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來源 | 瑞薩嵌入式小百科
在公用事業儀表等設備的開發過程中，電源管理一直是核心難點，尤其是智能電表這類需要全天候穩定運行的產品，既要保證運行效率、降低能耗，還要應對日益增長的網絡數據傳輸安全需求。瑞薩推出的 RA4C1 微控制器，專為這類應用打造備用電源方案，即便主電源中斷，也能保障核心功能正常運轉。
瑞薩這款主頻 80MHz 的 RA4C1 MCU，在低功耗設計上做了深度優化，集成了低功耗定時器、低功耗 UART、段碼式 LCD 控制器等多款低功耗外設，從硬件層面減少能耗。同時為了抵御網絡安全風險，芯片內置獨立的片上安全引擎，該引擎與 CPU 物理隔離，支持密鑰管理，還能硬件加速 AES、ECC、SHA 等密碼算法，為設備安全筑牢防線。
RA4C1 的超低功耗特性是適配備用電池系統的關鍵：軟件待機模式下，保持 16KB SRAM 數據僅需 1.73μA 電流；實時時鐘（RTC）獨立運行時，功耗更是低至 0.38μA，能讓儀表在短時停電場景下持續工作，完美支撐備用電池供電設計。
電源架構上，RA4C1 采用雙電源域獨立設計，分為 Vcc 電源域與 RTC 電源域，兩部分可單獨供電。其中 Vcc 域為 CPU、片上存儲及除 RTC 外的所有外設供電，RTC 則通過 Vrtc 引腳獨立供電，這種分離式設計讓主電源 Vcc 故障時，RTC 仍能借助備用電池精準計時。
除此之外，芯片還搭載三路額外的低電壓檢測輸入，配合標準 LVD1、LVD2 電路，全面強化電源監控能力：EXLVD 與 EXLVDVBAT 電路可實時監測外部主電源和備用電池狀態，電壓異常時觸發中斷；VRTC 電路專門監控 RTC 備用電池電壓，一旦電量不足及時預警。
讓我們看看RA4C1如何在停電期間提供備用電源，如下圖所示。
圖 2：簡化的電源框圖
RA4C1還具有三個額外的低電壓檢測輸入，使用戶能夠輕松管理具有多個電池的備用系統。
EXLVD和EXLVDVBAT電壓檢測電路允許用戶監控外部電源和外部備用電池，當外部電源發生故障時，該電池可用于為整個芯片供電。
VRTC電壓檢測電路監控RTC備用電池的外部電池電壓。
如果電壓低于選定的電壓電平，這些電路中的每一個都可能產生中斷，表明電源出現故障。
這些LVD電路是對標準LVD電路LVD1和LVD2的補充，它們監控內部Vcc線路，并可用于提供額外的保護級別。
下圖中的典型用戶電路顯示了外部電源，以及主系統備用電池和用于實時時鐘的輔助備用電池。
在實際系統中，主備用電池是大型輔助電池或可充電電池，可以維持系統在一段時間內完整運行，而第二個較小的電池，通常是RTC的小型主電池，足以維持數年的時間。
圖3：典型值 電源使用案例
從實際應用電路來看，系統可搭配雙備用電池方案：大容量主備用電池負責停電后維持系統核心運行，小容量電池專門為 RTC 供電，可長期保障計時功能。當 EXLVD 檢測到外部電源失效時，系統有充足時間完成數據保存、安全關機等操作，隨后切換至主備用電池工作；若主備用電池也出現電壓異常，系統可徹底關機，僅 RTC 由獨立電池供電，直至主電源恢復。
如果此電池開始出現故障，EXLVD會檢測到故障，系統可以安全關閉，而由獨立備用電池維護的RTC將繼續運行并保持正確的時間，直到主電源恢復。
這種架構使您的系統能夠在使用1個或2個備用電池的同時，以準確的時鐘安全地運行和保持工作。這些功能適用于許多應用，例如公用事業儀表和各種傳感器應用。
以下RA4C1框圖：
圖1：RA4C1框圖
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瑞薩RA2L1單片機評測送開發板！
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