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可靠性是每一个产品的灵魂,如果一个产品可靠性不好,那它就是一个失败的产品,因为客户不会使用存在风险的产品,然而产品的可靠性不仅受到上下电、复位等内部因素影响,还会被供电的突然关断、工作环境等外部因素干扰。产品的控制系统对突然断电的反应和保护措施是判断产品可靠性的重要标准。

本文引用地址: http://www.21ic.com/embed/news/technology/201805/52684.html

1. 系统掉电保护的重要性和可行性

嵌入式系统的产品在使用或者调试中,会经常遇到系统电源突然掉电的情况,这种突发情况会导致系统丢失重要的数据且不能恢复,还有系统在运行中突然中断,会对SD卡或者SDRAM等运行内存造成损坏,这种情况往往会影响产品的可靠性,为了尽量的避免这种不稳定性情况的出现,产品需要增加掉电检测和保护电路。

掉电检测和保护电路就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。

2. 掉电检测保护电路功能框图

图1是一种典型掉电检测保护电路,此功能框图可以让大家更好的了解掉电检测保护电路的工作原理。

掉电电路为四个部分:超级电容电路(含三极管开关电路)、DC-DC升压电路、LM393比较器电路、DC-DC降压电路。这四部分电路和处理器组成一个完整的掉电检测和保护电路。

 

图1 掉电检测电路框架图

3. LM393比较器电路运用

LM393比较器电路如图2所示,图中比较器IN-输入端VCC_4V4是MP1542升压电路的输出,IN+输入端是系统的5V电压,当VIN-> VIN+时,比较器输出低电平;当VIN-< VIN+时,比较器输出高电平。

 

图2 LM393比较器电路

4. MP1542升压电路运用

MP1542升压电路如图3所示,系统通过LM393的比较器电路控制着升压电路的使能:

系统上电后,比较器两端输入大小如下:VIN- < VIN+,因此比较器输出高电平信号,其中V_DET信号接入MP1542的负反馈端,V_DET为高电平时拉低电路的输出,达到不使能升压电路的效果;

系统断电后,5V系统电压快速下降,比较器两端输入大小如下:VIN- > VIN+,因此比较器输出低电平信号,V_DET为低电平时,根据公式:Vout= [(12/5)+1]*1.25,MP1542的电路输出4.25V,达到使能升压电路的效果。

 

图3 MP1452电路

5. 掉电检测保护电路的电源波形和工作过程

为了更直观的理解掉电检测保护电路的作用,我们绘制了系统工作的电源波形图,如图4所示,掉电电路的四个部分电路分别在不同的时间发挥着不同的作用。

 

图4 系统电源波形图

当5V电源供电时,5V电压促使三极管开关电路导通,LM393比较器的高电平输出让MP1542升压不工作,为超级电容提供只进不出的充电环境(电容充满后两端电压为4V),系统的常用4.2V电源是5V通过MP2315降压电路获得。

当系统断电时,LM393比较器的低电平信号使能MP1542电路,为超级电容提供放电回路(电容电压有8-10S时间稳定在2.5-4V,MP1542最低输出电压2.5V),电容电压通过MP1452电路升到4.2V,作为处理器的备用供电电源,在开启备用电源之时,LM393比较器也给处理器发出了一个低电平报警信号,如图2所示,PD_DETC信号直接输出给处理器,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。

此电路使用时需要注意: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,所以电容充电的时间需要把控,超级电容的充电公式:t =(C * V)/I,C为超级电容的额定容量,V为超级电容工作电压,I为充电电流,超级电容充电所需时间不能太长,会影响系统的性能。

上述文章阐述的电路就是一种非常实用的系统掉电检测和保护电路,此电路可以让嵌入式系统避免突然掉电时丢失数据的现象,有效的提高了产品的可靠性。

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