一种掉电保护的主动放电电路及主动放电方法与流程

1.本发明涉及巡检机器人掉电保护控制技术领域，具体涉及一种掉电保护的主动放电电路及主动放电方法。


背景技术：

2.目前巡检机器人都配置有掉电保护电路，法拉电容是该电路中最常用的储能元件。机器人在人为关机或异常掉电情况下，可以实现水平位置、升降位置等重要参数的自动保护功能。但是完成掉电保护动作后，很少对法拉电容的残余电量进行泄放处理，导致掉电保护完成后，法拉电容仍残留有部分电量，若不能及时泄放可能会导致机器人不可预估的后果，如：关机后立马开机，若mcu未能掉电重启，进而无法运行各项初始化函数及完成相关外部设备的初始化操作，导致机器人内部相关设备无法工作在正常模式。


技术实现要素：

3.发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种掉电保护的主动放电电路及主动放电方法，在控制器完成保护动作后，主动对法拉电容进行放电，避免发生背景技术出现的异常情况。
4.技术方案：本发明所述掉电保护的主动放电电路，包括状态检测电路、掉电维持电路、法拉电容、控制器，状态检测电路与控制器相连，法拉电容与掉电维持电路相连；所述控制器通过放电电路与法拉电容相连，所述放电电路包括第一导通单元、第二导通单元、放电电阻，所述第二导通单元的输出端与第一导通单元的控制端相连，所述法拉电容的放电端经放电电阻、第一导通单元与gnd端连接；所述状态检测电路输出两种状态信号至控制器，控制器的release_vol信号端对应两种状态信号分别输出高电平、低电平；所述release_vol信号端输出高电平时，所述第二导通单元导通、第一导通单元关闭，所述法拉电容经放电电阻、第一导通单元与gnd端之间的连接关闭；所述release_vol信号端输出低电平时，所述第二导通单元关闭、第一导通单元导通，所述法拉电容经放电电阻、第一导通单元与gnd端导通。
5.进一步完善上述技术方案，所述状态检测电路输出两种状态信号分别为正常运行状态信号、掉电状态信号，所述控制器的release_vol信号端对应正常运行状态信号输出高电平，所述控制器的release_vol信号端对应掉电状态信号输出低电平。
6.进一步地，所述第二导通单元为第二npn三极管，所述release_vol信号端经电阻一与第二npn三极管的b极相连，第二npn三极管的b极通过电阻二与gnd端相连，第二npn三极管的c极经电阻三与所述第一导通单元的控制端相连，第二npn三极管的e端与gnd端相连。
7.进一步地，所述第一导通单元为第一npn三极管，所述电阻三与第一npn三极管的b极相连，所述法拉电容通过电阻五与第一npn三极管的b极相连，第一npn三极管的b极通过电阻四与gnd端相连，第一npn三极管的c端与所述放电电阻相连，第一npn三极管的e端与所
述gnd端相连。
8.进一步地，所述控制器输出高电平为3.3v，低电平为0v。
9.进一步地，所述电阻三的阻值为0ω。机器人上电后，确保第一三极管的b极电压尽可能接近0v，从而关闭放电电路，同时0欧的感性具有抗干扰的作用。
10.进一步地，所述放电电阻的阻值为2ω，所述法拉电容的0.22f，放电时间在200ms以内。
11.进一步地，所述电阻一的阻值为1kω，电阻二的阻值为10kω。
12.进一步地，所述电阻四的阻值为22kω，所述电阻五的阻值为5.1kω。
13.基于上述掉电保护的主动放电电路实现的主动放电方法，包括：正常工作状态：巡检机器人正常工作时，状态检测电路输出正常运行状态信号，控制器接收到正常运行状态信号后通过release_vol信号端输出高电平，第二npn三极管导通，第一npn三极管关闭，法拉电容经放电电阻、第一npn三极管与gnd端之间的连接关闭；掉电状态：巡检机器人掉电瞬间，状态检测电路输出掉电状态信号，控制器接收到掉电状态信号后通过release_vol信号端输出低电平，第二npn三极管关闭，第一npn三极管导通，法拉电容经放电电阻、第一npn三极管对gnd端进行放电。
14.有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的主动放电电路将在控制器完成保护动作后，主动对法拉电容进行放电，避免出现整机不能完整掉电重启导致其它异常情况出现；避免了用户对机器人关机后不能够立马上电开机的情况，提升了用户体验；整体电路简单，采用分离器件搭建，成本低廉。
附图说明
15.图1是本发明的整体原理框图；图2是放电电路的电路原理图。
具体实施方式
16.下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
17.如图1所示的掉电保护的主动放电电路，包括状态检测电路、掉电维持电路、法拉电容、控制器mcu、放电电路，状态检测电路与控制器mcu相连，法拉电容与掉电维持电路相连，控制器mcu通过放电电路与法拉电容相连。状态检测电路输出正常运行状态信号、掉电状态信号，控制器mcu的release_vol信号端对应正常运行状态信号输出高电平， release_vol信号端对应掉电状态信号输出低电平。
18.如图2所示，放电电路包括npn三极管q1、npn三极管q2，电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6。r1=1kω，r2=10kω，r3=0ω，r4=22kω，r5=5.1kω， r6=2ω。
19.工作过程和原理：控制器mcu输出高电平为3.3v、低电平为0v，通过控制三极管q2的c、e极导通、关断，进而控制三极管q1的c、e极导通、关断，最终控制法拉电容放电。
20.基于上述掉电保护的主动放电电路实现的主动放电方法，包括：正常工作状态：当机器人整机正常带电运行状态下，控制器mcu接收到状态检测电路输出正常运行状态信号，会将release_vol信号输出高电平，三极管q2导通，电阻r3为0欧
姆电阻，三极管q1的b极是低电平，三极管q1关闭，法拉电容的电源5v_farah不会对gnd放电。
21.关机瞬间：当机器人掉电瞬间，控制器mcu接收到状态检测电路输出掉电状态信号，会将release_vol信号输出为低电平，三极管q2关闭，三极管q1导通，法拉电容的电源5v_farah通过电阻r6对gnd放电。在较短时间内将法拉电容的能量泄放掉，确保控制器mcu完全掉电，避免出现整机设备异常等情况发生。
22.电阻r6阻值需要根据法拉电容值及掉电时间计算得到，一般需要封装较大的功率电阻。设：v0 为法拉电容上的初始电压值，v1 为法拉电容最终放到的电压值，vt 为t时刻法拉电容上的电压值；则：vt=v0 (v1
‑
v0)* [1
‑
exp(
‑
t/rc)]；或t = rc*ln[(v1
‑
v0)/(v1
‑
vt)]；设：触发掉电保护后，控制器mcu需要100ms完成参数存储，法拉电容电压消耗至3.0v，当控制器mcu电源电压低于2.0v时，控制器mcu不再工作；v0=3.0v，v1=0v，c=0.22f， r=2ω，vt=2.0v；t=2*0.22ln[(0
‑
3.0)/(0
‑
2.0)]；t=178ms；经过计算使用2ω的功率放电电阻，178ms后可以将剩余电量泄放。
[0023]
本发明提供的主动放电电路将在控制器mcu完成保护动作后，主动对法拉电容进行放电，避免出现整机不能完整掉电重启导致其它异常情况出现；避免了用户对巡检机器人关机后不能够立马上电开机的情况，提升了用户体验；整体电路简单，采用分离器件搭建，成本低廉。
[0024]
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。