CN1066540A - 含有开关电路以在部分掉电时可确保正常工作的控制系统 - Google Patents

Abstract

一种当电源电压从包括耦合在控制单元(100) 和受控单元(400)之间的开关电路(Q₃)的控制系统 的控制单元上断开时，用于维持受控单元的正确控制 电平的电路装置。当电源电压存在时，该受控单元将 由控制单元(100)产生的控制信号耦合到受控单元 (400)上，且当电源电压不存在时，将控制单元(100) 的输出从受控单元(400)的输入端上断开。以此方 式，当电源电压断开后，在控制单元(100)内，由保护 电路建立的电流通路从受控单元(400)上断开，并且 不会反过来影响受控单元(400)的工作。

Description

本发明涉及当控制系统的一部分失去工作电源时，能保持正常逻辑电平的电路装置。

数字控制系统被广泛地用于诸如用户产品的现代电子设备中。多数情况下，软件控制的微处理器是地道的这类数字控制系统并通过公用数据总线控制设备的各个部分。外部设备控制单元可被耦合在数据总线和受控部分之间并受控于微处理器随之再控制该控制单元。外部设备控制单元可用作微处理器的逻辑电路与诸如开关的控制单元的模拟电路之间的缓存器。此外，微处理器有有限个输入和输出（所谓I/O）端子。具有多个I/O端子的外部设备控制单元可被用于增加受控单元的数目，该受控单元可受控于微处理器并且有时被称作“I/O扩展器”。

大多数电子设备中，控制系统被耦合到“待机”电源上，该电源甚至在当设备被“关断”时仍继续提供工作电源。这使得设备处于“关断”时，状态信息仍然保持着，并且在诸如电视接收机的用户设备中，它可用摇控命令来调谐接收机使其“导通”，以进行接收和处理。尽管控制系统需要提供待机工作电源，但是它并不总是需要或可能为整个控制系统提供待机工作电源。例如，当采用多个外部设备控制单元时，待机电源的负载可能过重。由于这个原因或由于设备的特定结构，可使一个或多个外部设备控制单元从电源上接受工作电源，该电源有时称作“驱动电源”，当设备“关断”时该电源也“关断”。

在某些设备中，受控单元甚至当设备被“关断”时仍不断地提供工作电源。例如，在音频系统中，音频功率放大器可不断地接受工作电源而无需高功率开关。在这种电路结构中，当接收机“关断”时，它需要对功率放大器静音，以避免产生可听到的噪声。当设备关断时，关断控制这种受控单元的外部设备控制单元的电源，会使受控单元工作不正常（例如，不能“静音”）。这个问题可参考图1更全面地理解。

如图1所示，外部设备控制单元集成电路100经数据总线300从微处理器集成电路200上接收控制数据，且随之对受控单元400产生一控制信号。外部设备控制单元100可包括一个I/O总线扩展器。数据总线300例如可以是已知的两线I²C型总线，它包括数据线和时钟线，这种总线已在1983年于荷兰由Philips Export B.V.出版的《菲利浦技术出版物110-I²C总线在用户中的应用》一文中加以详细描述了。由外部设备控制单元200产生的控制信号被耦合到与具有特定功能的受控单元400相联的开关电路500上。例如，受控单元400可包括一电视接收机的音频功率放大器，而开关500可与具有音频静音功能的音频功率放大器相联。尽管可能还有若干其它外部控制单元与各自的控制单元相联，为简化起见，这些其它的单元不再示出。

外部设备控制单元集成电路100包括一数据解码和存贮寄存器部分101，而输出级103包括一场效应晶体管（FET）Q₁。由解码器部分101产生并随之存贮的控制信号根据微处理器200提供的数据被耦合到FET Q₁的栅极上。FET Q₁的漏极被耦合在外部设备控制单元集成电路（IC）100的输出端子上和内部电流源105上。FET Q₁的源极耦合到地。第一保护二极管D₁耦合在输出端和正电压电源轨端上，且第二保护二极管耦合在输出端和地轨端上。二极管D₁通过将漏极产生的电压限制到正电源电压加二极管电压降的程度而保护FETQ₁免遭耦合到输出端上的正向瞬态冲击。二极管D₂通过将漏极产生的电压限制到地电位减去二极管压降的程度，而保护FETQ₁免遭负向冲击。

包括由电阻R₁、R₂和R₃的构成的分压器的开关500串联地联接在电源轨端和地电位及NPN晶体管Q₂上。在外部设备控制单元IC 100的输出端子上产生的控制信号被耦合到电阻R₁和R₂的联接点上，且电阻R₂和R₃的联接点耦合在晶体管Q₂的基极上。晶体管Q₂的集电极联接到控制相关功能的受控单元400内的负载电路上（其输入阻抗由负载电阻R₄代表）。晶体管Q₂的发射极接地。

微处理器200被耦合到待机电源上（未示出），该待机电源甚至在当包括图1所示电路结构的设备“关断”时，仍不断地提供正待机工作电压（待机）。外部设备控制单元100被耦合到当设备接通时它提供正工作电压（RUN1）、当设备关断时设备也关断的由开关SW表示的工作电源（未示出）上。这一性能减少了待机电源的功耗。还排除了将待机电源接通到整个设备的各个点上，当各种外部设备控制单元靠近各受控单元定位并远离微处理器200时特别具有优越性。此外，它还排除了对待机电源的需求，这种待机电源提供了仅由外部设备控制单元100所需的特定电源电压。电阻R₅代表包括其它外部设备单元的各种其它电阻，该电阻接收RUN1工作电压。负载电阻R₅将被引入到对由本发明解决的问题的描述之中。受控单元400和开关500被耦合到甚至当设备被关断后仍不断提供另一工作电压（RUN2）的另一驱动电源（未示出）上。后一性能排除了对较昂贵的电源开关的需求。

受控单元400的功能是受当FET晶体管Q₁非导通（截止）且PNP晶体管Q₂导通（饱和）而启动的晶体管Q₂所控制的。当FET晶体管Q₁导通（饱和）NPN晶体管Q₂非导通（截止）而受抑制的。在以受控单元包括电视接收机的音频功率放大器且开关500控制音频功率放大器的静音功能为例子时，当FET晶体管Q₁非导通，且NPN晶体管Q₂导通时，音频功率放大器受到静音控制。例如，NPN晶体管Q₂的导通可使电流源从工作中中断，由此关断功率放大器。当接收机关断时，需要使功率放大器关断以使由电子噪声引起的不期望的可听到的响应静音，并且由于受控单元400耦合到驱动电源上也减少接收机的功率消耗，这种驱动电源甚至在当接收机关断后仍不断提供工作电压（RUN2）。这种电路装置在由R.E.Morris，Jr于1990年4月25日提交并于1990年12月10日授权的共同转让的美国专利511，295，《用于对待机方式下的音频功率放大器静音的装置》中加以描述了。为了对功率放大器静音，当接收机关断时，晶体管Q₂应导通。但是，保护二极管D₁却以如下方式阻碍了这种应出现的状态。

当接收机关断后，微处理器200发送控制数据以使外部设备控制单元100的场效应晶体管Q₁在使包括加有RUN1电源电压的接收机的受切换的电源将被关断前，立即变成非导通。当接收机关断，使FET晶体管Q₁变成非导通时，NPN晶体管Q₂被认为导通并随后仍认为保持导通。如果在接收机关断后仍保持电源电压RUN1，将使外部设备控制单元100的输出端保持高阻抗。然而，即使晶体管Q₁在RUN1电源电压失去后在外部设备控制单元100的输出端上呈现高阻抗，但仍可以如下方式在输出端子上表现出一较低阻抗的电流通路。当RUN1电源电压从外部设备控制单元100上断开后，其阴极经RUN1电源的各种负载（R₅）耦合到地、其阳极经电阻R₁耦合到RUN2电源电压上的保护二极管D₁，依RUN2电源电压而正向偏置。其结果，在外部设备控制单元100的输出端子与地之间建立起一个穿过导通的保护二极管D₁和负载电阻R₅的电流通路。这一电流通路使NPN晶体管的基极电压保持很低，使它不能如所需那样变成导通。电流通路的阻抗取决于由电阻R₅所代表的负载的本身，并且不易预测和控制。因此，选择电阻R₁、R₂和R₃的值以均衡这种不希望的电流通路的存在是困难的。

本发明的一个方面涉及当工作电压从控制单元上断开后由控制单元的保护二极管引起的问题。本发明的另一方面涉及耦合在控制单元和受控单元之间的附加的开关电路，它用于当工作电压从外部设备控制单元上断开时有选择地将保护二极管从受控单元上断开，以解决该问题。本发明的再一个方面涉及这样一种开关电路的电路结构，当加上工作电压时，可根据控制单元的工作电压进行正常控制，且当工作电压断开后，将控制单元从受控单元上断开。

本发明的各个特征将参考附图加以描述：

图1为有利于理解本发明所解决的问题的前述控制系统的示意图;

图2为含有优选实施例开关电路的控制单元的示意图，它是根据本发明的一个方面构成的，并解决了图1所示控制系统中存在的问题。

在图2中，与图1中控制系统相同或相似的元件标以相同的标号。

图2所示控制系统除了插在外部设备控制单元100和与受控单元400相联的开关电路500之间包括构造成非反向缓存器NPN晶体管Q₃的附加开关电路外，与图1所示电路相同。晶体管Q₃的发射极耦合在外部设备控制单元100的输出端，晶体管Q₃的集电极耦合到开关电路500的电阻R₁和R₂的联接点上。当RUN1电源存在时，经限流电阻R₆被耦合到晶体管Q₃的基极。由于下述原因，任选的电阻R₇可耦合在晶体管Q₃的基极和地之间。

当设备接通而RUN1电源电压存在时，如果FET Q₁根据微处理器200产生的数据而导通（饱和）后，NPN晶体管Q₃的发射极经导通的FET Q₁拉到地电位。结果，晶体管Q₃的基极发射极结被正向偏置，且晶体管Q₃由于RUN1电源电压被耦合到其基极上而导通（饱和）。随后，晶体管Q₂变成非导通（截止），受控单元400的相关功能（静音）被中断。如果FET Q₁变为非导通，则NPN晶体管Q₃的发射极经电流源101拉到RUN1电源电压上。结果使晶体管的基极发射极结反偏且晶体管Q₃变为非导通（截止）。随后，晶体管Q₂变为非导通（截止）且受控单元400的相关功能被激活。这样，附加的开关晶体管Q₃并不干扰正常控制工作。

当设备关断而RUN1电源电压不存在时，晶体管Q₃的基极电压为地电位，且晶体管Q₃为非导通（截止）。结果，保护二极管D₁从开关电路500上断开，且晶体管Q₂的基极电压为设想的并在电阻R₁和R₂的联接点上产生的正电压，于是，晶体管Q₂为导通（饱和），且如所希望的，受控单元400的相关功能（静音）被激活。

随RUN1电源电压下降时，不产生不希望的瞬态现象。如参照包括音频功率放大器的受控单元的实例所描述的，当接收机关断时，需使静音功能激活，以确保不产生可听到的噪声响应。为此目的，微处理器200向外部设备控制单元100发送数据以在被切换的包括RUN1电源的电源被关断前，迅速地使FET晶体管Q₁变为非导通（截止）且NPN晶体管Q₂变为导通（饱和）。由于电源滤波电容器（未示出），使RUN1电源电压不是迅速下降而是逐渐地下降的。当RUN1电源下降时，由于晶体管Q₃的基极电压随RUN1电源电压而变，使晶体管Q₃保持非导通。

任意选择的电阻R₇引入电路以为开关晶体管Q₃相对于RUN1电源电压建立一个截止阈值，以禁止由RUN1电源电压下降外部设备控制单元集成电路100不稳定的工作引发的瞬变。例如，假定当RUN1电源电压降到2伏时，由于FET Q₁从所需的非导通状态变为导通状态，使外部设备控制单元集成电路出现误操作。在这种情况下，电阻R₆与R₇的比例可加以选择以提供足够的基极电压，例如0.4V，以当由RUN1电源电压在2V电平时引起FET晶体管Q₁误动作时，使晶体管Q₃变为导通。

Claims (4)

1、在可“接通”和“关断”的电子设备中，所具备的装置包括：

受控单元(400)，该受控单元甚至在当所述设备“关断”时，仍可接受第一电源电压，该受控单元包括一个控制装置(500)，用以根据耦合到输入端上的控制信号控制所述受控单元的特定功能；

控制单元(100)，该控制单元接受第二电源电压并仅当所述设备“接通”时，在输出端上产生所述控制信号；

其特征在于还包括；

开关(Q3)，该开关用于当所述第二电源电压存在时，将在所述控制单元(100)的所述输出端上产生的控制信号耦合到所述控制装置(500)的所述输入上，并当所述第二电源电压不存在时，将所述控制装置(500)的所述输入从所述控制单元(100)的所述输出端上断开。

2、根据权利要求1的装置，其特征在于：所述控制装置（500）包括一耦合到其输出端上的保护装置。

3、根据权利要求1的装置，其特征在于：所述开关（Q3）根据所述第二电源电压的存在，将在所述控制单元（100）的所述输出端上产生的控制信号耦合到所述控制装置（500）的所述输入端上，并根据所述第二电源电压的消失，将所述控制装置（500）的所述输入从所述控制单元（100）的所述输出端中断开。

4、根据权利要求3的装置，其特征在于：

所述开关（Q3）包括一晶体管（Q3），该晶体管具有确定了导通路径的各末端的第一和第二电极，以及一个用于控制所述导通路径的导通状态的控制电极;所述第一电极耦合到所述控制单元（100）的所述输出端上，所述第二电极耦合到所述控制装置（500）的所述输入端上，且所述第二电源电压耦合到所述控制电极上。

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