CN103699200A - 一种关机控制电路及电子产品 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种关机控制电路及电子产品，包括主芯片、为主芯片供电的电源转换电路和复位芯片；所述复位芯片连接系统电源，在系统电源的电压低于关机电压时，输出复位信号至电源转换电路的使能端，控制电源转换电路停止运行，切断主芯片的供电，使系统关机。本发明的关机控制电路，结构设计简单，实现容易，成本低廉，可以显著提高系统抵抗纹波干扰的能力和待机状态下系统准确关机的功能，并同时能够满足系统在充电状态下不关机的设计要求。将其应用在采用电池供电的便携式电子产品中，可以提高产品运行的稳定性和可靠性，提升产品的整机性能。

Description

一种关机控制电路及电子产品

技术领域

 本发明属于开关机控制电路技术领域，具体地说，是涉及一种用于控制系统准确关机的电路结构设计以及采用所述关机控制电路设计的电子产品。

背景技术

对于便携式电子产品来说，大都采用内置电池的方式为系统电路供电，以方便用户外出携带使用，例如手机、相机、耳机、平板电脑等。由于电子产品在使用过程中，会导致其电池电量不断下降。当系统电源的电压处于开关机临界状态时，如果此时系统受到干扰电源产生的纹波干扰，导致检测到的系统电源电压低于了关机电压，则系统会立即执行关机操作，进而出现系统意外关机的问题。

另外，当系统进入待机模式后，为了降低待机功耗，系统中的主处理器不再对系统电源的电压进行检测。而此时，由于整个系统有一定的漏电流存在，因而会导致电池继续耗电，系统电源的电压持续降低，直到电池过度放电，进入保护状态，停止输出电压时，系统才会由于供电的消失而断电关机。由于电池过度放电，不仅会缩短电池的使用寿命，而且还会导致电池的有效充电容量降低，这些都会对电子产品的待机续航时间和使用寿命产生极大的影响。因而，如何在系统处于待机模式下，实现系统的正常关机，以延长电池的使用寿命，提高产品的性能，是便携式电子产品研发领域需要解决的一项主要问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种关机控制电路，以实现对系统电路的准确关机控制。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种关机控制电路，包括主芯片、为主芯片供电的电源转换电路和复位芯片；所述复位芯片连接系统电源，在系统电源的电压低于关机电压时，输出复位信号至电源转换电路的使能端，控制电源转换电路停止运行，切断主芯片的供电，使系统关机。

进一步的，所述复位芯片在系统电源的电压高于关机电压时，输出高电平的复位信号，控制电源转换电路使能运行，并为一储能电容充电；当系统电源的电压低于关机电压时，储能电容放电，维持电源转换电路继续使能运行一段时间后关闭，在所述的一段时间内，主芯片检测到复位芯片输出的复位信号变为低电平，控制系统电路转入关机模式。

又进一步的，所述电源转换电路的使能端通过放电电阻接地，以用于控制储能电容的放电时间。

为了在系统即将关机时，能够为用户提供清楚地指示，以方便用户了解产品当前的工作状态，所述主芯片在接收到低电平的复位信号后，控制一个指示灯发光，进行关机指示。

为了进一步达到消除纹波干扰，避免系统意外关机的设计目的，本发明在所述关机控制电路中还设置有一开关电路，将所述开关电路连接在系统电源与电源转换电路的使能端之间，当系统电源的电压下降到开关机临界状态时，主芯片控制开关电路动作，通过系统电源控制电源转换电路保持使能运行，持续为主芯片供电，控制系统维持运行模式。

进一步的，当系统电源的电压在设定的时间段内均低于关机电压时，所述主芯片控制开关电路动作，切断系统电源向电源转换电路的使能端的电压输出，进而控制系统正常关机。

作为所述开关电路的一种优选电路组建方案，在所述开关电路中优选设置有一NPN型三极管和一PMOS管，所述NPN型三极管的基极接收主芯片输出的控制信号，发射极接地，集电极通过限流电阻连接所述的系统电源，并与PMOS管的栅极相连接；所述PMOS管的源极连接系统电源，漏极连接电源转换电路的使能端。

为了在电子产品充电的过程中，系统能够维持在运行或者待机的工作模式下，即达到充电过程中系统不能关机的设计目的，本发明在所述关机控制电路中还设置有充电管理芯片，利用充电管理芯片在系统充电的期间内，输出充电状态指示信号至电源转换电路的使能端，通过控制电源转换电路在系统充电的过程中保持使能运行，持续为主芯片供电，从而保持系统当前的待机或者开机运行模式。

优选的，所述充电管理芯片的充电状态指示信号输出端与所述电源转换电路的使能端之间接有防倒灌电路；和/或，所述复位芯片的复位信号输出端与所述电源转换电路的使能端之间接有防倒灌电路。

基于上述关机控制电路的结构设计，本发明还提出了一种采用所述关机控制电路设计的电子产品，包括主芯片、为主芯片供电的电源转换电路和复位芯片；所述复位芯片连接系统电源，在系统电源的电压低于关机电压时，输出复位信号至电源转换电路的使能端，控制电源转换电路停止运行，切断主芯片的供电，使系统关机。由此可以实现在系统处于待机模式下，由于漏电流的存在而导致系统电源持续下降，并降低到关机电压时，系统能够正常关机的功能，继而避免造成电池过度放电问题的出现。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果主要体现在以下几个方面：

1、本发明利用复位芯片在为其供电的电源电压降低到一设定值时，能够输出掉电复位信号的工作特性，在系统待机时，利用系统电源为复位芯片供电，当系统电源的电压由于系统漏电流的存在而降低到关机电压时，可以利用复位芯片产生的复位信号控制电源转换电路停止向主芯片供电，进而通过控制主芯片断电来控制整个系统关机，以避免电池电量的继续消耗，由此解决了电池在系统待机模式下过度放电的问题，保证了电池的正常使用寿命。

2、本发明采用在系统电源的电压处于开关机临界状态时，利用系统电源控制电源转换电路持续使能，不间断地为主芯片供电的设计方式，以保持主芯片的开机运行模式，使系统不会由于干扰电源产生的纹波干扰，而错误地控制电源转换电路停止运行，导致系统出现意外关机的问题，由此提高了系统运行的稳定性和可靠性。

3、本发明利用充电管理芯片在充电过程中产生的充电状态指示信号控制电源转换电路使能，由此可以保证主芯片在系统充电的过程中维持运行模式，进而满足了系统充电状态下不关机的设计要求。

4、本发明的关机控制电路，结构设计简单，实现容易，成本低廉，应用在采用电池供电的便携式电子产品中，可以提高产品运行的稳定性，提升产品的整机性能。

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是本发明所提出的关机控制电路的一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。

本实施例为了达到控制系统准确关机的设计目的，针对系统在运行过程中可能出现的三种关机问题：待机状态下的准确关机问题、系统电源的电压下降到开关机临近状态时的意外关机问题、充电期间内系统保持不关机的问题，分别提出解决方案，以实现对系统的准确关机控制。

本实施例为解决上述三种关机问题所提出的系统关机控制方案，均围绕为系统主芯片提供工作电源的电源转换电路展开设计，通过合理地对电源转换电路进行使能控制，使电源转换电路在系统应该保持运行模式的期间内，保证系统主芯片的不间断供电，以维持系统持续运行，避免出现系统意外关机的问题；而在系统应该进入关机模式时，通过控制电源转换电路停止使能，切断向主芯片供电，以使整机系统因主芯片的掉电而进入关机模式，从而实现了对系统的准确关机控制。

下面结合图1，对解决上述三种关机问题所采用的具体电路结构设计及其工作原理进行详细地阐述。

首先，针对系统在待机模式下如何准确关机的问题，本实施例提出了一种借助复位芯片U1输出的复位信号，控制电源转换电路U2在系统电源POWER_ON的电压下降到关机电压时，停止使能，进而关断向主芯片MCU的供电，以控制系统准确地进入关机模式，参见图1所示。

具体来讲，本实施例在系统中设计一颗具有掉电复位功能的复位芯片U1，将所述复位芯片U1的供电端VDD连接系统电源POWER_ON，利用系统电源POWER_ON为复位芯片U1供电。所述系统电源POWER_ON可以具体指电池，即利用系统电池输出的电压为复位芯片U1供电；当然，所述系统电源POWER_ON也可以是系统电池和充电电源经由选通电路选择输出的一路供电电源，即在系统未插入充电电源时，选通系统电池作为所述的系统电源POWER_ON，而在系统充电过程中，选通充电电源作为所述的系统电源POWER_ON，为系统的内部电路供电。

在本实施例中，利用复位芯片U1对输入的系统电源POWER_ON的电压进行检测，当系统电源POWER_ON的电压低于其内部预设的一个设定值时，复位芯片U1判定系统电源POWER_ON掉电，通过其输出端VOUT输出表示掉电的复位信号，例如低电平的复位信号，传输至电源转换电路U2的使能端EN，通过停止电源转换电路U2使能，以控制电源转换电路U2停止向系统主芯片MCU供电，进而通过控制主芯片MCU断电，以使系统关机。

采用这种设计方式，可以配置复位芯片U1的设定值等于系统的关机电压，例如3.3V。当系统进入待机模式后，维持复位芯片U1继续运行，实时检测系统电源POWER_ON的电压是否低于关机电压。若系统电源POWER_ON的电压高于关机电压，则输出高电平的复位信号，控制电源转换电路U2维持使能运行，为主芯片MCU提供不间断的电力供应；若系统在待机模式下，由于漏电流的存在而导致系统电池的剩余电量过低，从而使系统电源POWER_ON的电压低于关机电压时，则复位芯片U1输出低电平的复位信号，控制电源转换电路U2停止使能，不再向主芯片MCU输出工作电源VCC，从而控制主芯片MCU断电停止运行。由于主芯片MCU停止运行，因而受其控制的系统电路也相继停止运行，整机关机。

由此，便解决了系统在待机模式下准确关机的问题。

为了在系统关机时，能够给用户提供清晰的指示，本实施例在复位芯片U1的输出端VOUT连接一储能电容C2，如图1所示，将储能电容C2的正极连接复位芯片U1的输出端VOUT，负极接地。由于复位芯片U1在系统待机和正常运行的过程中均输出高电平的复位信号，因此可以利用复位芯片U1输出的复位信号为储能电容C2充电蓄能。当复位芯片U1输出的复位信号变为低电平时，即需要控制系统关机时，储能电容C2放电，维持电源转换电路U2继续使能运行一段时间。此时，可以将复位芯片U1输出的复位信号传输至主芯片MCU，主芯片MCU在接收到低电平的复位信号后，判定系统需要关机，进而输出控制信号至一指示灯电路，控制指示灯电路中的LED发光，例如控制蓝色LED常亮或者闪烁，以指示系统即将关机。由此，用户便可以通过观察电子产品上指示灯的发光情况，清楚地了解系统的工作状态，以提高产品设计的人性化。

为了对储能电容C2的放电时间进行有效地控制，本实施例将电源转换电路U2的使能端EN通过串联的限流电阻R3和放电电阻R2接地，参见图1所示。将储能电容C2的正极以及复位芯片U1的输出端VOUT连接至电阻R3、R2的中间节点，在复位芯片U1输出低电平的复位信号时，通过储能电容C2释放的电荷经由放电电阻R2泄放到地。通过调节放电电阻R2的阻值，即可调整储能电容C2的放电时间，进而为主芯片MCU留出足够的反应时间，控制蓝色LED点亮，为用户提供清楚地指示。

其次，针对系统电源POWER_ON在电压下降到开关机临近状态时的意外关机问题，例如，当系统电源POWER_ON的电压下降到系统的开关机临界电压时，例如3.3V-3.4V之间时，如果此时有干扰电源对系统电源POWER_ON产生纹波干扰，使系统电源POWER_ON的电压产生波动，出现低于关机电压的幅值时，例如降低到3.2V时，传统的设计方式是系统在检测到系统电源POWER_ON的电压下降到关机电压以下时，立即将电源转换电路U2的使能端EN置为低电平，切断电源转换电路U2向主芯片MCU的供电，从而使主芯片MCU掉电，导致系统意外关机。

为了解决这一问题，本实施例在系统电路中增设一开关电路，将所述开关电路连接在系统电源POWER_ON与电源转换电路U2的使能端EN之间，控制端接收主芯片MCU输出的控制信号MCU_I/O_EN。本实施例在系统电源POWER_ON的电压下降到系统的开关机临界电压时，通过控制器MCU输出控制信号MCU_I/O_EN，使开关电路动作，连通系统电源POWER_ON与电源转换电路U2使能端EN的电流传输回路，利用系统电源POWER_ON输出的电压维持电源转换电路U2继续使能运行，进而在系统电源POWER_ON的电压处于开关机临界状态的期间内，通过控制电源转换电路U2持续为主芯片MCU供电，来避免系统意外关机。

具体地，在本实施例中，所述开关电路优选采用一颗NPN型三极管Q1和一颗PMOS管Q2（n型衬底、p沟道，靠空穴的流动运送电流的MOS管）配合简单的外围电路连接而成，参见图1所示。将NPN型三极管Q1的基极连接主芯片MCU，接收主芯片MCU输出的控制信号MCU_I/O_EN，发射极接地，集电极连接PMOS管Q2的栅极，并通过限流电阻R1连接系统电源POWER_ON。将所述PMOS管Q2的源极连接系统电源POWER_ON，漏极连接电源转换电路U2的使能端EN。对于在电源转换电路U2的使能端EN连接有电阻R2、R3的电路设计来说，可以将PMOS管Q2的漏极连接至电阻R2、R3的中间节点，同样可以对电源转换电路U2实现准确的使能控制。

当系统电源POWER_ON的电压下降到开关机临界状态时，主芯片MCU输出高电平的控制信号MCU_I/O_EN，控制NPN型三极管Q1饱和导通，进而拉低PMOS管Q2的栅极电位，从而使PMOS管Q2饱和导通，利用系统电源POWER_ON向电源转换电路U2输出高电平的使能信号，控制电源转换电路U2保持使能运行，避免因主芯片MCU断电而造成的系统意外关机问题的出现。

当系统电源POWER_ON的电压继续降低，在设定的时间段内均低于关机电压时，主芯片MCU输出低电平的控制信号MCU_I/O_EN，控制三极管Q1截止，此时PMOS管Q2由于其栅极电压等于其源极电压而转入截止状态，从而切断系统电源POWER_ON向电源转换电路U2的使能端EN的电压输出。将PMOS管Q2的漏极同时连接所述的储能电容C2，由于当系统电源POWER_ON的电压低于关机电压时，复位芯片U1输出的复位信号也已变为低电平，因此，储能电容C2通过放电电阻R2放电，维持电源转换电路U2继续使能运行一段时间，使主芯片MCU能够控制蓝色LED发光，完成关机指示过程后，切断向主芯片MCU的供电，使主芯片MCU断电，系统正常关机。

为了保证通过PMOS管Q2输出的电压信号以及通过复位芯片U1输出的复位信号的正确流向，本实施例在PMOS管Q2的漏极与储能电容C2的正极之间连接一颗二极管D1，在复位芯片U1的输出端VOUT与储能电容C2的正极之间连接另一颗二极管D2，以避免两路信号之间产生相互影响。

其三，针对系统在充电期间内，要求保持不关机的问题，本实施例提出利用系统中的充电管理芯片输出的充电状态指示信号SUSPEND_CONTROL，控制电源转换电路U2在系统充电期间内使能运行，进而控制主芯片MCU保持上电运行模式，以满足系统在充电过程中不关机的设计要求。

具体来讲，可以将充电管理芯片连接系统的充电接口，当充电接口上插入充电电源时，充电管理芯片在为系统内部的电池进行充电的过程中，输出高电平的充电状态指示信号SUSPEND_CONTROL传输至电源转换电路U2的使能端EN。对于在电源转换电路U2的使能端EN连接有电阻R2、R3的电路设计来说，可以将充电管理芯片输出的充电状态指示信号SUSPEND_CONTROL传输至电阻R2、R3的中间节点，同样可以对电源转换电路U2实现准确的使能控制。

为了保证正确的电流流向，本实施例优选采用一颗双二极管器件D3连接在电阻R2、R3的中间节点与各路用于控制电源转换电路U2使能的信号之间，参见图1所示。所述双二极管器件D3为一颗阴极对接、反向串联的双二极管器件，通过充电管理芯片输出的充电状态指示信号SUSPEND_CONTROL，经由双二极管器件D3中的其中一颗二极管传输至电阻R2、R3的中间节点；通过PMOS管Q2输出的电压信号和复位芯片U1输出的复位信号经由双二极管器件D3中的另外一颗二极管传输至电阻R2、R3的中间节点，以避免信号之间相关干扰。

即在本实施例中，在所述充电管理芯片输出充电状态指示信号SUSPEND_CONTROL的端子与所述电源转换电路U2的使能端EN之间连接防倒灌电路,该防倒灌电路包括双二极管器件D3和电阻R2、R3；并且，在所述复位芯片U1的复位信号输出端VOUT与所述电源转换电路U2的使能端EN之间也连接防倒灌电路，该防倒灌电路包括二极管D2、双二极管器件D3以及电阻R2、R3。在本发明的其他实施例中，也可以根据设计需要仅在所述充电管理芯片输出充电状态指示信号SUSPEND_CONTROL的端子与所述电源转换电路U2的使能端EN之间或者所述复位芯片U1的复位信号输出端VOUT与所述电源转换电路U2的使能端EN之间接防倒灌电路。

在本实施例中，所述电源转换电路U2可以采用DC-DC转换芯片或者低压差线性稳压器LDO配合简单的外围电路组建而成，将电源转换电路U2的输入端Vin连接系统电源POWER_ON，输出端Vout连接主芯片MCU的供电端VCC，以实现系统电源POWER_ON到主芯片MCU所需工作电源的转换。所述复位芯片U1和主芯片MCU可以是电学领域消费类电子产品中常用的复位芯片和控制芯片，例如 复位芯片U1可以选用BD4933G芯片，主芯片MCU可以选用MB95F636H芯片等。

本实施例的关机控制电路，电路结构简单，成本低廉，可以显著提高系统抵抗纹波干扰的能力，实现待机状态下系统准确关机的功能，并满足系统在充电状态下不关机的设计要求。将其应用在采用电池供电的便携式电子产品中，例如手机、蓝牙耳机等，可以显著提高该类电子产品的性能和整机品质，进而提升用户使用的满意度。

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)

1.一种关机控制电路，其特征在于：包括主芯片、为主芯片供电的电源转换电路和复位芯片；所述复位芯片连接系统电源，在系统电源的电压低于关机电压时，输出复位信号至电源转换电路的使能端，控制电源转换电路停止运行，切断主芯片的供电，使系统关机。

2.根据权利要求1所述的关机控制电路，其特征在于：所述复位芯片在系统电源的电压高于关机电压时，输出高电平的复位信号，控制电源转换电路使能运行，并为一储能电容充电；当系统电源的电压低于关机电压时，储能电容放电，维持电源转换电路继续使能运行一段时间后关闭，在所述的一段时间内，主芯片检测到复位芯片输出的复位信号变为低电平，控制系统电路转入关机模式。

3. 根据权利要求2所述的关机控制电路，其特征在于：所述电源转换电路的使能端通过放电电阻接地。

4. 根据权利要求2所述的关机控制电路，其特征在于：所述主芯片在接收到低电平的复位信号后，控制一个指示灯发光，进行关机指示。

5. 根据权利要求1至4中任一项所述的关机控制电路，其特征在于：在所述关机控制电路中还设置有一开关电路，所述开关电路连接在系统电源与电源转换电路的使能端之间，当系统电源的电压下降到开关机临界状态时，主芯片控制开关电路动作，通过系统电源控制电源转换电路保持使能运行，持续为主芯片供电，控制系统维持运行模式。

6. 根据权利要求5所述的关机控制电路，其特征在于：当系统电源的电压在设定的时间段内均低于关机电压时，所述主芯片控制开关电路动作，切断系统电源向电源转换电路的使能端的电压输出。

7. 根据权利要求6所述的关机控制电路，其特征在于：在所述开关电路中设置有一NPN型三极管和一PMOS管，所述NPN型三极管的基极接收主芯片输出的控制信号，发射极接地，集电极通过限流电阻连接所述的系统电源，并与PMOS管的栅极相连接；所述PMOS管的源极连接系统电源，漏极连接电源转换电路的使能端。

8. 根据权利要求5所述的关机控制电路，其特征在于：在所述关机控制电路中还设置有充电管理芯片，所述充电管理芯片在系统充电的期间内，输出充电状态指示信号至电源转换电路的使能端，控制电源转换电路在系统充电过程中保持使能运行。

9. 根据权利要求8所述的关机控制电路，其特征在于：所述充电管理芯片的充电状态指示信号输出端与所述电源转换电路的使能端之间接有防倒灌电路；和/或，所述复位芯片的复位信号输出端与所述电源转换电路的使能端之间接有防倒灌电路。

10. 一种电子产品，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关机控制电路。

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