一种用于信息发布系统的断电保护电路设计

摘要: 意外断电对基于PC平台的信息发布系统容易造成损害，本文给出了一种断电保护电路设计方法。本设计采用STC15F00单片机为主控制器，断电时通过检测电源和PC状态，切换PC供电电源实现对系统的保护，对其原理设计进行了详细描述。该电路成本低，体积小，适合内嵌到系统中，大大提高了信息发布系统的稳定性。

引言

图1 系统功能框图

随着信息化、智能化和网络化的发展，信息发布系统在银行、医院、交通、商场、宾馆、酒店等各种公共场所得到了广泛应用。基于PC平台［1］的信息发布系统，可以支持多种音视频格式文件，具有处理速度快、硬盘海量存储、集成度高、功能接口丰富、方便扩展等特点。然而，公共场所的电源存在不稳定因素，意外断电会造成系统当前数据丢失，甚至会损坏硬盘，导致系统崩溃［23］，而信息发布系统的安装位置往往比较分散，如果系统损坏，需要有大量的人力进行维护。因此，需要找到一种适合系统应用的断电保护方法，使系统在断电时可以完成正常处理，提高系统运行的稳定性。

传统的UPS电源，其价格较贵、体积较大，无法内嵌到信息发布系统中。参考文献［4］利用非易失性NVRAM芯片的快速读写特性，在掉电延迟时间将数据和状态信息快速写到NVRAM中，再上电时通过读取NVRAM来恢复数据，这种方法无法避免断电对硬盘的损坏，掉电延迟时间很难灵活控制。参考文献［56］需要改变PC的译码电路和存储器RAM电路的供电，实现难度较大。本文给出的断电保护电路，只需改变PC供电方式就可实现，断电时将PC供电切换到备用电池，控制PC关机后再切断电源，起到节能和保护作用，实现起来简单灵活。

1 系统设计

基于PC平台的信息发布系统在硬件设计上主要包括交直流转换电源、嵌入式PC、显示驱动和LCD屏等几个部分。交直流转换电源将220 V市电转换为12 V直流输出，为PC供电。PC输出的VGA格式图像经显示驱动模块转换为LVDS接口信号，送到LCD屏进行图像显示。为避免断电对信息发布系统的损害，设计了断电保护模块，改进后的系统功能框图如图1所示。

2 断电保护模块设计

断电保护模块输入为直流12 V(12VIN)电压，输出为可控的12 V(12VOUT)电压。它主要由断电检测模块、锂电池模块、电源切换控制模块和主控制器MCU 四个部分组成，功能框图如图2所示。由于锂电池具有体积小、能量密度高、无记忆效应、循环寿命长等优点［7］，选择锂电池为断电保护备用电源。系统正常供电时，12VOUT=12VIN；系统断电时，断电检测模块产生检测信号DET1和DET2，主控制器MCU及时将电源切换到锂电池模块输出，即12VOUT=VBAT，然后发出关机命令ON/OFF。PC完成当前处理后关机，主控制器MCU会检测到DETECT状态跳变，进而切断负载，保护电池输出。

图2 断电保护模块功能框图

2.1 锂电池模块

锂电池在使用过程中需要严格控制其电压、电流和温度，过充、过放、过流和过温都会引起电池损坏，影响电池使用的安全性。本设计采用CONSONANCE公司的CN3705锂电池充电管理集成电路对锂电池实现充电管理，为使电池充电到VBAT=12 V,输入VCC要满足VCC-VBAT>2 V，因此需要先升压使VCC=15 V，具体通过升压电路实现。

2.1.1 升压电路设计

采用ON Semiconductor公司的MC34063A［8］实现升压设计，它是一款低功耗、高效DC/DC转换器，原理图如图3所示。其中L101、D101、C103、R103和R104对升压电路起决定作用，主要器件参数选择如下：

设定VIN(MIN)=12 V-12 V×10%=10.8 V（允许输入有10%电压波动），输出电压VCC=1.25 V×(1+R104/R103)=15 V，取R103=1 kΩ，R104=11 kΩ；D101正向导通压降VF=0