一种断电重启自控电路

文档序号：1231186 发布日期：2020-09-08 浏览：14次 >En<

阅读说明：本技术 一种断电重启自控电路 (Power-off restart automatic control circuit ) 是由张虎戴毅欣肖立志吴笑馨彭亮明代飞王业流殷源罗永升于 2020-06-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及电子电路控制领域,更具体的说,涉及一种断电重启自控电路。本发明提出的断电重启自控电路,用于控制硬件电路板的断电重启,包括硬件电路板,发送断电复位信号给充放电回路模块,控制充放电回路模块进行充放电；充放电回路模块,输出充电电压或放电电压作为比较电压到比较电路模块；比较电路模块,根据比较电压与参考电压进行比较,输出开关断开信号或开关导通信号到开关电路模块；开关电路模块,根据开关断开信号或开关导通信号,控制开关电路模块的电路断开或导通,控制电源模块是否为硬件电路板供电。本发明通过少量元器件,控制整个硬件电路板的完全断电重启,断电持续时间可调整,减少人为断电重启操作,减少电路板故障率。(The invention relates to the field of electronic circuit control, in particular to a power-off restarting automatic control circuit. The invention provides a power-off restart self-control circuit which is used for controlling the power-off restart of a hardware circuit board and comprises the hardware circuit board, a charge-discharge loop module and a power-off reset module, wherein the hardware circuit board sends a power-off reset signal to the charge-discharge loop module and controls the charge-discharge loop module to charge and discharge; the charging and discharging loop module outputs charging voltage or discharging voltage as comparison voltage to the comparison circuit module; the comparison circuit module is used for comparing the comparison voltage with the reference voltage and outputting a switch off signal or a switch on signal to the switch circuit module; and the switch circuit module controls the circuit of the switch circuit module to be switched off or switched on according to the switch off signal or the switch on signal, and controls whether the power supply module supplies power to the hardware circuit board. According to the invention, the complete power-off restarting of the whole hardware circuit board is controlled through a small number of components, the power-off duration time is adjustable, the manual power-off restarting operation is reduced, and the fault rate of the circuit board is reduced.)

一种断电重启自控电路

技术领域

本发明涉及电子电路控制领域，更具体的说，涉及一种断电重启自控电路。

背景技术

在一些铁路电子产品应用中，由于电子产品长时间不断电运行，容易造成系统工作异常，软件复位无效，而现有的硬件断电复位只能针对其中某一小部分电路，不能控制关键部分如CPU自身的断电，尤其不能控制整块电路板断电重启。

例如，机车车载综合信息监测装置(LDP)中的北斗/GPS插件即要求24小时不断电工作，插件内有硬件看门狗电路，可以实时监测电源及处理器的工作状态，还有部分电源复位电路，但是仍然有一些故障情况，部分电路断电复位并不能解决故障，需要完全断电重启才能消除。

中国实用新型专利CN201822127613.8公开了一种系统死机自恢复装置，包括电源模块、电源控制模块和系统控制模块；其中，电源控制模块包括电源控制芯片、三极管和继电器；系统控制模块与电源控制芯片相连，向电源控制芯片输出设定频率的同步信号；继电器与电源模块相连，控制电源模块的开闭；电源控制芯片通过三极管与继电器相连，若在第一设定时间内电源控制芯片没有接收到同步信号，则控制三极管导通，进而控制继电器工作，使电源模块断电，并在第二设定时间内控制三极管截止，进而控制继电器停止工作，使电源模块重新供电，从而实现系统自动断电重启。上述专利只能在死机时候进行重启，并不能在功能异常时进行随时可控的完全断电重启。

发明内容

本发明的目的是提供一种断电重启自控电路，解决现有技术的硬件电路板难以完全自动断电重启复位的技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种断电重启自控电路，用于控制硬件电路板的断电重启，包括比较电路模块、充放电回路模块、开关电路模块和电源模块：

所述硬件电路板，与充放电回路模块连接，发送断电复位信号给充放电回路模块，控制充放电回路模块进行充放电；

所述充放电回路模块，与比较电路模块连接，输出充电电压或放电电压作为比较电压到比较电路模块；

所述比较电路模块，与开关电路模块连接，根据比较电压与参考电压进行比较，输出开关断开信号或开关导通信号到开关电路模块；

所述开关电路模块，与电源模块连接，根据开关断开信号或开关导通信号，控制开关电路模块的电路断开或导通，控制电源模块是否为硬件电路板供电。

在一实施例中，所述充放电回路模块，在接收到断电复位信号后进行充电，充电电压高于比较电路模块的参考电压时，比较电路模块输出开关断开信号；

所述充放电回路模块，在硬件电路板断电后进行放电，放电电压低于比较电路模块的参考电压时，比较电路模块输出开关导通信号。

在一实施例中，所述充放电回路模块包括第四电阻R4、第五电阻R5、二极管V1、第六电阻R6和第一电容C1：

所述第四电阻R4，一端与硬件电路板的断电复位信号端连接，另一端接地；

所述第五电阻R5，一端与硬件电路板的断电复位信号端连接，另一端与二极管V1的正极连接；

所述二极管V1的负极与比较电路模块的比较电压输入端连接；

所述第六电阻R6，一端与二极管V1的负极连接，另一端接地；

所述第一电容C1，一端与二极管V1的负极连接，另一端接地。

在一实施例中，所述电源模块包括前端供电端与电源转换单元：

所述前端供电端，为整个电路供电；

所述电源转换单元，一端连接开关电路模块，另一端连接硬件电路板，将开关电路模块输入的电压转换为适用于硬件电路板的电压。

在一实施例中，所述比较电路模块包括比较器N1A、第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3：

所述第一电阻R1，一端连接前端供电端，另一端与比较器N1A的参考电压输入端连接；

所述第二电阻R2，一端与比较器N1A的参考电压输入端连接，另一端接地；

所述第三电阻R3，一端与比较器N1A的参考电压输入端连接，另一端与比较器N1A的输出端连接。

在一实施例中，所述开关电路模块包括第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、三极管V2和场效应管V3：

所述第七电阻R7，一端连接前端供电端，另一端与比较器N1A的输出端连接；

所述第八电阻R8，一端与比较器N1A的输出端连接，另一端与三极管V2的基极连接；

所述三极管V2的发射极接地，集电极与第九电阻R9的一端连接；

所述第九电阻R9的另一端连接前端供电端；

所述场效应管V3的源极连接前端供电端，栅极与三极管V2的集电极连接，漏极与电源转换单元连接。

在一实施例中，所述充放电回路模块的充电时间，与第五电阻R5、第一电容C1的乘积成正比。

在一实施例中，所述充放电回路模块的放电时间，与第六电阻R6、第一电容C1和参考电压门限值Vh的乘积成正比，所述参考电压门限值Vh为参考电压的最大值和最小值之差。

在一实施例中，所述参考电压门限值Vh的计算公式为：

Vh＝R1R2Vo/(R1R2+R1R3+R2R3)

其中，Vo为比较器N1A输出端的输出电压。

在一实施例中，所述比较器N1A输出端的输出电压Vo的计算公式为：

其中，VCC_IN为前端供电端的电压值，Vbe为三极管V2的导通电压，Vcmp1为参考电压的最大值。

本发明提出的一种断电重启自控电路，通过少量元器件，控制整个硬件电路板的完全断电重启，并且断电持续时间可调整，从而减少人为断电重启操作，减少电路板故障率。

附图说明

本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1揭示了根据本发明一实施例的断电重启自控电路的原理框图；

图2揭示了根据本发明一实施例的断电重启自控电路原理图；

图3揭示了根据本发明一实施例的断电重启自控电路的关键信号时序图。

图中各附图标记的含义如下：

100 硬件电路板；

200 充放电回路模块；

300 比较电路模块；

400 开关电路模块；

500 电源模块；

501 电源转换单元。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释发明，并不用于限定发明。

本发明涉及电子产品领域，特别是无人值守的长时间运行的电子产品。

本发明提出的一种断电重启自控电路，能够让整块硬件电路板内部断电复位，并且可以调节断电持续时间。

图1揭示了根据本发明一实施例的断电重启自控电路原理框图，如图1所示，本发明提出的一种断电重启自控电路，用于控制硬件电路板100的断电重启，包括充放电回路模块200、比较电路模块300、开关电路模块400和电源模块500。

所述硬件电路板100，与充放电回路模块200连接。

硬件电路板100发送断电复位信号给充放电回路模块200，控制充放电回路模块200进行充放电。

所述充放电回路模块200，与比较电路模块300连接，输出充电电压或放电电压作为比较电压到比较电路模块300。

所述比较电路模块300，与开关电路模块400连接，根据比较电压与参考电压进行比较，输出开关断开信号或开关导通信号，控制开关电路模块400的断开或导通。

充放电回路模块200的充电电压和放电电压作为比较电路模块300的比较电压，与比较电路模块300的参考电压进行比较，控制比较电路模块300输出开关断开信号和开关导通信号。

所述开关电路模块400，与电源模块500连接，根据开关断开信号或开关导通信号，控制开关电路模块400的电路断开或导通，控制电源模块500是否为硬件电路板100供电。

图2揭示了根据本发明一实施例的断电重启自控电路原理图，下面结合图1和图2，具体说明各模块的电路组成结构。

硬件电路板100，其供电电压为VCC_1至VCC_n，信号ctrl为硬件电路板100的内部处理器或看门狗电路输出的断电复位信号，通过充放电回路模块200的第四电阻R4下拉为低电平。

充放电回路模块200，包括第四电阻R4、第五电阻R5、二极管V1、第六电阻R6和第一电容C1：

所述第四电阻R4，一端与硬件电路板100的断电复位信号端ctrl连接，另一端接地GND；

所述第五电阻R5，一端与硬件电路板100的断电复位信号端ctrl连接，另一端与二极管V1的正极连接；

所述二极管V1的负极与比较电路模块300的比较电压输入端Vctrl连接；

所述第六电阻R6，一端与二极管V1的负极连接，另一端接地GND；

所述第一电容C1，一端与二极管V1的负极连接，另一端接地GND。

比较电路模块300，包括比较器N1A、第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3：

所述第一电阻R1，一端连接前端供电端VCC_IN，另一端与比较器N1A的3脚，即参考电压输入端Vcmp连接；

所述第二电阻R2，一端与比较器N1A的3脚，即参考电压输入端Vcmp连接，另一端接地GND；

所述第三电阻R3，一端与比较器N1A的3脚，即参考电压输入端Vcmp连接，另一端与比较器N1A的1脚，即输出电压输出端Vo连接。

所述比较器N1A的2脚，即比较电压输入端Vctrl与充放电回路模块200的二极管V1的负极连接。

电源模块500，包括前端供电端VCC_IN与电源转换单元501。

所述前端供电端VCC_IN，为整个电路的前端供电，始终存在。

所述电源转换单元501，一端连接开关电路模块400，另一端连接硬件电路板100，将从开关电路模块400输入的电压VCC转换为适用于硬件电路板100的供电电压VCC_1至VCC_n。

开关电路模块400，包括第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、三极管V2和场效应(MOS)管V3：

所述第七电阻R7，一端连接前端供电端VCC_IN，另一端与比较电路模块300的比较器N1A的1脚，即输出电压输出端Vo连接；

所述第八电阻R8，一端与比较器N1A的1脚，输出电压输出端Vo连接，另一端与三极管V2的基极连接；

所述三极管V2的发射极接地GND，集电极与第九电阻R9的一端连接；

所述第九电阻R9的另一端连接前端供电端VCC_IN；

所述场效应管V3的源极连接前端供电端VCC_IN，栅极与三极管V2的集电极连接，漏极与电源转换单元501连接，漏极输出电压VCC。

下面结合图1和图2，说明本发明的断电重启自控电路的工作原理。

硬件电路板100正常工作时，断电复位信号端ctrl信号默认为低电平，ctrl信号在高电平时复位有效。

当硬件电路板100正常工作时，断电复位信号crtl为低电平，比较器N1A的比较电压输入端Vctrl为低，比较电压Vcrtl小于比较器N1A的3脚的参考电压Vcmp1，比较器N1A的1脚输出端为高阻，其输出电压Vo通过第七电阻R7上拉为高电平，为开关导通信号。

此时，三极管V2的偏置电压Vbe正偏导通，MOS管V3的偏置电压Vsg正偏导通。

前端供电端VCC_IN，经过MOS管V3的漏极输出电压VCC，电源转换单元501将电压VCC转换为硬件电路板100的供电电压VCC_1至VCC_n，正常输入到硬件电路板100内，硬件电路板100正常工作。

充放电回路模块200，在接收到断电复位信号ctrl后进行充电，充电电压高于比较电路模块300的参考电压时，比较电路模块300输出开关断开信号

当断电复位信号ctrl为高电平时，控制硬件电路板100断电，其内部的断电复位信号ctrl变为低电平。

当断电复位信号crtl为高电平时，充放电回路模块200的第五电阻R5与第一电容C1组成RC充电回路，充放电回路模块200进行充电。

当充电电压Vcrtl作为比较器N1A的比较电压，高于的3脚的参考电压Vcmp1时，比较器N1A的1脚的出端输出电压Vo为低电平，开关断开信号。

此时，三极管V2关断，MOS管V3关断，电源模块500无法为硬件电路板100供电，硬件电路板内无电源供电。

充放电回路模块200，在硬件电路板100断电后进行放电，放电电压低于比较电路模块300的参考电压时，比较电路模块300输出开关导通信号。

硬件电路板100断电后，第二电阻R2与第三电阻R3并联，使比较器N1A的3脚的参考电压降低为Vcmp2，形成迟滞比较。

充放电回路模块200的第六电阻R6与第一电容C1组成RC放电回路，充放电回路模块200进行放电。

其中，二极管V1用于隔绝电流从第五电阻R5和第四电阻R4放电。

当作为比较器N1A比较电压的放电电压Vcrtl，缓慢放电至电压低于参考电压Vcmp2时，比较器N1A电压1脚的输出电压Vo变为高电平，为开关导通信号。

此时，三极管V2导通，MOS管V3导通，硬件电路板100内正常供电。

下面说明比较器的迟滞比较的原理。

假设比较器的正向端(+)和反向端(-)两个输入信号，正向端电压V+为参考电压，反向端电压V-为比较电压：

当正向端电压V+高于反向端电压V-时，输出为高阻或高电平；

当正向端电压V+低于反向端电压V-时，输出为低电平；

无迟滞比较时，参考电压V+固定，假设V+为2V，那么比较电压V-高于2V输出为低电平，比较电压V-低于2V输出为高电平；

迟滞比较时，参考电压V+会变化，

假设V+初始为2V，当V-高于V+时，输出为低电平，使参考电压V+变得更低，假设V+变为1V，则V-需要更低的电压，即低于1V，输出才会翻转为高电平。

比较器N1A的3脚的参考电压在硬件电路板100断电后降低，从而为迟滞比较。

图3揭示了根据本发明一实施例的断电重启自控电路的关键信号时序图，如图3所示，充电时间t1为控制断电动作的时间，断电复位信号ctrl信号为高时，并非马上断电，经过t1时间后，充电电压Vctrl高于参考电压Vcmp时才断电，而断电的持续时间只与放电时间t2有关。电压VCC为输入到电源转换单元501的电压。

充放电回路模块的充电时间，与第五电阻R5、第一电容C1的乘积成正比，充电时间t1可由R5×C1估算。

假设第五电阻R5为1kΩ，第一电容C1为100uF，则充电时间t1约为100ms；

充放电回路模块的放电时间，与第六电阻R6、第一电容C1和参考电压门限值Vh的乘积成正比。

放电时间t2可由参考电压门限值Vh与R6×C1估算。

假设Vh为充电电压Vctrl最大值的20％，第六电阻R6为1MΩ，则放电时间t2约为1×100×0.2＝20s。

参考电压的最大值和最小值之差为参考电压门限值，所述参考电压门限值Vh越大，断电的持续时间越长，其计算公式如下：

比较器N1A的3脚输入电流非常小，可以忽略。

根据基尔霍夫电流定律，当断电复位信号ctrl为低电平时，有：