电源监测ic在法拉电容掉电保护方案中的应用.doc

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IC，UM809）；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 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。

上海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140msUM809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输出宽温度范围：-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控制供电方式由原有的主供电系统切换至法拉电容，通常由一选二的Power Switch实现3 后记鉴于掉电保护在系统设计中的日益重要性，目前在很多应用场合，尤其是新型智能仪器仪表的设计中，法拉电容已经以自身的优势取代充电电池作为后备电源，英联半导体的电源监测芯片UM809已经在多个领域有过实际应用，有效提高系统供电设计的稳定性和可靠性。