一种核芯模块电压异常保护电路的制作方法

1.本实用新型涉及通讯电路设计技术，具体地讲，是涉及一种核芯模块电压异常保护电路。


背景技术：

2.在使用某些核芯模块进行多功能应用产品开发时，要求在掉电情况下，能在一定时间内将当前数据和重要信息反馈到远端，此时一般会采用临时的备用电池或超级电容供电。但随着临时电池或电容电压的不断下降，降到核芯模块的非正常工作电压区(不确定性工作电压)时，核芯模块具有一定供电但供电又不足以支持其继续工作，就会造成核芯模块工作异常中断，且对内部程序或信息丢失去；待再上电时，会出现核芯模块因内部程序或信息出错而无法启动，导致核芯模块故障，严重影响后续数据信息传输。因此，亟需改进。


技术实现要素：

3.针对上述现有技术中的问题，本实用新型提供一种核芯模块电压异常保护电路，在断电后采用超级电容供电，并进行电压异常检测和开关控制，使核芯模块在掉电后能够避开其异常电压区，从而正确规避死机风险。
4.为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
5.一种核芯模块电压异常保护电路，包括用于处理数据的核芯模块cpu，用于发送核芯模块cpu处理数据的通讯模块，为核芯模块cpu和通讯模块提供正常工作电压的供电模块，以及供电开关控制单元、电压检测单元和电容辅助供电单元，其中，所述供电开关控制单元的输入端接供电模块，输出端接核芯模块cpu供电端，控制端接收电压检测单元输出的控制信号，所述电压检测单元接供电开关控制单元的输入端，所述电容辅助供电单元接供电模块的一输出端进行充能，并在供电模块掉电后向供电开关控制单元的输入端供电。
6.具体地，所述通讯模块的供电端连接供电开关控制单元的输出端。
7.具体地，所述供电开关控制单元包括三极管q1、开关管q2、电阻r1、电阻r2、电阻r3，开关管q2的发射极接供电模块和电容辅助供电单元，集电极接核芯模块cpu供电端，基极接三极管q1集电极，电阻r1连接于开关管q2的发射极和基极之间，电阻r2连接于三极管q1的基极和开关管q2的发射极之间，电阻r3一端接三极管q1的基极，另一端接地，三极管q1的发射极接地，基极连接电压检测单元输出端。
8.具体地，所述电压检测单元采用内置门限电压阈值的电压检测芯片u1，其输出端reset接三极管q1基极，其输入端in接开关管q2发射极，当输入端in的电压低于门限电压阈值时，由输出端reset输出低电平的控制信号至三极管q1基极使之断开，从而使开关管q2断开。
9.优选地，所述电压检测芯片u1采用型号为md70xx系列的电压检测芯片。
10.进一步地，所述电容辅助供电单元包括输入隔离单元、充能单元、输出隔离单元，其中输入隔离单元由依次串接的肖特基二极管d2和限流电阻r4构成，肖特基二极管d2的正
极接供电模块的一路输出，限流电阻r4另一端接充能单元，输出隔离单元由正极接充能单元、负极接供电开关控制单元输入端的肖特基二极管d1构成，充能单元采用超级电容进行充电和放电。
11.具体地，所述充能单元包括超级电容c1、c2，电阻r5、r6、r7、r8、r9、r10，三极管q3、q4，其中，超级电容c1和c2串接，超级电容c1正极接限流电阻r4和肖特基二极管d1正极，超级电容c2负极接地；三极管q3集电极通过电阻r5接超级电容c1正极，发射极接超级电容c1负极，基极通过电阻r6接超级电容c1正极，同时基极通过电阻r7接超级电容c1负极；三极管q4集电极通过电阻r8接超级电容c2正极，发射极接超级电容c2负极，基极通过电阻r9接超级电容c2正极，同时基极通过电阻r10接超级电容c2负极。
12.具体地，所述供电模块采用稳压芯片u2，将外部输入的12v电压转换为5.5v工作电压并分两路输出，一路输出通过肖特基二极管d3连接供电开关控制单元，另一路输出连接肖特基二极管d2。
13.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
14.本实用新型巧妙采用电压检测单元对核芯模块进行供电电压监控，配合在核芯模块与供电模块之间增加供电开关控制单元，并增加电容辅助供电单元，当核芯模块掉电后可以通过电容辅助供电单元持续一段时间供电，以便核芯模块和通讯模块可以将当前数据和重要信息反馈到远端，并在电压下降到内置设定的门限电压阈值时关断对核芯模块的供电，让核芯模块电压迅速下降，以避开其异常电压区，使之回归到低电压状态，能正确识别。并且本实用新型设计巧妙，结构简单，使用方便，成本低廉，适于在核芯模块电路设计中应用。
附图说明
15.图1为本实用新型-实施例的原理框图。
16.图2为本实用新型-实施例的电路原理图。
具体实施方式
17.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，本实用新型的实施方式包括但不限于下列实施例。
18.实施例
19.如图1和图2所示，该核芯模块电压异常保护电路，包括用于处理数据的核芯模块cpu，用于发送核芯模块cpu处理数据的通讯模块，为核芯模块cpu和通讯模块提供正常工作电压的供电模块，以及供电开关控制单元、电压检测单元和电容辅助供电单元，其中，所述供电开关控制单元的输入端接供电模块，输出端接核芯模块cpu供电端，控制端接收电压检测单元输出的控制信号，所述电压检测单元接供电开关控制单元的输入端，所述电容辅助供电单元接供电模块的一输出端进行充能，并在供电模块掉电后向供电开关控制单元的输入端供电。具体地，所述通讯模块的供电端连接供电开关控制单元的输出端。
20.具体地，所述供电开关控制单元包括三极管q1、开关管q2、电阻r1、电阻r2、电阻r3，开关管q2的发射极接供电模块和电容辅助供电单元，集电极接核芯模块cpu供电端，基极接三极管q1集电极，电阻r1连接于开关管q2的发射极和基极之间，电阻r2连接于三极管
q1的基极和开关管q2的发射极之间，电阻r3一端接三极管q1的基极，另一端接地，三极管q1的发射极接地，基极连接电压检测单元输出端。
21.具体地，所述电压检测单元采用内置门限电压阈值的电压检测芯片u1，其输出端reset接三极管q1基极，其输入端in接开关管q2发射极，当输入端in的电压低于门限电压阈值时，由输出端reset输出低电平的控制信号至三极管q1基极使之断开，从而使开关管q2断开。优选地，所述电压检测芯片u1采用型号为md70xx系列的电压检测芯片。
22.具体地，所述电容辅助供电单元包括输入隔离单元、充能单元、输出隔离单元，其中输入隔离单元由依次串接的肖特基二极管d2和限流电阻r4构成，肖特基二极管d2的正极接供电模块的一路输出，限流电阻r4另一端接充能单元，输出隔离单元由正极接充能单元、负极接供电开关控制单元输入端的肖特基二极管d1构成，充能单元采用超级电容进行充电和放电。具体地，所述充能单元包括超级电容c1、c2，电阻r5、r6、r7、r8、r9、r10，三极管q3、q4，其中，超级电容c1和c2串接，超级电容c1正极接限流电阻r4和肖特基二极管d1正极，超级电容c2负极接地；三极管q3集电极通过电阻r5接超级电容c1正极，发射极接超级电容c1负极，基极通过电阻r6接超级电容c1正极，同时基极通过电阻r7接超级电容c1负极；三极管q4集电极通过电阻r8接超级电容c2正极，发射极接超级电容c2负极，基极通过电阻r9接超级电容c2正极，同时基极通过电阻r10接超级电容c2负极。
23.具体地，所述供电模块采用稳压芯片u2，将外部输入的12v电压转换为5.5v工作电压并分两路输出，一路输出通过肖特基二极管d3连接供电开关控制单元，另一路输出连接肖特基二极管d2。
24.作为一种优选，本实施例中采用的元器件的型号和参数如下：u1 pt7m7824l，u2 12vdc-dc5v，d1 sk34，d2 sk34，d3 sk34，q1 aoshb(ao3416)，q2 ao3415，q3 9014，q4 9014，c1 25f/2.7v，c2 25f/2.7v，r1 10k，r2 1k，r3 100k，r4 3w 20om，r5 15(1206)，r6 12k，r7 6.2k，r8 15(1206)，r9 12k，r10 6.2k。
25.本实用新型的工作过程如下：首先由12vdc-dc5v稳压芯片u2将12v转换为5.5v工作电压，一路由肖特基二极管d2隔离，经过限流电阻r4对两个超级电容进行充电，充能单元的设计可以调整两个超级电容的电压均衡，保证两电容电压差不会偏离太大，经过充电后的电容电压，通过肖特基二极管d1后，供往开关管q2。12vdc-dc5v另经一个肖特基隔离二极管d3直接供向开关管q2，由于此时经过d3的5.5v电压比超级电容充电的电压偏高，所以，供核芯模块和通讯模块的电压由12vdc-dc5v输出的主5.5v提供，而不是超级电容充输出的5.5v(此为掉电情况下使用)。如果在掉电情况下，12vdc-dc5v的两路输出都为0电压，这时由超电容两节组成的电压通过d1，再通过后级的供电开关控制单元，提供核芯模块和通讯模块电压。
26.到开关管q2的电压另一路送往开关控制端，由电阻r2、r3和控制管q1组成，正常情况(电压正常不低)下，5.5v经过开关控制端开启开关管q2导通，这样5.5v电压就直接送到核芯模块供电，使之正常工作。到开关管q4的电压还有一路要送到电压检测芯片u1，该芯片主要通过供电压的高低来控制输出#reseet的电平，即门限电平的判决，当电压检测芯片供电电压低到其门限电压时，其#reset引脚输出低电平到开关控制端三极管q1基极，使之断开，由于开关管q2其基极被发射极上拉，其场效应管为p沟道(相当于pnp),因此开关管q2断开，切断外部对核芯板供电。当前选定电压检测芯片u1 pt7m7824l宽电压范围，门限电平
4.63v。在电网掉电情况下，12vdc-dc5v停止供电，由超级电容通过二极管d1供电，同时送开关管q2、三极管q1和电压检测芯片u1，此时电压电平正常，使q2处于导通，经过一段时间后，超级电容电压不断下降，当下降到电压检测芯片的门限电平后，此时其电压检测芯片#reset就输出低电平(正常为高电平)，该低电平使其三极管q1断开，从而使开关管q2断开，这样，核芯板模块无电，余留电量迅速下降到低电平电压，避免核芯模块掉进死机模式。4g通信模块是将核芯模块的数据信息传送到远端系统，它们的供电都是5.5v受控制过来，4g通信模块耗电量较大，以往在掉电情况下，很容易将5.5v电压拉下来，造成核芯模块处于异常电压工作范围，通过本实用新型改进后可以有效避免核芯模块异常死机。
27.上述实施例仅为本实用新型的优选实施例，并非对本实用新型保护范围的限制，但凡采用本实用新型的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而做出的变化，均应属于本实用新型的保护范围之内。