瑞萨RA4C1微控制器如何在停电期间提供备用电源

山清水秀 2026-05-01 趣味人生 67857

开发公用事业仪表中的电源一直具有挑战性。公用事业电表，尤其是智能电表，必须高效运行，以确保电表能够全天候工作并最大限度地降低能耗。随着云上数据传输的增加，安全性在这个市场空间中变得越来越重要。瑞萨RA4C1微控制器旨在为您的应用提供备用电池策略，确保即使在主电源发生故障时也能进行关键操作。

为了确保低功耗，许多低功耗外设，如低功耗定时器、低功耗UART和段码式LCD控制器都集成到80MHz RA4C1微控制器（MCU）中。为了减少网络安全威胁，内置一个片上安全引擎，为安全功能提供了与CPU的隔离，并包括密钥管理和密码算法的硬件加速，如AES、ECC和SHA被内置到RA4C1 MCU中。有关更多信息，请查看以下RA4C1框图。

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图1：RA4C1框图

电表在运行中需要具有弹性。为了使仪表能够在短暂停电期间继续运行，RA4C1的功耗低至1.73μA，可保持16KB的SRAM，并允许实时时钟（RTC）在软件待机模式下运行时仅消耗0.38μA。这种低功耗特性使用户能够设计带有备用电池的系统，以便在任何情况下继续运行电表。

让我们看看RA4C1如何在停电期间提供备用电源，如下图所示。RA4C1有两个电源域—Vcc电源域和RTC域—每个电源域都可以独立供电。

CPU、片上存储器和除RTC之外的所有外设的电源均由Vcc供电。RTC是独立电源域的一部分，通过Vrtc引脚独立供电。

通过这种电源分离，即使Vcc电源出现故障，RTC也可以连续运行，并使用连接到Vrtc的小型备用电池保持准确的时间。RTC可以在0.38μA的电流下运行，同时在Vrtc的低功耗模式下运行。

图 2：简化的电源框图

RA4C1还具有三个额外的低电压检测输入，使用户能够轻松管理具有多个电池的备用系统。

EXLVD和EXLVDVBAT电压检测电路允许用户监控外部电源和外部备用电池，当外部电源发生故障时，该电池可用于为整个芯片供电。

VRTC电压检测电路监控RTC备用电池的外部电池电压。

如果电压低于选定的电压电平，这些电路中的每一个都可能产生中断，表明电源出现故障。

这些LVD电路是对标准LVD电路LVD1和LVD2的补充，它们监控内部Vcc线路，并可用于提供额外的保护级别。

下图中的典型用户电路显示了外部电源，以及主系统备用电池和用于实时时钟的辅助备用电池。

在实际系统中，主备用电池是大型辅助电池或可充电电池，可以维持系统在一段时间内完整运行，而第二个较小的电池，通常是RTC的小型主电池，足以维持数年的时间。

图3：典型值 电源使用案例

在这个示例系统中，EXLVD电路用于对外部电源的故障发出预先警告。在此电源发生故障后，提供给MCU的电压电平通常需要一些时间才能开始下降，因此在这段时间内，应用程序可以安全地响应和关闭进程，并将任何关键数据存储到数据闪存中。

然后，系统将回退到支持系统运行的备用电池，通常保持关键系统处于活动状态并等待电源恢复。

如果此电池开始出现故障，EXLVD会检测到故障，系统可以安全关闭，而由独立备用电池维护的RTC将继续运行并保持正确的时间，直到主电源恢复。

这种架构使您的系统能够在使用1个或2个备用电池的同时，以准确的时钟安全地运行和保持工作。这些功能适用于许多应用，例如公用事业仪表和各种传感器应用。