专利名称：一种掉电保护的方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及电气自动化控制领域，特别涉及一种掉电保护的方法及设备。
背景技术：
随着科技的发展，全球定位系统(GPS， Global Position System)和通用 分组无线业务(GPRS, General Packet Radio Service)的应用越来越广泛。远程 监控中心利用所述GPS和GPRS监测终端的位置和工作状况。
集成所述GPS和GPRS的数据传输终端在工程机械上得到了广泛应用。 GPS定位工程机械的位置信息。数据传输终端通过GPRS网络将工程机械的位 置信息和工况数据信息传送至远程监控中心，便于远程监控中心管理和查询工 程机械的相关信息。
现有技术中，当数据传输终端掉电时， 一般采用充电电池为数据传输终端 供电。但是充电电池的寿命有限，仅可以充电几百次。而且充电速度慢，如果 刚上电又掉电了，充电电池还未充好电，此时充电电池的电压不满足数据传输 终端工作的需要。
目前有的技术采用超级电容代替充电电池为数据传输终端供电。 参见图l,该图为现有技术中基于超级电容的掉电保护电路示意图。
过二极管102降为4,2V电压。4.2V电压为GPRS模块104供电。另一方面，4.2V 电压经过线性电源105为CPU106供电。
超级电容103工作时充电达到^^ =4.2V。所述GPRS模块104最低工作电 压为r,-3.8V。当电压低于3.8V时，所述GPRS模块104将不能正常工作。
当系统掉电时，超级电容103储存的电能，经it^文电，供CPU106工作一段 时间。CPU106利用这段时间保存当前的工作信息。超级电容103仅能供GPRS 模块104正常工作约3.3S的时间。但是GPRS模块104需要经过6S左右的时间， 才能将这些工作信息通过GPRS网络传送至远程监控中心。
综上所述，目前利用超级电容无法为数据传输终端提供足够长时间的正常 工作电压，使数据传输终端将工程机械的掉电信息传送至远程监控中心。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种掉电保护的方法及设备，能够在数据传输 终端掉电时，为数据传输终端提供足够长时间的正常工作电压。
本发明提供一种掉电保护的方法，包括以下步骤 当数据传输终端掉电前，将电源电压降压为超级电容的额定电压； 将所述超级电容的额定电压升压为数据传输终端的工作电压，为所述数据 传输终端供电；
当数据传输终端掉电后，所述超级电容放电，将所述超级电容放电的电压 升压为所述数据传输终端的工作电压，为所述数据传输终端供电。
优选地，所述将电源电压降压为超级电容的额定电压具体为通过开关电 源将电源电压降压为所述超级电容的额定电压。
优选地，还包括通过线性电源将所述数据传输终端的工作电压转换为 CPU的工作电压后为所述CPU供电。
优选地，所述CPU的工作电压包括3.3V和1.8V, 3.3V为CPU的IO供 电，1.8V为CPU的内核供电。
优选地，所述数据传输终端的工作电压是4.2V;所述超级电容的额定电 压小于4.2V。
本发明还提供一种掉电保护的设备，包括降压单元、超级电容和升压单元； 所述降压单元，用于数据传输终端掉电前，将电源电压降压为超级电容的 额定电压；
所述超级电容，用于储存电能；
所述升压单元，用于数据传输终端掉电前，将所述超级电容的额定电压升 压为所述数据传输终端的工作电压，为所述数据传输终端供电；还用于数据传 输终端掉电后，所述超级电容放电，将所述超级电容放电的电压升压为所述数 据传输终端的工作电压，为所述数据传输终端供电。
优选地，所述降压单元为开关电源。
优选地，所述设备还包括线性电源，用于将数据传输终端的工作电压转换 为CPU的工作电压，为CPU供电。
优选地，所述CPU的工作电压包括3.3V和1.8V， 3.3V为CPU的IO供电，1.8V为CPU的内核供电。
优选地，所述数据传输终端的工作电压是4.2V,所述超级电容的额定电 压小于4.2V。
与现有技术相比，本发明具有以下优点
本发明提供一种掉电保护的方法及设备，能够在数据传输终端掉电时，将 超级电容上存储的电压升压为数据传输终端需要的电压。超级电容上存储的电 压作为升压单元的工作电压。只要超级电容上的电压能够保证升压单元正常工 作，升压单元就能将超级电容上存储的电压升压为数据传输终端的工作电压。 从而数据传输终端可以正常工作将数据信息和掉电报警信息传送至远程控制 中心。因此，本发明提供的掉电保护的方法和设备能够保证在数据传输终端掉 电时，超级电容从充满电的初始值放电到最低值的时间满足数据传输终端掉电 后需要工作的时间，从而为数据传输终端提供较长时间的正常工作电压。本发 明所述超级电容的存储电能利用率得到了大大提高。超级电容放电更彻底，存 储电能得到了充分利用，从而更加节省能源。
图l是现有技术中基于超级电容的掉电保护电路示意图； 图2是基于本发明 一种掉电保护的方法第 一实施例流程图； 图3是基于本发明一种掉电保护的方法第二实施例流程图； 图4是基于本发明 一种掉电保护的设备第 一实施例结构图； 图5是基于本发明一种掉电保护的设备第二实施例结构图； 图6是基于本发明一种掉电保护的设备第三实施例电路图。
具体实施例方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对 本发明的具体实施方式
做详细的说明。
由于超级电容相比充电电池具有以下优点，所以利用超级电容代替充电电 池为系统提供掉电保护。
由于超级电容的容量很大，又称为"电池电容，，，具有以下优点
① 超级电容可以快速充电，而电池快速充电则会收到损害。
② 超级电容可以反复循环数十万次，而充电电池只有几百次。③超级电容体积小，价格比充电电池便宜。
参见图2，该图为基于本发明一种掉电保护的方法第一实施例流程图。
S201:当数据传输终端掉电前，将电源电压降压为超级电容的额定电压。 例如，所述电源电压为24V。将24V电压降低为超级电容的额定电压为
超级电容供电。系统正常供电时，电源电压为超级电容充电。当系统掉电后，
超级电容放电。
S202:将所述超级电容的额定电压升压为数据传输终端的工作电压，为所 述数据传输终端供电。
S203:当数据传输终端掉电后，所述超级电容放电，将所述超级电容放电 的电压升压为所述数据传输终端的工作电压，为所述数据传输终端供电。
需要说明的是，本发明提供的一种掉电保护的方法，可以应用在电气自动 化控制领域所有的掉电保护中。可以根据实际需要，选择电源电压、超级电容 的额定电压和/或数据传输终端的工作电压。当然，才艮据数据传输终端掉电后 需要工作的时间选择所述超级电容的容量。
本发明提供一种掉电保护的方法，能够在数据传输终端掉电时，将超级电 容上放电的电压升压为数据传输终端的工作电压。数据传输终端可以正常工 作，将数据信息和掉电报警信息传送至远程控制中心。本发明提供的掉电保护 的方法能够保证在数据传输终端掉电时，超级电容从充满电的初始值放电到最 低值的时间超过了数据传输终端掉电后需要工作的时间。从而为数据传输终端 提供较长时间的工作电压。
参见图3，该图为基于本发明一种掉电保护的方法第二实施例流程图。
S301:数据传输终端掉电前，通过开关电源将电源降压为超级电容的额定 电压，为超级电容供电。
所述电源电压为24V。
所述24V电压经过开关电源降为小于4.2V的超级电容的额定电压。
所述开关电源优选LM2596-ADJ,所述LM2596-ADJ将24V的电源电压 降为2.3V的超级电容的额定电压。LM2596-ADJ是一款输出电压可调的开关电源芯片，输出电压调节范围为 1.2V-37V,并且可以输出3A最大负载电流。
S302:将所述超级电容的额定电压升压为数据传输终端的工作电压，为所 述数据传输终端供电。
S303:当数据传输终端掉电后，超级电容放电，将超级电容放电的电压升 压为数据传输终端的工作电压；为所述数据传输终端供电。
升压单元将超级电容的放电电压升压为数据传输终端的工作电压。
所述数据传输终端的工作电压为4.2V。
下面详细l又述当系统掉电时，本发明实施例所述掉电保护的方法。 数据传输终端正常工作时，超级电容充电到额定电压2.3V。 数据传输终端掉电时，升压单元可以工作的正常电压的最小值是^,n = 0.7V。
数据传输终端可以正常工作的最低电压为3.8V。现有技术中超级电容放电 直接为数据传输终端供电。当超级电容放电的电压低于3.8V时，数据传输终 端将无法正常工作。因此超级电容从额定工作电压4.2V放电到3.8V的利用率 仅为(4.2V-3.8V) /4.2V=9.5 % 。
本发明提供的掉电保护方法，超级电容从额定工作电压2.3V放电到升压 单元正常工作的输入电压0.7V的利用率为(2.3V-0.7V) /2.3V = 69.6%。
由此可见，本发明所述超级电容的存储电能利用率得到了大大提高。超级 电容放电更彻底，存储电能得到了充分利用，从而更加节省能源。
由超级电容供电时的负载电流600mA,超级电容的容量5F, rwOTi=2.3V, 7min=0.7V, C=5F, /=0.6A,可得超级电容》文电的电压满足升压单元正常工作 的时间为
<formula>formula see original document page 8</formula>
由公式(l)可得，当系统掉电时，超级电容放电，可以使升压单元正常 工作的时间是13.3s。升压单元正常工作时，可以将超级电容的放电电压升压 为数据传输终端的工作电压。因此，数据传输终端可以正常工作的时间也是13.3s。 13.3s的时间足够所述数据传输终端将系统掉电消息通过GPRS网络传 输至远程监控中心。远程监控中心采取必要的掉电措施。
需要说明的是，所述超级电容可以根据需要选择不同的容量。
所述超级电容的额定电压可以根据需要选择不同的电压值，只要保证d、于 数据传输终端的工作电压即可。本发明中优选数据传输终端的工作电压为 4.2V。如果本发明实施例所述方法应用在其他系统中，即不是通过GPRS网络 将系统掉电信息传输至远程监控中心，而是釆用其他通讯设备进行传递，例如 通过CAN总线等。此时，数据传输终端的工作电压可以选择其他电压值。
S304:通过线性电源将数据传输终端的工作电压转换为CPU的工作电压， 为CPU供电。
所述CPU的工作电压包括3.3V和1.8V两种电压。
所述3.3V为CPU的10供电。
所述1.8V为CPU的内核供电。
当系统掉电时，CPU用来保存当前的数据信息。
本发明实施例所述一种掉电保护的方法，当系统掉电时，将超级电容放电 的电压升压，供给CPU和数据传输终端。CPU将当前系统工作的相关信息存 储于铁电存储器或E2PROM里面。当重新上电以后，CPU读出当时掉电的系 统信息，恢复掉电时的系统工作状态。数据传输终端有足够长的时间将系统掉 电的信息报警至远程监控中心。远程监控中心可以及时对系统掉电采取必要的
措施o
基于上述一种掉电保护的方法，本发明实施例还提供了一种掉电保护的设 备，下面结合附图来详细说明所述设备。
参见图4,该图为基于本发明一种掉电保护的设备第一实施例结构图。 本发明提供一种掉电报警的设备，包括降压单元401、超级电容402和升 压单元403。
所述降压单元401,用于数据传输终端404掉电前，将电源电压降压为超 级电容的额定电压。
所述超级电容402，用于储存电能。
例如，所述电源电压为24V。将24V电压降^f氐为超级电容的额定电压为超级电容供电。系统正常供电时，电源电压为超级电容充电。当系统掉电后， 超级电容放电。
所述升压单元403，用于数据传输终端404掉电前，将所述超级电容402 的额定电压升压为所述数据传输终端404的工作电压，为所述数据传输终端 404供电；还用于数据传输终端404掉电后，所述超级电容402放电，将所述 超级电容402放电的电压升压为所述数据传输终端404的工作电压，为所述数 据传输终端404供电。
需要说明的是，本发明提供的一种掉电保护的设备，所述设备可以应用在 电气自动化控制领域中所有的掉电保护上。可以根据实际需要，选择电源电压、 超级电容的额定电压电压和/或数据传输终端的工作电压。当然，根据数据传 输终端掉电后需要的工作时间选择所述超级电容的容量。
所述设备能够在数据传输终端404掉电时，将超级电容402放电的电压升 压为数据传输终端404的工作电压。从而数据传输终端404可以正常工作，将 数据信息和掉电报警信息传送至远程控制中心。本发明提供的掉电保护的设备 能够保证在数据传输终端404掉电时，超级电容402从充满电的初始值放电到 最低值的时间超过了数据传输终端404掉电后需要工作的时间。从而为数据传 输终端404提供较长时间的工作电压。
本发明所述设备利用了超级电容容量大，体积小的优点，并且将超级电容 放电后的电压升压，为数据传输终端404供电，可以使数据传输终端404工作 较长的时间。
参见图5，该图为基于本发明一种掉电保护的设备第二实施例结构图。 本发明设备第二实施例与设备第 一 实施例的区别是增加了线性电源501 和CPU502。
需要说明的是，本实施例中所述降压单元401釆用开关电源401a。 数据传输终端404为GPRS模块404a。 所述电源电压为24V。
所述开关电源401a将所述24V电压降为小于4.2V的超级电容的额定电压。需要说明的是，可以根据系统的实际需要，选择超级电容的额定电压，超 级电容的额定电压只要小于数据传输终端的工作电压即可。
所述开关电源401a优选LM2596-ADJ,所述LM2596-ADJ将24V的电源 电压将为2.3V的超级电容的额定电压。
LM2596-ADJ是一款输出电压可调的开关电源芯片，输出电压调节范围为 1.2V-37V,并且可以输出3A最大负载电流。
当系统掉电时，超级电容放电，可以使所述数据传输终端404正常工作大 约13.3s的时间。13.3s的时间足够所述数据传输终端404将系统掉电消息通过 GPRS网络传输至远程监控中心。远程监控中心采取必要的掉电措施。
数据传输终端可以正常工作的最低电压为3.8V。现有技术中超级电容放电 直接为数据传输终端供电。当超级电容放电的电压低于3.8V时，数据传输终 端将无法正常工作。因此超级电容从额定工作电压4.2V放电到3.8V的利用率 仅为(4.2V-3.8V) /4.2V=9.5 % 。
本发明提供的掉电保护设备，超级电容从额定工作电压2.3V放电到升压 单元正常工作的输入电压0.7V的利用率为(2.3V-0.7V) /2.3V = 69.6%。
由此可见，本发明所述超级电容的存储电能利用率得到了大大提高。超级 电容放电更彻底，存储电能得到了充分利用，从而更加节省能源。
需要说明的是，所述超级电容402可以根据需要选择不同的容量。
本发明中优选数据传输终端的工作电压为4.2V,因为GPRS模块404a的 工作电压为4.2V。如果本发明实施例所述设备应用在其他系统中，即不是通 过GPRS网络将系统掉电信息传输至远程监控中心，而是采用其他通讯设备进 行传递，例如通过CAN总线等。此时，数据传输终端的工作电压可以选择其 他电压值。
所述线性电源501将数据传输终端的工作电压转换为CPU502的工作电 压，为CPU502供电。
所述CPU502的工作电压包括3.3V和1.8V两种电压。
所述3.3V为CPU502的IO供电。
所述1.8V为CPU502的内核供电。
当系统掉电时，CPU502用来保存当前的it据信息。本发明实施例所述一种掉电保护的设备，当系统掉电时，将超级电容402 的放电电压升压，为CPU502和GPRS模块404a供电。CPU502将当前系统工 作的相关信息存储于铁电存储器或E2PROM里面。当重新上电以后，CPU502 读出当时掉电的系统信息，恢复掉电时的系统工作状态。GPRS模块404a有 足够长的时间通过GPRS网络将系统掉电的信息报警至远程监控中心。远程监 控中心可以及时对系统掉电采取必要的措施。
下面结合具体电路图来详细说明本发明所述掉电保护的设备。 参见图6,该图为基于本发明一种掉电保护的设备第三实施例电路图。 如图6所示，Ul为所述开关电源401a。 U12是所述升压单元403。 E2为 所述超级电容402。
超级电容402优先选用5F/2.5V的KORCHIP品牌。
开关电源401a芯片选用LM2596-ADJ， LM2596-ADJ是一款输出电压可 调的开关电源芯片，输出电压调节范围为1.2V 37V，并且可以输出3A最大 负载电流，输出电压计算公式如下<formula>formula see original document page 12</formula>
其中^,4.23V，这里选择i 严5.1K， i 2=4.7K, =1.23x(1 + 4.7/5.1)，则 K =2.3V。
超级电容￡2接在开关电源401a的输出电压之后，如图6所示。 U12是升压单元，该电路优先选择MAX1708EEE作为升压单元的主芯片。
该芯片的输入电压范围是0.7~5V。 MAX1708EEE的输出电压可调，电压调
节范围为2.5V 5V。
输出电压调节计算公式如下
<formula>formula see original document page 12</formula> (3)
火5
由公式(3)可以看出，调节电阻^和A可以调节升压单元输出电压的范围。
本发明实施例中选择^^1.24V, i 4=3.6K， i 5=1.5K, =1.24x(l + 3.6/1.5)， 则乙=4.2￥。需要说明的是，可以根据实际应用需要选择升压单元的电路或主芯片。从 而选择得到不同的升压单元的输入电压和输出电压。
本发明实施例所述掉电保护设备主要包括超级电容402和升压单元403。 当系统掉电时，超级电容402经过放电，可以使系统正常工作13.3s，足够
GPRS模块404a将掉电信息通过GPRS网络，传输至远程监控中心。
若系统正常工作时，本发明所述掉电保护的设备能够满足系统正常工作的
电压要求。
本发明所述掉电保护的设备利用了超级电容储能量大和体积小的特点，方 便实用。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的 限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何 熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述 揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改 为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本 发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属 于本发明技术方案保护的范围内。
1权利要求
1、一种掉电保护的方法，其特征在于，包括以下步骤当数据传输终端掉电前，将电源电压降压为超级电容的额定电压；将所述超级电容的额定电压升压为数据传输终端的工作电压，为所述数据传输终端供电；当数据传输终端掉电后，所述超级电容放电，将所述超级电容放电的电压升压为所述数据传输终端的工作电压，为所述数据传输终端供电。
2、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将电源电压降压为超级电容的额定电压具体为通过开关电源将电源电压降压为所述超级电容的额定电压。
3、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括通过线性电源将所述数据传输终端的工作电压转换为CPU的工作电压后为所述CPU供电。
4、 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述CPU的工作电压包括3.3V和1.8V, 3.3V为CPU的IO供电，1.8V为CPU的内核供电。
5、 根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述数据传输终端的工作电压是4.2V;所述超级电容的额定电压小于4.2V。
6、 一种掉电保护的设备，其特征在于，包括降压单元、超级电容和升压单元；所述降压单元，用于数据传输终端掉电前，将电源电压降压为超级电容的额定电压；所述超级电容，用于储存电能；所述升压单元，用于数据传输终端掉电前，将所述超级电容的额定电压升压为所述数据传输终端的工作电压，为所述数据传输终端供电；还用于数据传输终端掉电后，所述超级电容放电，将所述超级电容放电的电压升压为所述数据传输终端的工作电压，为所述数据传输终端供电。
7、 根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述降压单元为开关电源。
8、 根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述设备还包括线性电源，用于将数据传输终端的工作电压转换为CPU的工作电压，为CPU供电。
9、 根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述CPU的工作电压包括3.3V和1.8V, 3.3V为CPU的IO供电，1.8V为CPU的内核供电。
10、根据权利要求6或9所述的设备，其特征在于，所述数据传输终端的工作电压是4.2V，所述超级电容的额定电压小于4.2V。
全文摘要
本发明提供一种掉电保护的方法，包括以下步骤当数据传输终端掉电前，将电源电压降压为超级电容的额定电压；将所述超级电容的额定电压升压为数据传输终端的工作电压，为所述数据传输终端供电；当数据传输终端掉电后，所述超级电容放电，将所述超级电容放电的电压升压为所述数据传输终端的工作电压，为所述数据传输终端供电。从而数据传输终端可以正常工作将数据信息和掉电报警信息传送至远程控制中心。本发明还提供了一种掉电保护设备。本发明提供的掉电保护的方法和设备能够保证在数据传输终端掉电时，超级电容从充满电的初始值放电到最低值的时间满足数据传输终端掉电后需要工作的时间，从而为数据传输终端提供较长时间的正常工作电压。
文档编号G06F1/30GK101521410SQ20081017841
公开日2009年9月2日 申请日期2008年11月24日 优先权日2008年11月24日
发明者吴智勇, 翔 周, 曾小信, 李中华 申请人:三一重工股份有限公司