CN101826862A - 一种降低电源功耗的方法、零电流自锁开关及电源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种电源装置，包含电源模块、上电脉冲输入模块、断电脉冲输入模块和零电流自锁开关，上电脉冲输入模块、断电脉冲输入模块、电源模块与零电流自锁开关的相连，上电脉冲输入模块输入上电控制信号给零电流自锁开关，开关状态变为打开，电源模块通过零电流自锁开关对工作电路模块供电；断电脉冲输入模块输入断电控制信号给零电流自锁开关，开关状态变为关闭，电源模块停止对工作电路模块供电。本发明还提出一种零电流自锁开关和降低电源功耗的方法。本发明通过控制信号控制控制电源的通断，在工作电路工作完毕的时候直接关闭电源，不需要进入休眠状态，从而降低了功耗。

Description

一种降低电源功耗的方法、零电流自锁开关及电源装置
技术领域
本发明涉及电子电路，尤其涉及一种降低电源功耗的方法、零电流自锁开关及电源装置，可应用于RFID(Radio Frequency Identification，射频识别)系统中有源/半有源电子标签的电源控制，也可以应用于其它需要电源控制的系统。
背景技术
在目前RFID系统中，有源/半有源标签的供电一直存在着尽量小的电池尺寸和长的工作时间的矛盾。在要求标签的尺寸尽可能小的情况下，不得不降低电池容量，牺牲标签的工作时间。
现有的有源标签的实现形式，虽然有对标签的工作状态加以区分，通过工作电路的休眠的方式来降低标签的耗电，但休眠方式下几个微安的耗电对于长时间电池供电的系统也是不可忽视的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种降低电源功耗的方法、零电流自锁开关及电源装置，减少电源功耗，增加工作时间。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种零电流自锁开关，包括端口A，端口B，端口C及端口D，三极管Q1、Q2和场效应管Q3、Q4、Q5和Q6，电阻R1、R2、R3和R4，三极管Q2的集电极连接MOS管Q3及Q5的栅极和MOS管Q6的漏极，其发射极接地，其基极连接电阻R2的一端，另一端连接端口B；MOS管Q3和Q4的源极相连，MOS管Q3的漏极通过电阻R3与MOS管Q5的漏极相连，MOS管Q4的漏极通过电阻R4与MOS管Q6的漏极相连，MOS管Q5和Q6的源极相连并接地；三极管Q1的集电极连接MOS管Q4及Q6的栅极和MOS管Q5的漏极，其发射极接地，其基极连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接端口A；MOS管Q3和Q4的源极连接端口C；MOS管Q4的漏极连接端口D。
进一步地，上述零电流自锁开关还可具有以下特点，所述三极管Q1或Q2的发射极和集电极之间通过一电容C相连。
本发明还提出一种零电流自锁开关，包括端口A，端口B，端口C及端口D，三极管Q1、Q2和场效应管Q3、Q4、Q5和Q6，电阻R1、R2、R3和R4，三极管Q2的集电极连接MOS管Q4、Q6的栅极和Q5的漏极，其发射极接地，其基极连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接端口A，MOS管Q3和Q4的源极相连，MOS管Q3的漏极通过电阻R3与MOS管Q6的栅极相连；MOS管Q4的漏极通过电阻R4与MOS管Q5的栅极相连，MOS管Q6的源极与MOS管Q5的源极相连并接地；三极管Q1的集电极连接MOS管Q3、Q5的栅极和MOS管Q6的漏极，其发射极接地，其基极连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接端口B，MOS管Q3和Q4的源极连接端口C；MOS管Q4的漏极连接端口D。
进一步地，上述零电流自锁开关还可具有以下特点，所述三极管Q1或Q2的发射极和集电极之间通过一电容C相连。
本发明还提出一种零电流自锁开关，包括端口A，端口B，端口C及端口D，三极管Q1、Q2和场效应管Q3、Q4、Q5和Q6，电阻R1、R2、R3和R4，一种零电流自锁开关，其特征在于，包含端口A，端口B，端口C及端口D，三极管Q1、Q2和场效应管Q3、Q4、Q5和Q6，电阻R1、R2、R3和R4，三极管Q1的集电极连接MOS管Q4、Q6的栅极和MOS管Q3的漏极，其发射极连接MOS管Q3、Q4的源极，其基极连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接端口A；MOS管Q3和Q4的源极相连，MOS管Q3的漏极通过电阻R3与MOS管Q5的漏极相连，MOS管Q4的漏极通过电阻R4与MOS管Q6的漏极相连，MOS管Q5、Q6的源极相连并接地；三极管Q2的集电极连接MOS管Q3、Q5的栅极和MOS管Q4的漏极，其发射极连接MOS管Q3、Q4的源极，其基极连接电阻R2的一端，另一端连接端口B；MOS管Q3和Q4的源极连接端口C；MOS管Q3的漏极连接端口D。
进一步地，上述零电流自锁开关还可具有以下特点，所述三极管Q1或Q2的发射极和集电极之间通过一电容C相连。
本发明还提出一种包含上述零电流自锁开关的电源装置，所述电源装置包含电源模块、上电脉冲输入模块、断电脉冲输入模块和零电流自锁开关，所述上电脉冲输入模块与所述零电流自锁开关的端口A相连、断电脉冲输入模块与所述零电流自锁开关的端口B相连，电源模块与所述零电流自锁开关的端口C相连，其中，
所述上电脉冲输入模块，用于输入上电控制信号给所述零电流自锁开关；
所述断电脉冲输入模块，用于输入断电控制信号给所述零电流自锁开关；
所述零电流自锁开关，收到所述上电控制信号后，开关状态变为打开，收到所述断电控制信号后，开关状态变为关闭；
所述电源模块，用于在零电流自锁开关状态变为打开时，通过零电流自锁开关的端口D对工作电路模块供电；在零电流自锁开关状态变为关闭时，停止对工作电路模块供电。
进一步地，上述电源装置还可具有以下特点，所述上电控制信号为脉冲信号，所述断电控制信号为脉冲信号。
进一步地，上述电源装置还可具有以下特点，所述上电脉冲输入模块直接产生上电控制信号输入给所述零电流自锁开关；或者接收射频信号产生所述上电控制信号输入给所述零电流自锁开关。
进一步地，上述电源装置还可具有以下特点，所述断电脉冲输入模块与工作电路模块相连，用于在所述工作电路模块工作完毕后，产生断电控制信号；或者所述断电脉冲输入模块位于所述工作电路模块上，用于在所述工作电路模块工作完毕后，将所述工作电路模块产生的断电控制信号输入给所述零电流自锁开关。
本发明还提出一种使用上述电源装置降低功耗的方法，包括，
输入上电控制信号打开零电流自锁开关；
电源模块对工作电路模块供电；
在工作电路模块完成工作后，输入断电控制信号将零电流自锁开关关闭；
电源模块停止对工作电路模块供电。
进一步地，上述方法还可具有以下特点，所述上电控制信号为脉冲信号，所述断电控制信号为脉冲信号，通过有线或无线的方式输入所述上电控制信号至所述零电流自锁开关。
本发明所述降低电源功耗的方法和装置，通过控制信号控制开关的通断，从而控制电源的通断，在工作电路工作完毕的时候直接关闭电源，不需要进入休眠状态，从而降低了功耗。
附图说明
图1是本发明电源装置的结构示意图；
图2是本发明零电流自锁开关的电路示意图；
图3是本发明零电流自锁开关的另一电路示意图；
图4是本发明零电流自锁开关的又一电路示意图。
具体实施方式
本发明提出了一种零电流自锁开关，以及包含该零电流自锁开关的电源装置，不仅在断电的时候不消耗电流，在上电工作的时候，自锁开关部分也不消耗电流，极大的降低了系统的电源消耗。
请参阅图1，它是本发明一种应用于RFID有源标签的电源装置结构示意图。它可应用于RFID系统中有源/半有源电子标签的电源控制，也可以应用于其它需要电源控制的系统。
如图1所示：该装置包含上电脉冲输入模块101，电源模块102，零电流自锁开关103，工作电路模块104，断电脉冲输入模块105。各模块的功能和连接关系如下：
上电脉冲输入模块101，用于产生上电控制信号至零电流自锁开关103，零电流自锁开关103接收到该上电控制信号后状态变为打开。
上电脉冲输入模块101可自己产生上电控制信号输入给零电流自锁开关，例如通过直接的控制线输入，或者采用手动按键方式输入，或者以无线方式，通过天线接收射频信号，再通过二极管检波和电容滤波后生成上电控制信号。
上电控制信号一般为脉冲信号，如图2，3中为高电平脉冲信号，图4中为低电平脉冲信号。
断电脉冲输入模块104与工作电路模块相连，用于在所述工作电路模块工作完毕后，产生断电控制信号，输入零电流自锁开关，零电流自锁开关收到改断电控制信号后，其状态变为关闭；或者所述断电脉冲输入模块位于所述工作电路模块上，用于在所述工作电路模块工作完毕后，将所述工作电路模块产生的断电控制信号输入给所述零电流自锁开关，即工作电路105在完成预定操作后通过断电脉冲输入模块104关闭零电流自锁开关103。
断电控制信号也为脉冲信号，与上电控制信号类似。
电源模块102在有源/半有源标签系统中一般指电池，用于在零电流自锁开关状态为打开时对工作电路模块105进行供电，在零电流自锁开关状态为关闭时断开对工作电路模块105的供电。
图2所示为零电流自锁开关103的一实施例，包含2个NPN三极管Q1、Q2，4个MOS管(场效应管)Q3、Q4、Q5、Q6和四个电阻R1、R2、R3、R4，以及端口A、B、C、D，其中：
端口A为上电脉冲输入端，端口B为断电脉冲输入端，端口C为电源输入端，端口D为输出端，与工作电路模块连接；
三极管Q1的集电极连接MOS管Q4、Q6的栅极和MOS管Q5的漏极，其发射极接地，其基极连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接端口A；
MOS管Q3和Q4的源极相连，MOS管Q3的漏极通过电阻R3与MOS管Q5的漏极相连，MOS管Q4的漏极通过电阻R4与MOS管Q6的漏极相连，MOS管Q5、Q6的源极相连并接地；
三极管Q2的集电极连接MOS管Q3、Q5的栅极和MOS管Q6的漏极，其发射极接地，其基极连接电阻R2的一端，另一端连接端口B；
MOS管Q3和Q4的源极连接端口C；MOS管Q4的漏极连接端口D。
假设电路处于关断状态，三极管Q1，Q2没有信号输入，处于截止状态。由于MOS管Q4断开Q6导通，Q3和Q5的栅极为低电平，使得Q3导通Q5断开。由于MOS管的栅极没有电流，R3、R4上没有压降。
当输入上电脉冲时，脉冲电流使Q1快速导通，流过Q1的集电极电流使R3上产生一个压降，使得Q4、Q6的栅极电压降为低电平。此时Q4导通Q6断开，使Q3、Q5的栅极变为高电平，Q3断开Q5导通。此时即使上电信号的高电平脉冲结束，Q1的集电极仍然为低电平，达到开关状态自锁的目的。
对于断电操作，电路的实现过程和上电过程完全对称，具体如下：
断电操作时，零电流自锁开关先处于导通状态，Q4导通Q6关断，Q3关断Q5导通。由工作电路模块104输出的断电脉冲输入到R2，使Q2快速导通。流过Q2的集电极电流使R4上产生一个压降，使得Q3、Q5的栅极电压降为低电平。导致Q3导通Q5断开，使Q4、Q6的栅极变为高电平，Q4断开Q6导通，完成断电操作。
图3所示为零电流自锁开关103的另一实施例，包含2个NPN三极管Q1、Q2，4个MOS管Q3、Q4、Q5、Q6和四个电阻R1、R2、R3、R4，以及端口A、B、C、D。其中，
端口A为上电脉冲输入端，与上电脉冲输入模块连接，端口B为断电脉冲输入端，与断电脉冲输入模块连接，端口C为电源输入端，与电源模块连接，端口D为输出端，与工作电路模块连接；
三极管Q2的集电极连接MOS管Q4、Q6的栅极和Q5的漏极，其发射极接地，其基极连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接端口A；
MOS管Q3和Q4的源极相连，MOS管Q3的漏极通过电阻R3与MOS管Q6的栅极相连；MOS管Q4的漏极通过电阻R4与MOS管Q5的栅极相连，MOS管Q6的源极与MOS管Q5的源极相连并接地；
三极管Q1的集电极连接MOS管Q3、Q5的栅极和MOS管Q6的漏极，其发射极接地，其基极连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接端口B。
MOS管Q3和Q4的源极连接端口C；MOS管Q4的漏极连接端口D。
图4所示为零电流自锁开关103的另一实施例，包含2个三极管Q1、Q2，4个MOS管Q3、Q4、Q5、Q6和四个电阻R1、R2、R3、R4，以及端口A、B、C、D。其中，端口A为上电脉冲输入端，与上电脉冲输入模块连接，端口B为断电脉冲输入端，与断电脉冲输入模块连接，端口C为电源输入端，与电源模块连接，端口D为输出端，与工作电路模块连接；
三极管Q1的集电极连接MOS管Q4、Q6的栅极和MOS管Q3的漏极，其发射极连接MOS管Q3、Q4的源极，其基极连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接端口A；其发射极和集电极之间连接一电容C1；
MOS管Q3和Q4的源极相连，MOS管Q3的漏极通过电阻R3与MOS管Q5的漏极相连，MOS管Q4的漏极通过电阻R4与MOS管Q6的漏极相连，MOS管Q5、Q6的源极相连并接地；
三极管Q2的集电极连接MOS管Q3、Q5的栅极和MOS管Q4的漏极，其发射极连接MOS管Q3、Q4的源极，其基极连接电阻R2的一端，另一端连接端口B；
MOS管Q3和Q4的源极连接端口C；MOS管Q3的漏极连接端口D。
图3、图4电路上电和断电具体过程类似图2，此处不再赘述。
上述各实施例中，电阻R1、R2、R3、R4的阻值一般为几十KΩ，MOS管Q3、Q4、Q5、Q6为增强型MOS管，其导通电压Vgs(th)和导通电阻Rds(on)比较低(要求导通电压Vgs(th)不高于电源电压，导通电阻Rds(on)在电路最大工作电流时产生的压降满足工作电路的电压范围)，三极管Q1、Q2可选低频小功率的通用三极管。优选地，Q1和Q2参数一致，R1和R2参数一致，Q3和Q4参数一致，Q5和Q6参数一致。
上述各实施例中，三极管Q1或Q2的集电极和发射极之间可增加一电容，使电路初次上电确定工作在上电(或断电)的状态。如图4所示，在三极管Q1的发射极和集电极之间增加了一电容C1。也可以在三极管Q2的发射极和集电极之间增加一电容，本发明对此不作限定。
本发明还提出一种应用本发明所述电源装置降低电源功耗的方法，包括：
510，通过有线或无线方式输入上电控制信号打开零电流自锁开关；
520，零电流自锁开关打开后，电源对工作电路供电；
530，在工作电路在完成工作后，输出断电控制信号将零电流自锁开关关闭；
540，零电流自锁开关关闭后，电源停止对工作电路供电。
上述上电控制信号和断电控制信号均为脉冲信号。通过有线或无线的方式输入所述上电控制信号至所述零电流自锁开关。由工作电路产生断电控制信号将零电流自锁开关关闭。
本发明所述方法，开关装置仅在开关状态切换时消耗微量电流。本发明提出的电源装置，在工作电路完成工作后，不是进入休眠状态，而是电源停止对工作电路供电，从而降低了功耗，延长了电源工作时间。
本发明具有如下有益效果：
1)本发明方法采用脉冲信号控制电源开断，仅在脉冲输入时消耗电流，可以降低控制信号的输入电阻，提高抗干扰能力；同时避免输入电阻低带来控制信号本身长时间电流增加引起的电流消耗。
2)本发明在开关状态保持期间利用MOS(金属氧化物半导体)器件和电压控制的原理，在MOS器件的栅极保持控制电压而没有电流消耗，进一步降低功耗。
本发明方法和装置可应用于RFID系统中有源/半有源电子标签的电源控制，也可以应用于其它需要电源控制的系统。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种零电流自锁开关，其特征在于，包括端口A，端口B，端口C及端口D，三极管Q1、Q2和场效应管Q3、Q4、Q5和Q6，电阻R1、R2、R3和R4，三极管Q2的集电极连接MOS管Q3及Q5的栅极和MOS管Q6的漏极，其发射极接地，其基极连接电阻R2的一端，另一端连接端口B；MOS管Q3和Q4的源极相连，MOS管Q3的漏极通过电阻R3与MOS管Q5的漏极相连，MOS管Q4的漏极通过电阻R4与MOS管Q6的漏极相连，MOS管Q5和Q6的源极相连并接地；三极管Q1的集电极连接MOS管Q4及Q6的栅极和MOS管Q5的漏极，其发射极接地，其基极连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接端口A；MOS管Q3和Q4的源极连接端口C；MOS管Q4的漏极连接端口D。
2.如权利要求1所述的零电流自锁开关，其特征在于，所述三极管Q1或Q2的发射极和集电极之间通过一电容C相连。
3.一种零电流自锁开关，其特征在于，包括端口A，端口B，端口C及端口D，三极管Q1、Q2和场效应管Q3、Q4、Q5和Q6，电阻R1、R2、R3和R4，三极管Q2的集电极连接MOS管Q4、Q6的栅极和Q5的漏极，其发射极接地，其基极连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接端口A，MOS管Q3和Q4的源极相连，MOS管Q3的漏极通过电阻R3与MOS管Q6的栅极相连；MOS管Q4的漏极通过电阻R4与MOS管Q5的栅极相连，MOS管Q6的源极与MOS管Q5的源极相连并接地；三极管Q1的集电极连接MOS管Q3、Q5的栅极和MOS管Q6的漏极，其发射极接地，其基极连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接端口B，MOS管Q3和Q4的源极连接端口C；MOS管Q4的漏极连接端口D。
4.如权利要求3所述的零电流自锁开关，其特征在于，所述三极管Q1或Q2的发射极和集电极之间通过一电容C相连。
5.一种零电流自锁开关，其特征在于，包括端口A，端口B，端口C及端口D，三极管Q1、Q2和场效应管Q3、Q4、Q5和Q6，电阻R1、R2、R3和R4，一种零电流自锁开关，其特征在于，包含端口A，端口B，端口C及端口D，三极管Q1、Q2和场效应管Q3、Q4、Q5和Q6，电阻R1、R2、R3和R4，三极管Q1的集电极连接MOS管Q4、Q6的栅极和MOS管Q3的漏极，其发射极连接MOS管Q3、Q4的源极，其基极连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接端口A；MOS管Q3和Q4的源极相连，MOS管Q3的漏极通过电阻R3与MOS管Q5的漏极相连，MOS管Q4的漏极通过电阻R4与MOS管Q6的漏极相连，MOS管Q5、Q6的源极相连并接地；三极管Q2的集电极连接MOS管Q3、Q5的栅极和MOS管Q4的漏极，其发射极连接MOS管Q3、Q4的源极，其基极连接电阻R2的一端，另一端连接端口B；MOS管Q3和Q4的源极连接端口C；MOS管Q3的漏极连接端口D。
6.如权利要求5所述的零电流自锁开关，其特征在于，所述三极管Q1或Q2的发射极和集电极之间通过一电容C相连。
7.一种包含如权利要求1至6任一所述的零电流自锁开关的电源装置，所述电源装置包含电源模块、上电脉冲输入模块、断电脉冲输入模块和零电流自锁开关，所述上电脉冲输入模块与所述零电流自锁开关的端口A相连、断电脉冲输入模块与所述零电流自锁开关的端口B相连，电源模块与所述零电流自锁开关的端口C相连，其中，
所述上电脉冲输入模块，用于输入上电控制信号给所述零电流自锁开关；
所述断电脉冲输入模块，用于输入断电控制信号给所述零电流自锁开关；
所述零电流自锁开关，收到所述上电控制信号后，开关状态变为打开，收到所述断电控制信号后，开关状态变为关闭；
所述电源模块，用于在零电流自锁开关状态变为打开时，通过零电流自锁开关的端口D对工作电路模块供电；在零电流自锁开关状态变为关闭时，停止对工作电路模块供电。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述上电控制信号为脉冲信号，所述断电控制信号为脉冲信号。
9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述上电脉冲输入模块直接产生上电控制信号输入给所述零电流自锁开关；或者接收射频信号产生所述上电控制信号输入给所述零电流自锁开关。
10.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述断电脉冲输入模块与工作电路模块相连，用于在所述工作电路模块工作完毕后，产生断电控制信号；或者所述断电脉冲输入模块位于所述工作电路模块上，用于在所述工作电路模块工作完毕后，将所述工作电路模块产生的断电控制信号输入给所述零电流自锁开关。
11.一种使用权利要求7所述电源装置降低功耗的方法，其特征在于，包括，
输入上电控制信号打开零电流自锁开关；
电源模块对工作电路模块供电；
在工作电路模块完成工作后，输入断电控制信号将零电流自锁开关关闭；
电源模块停止对工作电路模块供电。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述上电控制信号为脉冲信号，所述断电控制信号为脉冲信号，通过有线或无线的方式输入所述上电控制信号至所述零电流自锁开关。
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