CN104181833B - 一种低功耗电源控制电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低功耗电源控制电路及方法，该电路包括两个NPN型的三极管Q1和Q2、一个P沟道MOS管Q3、电源BT1、电源管理芯片U1及触控按键S1；该电路采用电池进行供电，触控按键对电源启动进行触发控制，两个NPN三极管Q1和Q2联合控制P沟道MOS管的栅极，来达到低功耗触发启动，随需停止的控制目的，当需要把负载上电源进行关闭时，电源管理芯片U1输出变为低电平，三极管Q2进入截止状态，P沟道MOS管的栅极处于高电位，MOS管处于截止状态，负载回路电源供应被切断，同时管理芯片也进入物理掉电的状态，仅有微弱的漏电流。
Description
技术领域
本发明涉及一种低功耗电源控制电路及方法。
背景技术
随着电子设备小型化与便携化的发展方向，对电池体积的要求也日益提高，传统模式下的大容量高续航逐渐向低能耗高续航发展，在这种应用情景下，一个低功耗的电源控制装置是有应用前景的。
目前实际应用下，使用了低功耗的电源控制装置的整块电路板的功耗典型电流一般为mA级别。在使用纽扣电池等便携能源的嵌入式装置上，现有的mA级别的功耗依然不尽人意；在能够对开关状态进行监控的现有产品中，实测待触发状态下，ST主控的现有产品功耗为为36mA，德州仪器MSP430的现有产品功耗为39.75mA，瑞萨主控的现有产品功耗为5.60mA，且低功耗电源控制装置的主控芯片和外围元件虽处于低功耗模式但仍在工作状态，这造成对整个低功耗电源控制装置的寿命的严重耗损；同时，现有技术下轻触式开关在较长时间使用后往往会因为自身的不稳定性导致电源被反复的触发与关闭，容易引起电源控制的误操作问题。
发明内容
本发明提出了一种低功耗电源控制电路及方法，其目的在于克服上述现有技术中存在的电源控制装置功耗高达mA级与电源控制稳定性差的问题。
一种低功耗电源控制电路，包括两个NPN型的三极管Q1和Q2、一个P沟道MOS管Q3、电源BT1、电源管理芯片U1及触控按键S1；
所述电源BT1的正极通过电阻R1与触控按键S1的静触点相连，所述触控按键S1的动触点通过电阻R3与所述电源BT1的负极即地端相连；
所述触控按键S1的动触点还通过电阻R2接三极管Q1的基极，三极管Q1和Q2的集电极均接至P沟道MOS管Q3的栅极，三极管Q1和Q2的发射极均接地，P沟道MOS管Q3的源极接电源BT1的正极，P沟道MOS管Q3的漏极接负载至电源BT1的负极；
电源BT1的正极通过电阻R5连接至P沟道MOS管Q3的栅极，电源管理芯片U1的电源输入端VCC接P沟道MOS管的漏极，电源管理芯片U1的接地端GND接电源BT1的负极，电源管理芯片U1的电平输出端PCON通过电阻R4连接至三极管Q2的基极；
所述三极管Q2的发射极和P沟道MOS管的漏极之间接负载RFZ；
所述负载RFZ不限定为阻性负载，为了方便示意，将其等效为阻性负载。
所述电源管理芯片U1是通过单片机或嵌入式ARM通过程序控制供电回路的通断，即通过电源管理芯片U1的电平输出端PCON输出高电平或低电平来实现。
所述触控按键S1的静触点和电源BT1的负极之间还设有电容C1。
该电容起防止按键抖动(误触发)的作用。
一种低功耗电源控制方法，采用所述的低功耗电源控制电路，工作过程如下：
(1)触控按键S1未触发时，三极管Q1和Q2均截止，P沟道MOS管截止，电源供电回路断开；
(2)触控按键S1触发后，三极管Q1导通，从而控制P沟道MOS管导通，启动电源为电源管理芯片U1供电，由电源管理芯片U1控制电平输出端输出高电平或低电平：
当电源管理芯片U1输出高电平时，电源供电回路导通，电源为电源负载供电；
采用触控按键对电源启动进行触发，在触发过程完成后，触控按键的松开也不会影响电源的正常工作，该电路稳定的维持供电状态；
当电源管理芯片U1输出低电平时，三极管Q2截止，使得P沟道MOS管截止，电源进入关闭状态，电源供电回路断开，电源停止为电源负载和电源管理芯片供电。
当所述电源管理芯片U1中的定时器到达设定时间或者电源管理芯片U1的外围信号触发低电平输出时，电源管理芯片U1的电平输出端PCON输出低电平。
【该技术方案是电源管理芯片在进行低电位关闭电源操作后，其本身的电源供应也会被切断，只有微弱的漏电流，即处于低功耗状态，并且这个装置的电源的启动是不需要电源管理芯片参与的，是利用三极管完成的，但其他同类型产品启动触发是要电源管理芯片来配合，所以同类产品电源管理芯片无论在什么状态下都要工作，都会产生功耗。】
有益效果
本发明提出了一种低功耗电源控制电路及方法，该电路包括两个NPN型的三极管Q1和Q2、一个P沟道MOS管Q3、电源BT1、电源管理芯片U1及触控按键S1；该电路采用电池进行供电，触控按键对电源启动进行触发控制，两个NPN三极管Q1和Q2联合控制P沟道MOS管的栅极，来达到低功耗触发启动，随需停止的控制目的，当需要把负载上电源进行关闭时，电源管理芯片U1输出变为低电平，三极管Q2进入截止状态，P沟道MOS管的栅极处于高电位，MOS管处于截止状态，负载回路电源供应被切断，同时管理芯片也进入物理掉电的状态，仅有微弱的漏电流。整个电路结构简单、巧妙地解决了电源控制装置功耗高达mA级与电源控制稳定性差的问题。
本发明所述待触发状态下功耗可达到uA级别，相对现有技术下mA级别电源控制装置有着数量级上的优势，可以显著的降低嵌入式设备待机状态下电源功耗，避免不必要的器件损耗，延长应用了该装置的设备的寿命。对开关兼容性好，可使用各种非自锁按键，工作过程对开关可靠性无要求，稳定性良好；同时可根据需要由电源管理芯片将电源输出关闭。在应用了该装置的测试样品实际测试中，70uA以下的待机电流，在电池技术短期之内还无法有突破的情境下，该装置对于用户对电池体验效果的优化，较为明显。
附图说明
图1为本发明所述低功耗电源控制电路的示意图。
具体实施方式
一种低功耗电源控制电路，包括两个NPN型的三极管Q1和Q2、一个P沟道MOS管Q3、电源BT1、电源管理芯片U1及触控按键S1；
所述电源BT1的正极通过电阻R1与触控按键S1的静触点相连，所述触控按键S1的动触点通过电阻R3与所述电源BT1的负极即地端相连；
所述触控按键S1的动触点还通过电阻R2接三极管Q1的基极，三极管Q1和Q2的集电极均接至P沟道MOS管Q3的栅极，三极管Q1和Q2的发射极均接地，P沟道MOS管Q3的源极接电源BT1的正极，P沟道MOS管Q3的漏极接负载至电源BT1的负极；
电源BT1的正极通过电阻R5连接至P沟道MOS管Q3的栅极，电源管理芯片U1的电源输入端VCC接P沟道MOS管的漏极，电源管理芯片U1的接地端GND接电源BT1的负极，电源管理芯片U1的电平输出端PCON通过电阻R4连接至三极管Q2的基极；
所述控制装置的负载接在三极管Q2的发射极和P沟道MOS管的漏极之间。
3.3K电阻R1和47k电阻R3为NPN三极管Q1的电压起分压作用，在触发状态下为三极管Q1提供安全的基极导通电压，10K电阻R2和R4分别对三极管Q1和Q2的基极电流进行限制，10K电阻R5对三极管Q2的集电极电流进行限制，保障装置运行的稳定性。
所述电源管理芯片是通过单片机或嵌入式ARM通过程序控制供电回路的通断，即通过电源管理芯片U1的电平输出端PCON输出高电平或低电平来实现。
所述触控按键S1的静触点和电源BT1的负极之间还设有电容C1。
该电容起防止按键抖动(误触发)的作用.
一种低功耗电源控制方法，采用所述的低功耗电源控制电路，工作过程如下：
(1)触控按键未触发时，三极管Q1和Q2均截止，P沟道MOS管截止，电源供电回路断开；
即电源的负载回路和电源状态管理芯片理论值上无电流通过，处于低功耗待触发状态，实测仅有P沟道MOS管上产生了微弱电流；
(2)触控按键触发后，三极管Q1导通，从而控制P沟道MOS管导通，启动电源为电源管理芯片U1供电，由电源管理芯片U1控制电平输出端输出高电平或低电平：
当电源管理芯片U1输出高电平时，电源供电回路导通，电源为电源负载供电；
当电源管理芯片U1输出低电平时，三极管Q2截止，使得P沟道MOS管截止，电源进入关闭状态，电源供电回路断开，电源停止为电源负载和电源管理芯片供电。
当所述电源管理芯片U1中的定时器到达设定时间或者电源管理芯片U1的外围信号触发低电平输出时，电源管理芯片U1的电平输出端PCON输出低电平。
【该技术方案是电源管理芯片在进行低电位关闭电源操作后，其本身的电源供应也会被切断，只有微弱的漏电流，即处于低功耗状态，并且这个装置的电源的启动是不需要电源管理芯片参与的，是利用三极管完成的，但其他同类型产品启动触发是要电源管理芯片来配合，所以同类产品电源管理芯片无论在什么状态下都要工作，都会产生功耗。】
利用本发明所述的电路对电源进行控制，实测触控按键待触发时，该电路的功耗如表1所示：
表1
| 测试样品序号 | 实测待机电流 |
| 1 | 66.82uA |
| 2 | 66.76uA |
| 3 | 66.58uA |
| 4 | 65.87uA |
| 5 | 66.07uA |
| 6 | 66.72uA |
| 7 | 66.68uA |
| 8 | 66.52uA |
| 9 | 67.51uA |
| 10 | 67.96uA |
| 11 | 66.19uA |
| 12 | 66.64uA |
| 13 | 66.77uA |
| 14 | 66.72uA |
| 15 | 66.76uA |
| 16 | 67.10uA |
| 17 | 66.55uA |
| 18 | 67.14uA |
| 19 | 66.89uA |
| 20 | 66.70uA |
从表1所示测试结果可以看出，本发明所述电路对电源的低功耗控制效果明显，电路处于待触发状态时，整个电路的功耗均处于70uA以下，这大大延长了电池的使用时间。
Claims (4)
1.一种低功耗电源控制电路，其特征在于，包括两个NPN型的三极管Q1和Q2、一个P沟道MOS管Q3、电源BT1、电源管理芯片U1及触控按键S1；
所述电源BT1的正极通过电阻R1与触控按键S1的静触点相连，所述触控按键S1的动触点通过电阻R3与所述电源BT1的负极即地端相连；
所述触控按键S1的动触点还通过电阻R2接三极管Q1的基极，三极管Q1和Q2的集电极均接至P沟道MOS管Q3的栅极，三极管Q1和Q2的发射极均接地，P沟道MOS管Q3的源极接电源BT1的正极，P沟道MOS管Q3的漏极接负载RFZ至电源BT1的负极；
电源BT1的正极通过电阻R5连接至P沟道MOS管Q3的栅极，电源管理芯片U1的电源输入端VCC接P沟道MOS管的漏极，电源管理芯片U1的接地端GND接电源BT1的负极，电源管理芯片U1的电平输出端PCON通过电阻R4连接至三极管Q2的基极；
所述三极管Q2的发射极和P沟道MOS管的漏极之间接有负载RFZ。
2.根据权利要求1所述的低功耗电源控制电路，其特征在于，所述触控按键S1的静触点和电源BT1的负极之间还设有电容C1。
3.一种低功耗电源控制方法，其特征在于，采用权利要求1或2所述的低功耗电源控制电路，工作过程如下：
(1)触控按键S1未触发时，三极管Q1和Q2均截止，P沟道MOS管截止，电源供电回路断开；
(2)触控按键S1触发后，三极管Q1导通，从而控制P沟道MOS管导通，启动电源BT1为电源管理芯片U1供电，由电源管理芯片U1控制电平输出端PCON输出高电平或低电平：
当电源管理芯片U1输出高电平时，电源供电回路导通，电源BT1为负载RFZ供电；
当电源管理芯片U1输出低电平时，三极管Q2截止，使得P沟道MOS管截止，电源BT1进入关闭状态，电源供电回路断开，电源BT1停止为负载RFZ和电源管理芯片U1供电。
4.根据权利要求3所述的低功耗电源控制方法，其特征在于，当所述电源管理芯片U1中的定时器到达设定时间或者电源管理芯片U1的外围信号触发低电平输出时，电源管理芯片U1的电平输出端PCON输出低电平。
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