CN103543816A

CN103543816A - 一种可实现关机零功耗的开关机电路电源管理方法

Info

Publication number: CN103543816A
Application number: CN201310322890.3A
Authority: CN
Inventors: 李华平; 徐瑛; 刘啸; 徐政
Original assignee: Nanjing Panda Electronics Co Ltd; Nanjing Panda Communication Technology Co Ltd
Current assignee: Nanjing Panda Electronics Co Ltd; Nanjing Panda Communication Technology Co Ltd
Priority date: 2013-07-29
Filing date: 2013-07-29
Publication date: 2014-01-29

Abstract

一种可实现关机零功耗的开关机电路电源管理方法，通过采集被控电子设备的开关机按键的触发信号trigger和开关机电路产生的开关机信号Power ON/OFF来实现对开关机电路电源的管理；开关机电路的供电来源于一个带EN控制的供电芯片即电压转换芯片，开关机按键的触发信号和开关机电路产生的系统开关机信号组成“或门”的二路，与电压转换芯片的EN脚相连，用于松开开机键后维持电压转换芯片的EN信号；开所述或门芯片有两个输入端和一个输出端，被控电子设备的开关机按键产生的触发信号经过或门芯片的一路输入相连接，可在检测到关机信号后切断开关机电路的电源供给，实现设备的关机零功耗。

Description

一种可实现关机零功耗的开关机电路电源管理方法

技术领域

本发明涉及开关机电路电源管理方法领域，尤其适用于关机后只有开关机电路仍需工作的嵌入式电子设备，具体地说是一种可实现关机零功耗的开关机电路电源管理方法。

背景技术

目前，开关机电路电源管理方法通常采用常供电方式。由于常用电子设备关机后仍然需要开关机电路正常工作，设备在关机后存在一定的关机功耗。常用台式计算机、一体机、工控机和嵌入式单板电脑等设备开关机电路电源方法如下:采用一种不带使能控制的电压转换芯片，输入电压来自于已经经过电压转换的5V-SB，输出电压3.3V-SB作为开关机电路（主要包括电源管理芯片等）的电源，开关机电路一直处于工作状态。

如何实现设备的关机零功耗以提升产品性能和节能减排，对于常用台式计算机、一体机、工控机和嵌入式单板电脑等设备来说显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是针对于关机后只有开关机电路仍在工作的电子设备存在一定关机功耗的问题，提出一种可实现关机零功耗的开关机电路电源管理方法，使开关机电路关机时不消耗功率。

本发明的技术方案是：一种可实现关机零功耗的开关机电路电源管理方法，通过采集被控电子设备的开关机按键触发信号trigger和开关机电路产生的开关机信号Power ON/OFF来实现对开关机电路电源的管理；开关机电路的供电来源于一个带EN控制的供电芯片即电压转换芯片，开关机按键产生的触发信号和开关机电路产生的系统开关机信号组成“或门”的二路，与电压转换芯片的EN脚相连，用于松开开机键后维持电压转换芯片的EN信号；所述或门芯片有两个输入端和一个输出端，被控电子设备的开关机按键产生的触发信号经过或门芯片的一路输入相连接，开关机电路（电源管理芯片）产生的系统开关机信号与或门芯片的另一路输入相连接，或门芯片的输出端与电压转换芯片的控制端相连接，电压转换芯片的一路输出作为开关机电路（电源管理芯片）工作的触发信号。

当或门芯片获得至少一路的有效输入后，输出端将产生有效输出，由于该输出端与电压转换芯片即供电芯片的控制端相连接，所以电压转换芯片即供电芯片将处于打开状态；当或门芯片的两路输入都为无效信号时，电压转换芯片即供电芯片处于关闭状态。电压转换芯片的此状态使开关机电路停止工作。

按下开关机按键并保持，这段时间内按键产生的信号有两个作用：一个用来作为短时间的EN信号打开电压转换芯片或供电芯片，另一个则作为开机信号送入开关机电路；通过或门芯片用于控制供电芯片的通断，根据不同开关机电路对输入输出信号电平的高低定义，确定是否需要增加反相器，增加反相器的目的亦使关机后或门的输出使电压转换芯片停止工作，实现关机零功耗。

对于常用台式计算机、一体机、工控机和嵌入式单板电脑等设备，本发明需要替换其开关机电路供电芯片，并加入一个或门芯片OR。触发信号trigger经过反相后作为或门芯片OR的一路输入，开关机信号Power ON/OFF作为或门芯片OR的另一路输入，或门芯片OR的输出端与供电芯片的使能控制端EN相连接。

本发明方法中，Power ON信号或/与按下开关机按键（触点或弹性开关亦可）是或门芯片OR的有效输入，Power OFF信号或/与松开开关机按键（触点或弹性开关亦可）属于或门芯片OR的无效输入。或门芯片OR获得至少一路的有效输入时，产生有效的输出；获得两路的无效输入时，产生无效输出。由于关机后，Power OFF和开关机按键处于无效状态，供电芯片停止电压输出，设备可实现关机零功耗。

本发明方法包括以下步骤：

（a）替换开关机电路的供电芯片即电压转换芯片，此芯片的电压参数值应与原芯片保持一致，同时该芯片必须带有使能控制端EN使其受其触发工作（容易通过简单的逻辑电路实现）；

（b）加入一个或门芯片OR，该芯片有两路输入，一路输出；开关机电路产生的开关机信号Power ON/OFF（典型的是工作电压的输出与否）作为或门芯片OR的一路输入，开关机按键的触发信号trigger也可经过反相器反相所得信号作为另外一路输入；或门芯片OR的输出端与（a）中的供电芯片即电压转换芯片使能控制端EN相连接；

（c）用户按下开关机按键，或门芯片OR得到一路有效输入，供电芯片输出电压，开关机电路开始正常工作，设备开机；

（d）用户通过开关机按键或者系统软键盘进行关机后，或门芯片OR的两路输入端都为无效，供电芯片停止输出电压，设备关机功耗为零。

本发明的有益效果：常用台式计算机、一体机、工控机和嵌入式单板电脑等设备处于关机状态时仍需要开关机电路正常工作，所以关机后仍然存在功耗。针对此类设备，本发明可通过替换开关机电路的供电芯片和加入一个或门芯片，在采集到关机信号后停止开关机电路的电源供给，实现设备处于关机状态时功耗为零，以提升设备性能与节能减排。

附图说明

图1是本发明的原理框图。

图2是本发明的实现流程图。

图3是本发明应用于嵌入式单板电脑中的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。可实现关机零功耗的开关机电路电源管理方法。核心在于淡线标注的“或门”电路，通过按键触发信号和开关机信号来对电压转换芯片实现联控。应用于嵌入式终端时的具体管理方法。嵌入式终端一般为外部DC适配器供电，有时也加入电池续航，且主板的电源供给一般来源于DC-DC组。

通常电源管理的方式是对供电芯片（如果采用）使能控制端EN的控制，供电芯片的使能控制端EN常与各类经过处理后的触发信号或控制信号相连接，用以实现实际操作过程中预设的电源通断。常用台式计算机、一体机、工控机和嵌入式单板电脑等设备，开关机电路的供电有单独的供电芯片，并且在关机后设备只有开关机电路存在功耗。

本发明实现关机零功耗的思路，主要是在进行关机操作后，使开关机电路的供电芯片即电压转换芯片使能控制端EN处于无效状态，以切断开关机电路的电源供给，实现关机零功耗。图中VIN是电子设备内部设有的电池或电源适配器的电压。

硬件实现过程：

替换开关机电路的供电芯片即电压转换芯片，对于嵌入式单板电脑可采用宽电压输入输出的DC/DC，同时该供电芯片必须带有使能控制端EN，如Chipown出品的AP2953。

加入或门芯片OR，如74LS32。当芯片获得至少一路的有效输入时，产生有效输出；获得两路的无效输入时，产生无效输出。

将开关机按键的触发信号trigger经反相器反相后接入或门芯片OR的输入端，作为一路输入。按下开关键按键时，或门芯片OR得到有效输入；松开开关机按键得到无效输入。

开关机电路产生的开关机信号Power ON/OFF（典型的是工作电压的有/无）接入或门芯片OR的另一路输入端，Power ON对应为有效输入，Power OFF为无效输入。

或门芯片OR的输出端与供电芯片的使能控制端EN相连接，以实现通过采集开关机按键的触发信号trigger和开关机信号Power ON/OFF可实现对开关机电路电源的管理，如图3。

方法实现过程：

用户按下开机键后，或门芯片OR获得一路有效输入，供电芯片向开关机电路提供电压。同时，按下开机键作为开机触发信号送入开关机电路，开关机电路产生系统开机信号Power ON。此时，或门芯片OR的两路输入端均为有效。

用户松开按键后，trigger信号经反相后作为无效信号送入或门芯片OR，开机信号Power ON作为有效输入送入或门芯片OR，此时或门芯片OR产生有效输出。由于使能控制端EN维持不变，供电芯片保持对于开关机电路的持续供电，开关机电路正常工作，受控电子设备电源开始工作，设备正常开机。

用户轻触开关机按键或在开始菜单中选择关机选项后，trigger信号经反相后为或门芯片OR的无效输入，Power OFF为或门芯片OR的无效输入，所以或门芯片OR产生无效输出。由于供电芯片的使能控制端EN与或门芯片OR的输出端相连接，所以供电芯片停止输出电压。在关机后，开关机电路停止工作，设备关机功耗为零。

开关机的流程如下：电子设备在正常工作的状态下，用户按下开关机按键。此时开关机按键产生低电平触发信号，送至反相器和开关机电路。送至反相器后产生高电平，这时或门获得一路有效输入；送至开关机电路的低电平触发信号，会致使嵌入式电子设备在完成关机程序后产生系统关机信号。所述开关机管理芯片用于产生系统的开关机信号。开关机管理芯片的工作原理是：在开关机管理芯片获得工作电压后，当输入端获得有效触发信号，输出端相应产生系统开机信号；当输入端再次获得有效触发信号，输出端则产生系统关机信号。输入端每获得一次有效触发信号，输出端会间隔地产生系统开机信号和系统关机信号。具体流程说明：

1、以按下开关机按键的瞬间开始计时，则开关机按键处于按下状态的时间是T1，T1<3秒；完成关机程序需要的时间是T2，T2>20秒。

2、0至T1这段时间内，或门芯片有两路有效输入信号。由于开关机按键处于按下状态，产生的低电平触发信号经过反相器后产生的高电平信号是或门芯片的一路有效输入；由于关机程序还没有完成，所以开关机电路输出的仍然是开机信号，这是或门芯片的另一路有效输入。所以这段时间内，或门芯片的输出不变，DC/DC维持供电，开关机电路正常工作。

3、T1至T2这段时间内，或门芯片有一路有效输入，一路无效输入。这段时间内，开关机按键处于松开状态，经过反相器处理后的触发信号是无效信号，这是或门的一路无效输入；由于关机程序还没有完成，所以开关机电路输出的仍然是开机信号，这是或门芯片的另一路有效输入。所以这段时间内，或门芯片的输出不变，DC/DC维持供电，开关机电路正常工作。

4、T2以后，或门芯片的两路输入都是无效信号。这段时间内，开关机按键处于松开状态，经过反相器处理后的触发信号是无效信号，这是或门的一路无效输入；关机程序在完成以后，开关机电路的输出会有开机信号转变为关机信号并送至或门芯片，这个关机信号是或门芯片的另一路无效输入。此时，或门芯片的输出由高电平转变为低电平，DC/DC的控制端获得无效信号后停止输出电压，开关机电路停止工作，设备关机功耗为零。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims

1.一种可实现关机零功耗的开关机电路电源管理方法，其特征是通过采集被控电子设备的开关机按键的触发信号trigger和开关机电路产生的开关机信号PowerON/OFF来实现对开关机电路电源的管理；开关机电路的供电来源于一个带EN控制的供电芯片即电压转换芯片，开关机按键的触发信号和开关机电路产生的系统开关机信号组成“或门”的二路，与电压转换芯片的EN脚相连，用于松开开机键后维持电压转换芯片的EN信号；所述或门芯片有两个输入端和一个输出端，被控电子设备的开关机按键产生的触发信号经过或门芯片的一路输入相连接，开关机电路产生的系统开关机信号与或门芯片的另一路输入相连接，或门芯片的输出端与电压转换芯片的控制端相连接，电压转换芯片的一路输出作为开关机电路工作的触发信号。

2.根据权利要求1所述的开关机电路电源管理方法，其特征是当或门芯片获得至少一路的有效输入后，输出端将产生有效输出，由于该输出端与电压转换芯片即供电芯片的控制端相连接，所以供电芯片电压转换芯片将处于打开状态；当或门芯片的两路输入都为无效信号时，电压转换芯片供电芯片处于关闭状态；电压转换芯片的此状态使开关机电路停止工作；按下开关机按键并保持，这段时间内按键产生的信号有两个作用：一个用来作为短时间的EN信号打开电压转换芯片或供电芯片，另一个则作为开机信号送入开关机电路；通过或门芯片用于控制供电芯片的通断，根据不同开关机电路对输入输出信号电平的高低定义，确定是否需要增加反相器。

3.根据权利要求1或2所述的开关机电路电源管理方法，其特征是Power ON信号或/与按下开关机按键是或门芯片OR的有效输入，Power OFF信号或/与松开开关机按键属于或门芯片OR的无效输入。

4.根据权利要求1或2所述的开关机电路电源管理方法，其特征是包括以下步骤：（a）替换开关机电路的供电芯片即电压转换芯片，此芯片的电压参数值与开关机电路匹配，同时该芯片带有使能控制端EN使其受其触发工作；（b）加入一个或门芯片OR，该芯片有两路输入，一路输出；开关机电路产生的开关机信号PowerON/OFF作为或门芯片OR的一路输入，开关机按键的触发信号trigger或经过反相器反相所得信号作为另外一路输入；或门芯片OR的输出端与（a）中的供电芯片即电压转换芯片使能控制端EN相连接；（c）用户按下开关机按键，或门芯片OR得到一路有效输入，供电芯片输出电压，开关机电路开始正常工作，电子设备开机；（d）用户通过开关机按键或者系统软键盘进行关机后，或门芯片OR的两路输入端都为无效，供电芯片停止输出电压，电子设备关机功耗为零。