一种PLC掉电检测及掉电数据保存电路的制作方法

一种plc掉电检测及掉电数据保存电路
技术领域
1.本实用新型涉及工业控制电路领域。


背景技术：

2.plc控制系统在工业现场应用中，经常会遇到电源突然断电的情况，这种突发情况会导致系统丢失重要的数据且不能恢复，这会对用户造成极大的困扰，为了尽量避免这种突然掉电造成的数据丢失问题，plc产品需要添加掉电检测和掉电保持电路。掉电检测和掉电保持电路是对系统电压进行监测，当系统电压值下降到低压警戒值时，电路会发现并做出反应，发出一个警告信号，处理器接收到警告信号之后马上进行数据保存等操作，防止系统数据丢失。
3.传统的掉电保持电路由4部分组成：超级电容电路、dc-dc升压电路、lm393比较器电路、dc-dc降压电路。其原理框图如图3所示：
4.5v电源供电系统正常工作时，超级电容充电至5v，lm393比较器电路将5v系统电压与超级电容电压相比较，此时两者电压接近，lm393比较器电路输出高电平信号，使dc-dc控制电路不工作，为超级电容提供只进不出的充电环境，mcu系统由正常工作时供电电路供电。
5.当系统断电时，lm393比较器的低电平信号使能使dc-dc控制电路，为超级电容提供放电回路，作为mcu系统的备用供电电源，在开启备用电源之时，lm393比较器也给mcu系统发出了一个低电平报警信号，处理器检测到此信号马上做出保存数据等一系列关闭系统的应急操作。
6.此电路可以实现plc产品掉电时的检测并在掉电后提供电源保持时间让mcu系统完成数据保存等操作，但是也有一些缺点：
7.一、超级电容两端电压未达到2.5v之前，掉电检测保护电路不能正常工作，所以此电路会有一个无法实现断电检测及保持的空白期；
8.二、若mcu功能电路所需功率较大，超级电容放电速度就会很快，无法提供足够的时间来进行数据保存，此时需要增加超级电容的容量，容量变大时就需要更长的充电时间，影响系统性能；
9.三、若mcu功能电路所需功率较小，断电后，在完成保存数据等操作之后，超级电容仍会继续供电，电压慢慢降低，元器件就会较长时间工作在欠压状态，对元器件造成损害；
10.四、外围元器件太多，设计复杂。


技术实现要素：

11.本实用新型针对以上问题，提出了一种plc掉电检测及掉电数据保存电路，既能保证掉电检测和掉电保持功能，也能实现避免超级电容充电过程中的空白期、大容量超级电容快速充电以及数据保存完后快速关闭超级电容供电电路的功能。
12.本实用新型的技术方案为：所述plc掉电检测及掉电数据保存电路包括dc-dc电
路、超级电容充电电路、超级电容、超级电容放电电路、dc-dc控制电路以及5v电源光耦检测电路；
13.所述dc-dc电路连接在5v系统电源和mcu之间；
14.所述超级电容充电电路连接在5v系统电源和超级电容之间，并且5v系统电源和超级电容之间还连接由单向限流电路，所述超级电容放电电路、dc-dc控制电路依次连接在超级电容和mcu之间；所述5v电源光耦检测电路的一端连接5v系统电源，另一端接入超级电容放电电路和dc-dc控制电路之间。
15.关于dc-dc电路
16.所述dc-dc电路包括电源芯片u50，电源芯片u50的型号为spx1117m，电源芯片u50的vin脚连接5v系统电源vcca_bkm，电源芯片u50的vout脚连接mcu。
17.关于超级电容充电电路
18.所述超级电容充电电路包括超级电容充电芯片u35，超级电容充电芯片u35的型号为ltc3225；
19.所述单向限流电路包括二极管d3以及电阻r11，二极管d3的正极连接5v系统电源vcca_bkm，电阻r11的一端连接二极管d3的负极，另一端同时连接超级电容充电芯片u35的vin脚以及超级电容c158，超级电容c158的一端同时连接电阻r11以及超级电容充电芯片u35的cout脚，并且另一端接地。
20.关于超级电容放电电路
21.所述超级电容放电电路包括mos管q4、电阻r154、电阻r149、电阻r25、电阻r27以及芯片u13、电源芯片u34，芯片u13的型号为sn74ahc1g125dck，电源芯片u34的型号为tps22967；
22.mos管q4的源极接入超级电容c158和超级电容充电芯片u35之间；mos管q4的栅极同时连接电阻r154以及电阻r149，电阻r154的另一端接入超级电容c158和超级电容充电芯片u35之间，也电阻r149的另一端接地；mos管q4的漏极连接电阻r25，电阻r25的另一端同时连接电阻r27以及芯片u13的ina脚，电阻r27的另一端接地；
23.芯片u13的vcc脚、芯片u34的两个vin脚同时连接mos管q4的源极，芯片u13的y脚连接芯片u34的on脚，芯片u34的两个vout脚同时连接dc-dc控制电路。
24.关于dc-dc控制电路
25.所述dc-dc控制电路包括电源芯片u33，电源芯片u33的型号为mpq2143dj；
26.电源芯片u33的vin脚连接电源芯片u34的两个vout脚，电源芯片u33的out脚连接mcu。
27.关于5v电源光耦检测电路
28.所述5v电源光耦检测电路包括光耦u36，光耦u36的型号为el354-b，光耦u36的1脚连接5v系统电源vcca_bkm，2脚接地，3脚接地，4脚同时连接超级电容充电芯片u35的cout脚以及电源芯片u33的en脚。
29.从整体上来说，本实用新型具有以下有益效果：一、掉电检测保护电路上电即可工作，没有断电检测及保持功能的空白期；二、超级电容充电芯片的充电速度很快，不会影响系统的性能。三、超级电容放电电路可调整，放电电压降到一定值后自动关闭，防止超级电容一直缓慢放电。四、元器件简单、较少，无需搭建复杂的外围电路。
附图说明
30.图1是本案的结构示意图，
31.图2是本案的电路结构图，
32.图3是现有技术中掉电保持电路的结构示意图。
具体实施方式
33.为能清楚说明本专利的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本专利进行详细阐述。
34.本实用新型如图1所示，本实用新型在5v系统电源开始上电后，超级电容通过超级电容充电芯片快速充电，此时正常供电回路通过一个二极管和大电阻组成的单向限流电路接到超级电容端，所以在充电过程中，正常供电电路的电压与超级电容两端的电压相同，二极管单向导通防止断电后超级电容两端的电压接通到正常供电电路，在超级电容两端的电压充电到5v后，正常供电回路开始给mcu系统供电，这样就解决了在传统方案充电过程中无法进行掉电检测的空白期的问题。
35.超级电容充电芯片的充电速度很快，不会影响系统的性能，在下文中会详细阐述。在正常供电后，光耦检测电路会给mpq2143芯片一个低电平信号，此时mpq2143芯片不使能，此时超级电容只充电，不放电。当5v系统电压断电后，光耦检测电路会发出一个高电平信号，这个高电平会使能mpq2143芯片，超级电容开始放电给mcu系统供电，同时mcu系统在接收到此高电平信号后，开始进行数据保存等操作，超级电容放电电路可调整放电电压降到一定值后自动关闭，以防止超级电容一直缓慢放电，使mcu系统电路元器件工作在欠压状态。
36.工作原理如图2所示，正常供电时，5v系统电源vcc_bkm通过电源芯片u50（spx1117m）给系统电源vcc正常供电。光耦u36在系统电源vcc_bkm有电时导通，此时v_lost信号为低电平信号，mcu系统正常工作,芯片u33（mpq2143dj）的使能管脚为低电平，不使能，所以此时放电电路不会给mcu供电，超级电容充电芯片u35（ltc3225）给超级电容c158正常充电。超级电容充电芯片u35（ltc3225）的cout为输出管脚，输出电流为1a，充电速度很快，根据超级电容充电公式可算出给容值为5v/1f的超级电容进行充电，所需的时间约为5s，充电速度很快不会影响性能。超级电容充电芯片u35（ltc3225）的v_sel管脚可调节超级电容充到的最大电压值，当接到vcc_1时最高可到5.5v，不接时最高可到4.7v。
37.放电电路中，mos管q4的作用是开关作用，当电压超级电容电压降到设定值时（可通过r154、r149的阻值调节q3导通的最低电压）q4关断，此时电源芯片u34（tps22967）的on脚为低电平，不会导通，超级电容不在放电，这样就可以解决超级电容一直缓慢放电，使mcu系统电路元器件工作在欠压状态的问题。
38.当5v系统电源vcc_bkm断电时，光耦u36不导通，此时v_lost信号为高电平信号，mcu系统接收到此高电平信号后开始进行数据保存等一系列操作。同时，电源芯片u33（mpq2143dj）的使能管脚变为高电平，电源芯片u33（mpq2143dj）导通，备用电源电路开始给mcu系统电路进行供电，放电电路开始放电。如上文所述，可根据电路需求调节放电电路导通的最下电压值，使得mcu完成数据保存后，放电电路马上关闭。也可调节r143、r145和r148电阻的阻值调节vcc的电压值，以适应不同电压的mcu系统，此电路实用性非常高。而且元器
件简单、较少，无需搭建复杂的外围电路。
39.本实用新型具体实施途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。