电源监测IC在法拉电容掉电保护方案中的应用.pdf

英联电子电源监测IC在法拉电容掉电保护方案中的应用摘要：随着智能化仪器仪表的普及数据存储对用户的重要性越来越强确保系统在掉电时对数据的保存日益成为用户比较关注的问题本文介绍一种利用电源检测IC和法拉电容组合方式实现的系统掉电保护方案该方案对于提高智能仪表稳定性和可靠性以及应对复杂运行环境有较大帮助。1关于法拉电容法拉电容又称“超级电容”是一种介于电池和普通电容之间的无源储能元件既有电容的大电流快速充放电特性又有电池的储能特性可反复充放电数十万次。相对于备用电池法拉电容优势比较明显首先是法拉电容可根据需求被充电至任意电位并可以完全释放；其次是可以快速充电；最后是支持循环充放电数十万次大大超过电池寿命。基于法拉电容的特殊优势在越来越多的系统设计中被用作后备电容来替代电池作为掉电保护的一种手段。随着目前智能仪表的发展掉电保护的需求也越来越多。2掉电保护方案设计在一般的测量系统中都会要求系统内部的数据存储有确保掉电时数据不丢失的功能以便再重新上电时能够完好保存数据保障系统稳定可靠工作以及避免掉电造成的信息流失。常用的掉电方式一般分为三种：一、利用不间断电源供电该办法成本高体积大不适合小型系统；二、采用E2PROM保存数据受限于数据读写次数应用较少；三、采用备份电池在系统掉电后完成数据存储动作。本文主要介绍利用法拉电容来实现的第三种掉电保护方案。利用法拉电容实现掉电保护（见下图）主方案中主要有三部分组成：1）掉电监测电路（电源监测ICUM809）；2）法拉电容效能提高电路；3）法拉电容充放电控制电路。对于法拉电容的掉电保护应用目前有两种实现方式见下图一和图二。图一离线式掉电保护图二在线式掉电保护掉电保护原理图一所示电路当法拉电容被充电到额定值之后有控制电路切断充电通道此时法拉电容作为后备电源不参与系统正常工作。当系统掉电或处于欠压状态时（该状态由电源监测IC监控并发出掉电信号给MCU）供电通道被切换至法拉电容一端通过效能提高电路（通常是BOOST电路）来实现对系统的供电完成保护操作。该方式的缺点是供电切换过程会引起电压不稳（有供电切换）容易引起意外系统断电。图二所示电路在法拉电容充电到额定值之后系统持续由主供电电路和法拉电容同时供电。当系统掉电时（由监测IC监控状态）法拉电容保持对系统供电状态另外监测IC输出的掉电信号会要求MCU进行数据存储动作完成保护操作。该方式能保持系统供电稳定但会降低系统的电源利用率和法拉电容使用寿命。关键电路（1）电压监测电路电压监测电路在整个掉电保护过程为核心部分通过对主系统供电电源的电压监测一方面为法拉电容提供最低充电门限电压另一方面给MCU发出掉电信号由MCU控制供电切换数据保存或效能提高电路的开关。XX英联电子低功耗电压监测产品UM809（下图三）是一款超低功耗的电源供电监控电路广泛应用于微处理器的电源掉电预警在供电电源电压下降到低于预设的阈值电压时该电路会发出一个复位信号在电源电压上升至阈值电压时复位信号保持140ms。UM809主要特性：支持宽工作电压：1.0v~10v典型静态电流：3uA电压降至1.0v时保持正确的逻辑输出无外部元件3脚小封装支持SOT23和SC70140ms复位脉宽Push-Pull输出宽温度X围：-40℃~105℃图三UM809内部框图（2）充放电控制电路因为法拉电容的内阻较小充电时如果前端不做充电限流控制极易引起交大的冲击电流损坏供电系统。所以在法拉电容掉电保护方案中需要进行充电限流和恒流放电电路作控制。（3）效能提高电路能效提高电路主要是BOOST电路用来确保法拉电容在放电过程电压持续降低不对系统供电造成影响。（4）开关切换切换电路主要功能是在系统掉电触发之后由MCU