CN103475377A

CN103475377A - 单节电池供电系统的按键控制系统

Info

Publication number: CN103475377A
Application number: CN2013103696250A
Authority: CN
Inventors: 韩盈盈; 吴凡; 李长顺
Original assignee: Weifang Goertek Electronics Co Ltd
Current assignee: Weifang Goertek Electronics Co Ltd
Priority date: 2013-08-22
Filing date: 2013-08-22
Publication date: 2013-12-25

Abstract

本发明提供一种单节电池供电系统的按键控制系统，通过按键检测电路的比较器将不同的电压转换为高低逻辑电平实现按键按下与松开不同状态的识别，当按键松开时，比较器第二输入端通过按键电路的分压电路和上拉电阻获得系统使能电压，当按键按下时，比较器第二输入端通过按键电路的分压电路获得电池电压，比较器第二输入端的两种电压分别与第一输入端的参考电压进行比较，从而正确识别出按键状态；同时，通过控制升压模块的使能来实现系统开关机，开机时，系统使能电压为高，升压模块使能端电压为系统使能电压，升压模块转化电池电压给系统供电；关机时，系统使能电压为低，按键松开，升压模块不使能，系统断电，准确完成系统的开关机动作。

Description

单节电池供电系统的按键控制系统

技术领域

本发明涉及按键控制技术领域，尤其涉及一种单节电池供电系统的按键控制系统。

背景技术

目前有很多低功耗的电子设备，如：触控笔、点读笔和一些遥控器等，这些电子设备的功耗都很低，完全可以采用单节1.5V的电池进行供电，采用单节电池供电可以缩小这些电子设备的体积，也可以使得电池的更换更为方便。但是这些电子设备中的主控制芯片的工作电压都高于1.5V，多为1.8V、3.3V或5V等，这就要求电池在给主控制芯片供电的时候需要采用升压电路将电池电压转换为主控制芯片的工作电压，升压电路通常采用升压DC/DC芯片构成。

另外，这些电子设备在设计时为了提高使用者的操作方便性与提升其本身的美观度，其开关机按键多采用轻触回弹式按键取代了传统的拨动开关。如初按开机，再按关机等操作方式。

当将上述的单节电池供电电路与轻触回弹式按键相结合来控制电子设备时，电子设备将无法正常工作。因为电子设备的主控制芯片的工作电压高于单节电池的供电电压，主控制芯片所认定的高电平高于单节电池的电压，这会造成主控制芯片对按键动作的识别失效，即使按键已经按下，主控制芯片仍认为输入的是低电平而判断为按键没有按下，故使得电子设备无法正常关机。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单节电池供电系统的按键控制系统，能够系统供电电压，正确识别按键状态，保证电子设备正常关机。

为解决上述问题，本发明提供一种单节电池供电系统的按键控制系统，包括按键检测电路、按键电路、升压电路和单节电池，其中：

所述按键检测电路检测按键按下状态，主要由比较器和基准电源模块组成，基准电源模块提供基准电压，其输入端接系统供电端以接入系统供电电压，输出端接所述比较器的第一输入端；

所述升压电路将电池的电压升至系统供电电压，包括升压模块和电压反馈模块，所述升压模块的输入端接所述电池，使能端接所述比较器的第二输入端，输出端接系统供电端以输出系统供电电压，电压反馈模块的输入端和输出端分别接升压模块的输出端和反馈端；

所述按键电路将按键动作转化为电信号，主要由按键、上拉电阻和分压电路组成，所述按键、上拉电阻、分压电路的一端均连接所述升压模块的使能端，所述按键另一端连接所述电池，所述上拉电阻另一端接系统使能电压，所述分压电路的输出端连接所述比较器的第二输入端。

进一步的，所述基准电源模块包括两串联的参考电阻，两参考电阻的串联节点作为输出端连接比较器模块的第一输入端，且一个参考电阻的另一端作为输入端接系统供电端，另一个参考电阻的另一端接地。

进一步的，所述比较器和基准电源模块集成在系统主控制芯片中。

进一步的，所述升压模块为一升压芯片，其上还设有开关管脚，所述开关管脚通过一储能电感连接至所述电池。

进一步的，所述升压电路还包括输入端滤波电容，所述输入端滤波电容一端连接所述升压模块的电压输入端，另一端接地。

进一步的，所述升压电路还包括储能电容，所述储能电容一端连接所述升压模块的电压输出端以及系统供电端，另一端接地。

进一步的，所述升压电路还包括输出端滤波电容，所述输出端滤波电容一端连接在所述储能电容和系统供电端之间，另一端接地。

进一步的，所述电压反馈模块包括两串联的反馈电阻，两反馈电阻的串联节点作为输出端接所述升压模块的反馈端，且一个反馈电阻另一端作为输入端接升压模块的输出端，另一个反馈电阻的另一端接地。

进一步的，所述分压电路包括两串联的分压电阻，两分压电阻的串联节点作为输出端连接比较器模块的第二输入端，且一个分压电阻的另一端作为输入端接升压芯片使能端，另一个分压电阻的另一端接地。

进一步的，所述按键电路还包括消抖电容和滤波电容；所述消抖电容一端接所述按键连接升压模块使能端的一端，另一端接地；所述滤波电容一端接所述分压电路的输出端和比较器模块的第一输入端，另一端接地。

与现有技术相比，本发明的单节电池供电系统的按键控制系统，通过按键检测电路的比较器将不同的电压转换为高低逻辑电平实现按键按下与松开不同状态的识别，当按键松开时，比较器的第二输入端通过按键电路的分压电路和上拉电阻获得系统使能电压，当按键按下时，比较器的第二输入端通过按键电路的分压电路获得电池电压，比较器第二输入端的两种电压分别与第一输入端的参考电压进行比较，从而正确识别出按键状态；同时，通过控制升压模块的使能来实现系统开关机，开机时，系统使能电压为高，升压模块的使能端电压为系统使能电压，升压模块转化电池电压给系统供电；关机时，系统使能电压为低，按键松开，升压模块不使能，系统断电，准确地完成系统的开关机动作。

附图说明

图1是本发明具体实施例的单节电池供电系统的按键控制系统的系统架构图；

图2是本发明具体实施例的单节电池供电系统的按键控制系统的具体电路图。

具体实施方式

本发明的核心思想是公开一种单节电池供电系统的按键控制系统，包括按键检测电路、按键电路、升压电路和单节电池，其中：

为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明，然而，本发明可以用不同的形式实现，不应认为只是局限在所述的实施例。

请参考图1，本发明提供一种单节电池供电系统的按键控制系统，包括按键检测电路11、按键电路12、升压电路13和单节电池14。

请参考图2，升压电路13用于将电池14的供电电压，如1.5V，升压至系统供电电压，如3.0V，包括升压模块和电压反馈模块，具体地，该电路由C33、L2、U4、R19、R21、C23、C26组成。U4为升压模块，一般为DC/DC升压芯片，例如是FP6713，作用是电压提升与相关逻辑控制，其输出端（管脚）VOUT接系统供电端VDD以输出系统供电电压；L2为电感，作用是储能，一端接U4开关端（管脚）SW，另一端接所述电池14的供电端VBAT以存储电能；R19和R21为电压反馈电阻，串联组成电压反馈模块，调整两反馈电阻的电阻值或其比值可以改变升压电路13输出电压的大小，R19和R21的串联节点作为输出端接U4的反馈端（管脚）FB，且R19另一端作为输入端接U4的输出端（管脚）VOUT，R21的另一端接地。在此实施案例中，R19=499KΩ，R21=100KΩ，此时U4输出电压为3.0V；C33为输入端滤波电容，用于滤除输入电压的干扰，C33一端连接U4的电压输入端VCC和电池的供电端VBAT，另一端接地；C23为储能电容，用于使输出电压稳定，降低输出纹波，C23一端连接U4的电压输出端VOUT以及系统供电端VDD，另一端接地；C26为输出端滤波电容，降低升压电路对后端设备造成的干扰，C26一端连接在U4的电压输出端VOUT以及系统供电端VDD之间，另一端接地。

按键电路12包括按键和相关附属电路，用于将人体按按键的动作转换为电信号，并提供给其他相关电路，主要由按键、上拉电阻和分压电路组成。具体地，该电路由S1、R7、R3、R9、C2、C22组成。S1为按键开关，一端接电池的供电端VBAT，另一端接U4使能端（管脚）EN，用于检测按键动作，按键按下时S1接通，按键弹起（松开）时S1断开；C22为消抖电容，其一端接S1连接U4使能端EN的一端，另一端接地，用于消除按键接通或断开瞬间由于接触不良造成的信号快速跳变；分压电阻R3与R9组成分压电路，R3与R9的串联节点作为输出端连接比较器U1的第二输入端(反向输入端)，且R3的另一端作为输入端接U4使能端（管脚）EN，R9的另一端接地，R3与R9组成的分压电路通过节点121为后端按键检测电路提供按键检测电压，同时作为下拉电阻，提供节点122的放电回路，保证U4的EN脚有效放电。R7为上拉和限流电阻，按键松开后提供按键检测电路的供电，并防止系统使能电压VEN（由系统的主控制芯片MCU的使能端输出）流入U4使能端EN的电流过大；C2为滤波电容，一端接R3与R9的串联节点和比较器U1的第一输入端(正向输入端)，另一端接地，用于降低按键电路对按键检测电路造成的干扰。

按键检测电路11用于按键按下状态的检测，主要由比较器和基准电源模块组成，基准电源模块提供基准电压。具体地，该电路由U1、R1、R2组成。其中，U1为比较器，通过将按键检测电压与参考电压相比较，当结果为高时说明按键松开，当结果为低时说明按键按下。比较结果可以通过中断接口送至系统的主控制芯片MCU，实现按键的检测。目前，绝大多数MCU内部会集成一个比较器模块和基准电源模块，因此，U1可以采用MCU内部自带的比较器和基准，以实现简化电路，降低成本的目的。参考电阻R1与R2组成分压电路，提供参考电压（基准电压），R1与R2的串联节点作为输出端连接比较器U1的第一输入端，且R1的另一端作为输入端接系统供电端VDD，R2的另一端接地。

上述单节电池供电系统的按键控制系统的开关机工作原理是通过控制U4的使能实现的。VEN由MCU控制，开机状态VEN为高，电路节点122电平为高，U4使能，给系统供电。需要关机时VEN变为低，S1松开时，U4不使能，系统断电，从而准确地完成系统的开关机动作。

而该系统的按键检测原理是通过按键按下与松开不同状态下电路节点121电压不同，通过比较器U1将不同的电压转换为高低逻辑电平实现的。具体实现原理如下：

当按键松开时，按键检测电路由VEN提供电压。电路节点121的电压由R7，R3，R9分压获得，设按键松开状态时电路节点121的电压为V121，则有：

V_{121} = \frac{R_{9}}{R_{7} + R_{3} + R_{9}} \times V_{EN} = V_{1}

当按键按下时，电路节点122接至VBAT。VBAT为电池的正极，相当于恒压源，所以电路节点122的电压与VBAT电压相等。电路节点121的电压由R3，R9分压获得。则有：

V_{121} = \frac{R_{9}}{R_{3} + R_{9}} \times V_{BAT} = V_{2};

此时，按键松开与按下时，电路节点121对应于两个不同的电压V1与V2。如果取比较器的参考电压Vref为：

V_{ref} = \frac{V_{1} + V_{2}}{2};

设比较器输出的逻辑电平为YINT，则有：

Y_{INT} = \{\begin{matrix} 0 \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot V_{121} > V_{ref} \\ 1 \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot V_{121} < V_{ref} \end{matrix};

由上，根据YINT高低，就可以判断按键是否被按下。

例如当R7=5.1KΩ，R3=51KΩ，R9=56KΩ，C22=100nF，C2=10nF，R1=500KΩ，R2=300KΩ时，

V_{1} = \frac{R_{9}}{R_{7} + R_{3} + R_{9}} \times V_{EN} = \frac{56 K}{5.1 K + 51 K + 56 K} \times 3 V = 1.50 V;

V_{2} = \frac{R_{9}}{R_{3} + R_{9}} \times V_{BAT} = \frac{56 K}{51 K + 56 K} \times 1.5 V = 0.79 V;

V_{ref} = \frac{R_{2}}{R_{1} + R_{2}} \times V_{DD} = \frac{300 K}{500 K + 300 K} \times 3 V = 1.125 V;

当按键按下时，V121=V2=0.79V<1.125V，此时YINT=1;当按键松开时，V121=V1=1.50V>1.125V，此时YINT=0。从而正确识别出按键状态。

综上所述，本发明的单节电池供电系统的按键控制系统，通过按键检测电路的比较器将不同的电压转换为高低逻辑电平实现按键按下与松开不同状态的识别，当按键松开时，比较器的第二输入端通过按键电路的分压电路和上拉电阻获得系统使能电压，当按键按下时，比较器的第二输入端通过按键电路的分压电路获得电池电压，比较器第二输入端的两种电压分别与第一输入端的参考电压进行比较，从而正确识别出按键状态；同时，通过控制升压模块的使能来实现系统开关机，开机时，系统使能电压为高，升压模块的使能端电压为系统使能电压，升压模块转化电池电压给系统供电；关机时，系统使能电压为低，按键松开，升压模块不使能，系统断电，准确地完成系统的开关机动作。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种单节电池供电系统的按键控制系统，包括按键检测电路、按键电路、升压电路和单节电池，其特征在于：

2.如权利要求1所述的单节电池供电系统的按键控制系统，其特征在于，所述基准电源模块包括两串联的参考电阻，两参考电阻的串联节点作为输出端连接比较器模块的第一输入端，且一个参考电阻的另一端作为输入端接系统供电端，另一个参考电阻的另一端接地。

3.如权利要求1或2所述的单节电池供电系统的按键控制系统，其特征在于，所述比较器和基准电源模块集成在系统主控制芯片中。

4.如权利要求1所述的单节电池供电系统的按键控制系统，其特征在于，所述升压模块为一升压芯片，其上还设有开关管脚，所述开关管脚通过一储能电感连接至所述电池。

5.如权利要求1所述的单节电池供电系统的按键控制系统，其特征在于，所述升压电路还包括输入端滤波电容，所述输入端滤波电容一端连接所述升压模块的电压输入端，另一端接地。

6.如权利要求1所述的单节电池供电系统的按键控制系统，其特征在于，所述升压电路还包括储能电容，所述储能电容一端连接所述升压模块的电压输出端以及系统供电端，另一端接地。

7.如权利要求6所述的单节电池供电系统的按键控制系统，其特征在于，所述升压电路还包括输出端滤波电容，所述输出端滤波电容一端连接在所述储能电容和系统供电端之间，另一端接地。

8.如权利要求1所述的单节电池供电系统的按键控制系统，其特征在于，所述电压反馈模块包括两串联的电阻，两反馈电阻的串联节点作为输出端接所述升压模块的反馈端，且一个反馈电阻另一端作为输入端接升压模块的输出端，另一个反馈电阻的另一端接地。

9.如权利要求1所述的单节电池供电系统的按键控制系统，其特征在于，所述分压电路包括两串联的分压电阻，两分压电阻的串联节点作为输出端连接比较器模块的第二输入端，且一个分压电阻的另一端作为输入端接升压芯片使能端，另一个分压电阻的另一端接地。

10.如权利要求1所述的单节电池供电系统的按键控制系统，其特征在于，所述按键电路还包括消抖电容和滤波电容；所述消抖电容一端接所述按键连接升压模块使能端的一端，另一端接地；所述滤波电容一端接所述分压电路的输出端和比较器模块的第一输入端，另一端接地。