多電容分級控制系統及其方法與流程
2023-10-29 20:33:59 1
本發明涉及掉電保護技術領域，尤其涉及一種多電容分級控制系統及其方法。
背景技術：
隨著網路的普及、資訊量爆炸性的成長，使用者對於資料的保存越來越重視，因此對於寫入存儲裝置的每一筆資料，都希望能夠正確無誤的寫入存儲裝置。因此，掉電保護備份電容在這裡也扮演了重要的角色之一。
在公開號為CN101841232A的中國專利公開文件中，提出了一種電容的冗餘備份處理方法及其控制電路，其中電容的冗餘備份處理方法包括：對電路中電源的波動情況進行檢測；根據所述電源的波動情況在所述電路中自動加入備用的濾波電容。電容的冗餘備份控制電路，包括：檢測模塊，用於對電路中電源的波動情況進行檢測；冗餘備份控制模塊，用於根據所述電源的波動情況在所述電路中自動加入備用的濾波電容。
由於目前多數的電路板上的電容多屬於同時進行充電以及同時進行放電，電容充電的效能會隨著使用時間的增加而減少，因此，若是電容壽命比產品壽命先終止，就無法保證當突然遇到斷電的時候最後一筆資料是否正確地寫入存儲裝置。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是：提供一種多電容分級控制系統及其方法，通過延長整體電容的使用壽命，從而延長整體產品的使用壽命。
為了解決上述技術問題，本發明採用的技術方案為：一種多電容分級控制系統，包括：控制模塊、電容模塊、電壓監控模塊和電流檢測模塊，所述電容模塊包括N個並聯的電容，N＞1；所述控制模塊分別與所述電容模塊、電壓監控模塊和電流檢測模塊連接，所述電流檢測模塊與電容模塊連接；
所述電壓監控模塊，用於獲取電路中輸出負載的電源電壓值；
所述電流檢測模塊，用於獲取所述n1個電容的電流，根據所述電流得到所述n1個電容對應的充放電效率；
所述電流檢測模塊，還用於獲取所述n2個電容的電流，根據所述電流得到所述n2個電容對應的充放電效率；
所述控制模塊，用於若所述電源電壓值低於預設的電壓下限值，在N個電容中控制啟動n1個電容進行充放電；其中，1≤n1＜N；
所述控制模塊，還用於若所述充放電效率低於預設的閾值，控制關閉所述電容；
所述控制模塊，還用於在剩餘的N-n1個電容中控制啟動n2個電容進行充放電；其中，1≤n2≤N-n1；
所述控制模塊，還用於判斷所述N個電容是否全部啟動過；
若否，則在所述N個電容中未啟動過的電容裡啟動ni個電容，直至其中，
若是，控制模塊控制啟動N個電容。
本發明還涉及一種多電容分級控制方法，包括：
電壓監控模塊獲取電路中輸出負載的電源電壓值；
若所述電源電壓值低於預設的電壓下限值，控制模塊在N個電容中控制啟動n1個電容進行充放電；其中，N＞1，1≤n1＜N；
電流檢測模塊獲取所述n1個電容的電流，根據所述電流得到所述n1個電容對應的充放電效率；
若所述充放電效率低於預設的閾值，控制模塊控制關閉所述電容；
在剩餘的N-n1個電容中控制啟動n2個電容進行充放電；其中，1≤n2≤N-n1；
電流檢測模塊獲取所述n2個電容的電流，根據所述電流得到所述n2個電容對應的充放電效率；
若所述充放電效率低於預設的閾值，控制模塊控制關閉所述電容；
判斷所述N個電容是否全部啟動過；
若否，則在所述N個電容中未啟動過的電容裡啟動ni個電容，直至其中，
若是，控制模塊控制啟動N個電容。
本發明的有益效果在於：通過監控輸出負載的電源電壓，當負載的電源電壓低於預設的電壓下限值時，則備用電容儲備的電壓即時提供支持；通過設置多個電容並由控制模塊控制分批啟用電容，當電容的充放電效率低於預設的閾值時，則關閉當前電容並啟用下一批電容，可延長整體電容的使用壽命，從而延長整體產品的使用壽命。
附圖說明
圖1為本發明一種多電容分級控制系統的結構示意圖；
圖2為本發明實施例一的系統結構示意圖；
圖3為本發明實施例一的電路示意圖；
圖4為本發明一種多電容分級控制方法的流程圖；
圖5為本發明實施例二的流程圖。
標號說明：
1、控制模塊；2、電容模塊；3、電壓監控模塊；4、電流檢測模塊；
21、電容；22、二極體；
31、精密電阻；32、比較器；
41、模數轉換器；42、電流寄存器。
具體實施方式
為詳細說明本發明的技術內容、所實現目的及效果，以下結合實施方式並配合附圖詳予說明。
本發明最關鍵的構思在於：設置多個電容，並分批啟用電容。
請參閱圖1，一種多電容分級控制系統，包括：控制模塊、電容模塊、電壓監控模塊和電流檢測模塊，所述電容模塊包括N個並聯的電容，N＞1；所述控制模塊分別與所述電容模塊、電壓監控模塊和電流檢測模塊連接，所述電流檢測模塊與電容模塊連接；
所述電壓監控模塊，用於獲取電路中輸出負載的電源電壓值；
所述電流檢測模塊，用於獲取所述n1個電容的電流，根據所述電流得到所述n1個電容對應的充放電效率；
所述電流檢測模塊，還用於獲取所述n2個電容的電流，根據所述電流得到所述n2個電容對應的充放電效率；
所述控制模塊，用於若所述電源電壓值低於預設的電壓下限值，在N個電容中控制啟動n1個電容進行充放電；其中，1≤n1＜N；
所述控制模塊，還用於若所述充放電效率低於預設的閾值，控制關閉所述電容；
所述控制模塊，還用於在剩餘的N-n1個電容中控制啟動n2個電容進行充放電；其中，1≤n2≤N-n1；
所述控制模塊，還用於判斷所述N個電容是否全部啟動過；
若否，則在所述N個電容中未啟動過的電容裡啟動ni個電容，直至其中，
若是，控制模塊控制啟動N個電容。
從上述描述可知，本發明的有益效果在於：可延長整體電容的使用壽命，從而延長整體產品的使用壽命。
進一步地，所述電容模塊連接所述電壓監控模塊；所述電容模塊還包括N個二極體，所述N個並聯的電容的正極分別與所述控制模塊連接，負極分別接地；所述N個二極體的正極分別與N個並聯的電容的正極一一對應連接，負極分別連接電壓監控模塊。
進一步地，所述電壓監控模塊通過所述電流檢測模塊與所述控制模塊連接；所述電壓監控模塊包括相互連接的精密電阻和比較器，所述精密電阻與所述電容模塊串聯，所述比較器與所述電流檢測模塊連接；
所述比較器，用於獲取精密電阻的電壓，判斷所述電壓是否低於預設的電壓下限值。
進一步地，所述電流檢測模塊包括相互連接的模數轉換器和電流寄存器，所述模數轉換器與所述電壓監控模塊連接，所述電流寄存器與所述控制模塊連接；
所述模數轉換器，用於接收電壓監控模塊發送的模擬電壓量，將所述模擬電壓量轉換為數字電壓量，將所述數字電壓量發送至電流寄存器；
所述電流寄存器，用於預存所述精密電阻的電阻值，根據所述數字電壓量，計算得到電流值。
由上述描述可知，通過將精密電阻與電容模塊串聯，使精密電阻的電流與電容模塊的電流相等，從而可通過測量計算精密電阻的電流，得到電容模塊的電流；同時，使用精密電阻，可減小誤差，提高精度。
請參照圖4，本發明還提出一種多電容分級控制方法，包括：
電壓監控模塊獲取電路中輸出負載的電源電壓值；
若所述電源電壓值低於預設的電壓下限值，控制模塊在N個電容中控制啟動n1個電容進行充放電；其中，N＞1，1≤n1＜N；
電流檢測模塊獲取所述n1個電容的電流，根據所述電流得到所述n1個電容對應的充放電效率；
若所述充放電效率低於預設的閾值，控制模塊控制關閉所述電容；
在剩餘的N-n1個電容中控制啟動n2個電容進行充放電；其中，1≤n2≤N-n1；
電流檢測模塊獲取所述n2個電容的電流，根據所述電流得到所述n2個電容對應的充放電效率；
若所述充放電效率低於預設的閾值，控制模塊控制關閉所述電容；
判斷所述N個電容是否全部啟動過；
若否，則在所述N個電容中未啟動過的電容裡啟動ni個電容，直至其中，
若是，控制模塊控制啟動N個電容。
進一步地，控制模塊在N個電容中控制啟動n1個電容進行充放電」具體為：
控制模塊通過在N個二極體中控制導通n1個二極體，啟動n1個電容。
由上述描述可知，通過設置多個電容並由控制模塊控制分批啟用電容，當電容的充放電效率低於預設的閾值時，則關閉當前電容並啟用下一批電容，可延長整體電容的使用壽命，從而延長整體產品的使用壽命。
進一步地，所述「電壓監控模塊獲取電路中輸出負載的電源電壓值」具體為：
電壓監控模塊中的比較器獲取與所述N個電容串聯的精密電阻的電壓，判斷所述電壓是否低於預設的電壓下限值。
進一步地，所述「電流檢測模塊獲取所述n1個電容的電流」具體為：
電流檢測模塊中的模數轉換器接收電壓監控模塊發送的模擬電壓量，將所述模擬電壓量轉換為數字電壓量，將所述數字電壓量發送至電流寄存器；
電流檢測模塊中的電流寄存器預存所述精密電阻的電阻值，根據所述數字電壓量，計算得到電流值。
實施例一
請參照圖2，本發明的實施例一為：一種多電容分級控制系統，包括：控制模塊1、電容模塊2、電壓監控模塊3和電流檢測模塊4，所述電容模塊2包括N個並聯的電容21，N＞1，圖2以四個電容21為例；所述控制模塊1分別與所述電容模塊2、電壓監控模塊3和電流檢測模塊4連接，所述電流檢測模塊4與電容模塊2連接；
所述電壓監控模塊3，用於獲取電路中輸出負載的電源電壓值；
所述電流檢測模塊4，用於獲取所述n1個電容21的電流，根據所述電流得到所述n1個電容21對應的充放電效率；
所述電流檢測模塊4，還用於獲取所述n2個電容21的電流，根據所述電流得到所述n2個電容21對應的充放電效率；
所述控制模塊1，用於若所述電源電壓值低於預設的電壓下限值，在N個電容21中控制啟動n1個電容21進行充放電；其中，1≤n1＜N；
所述控制模塊1，還用於若所述充放電效率低於預設的閾值，控制關閉所述電容21；
所述控制模塊1，還用於在剩餘的N-n1個電容21中控制啟動n2個電容21進行充放電；其中，1≤n2≤N-n1；
所述控制模塊1，還用於判斷所述N個電容21是否全部啟動過；
若否，則在所述N個電容21中未啟動過的電容21裡啟動ni個電容21，直至其中，
若是，控制模塊1控制啟動N個電容21。
所述電容模塊2連接所述電壓監控模塊3；所述電容模塊2還包括N個二極體22，所述N個並聯的電容21的正極分別與所述控制模塊1連接，負極分別接地；所述N個二極體22的正極分別與N個並聯的電容21的正極一一對應連接，負極分別連接電壓監控模塊3。
所述電壓監控模塊3通過所述電流檢測模塊4與所述控制模塊1連接；此時，所述電流檢測模塊4可通過所述電壓監控模塊3與所述電容模塊2連接；所述電壓監控模塊3包括相互連接的精密電阻31和比較器32，進一步地，所述比較器32的兩個輸入端分別連接精密電阻31的兩端；所述電流檢測模塊4包括相互連接的模數轉換器41和電流寄存器42；所述精密電阻31與所述電容模塊2串聯；所述比較器32與所述電流檢測模塊4連接，進一步地，與電流檢測模塊4的模數轉換器41連接；所述電流寄存器42與所述控制模塊1連接；
所述比較器32，用於獲取精密電阻31的電壓，判斷所述電壓是否低於預設的電壓下限值；
所述模數轉換器41，用於接收電壓監控模塊3發送的模擬電壓量，將所述模擬電壓量轉換為數字電壓量，將所述數字電壓量發送至電流寄存器42；
所述電流寄存器42，用於預存所述精密電阻31的電阻值，根據所述數字電壓量，計算得到電流值。
圖3為本實施例的一電路示意圖，其中，Boost為升壓電路。
因為精密電阻與電容模塊串聯，電容模塊的電流與精密電阻的電流相等，因此，通過測量精密電阻的電壓，將所述電壓除以精密電阻的電阻值，得到精密電阻的電流，從而得到電容模塊的電流。同時，使用精密電阻，可減小測量和計算的誤差，提高精度和準確度。
優選地，電流檢測模塊的電流寄存器通過I2C總線連接控制模塊，控制模塊通過I2C總線提供的電流信息，進行充放電效率的判斷。使用具有I2C介面的電流電源監控IC，監控IC可達到1％誤差精度，最大偏移為100uV。結合模數轉換器12bit的解析度，電壓差很小，可降低精密電阻的壓降，從而可減少功率損耗。
本實施例通過監控輸出負載的電源電壓，當負載的電源電壓低於預設的電壓下限值時，則備用電容儲備的電壓即時提供支持；通過設置多個電容並由控制模塊控制分批啟用電容，當電容的充放電效率低於預設的閾值時，則關閉當前電容並啟用下一批電容，可延長整體電容的使用壽命，從而延長整體產品的使用壽命。
實施例二
請參照圖5，本實施例為對應上述實施例的一種多電容分級控制方法，包括如下步驟：
S1：電壓監控模塊獲取電路中輸出負載的電源電壓值。
S2：判斷所述電源電壓值是否低於預設的電壓下限值，若是，執行步驟S3，若否，則繼續進行監測。由電壓監控模塊中的比較器獲取與所述N個電容串聯的精密電阻的電壓，判斷所述電壓是否低於預設的電壓下限值。
S3：控制模塊在N個電容中控制啟動n1個電容進行充放電；其中，N＞1，1≤n1＜N。
S4：電流檢測模塊獲取所述n1個電容的電流，根據所述電流得到所述n1個電容對應的充放電效率。電流檢測模塊中的模數轉換器接收電壓監控模塊發送的模擬電壓量，將所述模擬電壓量轉換為數字電壓量，將所述數字電壓量發送至電流寄存器；電流檢測模塊中的電流寄存器預存所述精密電阻的電阻值，根據所述數字電壓量，計算得到電流值。
S5：判斷所述充放電效率是否低於預設的閾值，若是，執行步驟S6，若否，則繼續進行監測。
S6：控制模塊控制關閉所述電容，即關閉所述n1個電容。
S7：在剩餘的電容中，即在N個電容中未啟動過的電容裡控制啟動ni個電容進行充放電；其中，i的初始值為2，例如，若控制啟動n2個電容，則1≤n2≤N-n1；若控制啟動n3個電容，則1≤n3≤N-(n1+n2)；依次類推。
S8：電流檢測模塊獲取所述ni個電容的電流，根據所述電流得到所述ni個電容對應的充放電效率。
S9：判斷所述充放電效率是否低於預設的閾值，若是，執行步驟S10，若否，則繼續進行監測。
S10：控制模塊控制關閉所述電容；即關閉所述ni個電容。
S11：判斷所述N個電容是否全部啟動過，即判斷是否成立，若否，執行步驟S12，若是，執行步驟S13。
S12：令i＝i+1；返回執行步驟S7。
S13：控制模塊控制啟動N個電容，即同時啟動全部的電容，使用電容最後的充放電能力來延長產品壽命。
優選地，控制模塊通過在N個二極體中控制導通n1個二極體，啟動n1個電容，進一步地，控制導通ni個二極體，啟動ni個電容。
可選地，預設的閾值為電流值，則可直接與電容的電流進行比較，無需計算充放電效率。
例如，若電容模塊設有四個電容，分別為第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3和第四電容C4，當輸出負載的電源電壓值低於預設的電壓下限值時，控制模塊生成指令0001，表示控制開啟第一電容C1，且關閉第二電容C2、第三電容C3和第四電容C4；
當第一電容C1的充放電效率低於預設的閾值，則控制模塊生成指令0010，表示控制開啟第二電容C2，且關閉第一電容C1、第三電容C3和第四電容C4；
當第二電容C2的充放電效率低於預設的閾值，則控制模塊生成指令0100，表示控制開啟第三電容C3，且關閉第一電容C1、第二電容C2和第四電容C4；
當第三電容C3的充放電效率低於預設的閾值，則控制模塊生成指令1000，表示控制開啟第四電容C4，且關閉第一電容C1、第二電容C2和第三電容C3；
當第四電容C4的充放電效率低於預設的閾值，則控制模塊生成指令1111，表示控制全部電容，即第一電容C1，且關閉第二電容C2、第三電容C3和第四電容C4。
綜上所述，本發明提供的一種多電容分級控制系統及其方法，通過監控輸出負載的電源電壓，當負載的電源電壓低於預設的電壓下限值時，則備用電容儲備的電壓即時提供支持；通過設置多個電容並由控制模塊控制分批啟用電容，當電容的充放電效率低於預設的閾值時，則關閉當前電容並啟用下一批電容，可延長整體電容的使用壽命，從而延長整體產品的使用壽命。
以上所述僅為本發明的實施例，並非因此限制本發明的專利範圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等同變換，或直接或間接運用在相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護範圍內。