CN105278405A - 一种翻盖式电子设备及其开关机电路 - Google Patents

一种翻盖式电子设备及其开关机电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种翻盖式电子设备及其开关机电路。该开关机电路包括依次耦接的检测模块、放大模块、电源模块以及微控制模块，检测模块用于检测电子设备的盖子是否合上；在检测模块检测到电子设备的盖子合上时，检测模块输出低电平，放大模块停止工作，电源模块的输出关闭，微控制模块掉电；在检测模块检测到电子设备的盖子打开时，检测模块输出高电平，放大模块正常工作，并输出高电平，电源模块的输出打开，为微控制模块供电。通过以上方式，本发明的结构简单，成本低。

Description

一种翻盖式电子设备及其开关机电路
技术领域
本发明涉及开关机电路技术领域，特别是涉及一种翻盖式电子设备及其开关机电路。
背景技术
目前传统的电子设备的开关机电路基本采用机械式自锁按键控制设备电路以及机械式轻触无自锁按键电路。
其中，机械式自锁按键控制设备电路主要应用于电视机、影碟机、功放机等电子设备上，在关断后无静态电流，关机切断电源；缺点是开关行程较长，体积较大，由于机械键程的存在，导致开关开启和闭合时位置不一致，影响用户体验和产品外观。
机械式轻触无自锁按键电路应用于笔记本电脑、红外遥控器、手机、平板电脑等电子设备，通过长按、短按或轻触来实现开机、睡眠或者唤醒等功能，由于关机后系统一部分电还在供电，存在一定关机漏电流，当系统死机时也要增加专门的复位芯片来保证系统工作的稳定性，增加了硬件的成本。
因此，现有技术的开关机电路都存在设计复杂，成本高等缺点。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种翻盖式电子设备及其开关机电路，以解决上述问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种开关机电路，其应用在翻盖式电子设备，电路包括依次耦接的检测模块、放大模块、电源模块以及微控制模块，检测模块用于检测电子设备的盖子是否合上；
在检测模块检测到电子设备的盖子合上时，检测模块输出低电平，放大模块停止工作，电源模块的输出关闭，微控制模块掉电；
在检测模块检测到电子设备的盖子打开时，检测模块输出高电平，放大模块正常工作，并输出高电平，电源模块的输出打开，为微控制模块供电。
其中，检测模块包括霍尔传感器，在磁铁靠近霍尔传感器时，霍尔传感器的输出端输出低电平；在磁铁远离霍尔传感器时，霍尔传感器的输出端输出高电平。
其中，电路进一步包括第一隔离模块以及RC模块，第一隔离模块和RC模块连接在放大模块和电源模块之间，第一隔离模块用于隔离电源模块的电压，RC模块用于开关机电路延时关断。
其中，电路进一步包括限流电阻以及电平检测模块，限流电阻连接在霍尔传感器的输出端和放大模块之间，电平检测模块与检测模块连接，微控制模块通过电平检测模块检测检测模块输出的电平；
电平检测模块包括霍尔电平状态检测模块，其包括箝位隔离二极管以及上拉电阻，箝位隔离二极管的负极与霍尔传感器的输出端连接，箝位隔离二极管的正极与微控制模块连接，上拉电阻的一端连接箝位隔离二极管的正极，上拉电阻的另一端连接电源模块的输出端。
其中，电路进一步包括第二隔离模块、第一分压电阻、第二分压电阻以及保护模块，第一分压电阻、第二分压电阻以及第二隔离模块依次串联连接在第一隔离模块和RC模块之间，保护模块连接在第一分压电阻和第二分压电阻之间。
其中，电路进一步包括电池，电池分别与检测模块、放大模块以及电源模块连接，用于为检测模块、放大模块以及电源模块供电。
其中，放大模块包括NPN型三极管，三极管的基极与限流电阻连接，三极管的集电极连接电池，三极管的发射极通过第一电阻接地；
第一隔离模块包括第一二极管，第一二极管的正极与三极管的发射极连接，第一二极管的负极与电源模块连接；
RC模块包括第二电阻和第一电容，第二电阻的一端与第一二极管的负极连接，第二电阻的另一端接地，第一电容与第二电阻并联连接。
其中，电源模块包括线性低压差稳压器，线性低压差稳压器的输入端与第一二极管的负极连接，线性低压差稳压器的输出端与微控制模块连接，用于为微控制模块供电。
其中，第二隔离模块包括第二二极管，第二二极管的正极与第二分压电阻连接，第二二极管的负极与第一二极管的负极连接；
保护模块包括齐纳二极管，齐纳二极管的负极连接在第一分压电阻和第二分压电阻之间，齐纳二极管的正极接地。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种翻盖式电子设备，其包括上述的开关机电路。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明的电路包括依次耦接的检测模块、放大模块、电源模块以及微控制模块，检测模块用于检测电子设备的盖子是否合上；在检测模块检测到电子设备的盖子合上时，检测模块输出低电平，放大模块停止工作，电源模块的输出关闭，微控制模块掉电；在检测模块检测到电子设备的盖子打开时，检测模块输出高电平，放大模块正常工作，并输出高电平，电源模块的输出打开，为微控制模块供电，该开关机电路的结构简单，成本低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，进一步可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
图1是本发明第一实施例的开关机电路的结构示意图；
图2是图1所示的开关机电路的电路图；
图3是本发明第一实施例的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参见图1所示，图1是本发明第一实施例的开关机电路的结构示意图。本实施例所揭示的开关机电路应用于翻盖式的电子设备，例如笔记本、翻盖式手机等。
如图1所示，本实施例所揭示的开关机电路10包括检测模块11、放大模块12、电源模块13以及微控制模块14。其中，检测模块11与放大模块12耦接、放大模块12与电源模块13耦接，电源模块13与微控制模块14耦接。
其中，检测模块11用于检测电子设备(未图示)的盖子是否合上。在检测模块11检测到电子设备的盖子合上时，检测模块11输出低电平，此时放大模块12停止工作，电源模块13的输出关闭(停止工作)，微控制模块14掉电，以实现电子设备在盖子合上时关机。
在检测模块11检测到电子设备的盖子打开时，检测模块11输出高电平；放大模块12正常工作，并输出高电平；电源模块13的输出打开(正常工作)，为微控制模块14供电，以实现开关机电路10在盖子打开时为电子设备供电。
请一并参见图2所示，检测模块11为霍尔传感器，在磁铁(图未视)靠近霍尔传感器时，霍尔传感器的输出端111输出低电平；在磁铁远离霍尔传感器时，霍尔传感器的输出端111输出高电平。优选地，检测模块11为超低功耗动态低电平CMOS输出的霍尔传感器，磁铁设置在电子设备的盖子上，霍尔传感器设置在电子设备的主体上。
本实施例所揭示的开关机电路10进一步包括：第一隔离模块15、RC模块16、限流电阻R、电平检测模块17、第二隔离模块18、第一分压电阻R1、第二分压电阻R2、保护模块19、电池BAT、第二电容C2和第三电容C3。
其中，电池BAT优选为锂电池，电池BAT分别与检测模块11、放大模块12以及电源模块13连接，用于为检测模块11、放大模块12以及电源模块13供电。
第二电容C2的一端与霍尔传感器的电源端连接，第二电容C2的另一端接地，第二电容C2为霍尔传感器的去耦电容，用于保证电池BAT为霍尔传感器供电的稳定性。
限流电阻R连接在霍尔传感器的输出端111和放大模块12之间，电平检测模块17与检测模块11连接，微控制模块14通过电平检测模块17检测检测模块11输出的电平。
优选地，电平检测模块17为霍尔电平状态检测模块。电平检测模块17包括箝位隔离二极管D1以及上拉电阻R3，箝位隔离二极管D1的负极与霍尔传感器的输出端111连接，箝位隔离二极管D1的正极与微控制模块14连接，即箝位隔离二极管D1的正极与微控制模块14的GPIO端连接。上拉电阻R3的一端连接箝位隔离二极管D1的正极，上拉电阻R3的另一端连接电源模块13的输出端VMCU。
第一隔离模块15和RC模块16连接在放大模块12和电源模块13之间，第一隔离模块15用于隔离电源模块13的电压，RC模块16用于开关机电路10延时关断。
其中，放大模块12优选为NPN型三极管Q1，三极管Q1的基极与限流电阻R连接，三极管Q1的集电极连接电池BAT，三极管Q1的发射极通过第一电阻R4接地。在其他实施例，本领域的普通技术人员将放大模块12设置为其他器件，例如PNP型三极管。
第一隔离模块15包括第一二极管D2，第一二极管D2的正极与三极管Q1的发射极连接，第一二极管D2的负极与电源模块13连接。第一二极管D2优选为低压差二极管，用于隔离电源模块13的电压。
RC模块16包括第二电阻R5和第一电容C1，第二电阻R5的一端与第一二极管D2的负极连接，第二电阻R5的另一端接地，第一电容C1与第二电阻R5并联连接。
电源模块13优选为线性低压差稳压器，线性低压差稳压器的输入端EN(使能端)与第一二极管D2的负极连接，线性低压差稳压器的输出端VMCU与微控制模块14连接，用于为微控制模块14供电。当线性低压差稳压器的输入端EN的电压大于预设的阈值时，线性低压差稳压器的输出端VMCU输出3.3V的电压。
第三电容C3的一端与线性低压差稳压器的输出端VMCU连接，第三电容C3的另一端接地。第三电容C3为线性低压差稳压器输出电容的滤波电容。
第一分压电阻R1、第二分压电阻R2以及第二隔离模块18依次串联连接在第一隔离模块15和RC模块16之间，保护模块19连接在第一分压电阻R1和第二分压电阻R2之间。即，第一分压电阻R1的一端与充电输入接口VUSB连接，第一分压电阻R1的另一端与第二分压电阻R2的一端连接，第二分压电阻R2的另一端与第二隔离模块18连接。充电输入接口VUSB优选地输入5V的电压。第一分压电阻R1、第二分压电阻R2以及第一电阻R4共同作用形成分压回路。
其中，第二隔离模块18包括第二二极管D3，第二二极管D3的正极与第二分压电阻R2连接，第二二极管D3的负极与第一二极管D2的负极连接。第二二极管D3优选为低压差二极管，用于隔离电源模块13的电压。
保护模块19包括齐纳二极管D4，齐纳二极管D4的负极连接在第一分压电阻R1和第二分压电阻R2之间，齐纳二极管D4的正极接地。齐纳二极管D4的稳压值为5.1V，当充电输入接口VUSB输入的电压过高时，齐纳二极管D4用于保证第一分压电阻R1和第二分压电阻R2之间的节点电压始终保持为5.1V，避免电压过高导致开关机电路10损坏。
为了方便详述开关机电路10的工作原理，在开关机电路10上设置了节点A、B、C、D、E以及F，其中节点A为充电输入接口VUSB，节点B为第一分压电阻R1和第二分压电阻R2之间的节点，节点C为第一二极管D2的负极的节点，节点D为电平检测模块17与微控制模块14的GPIO端连接的节点，节点E为霍尔传感器的输出端111的节点，节点F为三极管Q1的发射极的节点。
以下详细描述开关机电路10的工作原理：
当磁铁远离霍尔传感器时，电子设备的盖子打开，节点E由低电平变为高电平。由于箝位隔离二极管D1的存在，节点E的电压不会叠加到电源模块13的输出端VMCU上，保证在电源模块13的输出端VMCU上电后，节点D的电压和电源模块13的输出端VMCU的电压一致。三极管Q1的基极变为高电平，三极管Q1导通，节点F变为高电平，节点C也变为高电平。RC模块16的第一电容开始充电，当节点C的电压上升到线性低压差稳压器的最低使能电压时，线性低压差稳压器正常工作，线性低压差稳压器的输出端VMCU输出3.3V的电压，为微控制模块14供电。微控制模块14启动后，对节点D进行状态检测，若节点D为高电平，则微控制模块14判断为开启开机过程；否则，微控制模块14处于等待状态。
当磁铁靠近霍尔传感器时，电子设备的盖子合上，节点E由高电平变成低电平，节点D由线性低压差稳压器的输出端VMCU上拉的高电平变为箝位隔离二极管D1的压降电压，压降电压约为0.3V，即低电平。三极管Q1的基极由高电平变为低电平，三极管Q1截止，由于第一电阻R4的存在，节点F变为低电平。节点C没有前端的电压提供，由于第一隔离模块15的存在，此时节点C的电压高于节点F的电压。第一电容C1为储能元件，其两端电压无法突变，第一电容C1的电压通过第二电阻R5缓慢下降，当节点C的电压低于线性低压差稳压器的最低使能电压时，线性低压差稳压器停止工作，线性低压差稳压器的输出关闭，微控制模块14掉电。通过调节第一电容C1的电容值和第二电阻R5的电阻值可以调节开关机电路10延迟关断的时间；当第一电容C1的电容值越大，第二电阻R5的电阻值越小时，第一电容C1的放电速度缓慢，关机电路10关断的时间越长，反之关机电路10关断的时间越短。其中，关机电路10关断的时间与第一电容C1的电容值和第二电阻R5的电阻值存在以下关系：
第一电容C1存储的电荷量：
Q＝CU(1)
其中，C为第一电容C1的电容值；
第二电阻R5消耗的电量：
Q＝I2R5t(2)
其中，I为第二电阻R5的电流值，R5为第二电阻R5的电阻值；
根据式(1)和式(2)可以得到开关机电路10延迟关断的时间：
t = CR 5 U - - - ( 3 )
电压U为：
U＝Uc-UEN(4)
其中，Uc为节点C的电压，UEN为线性低压差稳压器的最低使能电压；节点C的电压为：
Uc＝Vbat-Uce-UD(5)
其中，Vbat为电池BAT的电压，优选为3.4V-4.2V；Uce为三极管Q1导通后的压降，优选为0.1V；UD为第一隔离模块15的压降，优选为0.3V；UEN优选为1.5V。根据式(4)和式(5)可得电压U的取值范围为：
1.5V≤U≤2.3V
以选取小电容的低成本原则，优选第一电容C1的电容值为10uF，第二电阻R5的电阻值为1M，根据式(3)、(4)以及(5)可得开关机电路10延迟关断的时间的范围为：4.3s-6.7s。
在线性低压差稳压器停止工作之前，微控制模块14可以有效地检测到节点D的电平状态，微控制模块14根据电平状态进行一系列的关机动作，在所有关机动作结束后，微控制模块14处于等待状态。当节点C的电压低于线性低压差稳压器的最低使能电压(1.5V)，线性低压差稳压器停止工作，微控制模块14掉电；当电子设备的盖子又打开时，微控制模块14检测到节点D的电平变化，微控制模块14立刻机型开机动作，能够避免系统发生混乱。
当电子设备处于关机状态，电子设备插入充电器时，充电输入接口VUSB输入5V电压，节点A变为5V电压，经过第一分压电阻R1、第二分压电阻R2以及第一电阻R4分压，节点C的电压为3V，此时线性低压差稳压器正常工作，微控制模块14上电，完成充电的初始化，实现电子设备关机充电。
当节点A的电压超过5V时，节点B的电压相应上升，在节点B的电压超过5.1V时，保护模块19的齐纳二极管D4导通，以将节点B的电压在5.1V，避免高压对线性低压差稳压器造成损坏。第二二极管D3用于隔离电压，避免节点C的电压倒灌回节点B。
在拔出充电器后，节点A的电压变为0V，节点C的电压缓慢下降，线性低压差稳压器延迟关断。
本实施例的开关机电路10在电子设备关机时仅有检测模块11在供电，其他模块均不耗电，开关机电路10的功耗可以低至50uA，耗电量低。由于霍尔传感器能够检测磁场的两极，在产品组装时对磁铁摆放方向无要求，简化操作。在电子设备关机后关断微控制模块14的电源，即使程序死机，也不会造成不良影响，因此不需要额外增加复位按键，不破坏现有电子设备的外观。
此外，本实施例的开关机电路10结构简单，成本低，性能稳定，关机耗电量小，大大增加关机后续航能力，并且有效地降低故障发生的概率。
本发明还提供一种翻盖式电子设备，如图3所示，该翻盖式电子设备3包括开关机电路31，该开关机电路31为上述实施例所揭示开关机电路10，在此不再赘述。
综上所述，本发明在检测模块检测到电子设备的盖子合上时，检测模块输出低电平，放大模块停止工作，电源模块的输出关闭，微控制模块掉电；在检测模块检测到电子设备的盖子打开时，检测模块输出高电平，放大模块正常工作，并输出高电平，电源模块的输出打开，为微控制模块供电，该开关机电路的结构简单，成本低。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种开关机电路，其特征在于，所述电路应用在翻盖式电子设备，所述电路包括依次耦接的检测模块、放大模块、电源模块以及微控制模块，所述检测模块用于检测所述电子设备的盖子是否合上；
在所述检测模块检测到所述电子设备的盖子合上时，所述检测模块输出低电平，所述放大模块停止工作，所述电源模块的输出关闭，所述微控制模块掉电；
在所述检测模块检测到所述电子设备的盖子打开时，所述检测模块输出高电平，所述放大模块正常工作，并输出高电平，所述电源模块的输出打开，为所述微控制模块供电。
2.根据权利要求1所述的开关机电路，其特征在于，所述检测模块包括霍尔传感器，在磁铁靠近所述霍尔传感器时，所述霍尔传感器的输出端输出低电平；在所述磁铁远离所述霍尔传感器时，所述霍尔传感器的输出端输出高电平。
3.根据权利要求2所述的开关机电路，其特征在于，所述电路进一步包括第一隔离模块以及RC模块，所述第一隔离模块和所述RC模块连接在所述放大模块和所述电源模块之间，所述第一隔离模块用于隔离所述电源模块的电压，所述RC模块用于所述开关机电路延时关断。
4.根据权利要求3所述的开关机电路，其特征在于，所述电路进一步包括限流电阻以及电平检测模块，所述限流电阻连接在所述霍尔传感器的输出端和所述放大模块之间，所述电平检测模块与所述检测模块连接，所述微控制模块通过所述电平检测模块检测所述检测模块输出的电平；
所述电平检测模块包括霍尔电平状态检测模块，其包括箝位隔离二极管以及上拉电阻，所述箝位隔离二极管的负极与所述霍尔传感器的输出端连接，所述箝位隔离二极管的正极与所述微控制模块连接，所述上拉电阻的一端连接所述箝位隔离二极管的正极，所述上拉电阻的另一端连接所述电源模块的输出端。
5.根据权利要求4所述的开关机电路，其特征在于，所述电路进一步包括第二隔离模块、第一分压电阻、第二分压电阻以及保护模块，所述第一分压电阻、第二分压电阻以及第二隔离模块依次串联连接在所述第一隔离模块和所述RC模块之间，所述保护模块连接在所述第一分压电阻和所述第二分压电阻之间。
6.根据权利要求5所述的开关机电路，其特征在于，所述电路进一步包括电池，所述电池分别与所述检测模块、放大模块以及电源模块连接，用于为所述检测模块、放大模块以及电源模块供电。
7.根据权利要求6所述的开关机电路，其特征在于，所述放大模块包括NPN型三极管，所述三极管的基极与所述限流电阻连接，所述三极管的集电极连接所述电池，所述三极管的发射极通过第一电阻接地；
所述第一隔离模块包括第一二极管，所述第一二极管的正极与所述三极管的发射极连接，所述第一二极管的负极与所述电源模块连接；
所述RC模块包括第二电阻和第一电容，所述第二电阻的一端与所述第一二极管的负极连接，所述第二电阻的另一端接地，所述第一电容与所述第二电阻并联连接。
8.根据权利要求7所述的开关机电路，其特征在于，所述电源模块包括线性低压差稳压器，所述线性低压差稳压器的输入端与所述第一二极管的负极连接，所述线性低压差稳压器的输出端与所述微控制模块连接，用于为所述微控制模块供电。
9.根据权利要求8所述的开关机电路，其特征在于，所述第二隔离模块包括第二二极管，所述第二二极管的正极与所述第二分压电阻连接，所述第二二极管的负极与所述第一二极管的负极连接；
所述保护模块包括齐纳二极管，所述齐纳二极管的负极连接在所述第一分压电阻和所述第二分压电阻之间，所述齐纳二极管的正极接地。
10.一种翻盖式电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求1-9任意一项所述的开关机电路。
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