CN1065345A - 微计算机电源故障控制电路 - Google Patents

Abstract

VCR或微计算机控制设备会因多种原因而致交 流电源中断例如插拔带有合电单元的电源插头、开关 重负荷导致电压下降、雷电等。交流短期断电不应丢 失VCR用户的设定值或迫使用户手动复位控制系 统以恢复工作。为尽早示明即将发生电源中断，交流 电源中断被监视并产生停机信号以令微计算机系统 存储现行参量和进入低功耗方式。电源恢复供电产 生复位信号使微计算机系统开始工作。能检测短到 两个周期的交流电源中断并产生停机和复位信号。

Description

本发明涉及微计算机系统在电源中断和恢复供电时突然的开启和关断，具体涉及响应短时间的交流（AC）电源中断而产生的复位脉冲。

在诸如盒式磁带录像机（VCR）之类的消费产品中，微计算机机系统可以驱动荧光显示器并可控制多种功能，例如，在荧光屏上编程序、调谐和频道编号、声频/视频切换、伺服机构控制和电动机控制逻辑等。重要的是，在交流电源被接通或在断电后恢复供电时，为避免对机械机构或记录媒体造成可能的物理上的损坏以及给使用者带来不便和烦恼，微计算机必须按规定的方式得电或复位。VCR在消费者的环境里会遭遇到多种原因（例如，插或拔带有已得电的本装置的交流电源的插销、接点粘在交流电源开关上了、交流电源因重负荷的开启而下降，雷电等）造成的交流电源中断。短期的交流断电不应导致VCR使用者的设定值丢失，或导致使用者不得不手动使控制系统复位，以恢复其可操作性。为满足这些要求，通常需要监视电源的中断，并产生诸如“停机”、“暂停”、“等候”等适当的控制信号，而且在电源恢复供电时产生适合微计算机系统的复位信号。

用以检测交流电源的中断和即将发生的电源故障的一种方法是监视多个直流（DC）电源输出电压中的一个。所监控的电源电压的降落对微计算机系统是一种信号，表明电源的突然断电即将发生。微计算机呈现出一种适当的工作方式，即，停机、暂停、等候、备用等，其内一定数量的参数值存储在非易失性的存储器中。微计算机的电源通常由一个后备系统（例如电池或大容值的电容器）供给，足以维持执行有序关机的一段时间。在诸如VCR之类的消费产品中，电源的载荷情况随工作方式的不同而有明显的差异。因此监视直流电源电压以检测外部交流电源中断的情况，实践证明，若将检测电平设定得适合正常电源负荷的变化，则不够灵敏。

对于整流、滤波和可能的调节之后的交流电源的监视仅仅是在一段不希望的长时间之后才能检测出交流电源的故障。事实上，交流输入电源的停电可由被监视直流电源的下降或逐渐消失来表示。通过有选择性地使用特定系统各元件的备用电池或电容器可以使交流电源故障与直流电源消失之间的时段达到最大限度。但是，电池和大容值电容器标志造价和体积大上的浪费。

图1示出在VCR消费品中使用的一种键控显示板（KDB）式微计算机的一种现有技术的复位电路。该电路的用途是监视电源电压，并在电压接通时或电源中断后产生一个微计算机复位脉冲。

当交流电源被接通或电源恢复供电时，电源产生+5V电压馈到该电路上。由于电容器C1上的电压小于使晶体管TR1的基射结导通所需要的电压，因而晶体管TR1截止。由于晶体管TR1截止，+5V的供应电压就经电阻R5使电容器C2充电，使复位线上的电压为该供应电压。微计算机通常由复位输入端上所施加的等于该供应电压的一个电位来复位，并且保持在复位状态中，直到复位线转为0V时为止。

为使复位线转为0V，电容器C1开始充电到分压器R1和R2所确定的电压电平Vc。当电容器C1上的电压超过晶体管TR1的基射结导通电位时，该晶体管导通，从电源和电容器C2汲取电流。电容器C2放电迫使复位线处于接近0V的低电位。复位线上的0V使微计算机开始执行所设定的内部指令。

在该电源被关断或被中断和+5V供应消失时，二极管D1为电容器C1提供放电通路。但是如果该中断持续时间短例如在32毫秒至273毫秒之间时，电容器C1不会放电到低于晶体管TR1基射结导通的电位。因此，当电源立即恢复供电时，由于该晶体管基射结因C1上的电位仍然导通而使晶体管TR1导通。由于晶体管TR1导通而在供应电压恢复供电时不产生复位脉冲。对于未发生+5V供应电压消失的电源中断，该电路在供应电压恢复供电时也不产生复位脉冲。

为克服交流电源故障检测的局限性并且产生较早的示明交流故障的信号，根据本发明提供一种电源故障控制电路。

内含第一信号产生器的电源故障控制电路，能感测交流电源的施加或中断，并产生第一控制信号。该第一控制信号被耦合到第二信号发生器上。第二信号发生器响应第一控制信号产生第二控制信号。第一和第二控制信号都耦合到微计算机的各输入端上，并根据交流电源的状态提供多种控制功能。

图1  示出现有技术的复位电路;

图2  示出带有本发明的电源故障控制电路的电源;

图3  示出一个微计算机和图2电源故障控制电路的一个详细实施例;

图4  示出交流电源损失下降时的波形图;

图5  示出突然接通交流电源时的波形图;

图6  示出交流电源中断时的波形图。

在图2所示的电源中，120V交流60赫（Hz）干线电源由变压器T1降压到13V。这个13V电压经全波整流和电容器C80（3300μF）强力滤波，产生未被调整的+18V直流供电电压。这个+18V供电电压经限流电阻R802耦合到VCR的各种电动机电路上去供电。

+18V供电电压还经熔断丝F耦合到滤波电容器C808（100μF）和各种电压调节器上。+18V电压馈给+6.6V串通调节器（series  pass  regulator），该调节器的输出由电感L803和电容器C809（1000μF）滤波。

+6.6V供电电压持续可得，可称之为“永久”（EVER）供电电压。不管VCR开机（运行状态）还是关机（备用状态），该供电都持续可得。

+6.6V供电电压耦合到+5V调节器上，以产生持续可得的+5V（EVER）供电电压。这个供电电压给图3中所示的红外遥控接收机和“停机”及“复位”信号发生器之类电路供电。电容器C809和C810的容量大得足以在交流输入中断后约80毫秒维持DC电源和电路工作。图4中的波形A示出+5V供电电压，并表明该供电电压在“停止”信号（波形B）衰减到大约+5V峰值的70%之后从t1到t2维持大约80至140毫秒的时间。时间t1表示微计算机检测“停机”信号和停止程序执行的大致时间点。

+5V供电电压经过一个通/断开关耦合出去，以产生被开关控制的+5V供电电压（+5V  SW）。该通/断开关为响应使用者所产生的IR（红外）遥控指令或键盘的关电源的指令，而要响应微计算机产生的电源通/断指令信号。微计算机的通/断指令对于接通电源而言是低逻辑电平（OV），对于关断电源而言是高逻辑电平（+5V）。

+5V  SW供电电压只给在VCR开机时才工作的电路供电。在VCR关机时该供电被关断。

被开关控制的9V调节器采用未调节的+18V供电电压，并产生仅在VTR开机或处于工作状态期间才能得到的经开关控制的+9V  SW电压。为实现这样的开关控制，令9V调节器要响应电源通/断信号。

+6.6V供电电压耦合到+5.6V调节器上以产生微计算机的+5.6V备用供电电压。在停电或电源中断期间，该供电由连接在该调节器输出端的电容器CX41（6800μF）维持。电容器CX41经二极管DX81耦合到微计算机上，并提供几分钟备用的供电电流。微计算机的正常供电电压为Vcc，它在晶体管QX80的发射极上产生，该管与+6.6V和+5V供电电压耦合。

交流电输入的故障或中断由图3的本发明的“停机”信号产生器100来检测，该产生器产生“停机”信号输出。在交流电源存在时“停机”信号为+5V，在丢失两个以上的交流周期时该信号逐渐衰减到0V。产生器100连接到13伏交流供电电压（该电压由二极管DX20半波整流）以及电桥DB804中一个整流二极管桥臂上。该电压由分压电阻R803和RX12分压后由二极管DX20耦合到滤波电容器CX8上。二极管DX20与电容器CX8结合形成电荷泵电路，在此情况下，正峰值电压经电阻R803快速给电容器CX8正向充电。在负的交流周期期间，电容器CX8上的电压使二极管DX20反向偏置，从而经电阻RX12为电容CX8形成放电通路和晶体管Q1的输入阻抗。电荷泵电路的充电时间常数主要取决于电阻R803（47KΩ）和电容器CX8（0.1μF），约为4.7毫秒。放电时间常数比充电时间常数大得多，它主要取决于电容器CX8和电阻RX12及晶体管Q1输入阻抗的并联组合物（约为电流增益与发射极电阻的乘积），在此情况下可能约为45毫秒。因而放/充电时间常数比约为10比1。

放电时间常数最好选取比通常为电源滤波或预调节所选取的值小。小的放电时间常数在交流输入的很少的几个周期丢失时会使储存的电位迅速下降。迅速衰减的这个要求与电源滤波电容器的要求相反。在一般的电源中，通常是通过选取滤波电容器使其放电时间常数为很多个（往往上百个）输入交流周期来使直流电源的波动减小到最小程度。采用小的放电时间常数可在很少几个周期内提供快速的指示，表明交流输入的中断，而这如果所监视的直流电压是直流电源的一部分时是办不到的。

电容器CX8上产生的电压被连接在晶体管Q1基极处的检测端上。“停机”信号由晶体管Q1的发射极电压产生，并经串联阻抗的电阻RX22馈送出去。

按照本发明的一个方面，“停机”信号（它是一个模拟电压，当交流电源接通时，它快速升到峰值，当交流电源切断或中断时，它下降到零）既被连接到图3中标号为400的HD404729A87S微计算机的输入脚18上，也连接到图3中标号为200的复位信号产生器上。交流中断很少的几个周期（例如2个周期）发生时，“停机”信号按约为45毫秒的时间常数迅速衰减至0V。供应“停机”和“复位”产生器的+5V电路供电电压由电容器C809、C810和CX5维持。微计算机定期对输入脚18取样，而当检测出“停机”电压下降时，微计算机被编程开始进入“等候”方式，十分钟之后转为“停机”方式。微计算机的“等候”方式禁止对所有输入取样，停止对指令的执行，并停止内部振荡器，但除了每秒产生一次输入换态的计时器例外。此外，“等候”方式保留各种内部数据。在“停机”方式下，停止执行指令，禁止对输入端采样，而且各种内部数据都丢失。施加到微计算机“复位”输入端上的+5V脉冲使“等候”和“停机”方式终止。在交流中断或停电期间，微计算机的电源由电容器CX5和CX41维持，历时超过10分钟。

本发明的复位信号产生器200接收一个来自“停机”信号产生器的输入，产生一个“复位”输出信号，耦合到微计算机的“复位”输入脚47上。“停机”信号经串联电阻RX49（100KΩ）耦合到射极跟随器晶体管Q2的基极上。由于施加到该基极端的电压因电阻RX46和电容器CX6而基本上等于发射极电位，因而晶体管Q2截止。当“停机”信号产生器检测出交流输入中断时，耦合在晶体管Q2的基极上的“停机”信号下降到0V，于是发射极上的电压约为0.7V。这个发射极电位施加到电容器CX6上，使电容器CX6经晶体管Q2的发射极至集电极放电，从大约5V放电到约为0V。电容器CX6上的电压经电阻RX52（56KΩ）耦合到晶体管Q3的基极端上。晶体管Q3的集电极与负荷电阻RX50（8.2KΩ）、电容器CX15（10mμF）和微计算机的“复位”输入脚47上。当电容器CX6上的电压下降至大约0.7V时，晶体管Q3导通，且集电极端的电位迅速升至+5V，使电容器CX15充电，并将该电压施加到“复位”输入端上，这使微计算机进入“复位”方式。从描绘微计算机的脚18处“停机”信号的图6A中可以看到交流电源中断了两个周期。在t1时刻，电容器CX6从大约5V开始放电。三个交流周期之后，在t2时刻，交流电源恢复供电，而且“停机”信号迅速充电至5V。微计算机定期对“停机”信号取样，并且在“停机”信号在0.7Vcc与0.3Vcc之间时，微计算机编程得使其大致在t3时刻产生“等候”或“停机”方式指令。复位信号是根据交流电源的中断产生的。图6B描绘了“复位”信号，从图中可以看到，在t4时刻，信号的上升沿开始上升。在t5时刻与t6时刻之间在0.8Vcc处有效的“复位”脉冲宽度大于两个时钟脉冲周期（这是微计算机说明书中的一段叙述，其中说明最小的“复位”脉冲宽度必须等于或大于微计算机时钟振荡器的两个周期，在本发明中是80微秒）。在t6时刻至t7时刻之间画出了小于20毫秒的有效下降时间。

当交流电源中断或停电终了时，或当电源开始施加时，“停机”信号产生器产生+5V输出，表明交流输入电源的存在。图5A中所示的“停机”信号，和以前一样，最好耦合到微计算机的输入脚18和“复位”信号发生器上。+5V“停机”信号使晶体管Q2截止，从而使电容器CX6经电阻RX46（1KΩ）充电，至+5V的供电电压。在电容器CX6充电期间，晶体管Q3仍然导通，且集电极端仍保持着大约+5V的电压。此+5V电压被耦合到“复位”线上，并形成图5C中所示的微计算机“复位”脉冲。这里规定“复位”脉冲具有微计算机振荡器至少两个周期的最短持续时间，在这个应用中约为61微秒。大约80毫秒的时段之后，电容器CX6上的电压已经上升，足以使晶体管Q3截止。在晶体管Q3截止的情况下，电容器CX15经电阻RX50放电至0V。由于“复位”线与电容器CX15相接，“复位”信号降至0V，从而终止微计算机的“复位”方式，并允许执行初始存储的程序。

图5示出电源接通时刻t0之后的各种波形。图5A示出在t0时刻之后在第一个交流周期内几乎处于全振幅的“停机”信号。到达全振幅的时间取决于充电时间常数和和在t0时刻交流电源相对相位。图5B示出5V供电电压在t0时刻的上升时间。图5C示出“复位”产生器的输出信号脉冲。该脉冲在t0时刻之后很短时间开始，并继续处于复位电平，直到t1时刻产生大约90毫秒的持续时间为止。下降时间（t1至t2）约为15毫秒，这个时间在给微计算机规定的最大值范围内。

本发明的“停机”和“复位”信号产生器比诸如图1所示监控直流供电电压的状态的电路给微计算机提供“直流供电电源即将中断或恢复供电”的指示更早些。较早产生用以表示供电状况的微计算机控制信号可在选择电路和选择给微计算机提供停电时或交流供电中断期间的备用电源所需要的元件方面在设计上留有更大的裕度。“停机”信号产生器指示出在输入的交流电源大约一个周期内交流电源存在的情况和在输入的交流电源的两周期内电源中断或停电情况。“复位”信号产生器在交流电源中断几个周期（例如两个周期）会产生一个“复位”脉冲。

Claims (9)

1、一种装置，包括：

一个微计算机系统(400)；

一个交流电源(120V)；其特征在于，

一个第一信号产生器(100)，具有一个输出信号(“停机”)，表示所述交流电源的状态，以指示该电源存在和不存在中的一种情况；和

一个第二信号产生器(200)，与上述的第一信号产生器(100)相耦合，响应上述第一信号产生器(100)；具有输出信号(复位)；

上述第一(100)和第二(200)信号产生器与上述微计算机系统(400)相耦合，以便根据上述交流电源的状态提供控制功能。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一信号产生器（100）的输出是第一信号（停机），其持续时间表示有上述交流电源存在，上述第一信号被耦合到上述微计算机系统（400）上使正常程序的执行随着上述第一信号的终止而停止。

3、根据权利要求2所述的装置，其特征在于，上述第二信号产生器（200）的输出信号（复位）是响应上述第一信号的开始点和结束点而产生的一个脉冲，上述脉冲被耦合到上述微计算机系统上使上述微计算机系统（400）复位。

4、一种装置，包括：

一个交流电压源;

一个微计算机系统（400），具有一个复位输入端（脚47）和至少另一个输入端（脚18）;其特征在于：

电位产生装置，与上述交流电压源相耦合，用以响应上述交流电压的周期性、在其感测端产生一个电位;

一个第一晶体管装置（Q1），具有一个控制端，该端与上述感测端相耦合，上述微计算机系统（400）的输入端与上述第一晶体管装置（Q1）的输出端相耦合，用以检测上述电位的变化，以使上述微计算机系统（400）响应上述电位而停止执行正常程序;

一个第二晶体管装置（Q2），其第一端与上述微计算机（400）的输入端相耦合;

一个第一电阻（RX46）和一个第一电容器（CX6），串联耦合在一个电路节点上，上述第二晶体管装置（Q2）的第二端耦合到该电路节点上，以为上述第一电容器（CX6）提供由上述第一电阻（RX46）构成的充电电流通路，和由所述第二晶体管装置（Q2）提供放电电流通路;和

一个第三晶体管装置（Q3），其控制端与上述第二晶体管装置（Q2）的所述第二端相耦合，第三晶体管装置（Q3）响应上述第一电容器（CX6）所储存的电荷而被导通和截止，所述第三晶体管装置（Q3）的输出端与上述微计算机（400）的复位输入端相耦合，以在其上施加一个脉冲使上述微计算机系统（400）复位。

5、一种装置，包括：

一个微计算机系统（400）;

一个交流电源（120V）;其特征在于：

一个信号产生器（300），其输出信号表明在几个周期内上述交流电源恢复或中断供电;

上述信号产生器（300）的输出信号被耦合到上述微计算机系统（400）上，响应上述交流电源的恢复或中断供电而使正常程序的执行受到控制。

6、根据权利要求5所述的装置，其特征在于，上述输出信号使上述微计算机系统（400）复位。

7、根据权利要求5所述的装置，其特征在于，上述输出信号使上述微计算机系统（400）进入所有正常程序停止执行的一种工作方式。

8、根据权利要求5所述的装置，其特征在于，上述输出信号使上述微计算机系统（400）进入“等候”方式，在这种方式下正常程序停止执行，但仍然维持周期性的输入换态。

9、根据权利要求8所述的装置，其特征在于，上述微计算机系统（400）在预定的等候状态周期之后进入“停机”方式。

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