CN105449990A - 一种实现关机零功耗的电路 - Google Patents

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Abstract

本发明一种实现关机零功耗的电路，一种实用的电源检测控制电路，包括一个开关管、二个二极管和一个电阻；开关管漏极接系统工作电源的使能端，且使能端接第一二极管D1的反向，第一二极管D1的正向接至系统输出的状态信号，开关管的源极接系统工作电源的输入端，开关管的栅极通过一电阻接开关管的源极，开关管的栅极还接第二二极管D2正向端，第二二极管D2反向端接至ON/OFF开关信号端。

Description

一种实现关机零功耗的电路
一、技术领域
本发明涉及一种电源的开关电路，尤其是可实现关机“零”功耗的开关机电路，即关机后只有开关机检测电路在待机守候，其他主电源关闭。
二、背景技术
通常所见电子设备，无论台式PC机、工控机，甚至PAD开关机为轻触开关控制，其关机电路通常设计为不断电的、守候式电路，故关机后设备会一直消耗电能。例如台式PC机关机功耗：1～2W；电视机、电视机机顶盒、路由器等家电，关机功耗：0.5～2W，”关机”电流达到mA甚至数十mA，一年耗电5～15度。
电子设备通常采用轻触式开关机on/off按键，即一键轻触式开机on和关机off，这种电子设备关机off后处于待机状态，此时待机状态的工作电源输出没有全为0，工作电源存在一定的输出电流，此输出功耗通常较大(1～2W)；由于待机状态处于守候状态，再按下on/off键后，设备又能正常启动并工作。
通常电子设备待机功耗有1～2W，比如采用IntelATOM系列主板的ITX-D2550/D2600/D2700等，研华的SOM7562，IntelI3/I5系列主板ITX-I3/I5等，其待机功耗约1W多。
通常电子设备可以划分为：主系统(主板，包括中央处理器)、系统工作电源、电源适配器/电池、及开关机按键。如图1。电源适配器一般是外置，电池一般为内置，也可二者同时使用。系统工作电源一般也有二种，一种是DC-DC，图中DC-DC的输出为12V/5V/3.3V；另外一种是线性电源，也可以二者同时使用。本发明对上述情况都适用。
关机后待机功耗似乎并不大，关机功耗没有引起厂家对其太多关注，乃至采取降耗处理。
开关机电路几乎存在于所有电子设备(每家每户或工作单位均有多台套电子设备)中，所以电子设备在关机后待机损耗的总体量能是巨大的！从我国人口众多而又资源日益匮乏的现状来看，节能减排将是一项长期的国策。在十二五规划中，更是强调了节能形势的严峻性和节能技术的重要性。寻求可实现关机“零”功耗的技术，对我国节能减排工作的有着非常现实的重要的意义。
三、发明内容
本发明的目的是，实现电子设备关机后的“零”功耗，从而实现节能。关机后待机功耗极其微小，可测电流(功耗)为数uA，几乎为“零”功耗。尤其适用于PAD、台式电脑、工控机和等电子设备。
本发明的技术方案是，实现关机“零”功耗的电路，在电子设备通过增加电源检测控制电路，如图2，使主机关机后主系统供电电源输出为0，同时电源检测控制电路处于待机守候，此时待机状态功耗(图2的“输入”端功耗)极低，通常功耗电流为数uA，折合功耗为数uW～数十uW(功耗＝电流x电压)，替代了原来的待机状态功耗(图1的“输入”端功耗)电流为数100mA，折合功耗为1～2W功耗，小了100000倍以上，故称之为“零”功耗电路。“零”功耗电路不影响原有正常的正常开机和关机动作。不同以往，按下开关机键产生的触发信号，不再单纯地作为开关机信号，而是作为电源检测控制电路的一个触发信号；系统工作电源的使能信号，不再是常态有效，而是随状态变化而变化，受控于电源检测控制电路。
本发明技术方案：一种实用的电源检测控制电路，包括一个开关管、二个二极管和一个电阻。开关管漏极接系统工作电源的使能端。且使能端接第一二极管D1的反向，第一二极管D1的正向接至系统输出的状态信号，开关管的源极接系统工作电源的输入端，开关管的栅极通过一电阻接开关管的源极，开关管的栅极还接第二二极管D2正向端，第二二极管D2反向端接至ON/OFF开关信号端。
开关管导通时，将输入源极导通到漏极，系统工作电源的使能有效；反之，不导通时，输入源极与漏极断开，输入与使能断开。
二极管D1为单向导通作用，将系统工作“状态信号”---接D1的正向端信号的高电平信号，导通到接D1的反向端信号---DC-DC的使能端，可以起到工作状态维持、自举的作用；当然，系统无工作“状态信号”低电平信号时，二极管D1不导通，不起作用。
二极管D2为单向导通作用，将开机时按键产生的ON/OFF信号---接D2的反向的低电平信号，传递到接D2的正向的开关管P-MOSFET栅极，从而使开关管栅极拉低，开关管导通；当然，无按键操作时，ON/OFF为高电平信号，二极管D2不导通，不起作用。
增加电源检测控制电路，其主要功能为关机时处于低功耗待机，开机后提供供电电源正常工作的使能。其有效输入有二：其一为开关机的ON/OFF信号(当按下按键时ON/OFF为高低电平变化信号)，其二为主系统工作状态信号(当系统工作与不工作时的高低电平变化信号)。
当系统不工作时，“状态信号”(低电平)无效，按键ON/OFF(高电平)无效，系统工作电源的使能无效；系统工作电源无输出；仅电源检测控制电路维持监控，处于极低功耗(数uA，即数uW)状态---即零功耗状态。
电源检测控制电路输出为系统工作电源的使能信号。如图2。
注：状态信号：主系统工作状态信号，分为“工作”，和“不工作”二种状态，通常“工作”状态为高电平；反之，“不工作”状态为低电平。一般电子设备都具有工作状态信号，如PAD、PC机的工作状态指示灯信号。
本发明有益效果：对于台式机和工控机来说，关机后整个设备只有开关机电路在待机工作。对于此类设备，本发明可实现关机“零”功耗。对于笔记本或其他较为复杂的嵌入式设备，机器在关机后，仍然要求正常工作的有开关机电路、电压监控电路和温度监控电路等。对于此类设备，本发明可降低关机功耗，同样实现节约能源。无论台式机和工控机，无论原待机功耗有多少，采用本发明电路，待机功耗都只有数uA，几乎“零”功耗。
几乎所有的电子电器设备，都必须存在一个开关机电路，除了台式机和工控机，推而广之，比如：手机、电脑、电视机、机顶盒、洗衣机和热水器等等，在我们的生活和工作中，由于开关机电路造成的能源消耗是非常巨大的。本发明不仅仅是针对于工控机设备实现的关机零功耗，对于如何实现其他电子电气设备的关机零功耗或关机低功耗，也有重要参考价值。
三、附图说明
图1工控机等电子设备的电路框图。
图2增加“零”功耗控制的工控机电路框图。
图3实现“零”功耗控制的工控机电路。
图4实现“零”功耗控制的信号时序图。
图5设备开机的流程。
图6设备关机的流程。
五、具体实施方式
图1中只将有关主题部分的电路抽象出来，包括轻触式开关按键控制，适配器、电池(内置方式或外接方式)和系统工作电源。图2中红(淡)色部分---电源检测控制及状态信号、使能信号、on/off信号，为增加的“零”功耗控制功能电路框图。实现“零”功耗控制的一种实用电路，主要包括P-MOSFET、二个二极管、和电阻。注：“T”为关机延时时间。
系统工作电源是典型DC-DC型的开关电源，具有使能的高电压使开关电源开始工作；反之，使能的低电压使开关电源断电。
如图3所示，一种实用的电源检测控制电路用于工控机等电子设备，包括一个P-MOSFET(开关管的典型型号，切断时工作电流最低)、二个二极管、和一个电阻；如图3。
P-MOSFET其为开关作用，当栅极为低电平时，其源栅极压差为高电压，其开关状态为导通，即源极和漏极导通,MOSFET正常导通，将“输入”端的高电平信号，从源极导通到漏极，并且导通到DC-DC的使能端，DC-DC的使能将“有效”；反之，当其栅极为高电平时，其源栅极压差为低电压，其开关状态为断开，即源极和漏极断开,MOSFET不导通，DC-DC的使能与“输入”断开。
D1为单向导通作用，将输入的主系统工作“状态信号”导通到使能端，可以起到工作状态维持、自举。
D2为单向导通作用，将输入的ON/OFF开机时有效低电平信号导通到P-MOSFET栅极，从而MOS管导通。
电阻为该MOS管的栅极典型上拉电阻。
实现“零”功耗控制的信号的时序图如图4。
本发明适合嵌入式终端、台式机、笔记本电脑和工控机等终端产品。
使用了本发明后，对于关机后设备可以实现关机“零”功耗。对于其他较复杂的开关机智能终端或设备，也可实现关机待机时降低功耗。
本发明涉及的电路实用、易行、成本低、且稳定、可靠。

Claims (6)

1.一种实用的电源检测控制电路，其特征是包括一个开关管、二个二极管和一个电阻；开关管漏极接系统工作电源的使能端，且使能端接第一二极管D1的反向，第一二极管D1的正向接至系统输出的状态信号，开关管的源极接系统工作电源的输入端，开关管的栅极通过一电阻接开关管的源极，开关管的栅极还接第二二极管D2正向端，第二二极管D2反向端接至ON/OFF开关信号端。
2.根据权利要求1所述的实用的电源检测控制电路，其特征是开关管为P-MOSFET。
3.根据权利要求1所述的实用的电源检测控制电路，其特征是第一二极管D1单向导通，将输入的系统工作电源工作状态信号即高电平导通到使能端，起到工作状态维持、自举。
4.根据权利要求1所述的实用的电源检测控制电路，其特征是第二二极管D2单向导通，将开机时按键产生的ＯＮ／ＯＦＦ低电平信号，传递到开关管栅极，从而使开关管栅极拉低，开关管导通；无按键操作时，ＯＮ／ＯＦＦ为高电平信号，第二二极管D2不导通，不起作用。
5.根据权利要求1所述的实用的电源检测控制电路，其特征是系统正常工作时，“状态信号”为有效，则系统工作电源维持，则系统工作维持。
6.根据权利要求1所述的实用的电源检测控制电路，其特征是系统不工作时，“状态信号”处于低电平无效，按键ON/OFF处于高电平无效，系统工作电源的使能无效；系统工作电源无输出；仅电源检测控制电路维持监控，处于数ｕA，即数ｕW极低功耗状态。
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