CN101673136B - 一种电源控制装置及开关机方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电源控制装置，包括根据适配器的输出电压产生适配器供电信号的适配器供电信号产生单元，在电池供电时产生开关机信号的开关机信号产生单元，在电池供电时产生供电保持信号的供电保持信号产生单元，根据适配器供电信号、开关机信号或供电保持信号产生使能信号，控制电源芯片的上电、供电和掉电的使能信号产生单元，在电池供电时终止供电保持信号的产生的保持信号终止单元。本发明还公开了一种开机方法和关机方法。本发明的电源控制装置可以为嵌入式系统提供稳定的电源供电，并且实现了较为复杂的终端产品的开关机电源控制流程；本发明通过电路的控制实现系统的上电、供电和掉电过程，电路简单易用，成本低，可靠性高。
Description
技术领域
本发明涉及电源管理技术领域，特别是涉及一种电源控制装置及开关机方法。
背景技术
随着通讯电子技术的发展，现在的电子产品越来越多，功能越来越丰富；单一功能的电子通讯产品已经不能够满足市场的需求；单一的语音功能的通讯工具会逐步被多功能的电子产品所替代；多功能的电子产品融合了了语音和高速数据业务；对于电子产品来说，尤其是对于丰富功能的电子产品来说，电源的设计就显得尤为重要；随着3G(3rd Generation，第三代数字通信)时代的到来，融合高速数据业务无线接入终端产品会越来越多，对于这些多功能的电子产品，是一个多处理器嵌入式系统；多处理器的嵌入式系统的电源部分是需要单独设计，一个稳定可靠的电源系统的设计是产品性能可靠性的保证。
现在使用的通讯电子终端产品，包括智能终端等，电源部分是由专门的电源管理芯片或者将电源管理芯片集成在基带芯片中来实现系统的电源管理，智能终端的电源也是由专用的电源管理芯片来实现。对融合了3G高速业务的多处理器的无线接入终端产品来说，目前通讯终端使用的电源管理方式已经不能够满足要求：因为手机等终端产品和嵌入式控制的电源系统是不同的电源供电系统，也就是说现有的通讯终端产品的电源管理芯片只能够满足通讯处理器的电源管理，而不能够满足嵌入式控制器的电源管理需求。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种电源控制装置及开关机方法，以克服现有 技术中通讯终端产品的电源管理芯片不能满足嵌入式控制器的电源管理需求的缺陷。
为达到上述目的，本发明的技术方案提供一种电源控制装置，所述装置包括：适配器供电信号产生单元，用于根据适配器的输出电压，产生适配器供电信号；开关机信号产生单元，用于在电池供电且闭合开关键时，产生开关机信号，所述开关机信号包括上电启动信号和掉电维持信号；供电保持信号产生单元，用于在电池供电时，系统上电启动后产生供电保持信号；使能信号产生单元，用于根据所述适配器供电信号、开关机信号或供电保持信号，产生使能信号，控制电源芯片的上电、供电和掉电；电源芯片，用于在所述使能信号的控制下，将适配器电源或电池电源转换为系统电源，为系统供电；保持信号终止单元，用于在电池供电且闭合开关键后，向所述供电保持信号产生单元发送终止信号，终止所述供电保持信号的产生。
进一步，所述开关机信号产生单元包括：开关及控制电路，用于在电池供电时，根据开关键的状态，产生触发信号；单稳态控制电路，用于根据所述触发信号产生开关机信号。
进一步，所述开关及控制电路包括PNP三极管T1、第一RC电路、NPN三极管T2和反相器；所述PNP三极管T1的基极连接开关键，发射极连接电池的正极；所述第一RC电路由电阻R1和电容C1组成，电阻R1的一端连接所述PNP三极管T1的集电极，另一端连接电容C1和反相器的输入端，电容C1的另一端连接电池的地；所述NPN三极管T2的基极连接开关键，发射极连接电池的地，集电极连接反相器的输入端；所述反相器的输出端输出触发信号。
进一步，所述单稳态控制电路包括：设置为单稳态模式的555定时器，其输入端接收触发信号，输出端输出开关机信号；第二RC电路，用于设定单稳态控制电路的时间常数，由电阻R2和电容C2组成，电阻R2的一端连接电池的正极，另一端连接电容C2和所述555定时器的放电端和阈值输入端，电容 C2的另一端连接电池的地。
进一步，所述使能信号产生单元为具有三个输入端和一个输出端的或门，其第一输入端接收适配器供电信号，第二输入端接收开关机信号，第三输入端接收供电保持信号，输出端连接到所述电源芯片的使能端。
进一步，所述保持信号终止单元包括单缓冲器，所述单缓冲器输入端连接开关键，输出端输出终止信号。
本发明的技术方案还提供一种利用所述电源控制装置的开机方法，所述方法包括以下步骤：当使能信号产生单元接收到适配器供电信号后，生成使能信号，电源芯片在该使能信号的控制下，将适配器电源转换为系统电源，为系统供电；当使能信号产生单元接收到开关机信号产生单元产生的上电启动信号后，生成使能信号，电源芯片在该使能信号的控制下，将电池电源转换为系统电源，为系统供电，系统上电启动；供电保持信号产生单元在系统上电启动后产生供电保持信号；使能信号产生单元根据所述供电保持信号生成使能信号，控制电源芯片将电池电源转换为系统电源，为系统供电。
本发明的技术方案还提供一种利用所述电源控制装置的关机方法，所述方法包括以下步骤：A、当仅有电池供电，且开关键闭合时，开关机信号产生单元产生掉电维持信号；B、使能信号产生单元根据所述掉电维持信号生成使能信号；C、当仅有电池供电，且开关键闭合后，保持信号终止单元向供电保持信号产生单元发送终止信号；D、供电保持信号产生单元终止供电保持信号的产生；E、持续预先设定的时间后，终止所述掉电维持信号，系统关机。
进一步，在步骤C中，包括：在开关键闭合后，延缓一段时间，再向供电保持信号产生单元发送终止信号。
进一步，在步骤D中，包括：供电保持信号产生单元在接收到的终止信号维持一定的时间后，再终止供电保持信号的产生。
与现有技术相比，本发明有益效果如下：
本发明的电源控制装置可以为嵌入式系统提供稳定的电源供电，并且实现 了较为复杂的终端产品的开关机电源控制流程；本发明通过电路的控制实现系统的上电、供电和掉电过程，电路简单易用，成本低，可靠性高。
附图说明
图1是本发明实施例的一种电源控制装置的结构示意图；
图2是本发明实施例的一种开关及控制电路的结构示意图；
图3是本发明实施例的一种单稳态控制电路的结构示意图；
图4是本发明实施例的一种使能信号产生单元的结构示意图；
图5是本发明实施例的一种开机方法的流程图；
图6是本发明实施例的一种关机方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明主要是通过对电源芯片的控制来实现系统的上电和下电；对于本发明来说，触发电源芯片供电的事件有二个：1、适配器供电；2、电池供电时按开关键。这两个动作都可以触发电源芯片的供电，从而实现电源系统的上电。
本发明实施例的一种电源控制装置的结构如图1所示，所述装置包括适配器供电信号产生单元11、开关机信号产生单元12、供电保持信号产生单元13、使能信号产生单元14、电源芯片15和保持信号终止单元16。其中使能信号产生单元14分别与适配器供电信号产生单元11、开关机信号产生单元12、供电保持信号产生单元13和电源芯片15连接，供电保持信号产生单元13分别与电源芯片15和保持信号终止单元16连接。
适配器供电信号产生单元11用于根据适配器的输出电压，产生适配器供电信号；开关机信号产生单元12用于在电池供电且闭合开关键时，产生开关机信号，所述开关机信号包括上电启动信号和掉电维持信号；供电保持信号产 生单元13用于在电池供电时，系统上电启动后产生供电保持信号；使能信号产生单元14用于根据所述适配器供电信号、开关机信号或供电保持信号，产生使能信号，控制电源芯片15的上电、供电和掉电；电源芯片15用于在所述使能信号的控制下，将适配器电源或电池电源转换为系统电源，为系统供电；保持信号终止单元16用于在电池供电且闭合开关键后，向供电保持信号产生单元13发送终止信号，终止所述供电保持信号的产生。
开关机信号产生单元12包括开关及控制电路和单稳态控制电路，开关及控制电路用于在电池供电时，根据开关键的状态，产生触发信号；单稳态控制电路与所述开关及控制电路连接，用于根据所述触发信号产生开关机信号。
本发明实施例的一种开关及控制电路如图2所示，包括PNP三极管VT7、第一RC电路、NPN三极管VT8和反相器D20；所述PNP三极管VT7的基极连接开关键，发射极连接电池的正极；所述第一RC电路由电阻R161和电容C164组成，电阻R161的一端连接所述PNP三极管VT7的集电极，另一端连接电容C164和反相器的输入端，电容C164的另一端连接电池的地，调整电容C164和电阻R161可以调整电容的充放电时间；所述NPN三极管VT8的基极连接开关键，发射极连接电池的地，集电极连接反相器D20的输入端；反相器D20的输出端输出触发信号，D20是一个带触发器的反相器，当AIN管脚有上升沿或者下降沿波形变化时，YOUT管脚就有相应的波形的输出。另外，R149是上拉偏置电阻；R148是限流电阻；R152是限流电阻；R160是下拉偏置电阻；R162是整形电阻；R163是下拉电阻；C171是D20电源的滤波电容；R164是D20的YOUT输出信号的整形电阻。
本发明实施例的一种单稳态控制电路如图3所示，包括设置为单稳态模式的555定时器D21，其输入端接收触发信号，输出端输出开关机信号；第二RC电路，用于设定单稳态控制电路的时间常数，由电阻R168和电容C174组成，电阻R168的一端连接电池的正极，另一端连接电容C174和555定时器D21的放电端和阈值输入端，电容C174的另一端连接电池的地。另外，电阻 R165和R166是上拉电阻；R167是一个冗余设计；C172和C173是滤波电容。
单稳态控制电路具有以下特点：(1)有一个稳定状态和一个暂稳状态；(2)在外来触发脉冲作用下，能够由稳定状态翻转到暂稳状态；(3)暂稳状态维持一段时间后，将自动返回到稳定状态。暂稳态时间的长短，与触发脉冲无关，仅决定于电路本身的参数。下面对本实施例的单稳态控制电路进行具体说明：
1.电路组成及工作原理
(1)无触发信号输入时电路工作在稳定状态
当电路无触发信号时，OUT保持高电平，电路工作在稳定状态，即输出端信号A保持低电平。
(2)OUT下降沿触发
当OUT下降沿到达时，555定时器输入端(2脚)由高电平跳变为低电平，电路被触发，A由低电平跳变为高电平，电路由稳态转入暂稳态。
(3)暂稳态的维持时间
在暂稳态期间，VDD_VBAT经R168向C174充电。其充电回路为VDD_VBAT→R168→C174→地，电容电压VC由0V开始增大，在电容电压VC上升到阈值电压之前，电路将保持暂稳态不变，单稳态控制电路的时间常数为RC的1.1倍。
(4)自动返回(暂稳态结束)时间
当VC上升至阈值电压时，输出电压A由高电平跳变为低电平，电容C174放电，电压VC由阈值电压迅速降至0V，电路由暂稳态重新转入稳态，单稳态触发器又可以接收新的触发信号。
本发明实施例的使能信号产生单元14的结构如图4所示，包括具有三个输入端和一个输出端的或门，其第一输入端接收适配器供电信号，第二输入端接收开关机信号，第三输入端接收供电保持信号，输出端连接到所述电源芯片D13的使能端。本实施例中该或门由三个二极管VD3、VD5和VD6构成，另外R45、R46、R47是三个下拉电阻；R44是分压电阻；C29是滤波电容；R146 和R147是下拉电阻；R145是冗余设计。
保持信号终止单元16参见图2，包括单缓冲器D19，单缓冲器D19输入端连接开关键，输出端输出终止信号。C3是D19的电源的滤波电容；R159是整形电阻。
当采用上述电源控制装置时，本发明实施例的一种开机方法的流程如图5所示，包括以下步骤：
步骤s501，使能信号产生单元接收输入信号。
步骤s502，当所述输入信号为适配器供电信号时，使能信号产生单元生成使能信号，电源芯片在该使能信号的控制下，将适配器电源转换为系统电源，为系统供电。即当从适配器供电时，适配器支路会给电源芯片的控制管脚一个高电平信号从而使能电源芯片，给系统供电。
步骤s503，当所述输入信号为开关机信号产生单元产生的上电启动信号时，使能信号产生单元生成使能信号，系统上电启动。本实施例中，当适配器不供电，用电池供电时，开关键在未闭合时是电池提供的高电平电压，当开关键闭合时，会有一个低电平信号送给开关及控制电路，此时三极管VT7导通，而三极管VT8由于B级是低电平从而处于截止状态；三极管VT7处于导通状态后给反相器D20的AIN输入端提供高电平信号，从而使D20的YOUT输出低电平信号，即图2和图3中的OUT此时为低电平信号。低电平信号OUT输入到D21的TRIGGER管脚，TRIGGER管脚是低电平有效；此时就触发D21的输出OUTPUT，即信号A此时为高电平信号；高电平信号A送到图4中的VD6，通过VD6后从而实现了D13的使能，给系统提供电平的输出；信号A的高电平保持时间是由图2中的R161、C164和图3中的R168、C174共同决定，该时间要能够满足系统启动时间，可以通过调整R161、C164和R168、C174的值来完成。
步骤s504，供电保持信号产生单元在系统上电启动后产生供电保持信号，使能信号产生单元根据所述供电保持信号生成使能信号，控制电源芯片将电池 电源转换为系统电源，为系统供电。即当系统上电启动后输出高电平信号GPIO_PWR_1使D13一直处于使能状态，完成了系统的开机。
当采用上述电源控制装置时，如果只有适配器供电，则拔掉适配器电源芯片立即掉电，从而系统掉电关机。当当仅有电池供电时，本发明实施例的一种关机方法的流程如图6所示，包括以下步骤：
步骤s601，当仅有电池供电，且开关键闭合时，开关机信号产生单元产生掉电维持信号，使能信号产生单元根据所述掉电维持信号生成使能信号。本实施例中，当按下开关键时单稳态控制器会输出高电平信号A来使能电源芯片。
步骤s602，当仅有电池供电，在开关键闭合后，保持信号终止单元产生终止信号，延缓一段时间，向供电保持信号产生单元发送终止信号。本实施例中，当仅有电池供电时，关机时按正常流程按开关键关机，当按下开关键时，开关及控制电路中同时会有控制信号GPIO_PWR_0送给处理器进行处理。而在按下开关键时，控制信号GPIO_PWR_0不能立刻就控制处理器使控制信号GPIO_PWR_1变为低电平，有可能单稳态控制器的输出信号A还没有变为高电平前控制信号GPIO_PWR_1就会变为低电平，为了防止该事件的发生，在开关及控制电路中采用单缓冲器D19，以延缓控制信号GPIO_PWR_0的输出，从而满足控制信号A和控制信号GPIO_PWR_1之间的切换。
步骤s603，供电保持信号产生单元在接收到的终止信号维持一定的时间后，终止供电保持信号的产生。本实施例中，当处理器侦测到控制信号维持低电平达到一定时间就启动关机事件，开始关机流程。维持一定时间是为了防止用户误操作按到开关键，提高系统的可靠性设计。当按下开关键时，处理器侦测到控制信号GPIO_PWR_0并判断为关机事件后会将控制信号GPIO_PWR_1变为低电平信号。但是这时系统的关机事件并没有完全完成，如果立刻掉电的话会损坏文件系统，当控制信号GPIO_PWR_1变为低电平后还需要维持一段时间以保证系统关机事件正常的关闭，本实施例中利用步骤s601中的使能信号进行时间的维持。
步骤s604，持续预先设定的时间后，终止所述掉电维持信号，系统关机。本实施例中，信号A的高电平维持时间就是靠图2中的R161、C164和图3中的单稳态控制器电路中的R168、C174来完成的，可以通过调整R161、C164和R168、C174的值来实现保持时间，通过调整参数以满足系统控制信号GPIO_PWR_1变为低电平后关机事件的完成。
本发明的电源控制装置可以为嵌入式系统提供稳定的电源供电，并且实现了较为复杂的终端产品的开关机电源控制流程；本发明通过电路的控制实现系统的上电、供电和掉电过程，电路简单易用，成本低，可靠性高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种电源控制装置，其特征在于，所述装置包括：
适配器供电信号产生单元，用于根据适配器的输出电压，产生适配器供电信号；
开关机信号产生单元，用于在电池供电且闭合开关键时，产生开关机信号，所述开关机信号包括上电启动信号和掉电维持信号；
供电保持信号产生单元，用于在电池供电时，系统上电启动后产生供电保持信号；
使能信号产生单元，用于根据所述适配器供电信号、开关机信号或供电保持信号，产生使能信号，控制电源芯片的上电、供电和掉电；
电源芯片，用于在所述使能信号的控制下，将适配器电源或电池电源转换为系统电源，为系统供电；
保持信号终止单元，用于在电池供电且闭合开关键后，向所述供电保持信号产生单元发送终止信号，终止所述供电保持信号的产生；
其中，所述开关机信号产生单元包括：
开关及控制电路，用于在电池供电时，根据开关键的状态，产生触发信号；
单稳态控制电路，用于根据所述触发信号产生开关机信号；
所述开关及控制电路包括PNP三极管T1、第一RC电路、NPN三极管T2和反相器；
所述PNP三极管T1的基极连接开关键，发射极连接电池的正极；
所述第一RC电路由电阻R1和电容C1组成，电阻R1的一端连接所述PNP三极管T1的集电极，另一端连接电容C1和反相器的输入端，电容C1的另一端连接电池的地；
所述NPN三极管T2的基极连接开关键，发射极连接电池的地，集电极连接反相器的输入端；
所述反相器的输出端输出触发信号；
所述单稳态控制电路包括：
设置为单稳态模式的555定时器，其输入端接收触发信号，输出端输出开关机信号；
第二RC电路，用于设定单稳态控制电路的时间常数，由电阻R2和电容C2组成，电阻R2的一端连接电池的正极，另一端连接电容C2和所述555定时器的放电端和阈值输入端，电容C2的另一端连接电池的地；
所述单稳态控制电路具有以下特点：(1)有一个稳定状态和一个暂稳状态；(2)在外来触发脉冲作用下，能够由稳定状态翻转到暂稳状态；(3)暂稳状态维持一段时间后，将自动返回到稳定状态。
2.如权利要求1所述的电源控制装置，其特征在于，所述使能信号产生单元为具有三个输入端和一个输出端的或门，其第一输入端接收适配器供电信号，第二输入端接收开关机信号，第三输入端接收供电保持信号，输出端连接到所述电源芯片的使能端。
3.如权利要求1所述的电源控制装置，其特征在于，所述保持信号终止单元包括单缓冲器，所述单缓冲器输入端连接开关键，输出端输出终止信号。
4.一种利用权利要求1所述的电源控制装置的开机方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
当使能信号产生单元接收到适配器供电信号后，生成使能信号，电源芯片在该使能信号的控制下，将适配器电源转换为系统电源，为系统供电；
当使能信号产生单元接收到开关机信号产生单元产生的上电启动信号后，生成使能信号，电源芯片在该使能信号的控制下，将电池电源转换为系统电源，为系统供电，系统上电启动；
供电保持信号产生单元在系统上电启动后产生供电保持信号；
使能信号产生单元根据所述供电保持信号生成使能信号，控制电源芯片将电池电源转换为系统电源，为系统供电。
5.一种利用权利要求1所述的电源控制装置的关机方法，其特征在于， 所述方法包括以下步骤：
A、当仅有电池供电，且开关键闭合时，开关机信号产生单元产生掉电维持信号；
B、使能信号产生单元根据所述掉电维持信号生成使能信号；
C、当仅有电池供电，且开关键闭合后，保持信号终止单元向供电保持信号产生单元发送终止信号；
D、供电保持信号产生单元终止供电保持信号的产生；
E、持续预先设定的时间后，终止所述掉电维持信号，系统关机。
6.如权利要求5所述的关机方法，其特征在于，在步骤C中，包括：在开关键闭合后，延缓一段时间，再向供电保持信号产生单元发送终止信号。
7.如权利要求5所述的关机方法，其特征在于，在步骤D中，包括：供电保持信号产生单元在接收到的终止信号维持一定的时间后，再终止供电保持信号的产生。
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