CN103368557B - 低静态电流电平转换电路及设有该电路的电子设备 - Google Patents

低静态电流电平转换电路及设有该电路的电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低静态电流电平转换电路及设有该电路的电子设备，涉及电子电路技术领域，包括MCU（Micro Control Unit）和DCDC电路，所述DCDC电路的输出端电连接MCU的电源输入管脚，还包括：LDO电路，所述LDO电路与所述DCDC电路并联，所述LDO电路的输出端电连接所述MCU的电源输入管脚；逻辑控制电路，所述逻辑控制电路的输入端电连接所述MCU的控制输出管脚MCU_EN，所述逻辑控制电路的两个输出端分别电连接所述LDO电路和所述DCDC电路，所述逻辑控制电路根据所述MCU的控制输出管脚MCU_EN的信号控制所述LDO电路和所述DCDC电路的通和断。采用了本发明电平转换电路，可以大大的降低设备的耗电量，提高设备的续航能力，延长设备的带电时间。

Description

低静态电流电平转换电路及设有该电路的电子设备
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，特别涉及一种低静态电流电平转换电路及设有该电路的电子设备。
背景技术
现在智能手机功能越来越多，屏幕也越来越大。大屏幕的智能手机虽然使用时显示内容非常丰富，效果也非常逼真，但是体积太大的手机拿在手里非常不方便，特别是只是看一些简单信息，例如：时间日期、来电信息及短信等，还需要从包里拿出手机来进行操作，即浪费时间和精力也很不方便。
于是出现了一种智能手表，能够通过无线的方式同手机进行通信，并通过智能手表的发光、声音或振动等方式指示或提示一些简单的手机信息，例如日期、时间、来电、闹铃或来短信等信息。使得用户不用拿出手机就能完成一些简单的操作，方便用户使用。
目前，智能手表中使用的电平转换电路包括DCDC芯片，DCDC芯片的特点是静态电流大，有几百μA。然而智能手表的工作特点是大多数时间仅用于显示时间，多数设备都处于深度睡眠状态，功耗非常低。特别是当显示屏采用的双稳态技术（例如电子纸），待机时只有几个μA的维持电流。此时如果有几百μA的静态电流，相对于几个μA的工作电流来说，转换效率非常低，耗电量较大。由于智能手表的体积有限，其电池也不能做得太大，这就导致了智能手表的续航能力相对较短。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种低静态电流电平转换电路，此低静态电流电平转换电路在设备待机时可以提供较小的工作电流，当设备工作时可以提供较大的工作电流，有效的节约了电量，提高了设备的续航能力。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种电子设备，此电子设备续航能力强，带电时间长。
为解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是：
一种低静态电流电平转换电路，包括MCU（Micro Control Unit）和DCDC电路，所述DCDC电路的输出端电连接MCU的电源输入管脚，还包括：LDO电路，所述LDO电路与所述DCDC电路并联，所述LDO电路的输出端电连接所述MCU的电源输入管脚；逻辑控制电路，所述逻辑控制电路的输入端电连接所述MCU的控制输出管脚MCU_EN，所述逻辑控制电路的两个输出端分别电连接所述LDO电路和所述DCDC电路，所述逻辑控制电路根据所述MCU的控制输出管脚MCU_EN的信号控制所述LDO电路和所述DCDC电路的通和断。
其中，所述LDO电路包括LDO芯片U1，所述LDO芯片U1的使能管脚EN电连接所述逻辑控制电路的一个输出端，所述LDO芯片U1的输出管脚VOUT电连接所述MCU的电源输入管脚。
其中，所述逻辑控制电路包括同时与所述MCU的控制输出管脚MCU_EN电连接的二极管D1和二极管D2;所述二极管D1的阴极电连接所述MCU的控制输出管脚MCU_EN，所述二极管D2的阳极电连接所述MCU的控制输出管脚MCU_EN；所述二极管D1两端并联有电阻R2，所述二极管D2两端并联有电阻R3；所述二极管D1的阳极和所述电阻R2共同电连接有电容C2，所述电容C2串联有电容C3，所述电容C3同时电连接所述二极管D2的阴极和所述电阻R3；所述电容C2和所述电容C3相串接的一端同时接地；所述二极管D1的阳极、所述电阻R2和所述电容C2同时电连接有反相电路，所述反相电路电连接所述LDO芯片U1的使能管脚EN；所述二极管D2的阴极、所述电阻R3和所述电容C3同时电连接所述DCDC电路。
其中，所述反相电路包括三极管Q1；所述三极管Q1的基极同时电连接所述二极管D1的阳极、所述电阻R2和所述电容C2，所述三极管Q1的集电极同时电连接所述LDO芯片U1的使能管脚EN和电源端VBAT，所述三极管Q1的发射极接地。
其中，所述DCDC电路包括DCDC芯片U2，所述DCDC芯片U2的使能管脚RUN同时电连接所述二极管D2的阴极、所述电阻R3和所述电容C3；所述DCDC芯片U2的输出管脚SW电连接所述MCU的电源输入管脚。
其中，所述DCDC芯片U2的型号为SGM6012。
其中，所述LDO芯片U1的型号为SGM2300。
为解决上述第二个技术问题，本发明的技术方案是：
一种电子设备，包括外壳，所述外壳内设有所述低静态电流电平转换电路。
其中，所述电子设备为智能手表、耳机或手机。
采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：
由于本发明低静态电流电平转换电路包括DCDC电路，还包括LDO电路和逻辑控制电路，DCDC电路和LDO电路并联，逻辑控制电路根据MCU的控制输出管脚MCU_EN的信号控制LDO电路和DCDC电路的通和断。当设备需要的工作电流较小时，逻辑控制电路根据MCU的信号控制接通LDO电路，关断DCDC电路，由LDO电路为设备供电，LDO电路的静态电流小，在低功耗时只有1.7μA左右，工作情况下转换效率能达到95%。当设备需要的工作电流较大时，逻辑控制电路根据MCU的信号控制接通DCDC电路，关断LDO电路，由DCDC电路为设备供电。可见，采用了本发明低静态电流电平转换电路，可以大大的降低设备的耗电量，提高设备的续航能力，延长设备的带电时间。
附图说明
图1是本发明低静态电流电平转换电路的结构框图；
图2是本发明低静态电流电平转换电路的原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。
实施例一：
如图1所示，一种低静态电流电平转换电路，包括MCU和DCDC电路，DCDC电路的输出端电连接MCU的电源输入管脚，还包括LDO电路，LDO电路与DCDC电路并联，LDO电路的输出端电连接MCU的电源输入管脚；逻辑控制电路，逻辑控制电路的输入端电连接M CU的控制输出管脚MCU_EN（如图2所示），逻辑控制电路的两个输出端分别电连接LDO电路和DCDC电路，逻辑控制电路根据MCU的控制输出管脚MCU_EN的信号控制LDO电路和DCDC电路的通和断。LDO电路和DCDC电路电连接同一电源，电源为锂聚合物电池，锂聚合物电池具有能量高、超薄的特点，无论是从外形还是容量上都适合于做小型电子设备的电源，当然其它电池也可以做为小型电子设备的电池，锂聚合物电池只是本实施例的优选方案。
如图2所示，逻辑控制电路包括同时与MCU的控制输出管脚MCU_EN电连接的二极管D1和二极管D2;二极管D1的阴极同时电连接MCU的控制输出管脚MCU_EN和二极管D2的阳极，二极管D2的阳极同时电连接MCU的控制输出管脚MCU_EN和二极管D1的阴极；二极管D1两端并联有电阻R2，电阻R2的阻值为100KΩ，二极管D2两端并联有电阻R3，电阻R3的阻值为100KΩ；二极管D1的阳极和电阻R2共同电连接有电容C2，电容C2的电容值为470nF，电容C2串联有电容C3，电容C3的电容值为470nF，电容C3同时电连接二极管D2的阴极和电阻R3；电容C2和电容C3相串接的一端同时接地。二极管D1的阳极、电阻R2和电容C2同时电连接有反相电路，反相电路电连接LDO电路。二极管D2的阴极、电阻R3和电容C3同时电连接DCDC电路。二极管D1和二极管D2均为肖特基二极管。
如图2所示，反相电路包括同时与二极管D1的阳极、电阻R2和电容C2电连接的电阻R6，电阻R6的阻值为10KΩ，电阻R6电连接有三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极同时电连接LDO电路和电阻R1，电阻R1的阻值为100KΩ，电阻R1电连接电源端VBAT，电源端VBAT电连接锂聚合物电池；三极管Q1的发射极接地。
如图2所示，LDO电路包括LDO芯片U1，LDO芯片U1的使能管脚EN同时电连接三极管Q1的集电极和电阻R1；LDO芯片U1的电源输入管脚VIN同时电连接电源端VBAT和滤波电容C1，电容C1的电容值为1μF，电容C1接地；LDO芯片的输出端VOUT电连接有滤波电容C5，电容C5的电容值为1μF，电容C5接地，LDO芯片的输出端在电连接了电容C5之后电连接有电平转换电路的输出端VDD。LDO芯片U1的接地管脚GND接地。LDO芯片U1的型号为SGM2300。
如图2所示，DCDC电路包括DCDC芯片U2，DCDC芯片U2的使能管脚RUN电连接有电阻R7，电阻R7的阻值为10KΩ，电阻R7同时电连接二极管D2的阴极、电阻R3和电容C3。DCDC芯片U2的电源输入管脚VIN同时电连接电源端VBAT和滤波电容C4，电容C4的电容值为4.7μF，电容C4接地。DCDC芯片U2的输出管脚SW电连接有电感L1，电感L1的电感值为2.2μH，电感L1同时连接有电阻R4和电平转换电路的输出端VDD，电阻R4的阻值为300KΩ，电阻R4同时电连接DCDC芯片U2的电压反馈管脚FB和电阻R5，电阻R5的阻值为150KΩ，电阻R5接地，电阻R4和电阻R5为分压电阻。电阻R4两端并联有电容C6，电容C6的电容值为18pF。DCDC芯片U2的型号为SGM6012。
如图2所示，电平转换电路的输出端VDD电连接MCU（如图1所示）的电源输入管脚。电平转换电路的输出端还电连接有滤波电容C7，电容C7的电容值为10μF，电容C7接地。
如图2所示，本发明低静态电流电平转换电路的工作原理如下：
1、从DCDC电路工作转换为LDO电路工作，当MCU进入休眠状态后，即设备需要的工作电流较小时，MCU会拉低控制输出管脚MCU_EN。控制输出管脚MCU_EN的电平由高变低，电容C2通过二极管D1和MCU的控制输出管脚MCU_EN迅速放电，此时三极管Q1的基极为低电平，三极管Q1截止，LDO芯片U1的使能管脚EN的电平由低变高，LDO芯片U1工作，由LDO电路为设备供电。同时，电容C3通过电阻R3和MCU的控制输出管脚MCU_EN放电，DCDC芯片U2的使能管脚RUN的电平由高缓慢变低，DCDC芯片U2维持供电一段时间后关断。
在此工作过程中，LDO芯片U1迅速打开，DCDC芯片U2延时一段时间关断，由LDO电路负责为设备供电。保证了供电的平稳过渡，避免了由于电路切换时LDO电路的启动时间延迟而造成设备供电电压的波动。
2、从LDO电路工作转换为DCDC电路工作，当MCU被唤醒并进行数据信息处理时，即设备需要的工作电流较大时，MCU会拉高控制输出管脚MCU_EN的电平，控制输出管脚MCU_EN管脚的电平由低变高，高电平迅速通过二极管D2对电容C3充电，DCDC芯片U2的使能管脚RUN的电平迅速变高，DCDC芯片U2开始工作，由DCDC电路为设备供电。同时，控制输出管脚MCU_EN的高电平通过电阻R2对电容C2充电，三极管Q1基极的电平缓慢升高，三极管Q1延时一段时间后导通，三极管Q1导通后LDO芯片的使能管脚EN的电平变为低电平，LDO芯片U1关断，停止供电。
在此工作过程中，DCDC芯片U2迅速打开，LDO芯片U1延迟关断，由DCDC电路负责为设备供电。保证了供电的平稳过渡，避免了由于电路切换时DCDC电路的启动时间延迟而造成设备供电电压的波动。
由上述工作原理可知，本发明低静态电流电平转换电路能够实现设备在需要较小的工作电流时，为设备提供较小的工作电流，提高了电量的转换率，避免了电量的浪费；在设备需要较大的工作电流时，为设备提供较大的工作电流，保证设备的正常工作。且本发明低静态电流电平转换电路两种工作模式之间能够平滑切换，不会因为模式切换造成电压的波动，避免了由电压波动造成的系统不稳定和意外复位的情况。
实施例二：
一种电子设备，包括外壳，外壳内设有实施例一所述的低静态电流电平转换电路。
对于像手机、耳机（包括蓝牙耳机和头戴耳机）、各种电子触控屏、以及可以与手机进行无线通讯的智能手表等经常处于省电模式工作下的电子设备均可以采用实施例一所述的低静态电流电平转换电路。
本发明电子设备采用了低静态电流电平转换电路后，提高了电池电量的转换率，避免了电量的浪费，提高了电子设备的续航能力，延长了电子设备的带电时间,减少了电池的充电次数，延长了电池的使用寿命。
本发明不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.低静态电流电平转换电路，包括MCU和DCDC电路，所述DCDC电路的输出端电连接MCU的电源输入管脚，其特征在于，还包括：
LDO电路，所述LDO电路与所述DCDC电路并联，所述LDO电路的输出端电连接所述MCU的电源输入管脚；
逻辑控制电路，所述逻辑控制电路的输入端电连接所述MCU的控制输出管脚MCU_EN，所述逻辑控制电路的两个输出端分别电连接所述LDO电路和所述DCDC电路，所述逻辑控制电路根据所述MCU的控制输出管脚MCU_EN的信号控制所述LDO电路和所述DCDC电路的通和断；
所述逻辑控制电路包括同时与所述MCU的控制输出管脚MCU_EN电连接的二极管D1和二极管D2；所述二极管D1的阴极电连接所述MCU的控制输出管脚MCU_EN，所述二极管D2的阳极电连接所述MCU的控制输出管脚MCU_EN；所述二极管D1两端并联有电阻R2，所述二极管D2两端并联有电阻R3；所述二极管D1的阳极和所述电阻R2共同电连接有电容C2，所述电容C2串联有电容C3，所述电容C3同时电连接所述二极管D2的阴极和所述电阻R3；所述电容C2和所述电容C3相串接的一端同时接地；所述二极管D1的阳极、所述电阻R2和所述电容C2同时电连接有反相电路，所述反相电路电连接所述LDO电路的使能管脚EN；所述二极管D2的阴极、所述电阻R3和所述电容C3同时电连接所述DCDC电路。
2.根据权利要求1所述的低静态电流电平转换电路，其特征在于，所述LDO电路包括LDO芯片U1，所述LDO芯片U1的使能管脚EN电连接所述逻辑控制电路的一个输出端，所述LDO芯片U1的输出管脚VOUT电连接所述MCU的电源输入管脚。
3.根据权利要求2所述的低静态电流电平转换电路，其特征在于，所述反相电路包括三极管Q1；所述三极管Q1的基极同时电连接所述二极管D1的阳极、所述电阻R2和所述电容C2，所述三极管Q1的集电极同时电连接所述LDO芯片U1的使能管脚EN和电源端VBAT，所述三极管Q1的发射极接地。
4.根据权利要求1至3任一项所述的低静态电流电平转换电路，其特征在于，所述DCDC电路包括DCDC芯片U2，所述DCDC芯片U2的使能管脚RUN同时电连接所述二极管D2的阴极、所述电阻R3和所述电容C3；所述DCDC芯片U2的输出管脚SW电连接所述MCU的电源输入管脚。
5.根据权利要求4所述的低静态电流电平转换电路，其特征在于，所述DCDC芯片U2的型号为SGM6012。
6.根据权利要求2所述的低静态电流电平转换电路，其特征在于，所述LDO芯片U1的型号为SGM2300。
7.设有权利要求1所述的低静态电流电平转换电路的电子设备，包括外壳，其特征在于，所述外壳内设有所述低静态电流电平转换电路。
8.根据权利要求7所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备为智能手表、耳机或手机。
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