CN103676746A - 一种开关机控制电路及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开关机控制电路及电子设备，包括一个无按压保持功能的开关机按键、两个开关元件和一个控制器；第一开关元件连接在系统电路的供电线路中，并在开关机按键按下时受控导通，使系统电路上电，控制器启动运行；所述控制器在上电运行后，输出有效的使能信号控制第二开关元件动作，从而维持第一开关元件的导通状态；当控制器检测到开关机按键按下时，输出无效的使能信号控制第二开关元件动作，从而控制第一开关元件断开。本发明采用两个开关元件巧妙搭接来构建开关机控制电路，完成电子设备开机、关机的准确控制，不仅电路结构简单，成本低廉，工作性能稳定，而且通过在电路中设计复位按键，同时实现了系统的复位功能。

Description

一种开关机控制电路及电子设备

技术领域

 本发明属于供电控制技术领域，具体地说，是涉及一种开关机控制电路以及采用所述开关机控制电路设计的电子设备。

背景技术

开关机控制电路广泛应用在目前的绝大多数电子设备中，用于连通或者切断电子设备中的供电电源与系统电路之间的供电线路，实现对电子设备的开关机控制。

目前的开关机控制电路，大致采用两种设计方式：一种是依赖于按键开关的机械结构设计，需要使用具有按压保持功能的机械按键进行电路设计，当按键按下后保持住按压状态，保持供电线路的连通，使整机进入开机运行模式；当再次按下按键时，按键弹起，切断供电线路，控制整机断电关机。另外一种设计方式是采用无按压保持功能的按键设计的开关机电路，由于按键自身无锁定功能，因此需要设计外围电路对按键的按压状态进行实时检测，并完成供电线路的通断控制。前一种设计方式需要对按键的机械结构进行特殊设计，而且这种按键对于某些数字产品来说，不能满足该类产品在外观和使用上的设计要求，因此适用领域极为有限；后一种设计方式只需轻触按键，即可完成电子设备的开关机控制，在提高产品外形的美观性以及用户使用的满意度方面更具优势，但需要设计复杂的外围电路实现对按键按压状态的实时检测，以及供电线路在按键弹起后仍需保持连通状态，因此，电路设计相对复杂，硬件成本相对较高。

发明内容

本发明为了解决现有采用无按压保持功能的按键设计的开关机电路结构复杂、成本高的问题，提出了一种全新结构的开关机控制电路及电子设备，电路设计简单、成本低廉。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种开关机控制电路，包括一个无按压保持功能的开关机按键、两个开关元件和一个控制器；第一开关元件连接在系统电路的供电线路中，并在开关机按键按下时受控导通，使系统电路上电，控制器启动运行；所述控制器在上电运行后，输出有效的使能信号控制第二开关元件动作，从而维持第一开关元件的导通状态；当控制器检测到开关机按键按下时，输出无效的使能信号控制第二开关元件动作，从而控制第一开关元件断开。

进一步的，所述第一开关元件的开关通路连接在供电电源与系统电路的供电端子之间，控制端连接所述的开关机按键和第二开关元件。

优选的，所述第一开关元件在其控制端为低电平时受控导通，所述第一开关元件的控制端一路通过所述的开关机按键接地，另一路通过第二开关元件的开关通路接地。

又进一步的，所述第一开关元件的控制端通过第一电阻连接供电电源，通过第二电阻连接所述第二开关元件的开关通路。

为了实现控制器对开关机按键按压状态的准确检测，将所述第一开关元件的控制端连接控制器的一路检测引脚，控制器根据所述检测引脚的高低电平状态，即可准确地判断出所述开关机按键的按压状态。

作为实现开关机按键按压状态检测的另外一种电路设计方式，在所述开关机控制电路中进一步设置一反向串联的双二极管器件，所述双二极管器件的阴极对接，连接所述的开关机按键，两个阳极分别与控制器的一路检测引脚和第一开关元件的控制端一一对应连接，控制器根据所述检测引脚的高低电平状态，判断开关机按键的按压状态。

作为实现开关机按键按压状态检测的第三种电路设计方式，在所述开关机控制电路中进一步设置串联的二极管器件和第三电阻，所述第三电阻与二极管器件串联的节点端连接所述的开关机按键，所述二极管器件的另一端与控制器的检测引脚连接，所述第三电阻的另一端连接所述第一开关元件的控制端。

优选的，所述第二开关元件在其控制端为高电平时受控导通，所述使能信号高电平有效；所述第二开关元件的控制端还通过一复位按键接地，由此可进一步达到控制系统电路复位的设计目的。

优选的，所述第一开关元件优选采用P沟道MOS管，源极连接所述的供电电源，漏极连接系统电路的供电端子；所述第二开关元件优选采用N沟道MOS管，所述N沟道MOS管的漏极连接所述P沟道MOS管的栅极，N沟道MOS管的源极接地，栅极接收控制器输出的使能信号。

为实现本发明的前述发明目的，对于本发明所提出的电子设备，采用以下技术方案予以实现：

一种电子设备，包括一个无按压保持功能的开关机按键、两个开关元件和一个控制器；第一开关元件连接在系统电路的供电线路中，并在开关机按键按下时受控导通，使系统电路上电，控制器启动运行；所述控制器在上电运行后，输出有效的使能信号控制第二开关元件动作，从而维持第一开关元件的导通状态；当控制器检测到开关机按键按下时，输出无效的使能信号控制第二开关元件动作，从而控制第一开关元件断开。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明采用两个开关元件巧妙搭接，来构建开关机控制电路，实现对开关机按键按压状态的准确检测，并完成电子设备开机、关机的准确控制，不仅电路结构简单，成本低廉，工作性能稳定，而且通过在电路中设计复位按键，同时实现了系统的复位功能，适合应用在各种需要选用无按压保持功能的按键设计的电子设备中。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本发明所提出的开关机控制电路的一种实施例的电路原理图；

图2是本发明所提出的开关机控制电路的另外一种实施例的电路原理图；

图3是本发明所提出的开关机控制电路的第三种实施例的电路原理图；

图4是本发明所提出的开关机控制电路的第四种实施例的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。

本实施例针对无按压保持功能的按键，提出了一种开关机控制电路的结构设计，通过选用两个开关元件巧妙搭接，利用其中一个开关元件（以下称第一开关元件）对系统电路的供电线路进行通断控制，在电子设备开机时，通过触发无按压保持功能的开关机按键首先控制第一开关元件先行导通，连通系统电路的供电线路，使系统电路上电运行，然后通过系统电路中的控制器输出有效的使能信号来控制第二开关元件动作（例如从关断状态转为导通状态），进而利用第二开关元件维持第一开关元件的导通状态，使供电电源能够持续为系统电路供电，控制电子设备开机并进入正常运行模式。在电子设备正常运行的期间内，通过控制器实时检测所述开关机按键的按压状态，并在检测到开关机按键按下时，输出无效的使能信号，通过控制第二开关元件动作（例如从导通状态转为关断状态），来控制第一开关元件关断，以切断系统电路的供电回路，使系统电路断电，电子设备关机，由此实现了对电子设备的开关机控制。

对于第一开关元件和第二开关元件的选型，本实施例优选采用控制端为低电平时受控导通的开关元件作为所述的第一开关元件，例如P沟道MOS管或者PNP型三极管等；选用控制端为高电平时受控导通的开关元件作为所述的第二开关元件，例如N沟道MOS管或者NPN型三极管等；选用TI 公司的 MSP430F5504作为控制器，本实施例并不仅限于以上举例。

将第一开关元件的开关通路连接在供电电源与系统电路的供电端子之间，对系统电路的供电线路进行通断控制，将第一开关元件的控制端连接第二开关元件，具体可以通过第二开关元件的开关通路接地，并通过开关机按键接地。将第二开关元件的控制端连接控制器，接收控制器输出的使能信号，利用控制器输出的使能信号控制其通断。由此一来，当用户在电子设备处于关机状态下时按压开关机按键，通过开关机按键将第一开关元件的控制端接地，使第一开关元件因其控制端电位为低而进入导通状态，接通系统电路的供电回路，让供电电源向系统电路供电，使系统电路上电运行。由于控制器属于系统电路中的一部分，在系统电路上电后，控制器即上电启动运行，输出高电平有效的使能信号至第二开关元件的控制端，控制第二开关元件导通，使第一开关元件的控制端通过第二开关元件的开关通路接地，从而继续拉低第一开关元件的控制端电位，维持第一开关元件的导通状态，使供电电源能够持续为系统电路不间断供电。此时，开关机按键即便抬起，第一开关元件也能始终保持导通状态，从而完成了电子设备的开机过程。

在电子设备开机运行后，利用控制器实时检测开关机按键的按压状态，当检测到开关机按键再次按下，或者检测到开关机按键再次按下并长按时间到达设定阈值时，将输出的使能信号置为无效的低电平状态，控制第二开关元件关断。此时，若开关机按键仍处于按压状态，则第一开关元件仍维持导通，电子设备继续运行；当开关机按键抬起时，由于第一开关元件的控制端电位变为高，因而第一开关元件迅速关断，切断供电电源向系统电路的供电，使系统电路掉电停止运行，完成电子设备的关机过程。

下面以P沟道MOS管作为所述的第一开关元件，以N沟道MOS管作为所述的第二开关元件为例，通过一个具体的实施例，对所述开关机控制电路的具体电路组建结构及其工作原理进行详细地阐述。

参见图1所示，将P沟道MOS管Q1的源极连接供电电源VBAT，所述供电电源VBAT应为直流电源，可以由电子设备中设置的适配器电路将外部引入的交流市电整流变换成稳定的直流电源提供；也可以直接由电子设备中的电池输出提供，本实施例对此不进行具体限制。将P沟道MOS管Q1的漏极连接系统电路的供电端子VDC_IN，在P沟道MOS管Q1导通时，接收直流电源VBAT，为系统电路中的各用电负载供电。将所述P沟道MOS管Q1的栅极通过第一电阻R57连接直流电源VBAT，通过开关机按键SWITCH_KEY接地，并通过第二电阻R55连接N沟道MOS管Q2的漏极。将所述N沟道MOS管Q2的源极接地，栅极直接连接或者通过电阻R66连接控制器的MCU_I/O_EN端（即控制器使能引脚或控制器的使能端），接收控制器输出的使能信号。

为了在控制器上电运行后，实现对开关机按键SWITCH_KEY按压状态的实时检测，本实施例选用控制器的其中一路输入引脚MCU_I/O_ON/OFF作为检测引脚，连接P沟道MOS管Q1的栅极，参见图1所示，通过检测P沟道MOS管Q1的栅极电平的高低电平状态，实现对开关机按键SWITCH_KEY按压状态的准确检测。

图1所示的开关机控制电路的工作原理是：当用户需要控制电子设备开机运行时，首先按下电子设备上的开关机按键SWITCH_KEY，由于开关机按键SWITCH_KEY的一端接地，另一端连接P沟道MOS管Q1的栅极，因此可以将P沟道MOS管Q1的栅极电位拉低，控制P沟道MOS管Q1进入饱和导通状态，连通系统电路的供电回路，实现直流电源VBAT向系统电路的供电，使系统电路上的各用电负载上电，进入运行模式。

待系统电路上电后，系统电路中的控制器即刻上电启动运行，输出高电平有效的使能信号，通过其MCU_I/O_EN端输出至N沟道MOS管Q2的栅极，控制N沟道MOS管Q2饱和导通。此时，P沟道MOS管Q1的栅极通过第二电阻R55和N沟道MOS管Q2的漏极、源极接地，配置第一电阻R57和第二电阻R55的阻值，使两个电阻R57、R55对直流电源VBAT的分压值（即图1中A节点的电压值）远低于P沟道MOS管Q1的导通门限值，由此一来，即便是开关机按键SWITCH_KEY此时抬起，也能保证P沟道MOS管Q1的栅极电压为低（这里的电压为低，不仅指电位为零，对于远小于P沟道MOS管Q1的导通门限值的电压值在这里也认为是电压为低），从而使P沟道MOS管Q1保持饱和导通状态，控制直流电源VBAT持续为系统电路供电，实现电子设备开机运行。

由于MOS管的导通内阻极小，因此损耗在P沟道MOS管Q1上的导通压降极低，基本不会对直流电源VBAT的供电产生影响，在降低系统功耗方面，效果显著。

当然，也可以选用一颗PNP型三极管代替所述的P沟道MOS管Q1，连接在直流电源VBAT与系统电路的供电端子VDC_IN之间，实现对系统电路的供电控制。但是，当选用PNP型三极管代替P沟道MOS管Q1进行开关机控制电路的具体设计时，由于PNP型三极管的导通内阻相对较大，因此会在PNP型三极管的两端产生一定幅值的导通压降。这对于系统电路所需的供电电压幅值距离直流电源VBAT的电压幅值较远的电子设备来说，不会对系统电路的正常供电产生任何影响；但对于系统电路所需的供电电压幅值接近直流电源VBAT的电压幅值的情况，则有可能会由于PNP型三极管的导通压降的存在，导致传输至系统电路的供电电源不能满足系统电路上某些用电负载的供电需求。因此，在对第一开关元件进行器件选型时，需根据直流电源VBAT和系统电路的实际用电情况进行合理选择。

在系统电路正常运行的过程中，若用户想要控制电子设备关机，则可以再次按下开关机按键SWITCH_KEY。为了避免误动作导致的电子设备异常关机的情况发生，本实施例优选采用长按开关机按键SWITCH_KEY的操作方式来控制电子设备关机。具体来讲，当用户需要控制电子设备关机时，长时间按下开关机按键SWITCH_KEY，此时，控制器的检测引脚MCU_I/O_ON/OFF会检测到节点A的电压值由一大于零的分压值变为0V。当控制器检测到其引脚MCU_I/O_ON/OFF的电位被置为0V且持续时间达到了设定阈值时，则判定用户执行了关机操作。此时，控制器将使能信号置为无效的低电平状态，控制N沟道MOS管Q2截止。若在N沟道MOS管Q2关断后，开关机按键SWITCH_KEY仍处于按下状态，则P沟道MOS管Q1保持导通状态，系统电路继续运行，直到开关机按键SWITCH_KEY抬起后，P沟道MOS管Q1由于其栅极电位通过第一电阻R57上拉到直流电源VBAT，而导致P沟道MOS管Q1的栅极电压等于其源极电压而转入截止状态，进而切断系统电路的供电回路，控制系统电路断电，电子设备关机。

当然，所述N沟道MOS管Q2也可以选用NPN型三极管代替，连接在P沟道MOS管Q1的栅极与系统地之间，在控制器输出的使能信号的控制作用下，控制P沟道MOS管Q1维持导通状态或者转入关断状态，实现对电子设备的开关机控制。

为了提高开关机控制电路运行的可靠性，本实施例优选在开关机控制电路中增设一颗反向串联的双二极管器件D21，如图2所示。所述双二极管器件D21的两个阴极对接，连接所述的开关机按键SWITCH_KEY，并通过所述的开关机按键SWITCH_KEY接地。将双二极管器件D21的其中一个阳极连接第一开关元件的控制端，例如P沟道MOS管Q1的栅极，另一个阳极连接所述控制器的检测引脚MCU_I/O_ON/OFF。当用户按下开关机按键SWITCH_KEY控制电子设备开机时，双二极管器件D21中的其中一路二极管D1导通，将P沟道MOS管Q1的栅极通过开关机按键SWITCH_KEY接地，拉低P沟道MOS管Q1的栅极电位，控制P沟道MOS管Q1的栅极饱和导通，连通系统电路的供电回路，完成电子设备的开机运行过程。待系统电路上电，控制器启动运行后，置其检测引脚MCU_I/O_ON/OFF为高电平，此高电平由于双二极管器件D21中二极管D1的存在（即利用二极管D1反偏截止的特性），因此，不会对P沟道MOS管Q1的栅极电位产生影响，从而保证了开关机控制电路的正常运行。

请参考图4所示，为了提高开关机控制电路运行的可靠性，本发明的其他实施例中还可以在所述开关机控制电路中设置串联的二极管器件D3和第三电阻R3，将所述第三电阻R3与二极管器件D3串联的节点连接至所述的开关机按键SWITCH_KEY；将二极管器件D3的另一端与所述控制器MCU的检测引脚MCU_I/O_ON/OFF连接；将所述第三电阻R3的另一端连接至所述第一开关元件的控制端(即P沟道MOS管Q1的栅极)。其中，第三电阻R3的阻值选取以能够使得第一开关元件导通为宜。

当用户长按开关机按键SWITCH_KEY控制电子设备关机时，控制器的检测引脚MCU_I/O_ON/OFF通过双二极管器件D21中的另外一路二极管D2导通（或者图4中的二极管器件D3导通），并经由开关机按键SWITCH_KEY接地，从而拉低检测引脚MCU_I/O_ON/OFF的电位。当控制器检测到其检测引脚MCU_I/O_ON/OFF的电位被拉低且持续时间达到设定阈值时，判定用户执行了关机操作，转而置其I/O口MCU_I/O_EN输出的使能信号为低电平，通过控制第二开关元件关断，例如控制N沟道MOS管Q2截止，进而控制P沟道MOS管Q1关断，切断直流电源VBAT向系统电路的供电，控制电子设备关机，响应用户操作。

在选用双二极管器件D21进行开关机控制电路的线路设计时，出于简化电路结构、降低硬件成本方面的考虑，也可以省去第二电阻R55，参见图3所示，同样可以满足设计需要。其工作原理同上述对图2的相关描述，本实施例在此不再展开说明。

在本发明各实施例所提出的开关机控制电路的上述结构设计的基础上，还可以进一步在第二开关元件的控制端增设一复位按键RESET，结合图1-图4所示，例如将复位按键RESET连接在N沟道MOS管Q2的栅极与系统地之间，通过触发复位按键RESET，实现对系统电路的复位控制。

具体工作原理是：当电子设备开机运行后，若用户需要对系统电路进行复位，则短时间地按下复位按键RESET，使N沟道MOS管Q2的栅极电位拉低，控制N沟道MOS管Q2瞬间关断，然后迅速导通（由于控制器的MCU_I/O_EN引脚此时输出的是高电平，因此可以在复位按键RESET抬起后，迅速控制N沟道MOS管Q2重新导通），进而使作为第一开关元件的P沟道MOS管Q1瞬时关断，控制系统电路掉电复位，而后重新转入正常运行模式。

本实施例的开关机控制电路采用简单的电路结构达到了开机、关机和系统复位的设计目的，与现有的开关机电路相比，设计思路更加巧妙，电路结构更加简单，达到了节约硬件成本的设计目的。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种开关机控制电路，其特征在于：包括一个无按压保持功能的开关机按键、两个开关元件和一个控制器；第一开关元件连接在系统电路的供电线路中，并在开关机按键按下时受控导通，使系统电路上电，控制器启动运行；所述控制器在上电运行后，输出有效的使能信号控制第二开关元件动作，从而维持第一开关元件的导通状态；当控制器检测到开关机按键按下时，输出无效的使能信号控制第二开关元件动作，从而控制第一开关元件断开。

2.根据权利要求1所述的开关机控制电路，其特征在于：所述第一开关元件的开关通路连接在供电电源与系统电路的供电端子之间，控制端连接所述的开关机按键和第二开关元件。

3. 根据权利要求2所述的开关机控制电路，其特征在于：所述第一开关元件在其控制端为低电平时受控导通，所述第一开关元件的控制端一路通过所述的开关机按键接地，另一路通过第二开关元件的开关通路接地。

4. 根据权利要求3所述的开关机控制电路，其特征在于：所述第一开关元件的控制端通过第一电阻连接供电电源，通过第二电阻连接所述第二开关元件的开关通路。

5. 根据权利要求4所述的开关机控制电路，其特征在于：所述第一开关元件的控制端连接控制器的一路检测引脚，控制器根据所述检测引脚的高低电平状态，判断开关机按键的按压状态。

6. 根据权利要求1所述的开关机控制电路，其特征在于：在所述开关机控制电路中还设置有一反向串联的双二极管器件，所述双二极管器件的阴极对接，连接所述的开关机按键，两个阳极分别与控制器的一路检测引脚和第一开关元件的控制端一一对应连接，控制器根据所述检测引脚的高低电平状态，判断开关机按键的按压状态。

7. 根据权利要求1所述的开关机控制电路，其特征在于：在所述开关机控制电路中还设置有串联的二极管器件和第三电阻，所述第三电阻与二极管器件串联的节点端连接所述的开关机按键，所述二极管器件的另一端与控制器的检测引脚连接，所述第三电阻的另一端连接所述第一开关元件的控制端。

8. 根据权利要求1所述的开关机控制电路，其特征在于：所述第二开关元件在其控制端为高电平时受控导通，所述使能信号高电平有效；所述第二开关元件的控制端还通过一复位按键接地。

9. 根据权利要求1至8中任一项所述的开关机控制电路，其特征在于：所述第一开关元件为P沟道MOS管，源极连接所述的供电电源，漏极连接系统电路的供电端子；所述第二开关元件为N沟道MOS管，所述N沟道MOS管的漏极连接所述P沟道MOS管的栅极，N沟道MOS管的源极接地，栅极接收控制器输出的使能信号。

10. 一种电子设备，其特征在于：设置有如权利要求1至9中任一项权利要求所述的开关机控制电路。

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