点，同时还解决了超级电容体积过大、电压反弹导致电路反复导通的问题，将第二直流电路的输出区分为需要掉电保护的电路和不需要掉电保护的电路，提高了电路的掉电保持时间，解决掉电时间不确定的问题。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。