CN107294386A - 直流电源控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种直流电源控制电路，通过在开关模块的输出端和受控端并联缓冲模块，MCU通过控制模块控制开关模块的导通和关闭，通过合理选择缓冲模块的电容参数，可实现直流电源通过开关模块对负载快速供电；或者在MCU输出关闭信号时由于开关模块中的大容量电阻对缓冲模块的小容量电容充电，实现了通过控制模块能控制开关模块慢速关闭，因此实现了主流电源通过开关模块对负载慢速供电，满足了电路的功能需求，同时由于缓冲模块的电容容量小，实现了整个电路的体积减小和成本降低。

Description

直流电源控制电路
技术领域
本发明涉及电源控制领域，尤其涉及直流电源控制电路。
背景技术
当前大量的移动设备和物联网设备使用电池供电，功耗是这些设备需要考虑的重要因素。这类设备一般有一个CPU及若干外围元件，功耗对这些元件而言极为重要，CPU空闲时进入休眠状态，被外部操作时再唤醒，为了达到超低功耗目的，在CPU进入休眠前，需要关闭不使用的外设，在唤醒后需要重新打开外设的供电电源，这就要求CPU运行的时间尽可能短，对外围设备电源的开关要迅速，但有些外设在运行时是不能立即断电，例如闪存控制器，因为闪存控制器一般带有写入缓存，应用程序发送完数据到闪存控制器后，数据并不是立即写到闪存的，而是有一部分数据仍然存储在缓冲区，如果这个时间断电，则有部分数据能不写入闪存，因此在低功耗场合，对于闪存控制器这类的设备就产生了快速开启电源和缓慢关断电源的控制要求，然而现有的电源控制电路由于对元器件参数需求高而存在体积和成本均偏高，且不能实现快速开启的功能问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种直流电源控制电路，目的在于解决现有的直流电源控制电路无法实现满足功能需求或者存在电路体积大和成本高的问题。
为实现上述目的，本发明提供的一种直流电源控制电路，一种直流电源控制电路，其特征在于，包括控制模块、开关模块、缓冲模块和MCU，所述MCU连接所述控制模块的输入端，所述控制模块输出端连接所述开关模块的受控端，所述缓冲模块的两端分别连接所述开关模块的受控端和输出端，所述开关模块的输出端连接负载，所述开关模块的输入端连接直流电源；其中，
所述MCU输出开启信号时，通过所述控制模块控制所述开关模块导通，所述直流电源通过所述开关模块对所述负载供电；
所述MCU输出关闭信号时，所述开关模块对所述缓冲模块充电，当所述缓冲模块的电压达到触发所述开关模块关闭的预设值时，所述开关模块关闭而切断所述直流电源对所述负载的供电。
优选的，所述开关模块包括第一开关管和第一电阻；
所述开关管的输入级为所述开关模块的输入端；
所述开关管的输出级为所述开关模块的输出端；
所述开关管的控制级为所述开关模块的受控端；
所述第一电阻的两端分别连接所述第一开关管的输入端和控制级。
优选的，所述开关模块还包括第二电阻；
所述开关管的控制级连接所述第二电阻一端，所述第二电阻另一端为所述开关模块的受控端；
所述第一电阻的两端分别连接所述第一开关管的输入端和所述第二电阻另一端。
优选的，所述直流电源控制电路还包括第五电阻；
所述第五电阻一端连接开关模块的受控端，所述第五电阻另一端连接所述控制模块的输出端。
优选的，所述缓冲模块包括第一电容；
所述第一电容的一端为所述缓冲模块的一端，所述第一电容的另一端为所述缓冲模块的另一端。
优选的，所述第一开关管为P沟道MOS管，所述第一开关管的输入级为所述P沟道MOS管源级，所述第一开关管的输出级为所述P沟道MOS管漏极，所述第一开关管的控制级为所述P沟道MOS管栅极。
优选的，所述第一开关管为PNP型三极管，所述第一开关管的输入级为所述PNP型三极管发射极，所述第一开关管的输出级为所述PNP型三极管集电极，所述第一开关管的控制级为所述PNP型三极管基极。
优选的，所述控制模块包括NPN型三极管和第三电阻；
所述NPN型三极管基极连接所述第三电阻一端，所述第三电阻另一端连接所述MCU，所述NPN型三极管集电极连接所述开关模块，所述NPN型三极管集发射极接地。
优选的，所述控制模块包括第四电阻；
所述第四电阻一端连接所述NPN型三极管基极，所述第四电阻另一端连接所述NPN型三极管发射极。
优选的，所述负载为FLASH闪存。
本发明提供的直流电源控制电路，通过在开关模块的输出端和受控端并联缓冲模块，MCU通过控制模块控制开关模块的导通和关闭，通过合理选择缓冲模块的电容参数，可实现直流电源通过开关模块对负载快速供电；或者在MCU输出关闭信号时由于开关模块中的大容量电阻对缓冲模块的小容量电容充电，实现了通过控制模块能控制开关模块慢速关闭，因此实现了主流电源通过开关模块对负载慢速供电，满足了电路的功能需求，同时由于缓冲模块的电容容量小，实现了整个电路的体积减小和成本降低。
附图说明
图1为本发明直流电源控制电路第一实施例的电路结构示意图；
图2为本发明直流电源控制电路工作波形示意图；
图3为本发明直流电源控制电路第二实施例的电路结构示意图；
图4为本发明直流电源控制电路第三实施例的电路结构示意图；
图5为本发明直流电源控制电路第三实施例的电路结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
参照图1，图1为本发明第一实施例提供的直流电源控制电路的电路结构图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
本发明实施例提供的直流电源控制电路包括控制模块40、开关模块20、缓冲模块30和MCU10，MCU10连接控制模块40的输入端，控制模块40的输出端连接开关模块20的受控端，缓冲模块30的两端分别连接开关模块20的受控端和输出端，开关模块20的输出端连接负载50，开关模块20的输入端连接直流电源；其中，
MCU10输出开启信号时，通过控制模块40控制开关模块20导通，直流电源通过开关模块20对负载50供电；
MCU10输出关闭信号时，开关模块20对缓冲模块30充电，当缓冲模块30的电压达到触发所述开关模块20关闭的预设值时，开关模块20关闭从而切断直流电源对负载50的供电。
进一步的，在本实施例中的各模块具体电路如下：
开关模块20包括第一开关管Q1和第一电阻R1；第一电阻R1的两端分别连接第一开关管Q1的输入级和控制级，第一开关管Q1的输入级为开关模块20的输入端，第一开关管Q1的输出级为开关模块20的输出端，第一开关管Q1的控制级为开关模块20的受控端。
本实施例中，第一开关管Q1为P沟道MOS(金属氧化物半导体)管，第一开关管Q1的输入级为P沟道MOS管源级，第一开关管Q1的输出级为P沟道MOS管漏极，第一开关管Q1的控制级为P沟道MOS管栅极。
缓冲模块30包括第一电容C1；第一电容C1的一端连接开关模块20的输出端，第一电容C1的另一端连接开关模块20的受控端。
控制模块40包括NPN型三极管Q2和第三电阻R3；NPN型三极管Q2基极连接第三电阻R3一端，第三电阻R3另一端连接MCU 10，NPN型三极管Q2集电极连接开关模块20，NPN型三极管Q2集发射极接地。
进一步的，开关模块20还可以包括第二电阻R2，此时第一开关管Q1的控制极通过第二电阻R2连接到开关模块20的受控端即图中的C点，此时第二电阻R2的一端做为开关模块20的受控端，此时缓冲模块30的第一电容C1连接在第二电阻R2相对其做为开关模块20的受控端的另一端。
当直流电源需要给负载50即RL供电时，MCU10的引脚Vctrl输出高电平的开启信号时，控制模块40的NPN型三极管Q2的基极输入高电平因此Q1导通，集电极由原来的高电平转换低电平，此时开关模块20的受控端即图中的C点相应转换成低电平，由于第二电阻R2阻值较小如一般取值1KΩ，而第一电容C1容量也很小如一般取值100nF，则第一电容C1上原来充满的电量通过第二电阻R2和NPN型三极管Q2的集电极和发射极对地迅速放电，使得NPN型三极管Q2的集电极也即开关模块20的受控端C点迅速降低到接近地的低电压，因此此时开关模块20的第一开关管Q1即PMOS管栅极电压迅速降低到低电平，因此第一开关管Q1迅速导通，此时直流电源的电压VCC通过第一开关管Q1对负载50进行供电。
当直流电源需要关闭对负载50即RL供电时，MCU10的引脚Vctrl输出低电平信号，此时控制模块40的NPN型三极管Q2关闭，由于第一电容C1连接在开关模块20控制端的D点和输出端B点，即连接在第一开关管Q1的栅极和漏极，由于第一电容C1原来为低电平，因此此时直流电源通过连接在开关模块20的输入端和控制端的第一电阻R1和第二电阻R2以及负载50对第一电容C1进行充电，由于第一电阻R1阻值很大如取值为100KΩ，此时第一电容C1的电压值慢慢升高，但其电压值超过预设值即第一开关管PMOS管Q2栅极电压升高到其关闭阀值时，第一开关管Q1关闭，此时直流电源关闭对负载50即RL供电。通过合理选择图中第一电阻R1、第二电阻R2和第一电容C1的参数，就能实现该电路在MCU10输出开启信号时，开关模块20快速导通从而主流电源快速对负载50即RL供电；当MCU10输出关闭信号时，开关模块20缓慢关闭从而主流电源缓慢关闭对负载50即RL的供电。当MCU10输出关闭信号时，图中第一开关管Q1PMOS管栅极电压通过下面公式进行计算：
Vg＝Vcc*(1-e-t/RC1)；
其中Vg为栅极电压，VCC为直流电源电压值，C1为第一电容C1电容值，R为直流电源对第一电容C1进行充电的总电阻，即为第一电阻R1、第二电阻R2合负载电阻RL之和：
R＝R3+R2+RL；
例如Vg电压在R*C1的时间内达到Vcc的60％左右时使得第一开关管Q1关闭，此时间设定为10ms，第一电容C1电容值取值为100nF，则经过计算可得R＝10*10-3/(10*10-9)＝100K，由于第二电阻R2和负载50RL阻值很小，因此可以第一电阻R1可以直接取值为100K，实现在10ms内延时关闭对负载RL的供电，实际应用场合中，负载50RL为FLAH闪存，具体包括FLAH闪存控制器和与之连接存储器，因此可以实现MCU10在输出关闭信号后直流电压对FLAH闪存的延时断电，为FLAH闪存控制器预留时间将缓存写入FLASH存储器，实现了数据的可靠存储。由于第一电容C1电容量非常小，因此实现了MCU 10控制下电压对负载50的快速供电和延时关闭供电的功能，且满足了电路小型化和低成本要求。
图2为本发明实施例的电路的工作波形示意图，其中波形L1为MCU10的引脚Vctrl输出到控制模块40的波形，波形L2为开关模块20中第一开关管Q1栅极即图中D点的波形，波形L3为开关模块20输出端即图中B点加载在负载50上的波形。由图2可以看出，当MCU10的引脚Vctrl在输出控制脉冲信号的高电平期间，以图2中X虚线开始的高电平，此时波形L2对应的开关模块20第一开关管Q1栅极立即随着拉低，第一开关管Q1因此迅速截止，波形L3也随之迅速拉高，即负载50上的电压升高，实现了在MCU10输出开启信号时，开关模块20快速导通从而主流电源快速对负载50即RL供电。而在MCU10的引脚Vctrl转换到输出低电平时，此时由于直流电源通过第一电阻R1和第二电阻R2以及负载50对第一电容C1进行充电，波形L2对应的电压逐渐升高，当升高到虚线Y对应的位置时，第一开关管Q1才截止，此时实现了直流电源关闭对负载50即RL的供电。
进一步的，在本实施例中，控制模块40还包括第四电阻R4；第四电阻R4一端连接第二NPN型三极管Q2基极，第四电阻R4另一端连接第二NPN型三极管Q2发射极，第四电阻R4起到在MCU10没有输出稳定电平时如上电时刻第二NPN型三极管Q2可靠截止的作用。
本发明实施例提供的直流电源控制电路，通过在开关模块20的输出端和受控端并联缓冲模块30，MCU10通过控制模块40控制开关模块20的导通和关闭，由于缓冲模块30由容量很小的电容组成，且在开关模块20的输入端和控制端并联大容量电阻，以此实现了在MCU10输出开启信号时，通过控制模块40能控制开关模块20快速导通，因此实现了直流电源通过开关模块20对负载50快速供电；或者在MCU10输出关闭信号时由于开关模块20中的大容量电阻对缓冲模块30的小容量电容充电，实现了通过控制模块40能控制开关模块20慢速关闭，因此实现了主流电源通过开关模块20对负载50慢速供电，满足了电路的功能需求，同时由于缓冲模块30由容量很小的电容组成，实现了整个电路的体积减小和成本降低。
进一步的，参照图3，基于本发明直流电源控制电路第一实施例，本发明第二实施例的直流电源控制电路的与第一实施例不同之处是缓冲模块30的第一电容C1与开关模块20连接方式不同，开关模块20的第二电阻R2的一端做为开关模块20的受控端，第一电容C1连接在第二电阻R2的此端，此时第一电容C1的放电和充电回路少了第二电阻R2，能实现更加快速的放电即在MCU10输出开启信号时开关模块20更加快速的导通，而在MCU10输出关闭信号时，充电电压上升要比第一实施例中快，因此直流电源延时关闭供电时间相对第一实施例短，不过由于第二电阻R2的阻值很小如第一实施例中为1K，因此对第一电容C1的放电和充电的时间影响很小，可以正常实现本电路快速供电和延时关闭供电的功能。
进一步的，参照图4，基于本发明直流电源控制电路第一实施例，本发明第三实施例的直流电源控制电路的与第一实施例不同之处是开关模块20少了第二电阻R2，取而代之是在开关模块20受控端和控制模块40输出端之间增加串联第五电阻R5，具体的这里第五电阻R5的一端连接在开关模块20的第一开关管Q1栅极，第五电阻R5的另一端连接在控制模块三极管Q1的集电极，此时第一电容C1充电回路少了第五电阻R5，在MCU10输出关闭信号时，充电电压上升要比第一实施例中快，因此直流电源延时关闭供电时间相对第一实施例短，不过由于第五电阻R5的阻值很小如第一实施例中为1K，因此对第一电容C1的充电的时间影响很小，可以正常实现本电路快速供电和延时关闭供电的功能。
进一步的，参照图5，基于本发明直流电源控制电路第一实施例，本发明第四实施例的直流电源控制电路的与第一实施例不同之处是开关模块20的第一开关管不同，这里的第一开关管改为PNP型三极管Q3，即第一开关管的输入级为PNP型三极管Q3发射极，第一开关管的输出级为PNP型三极管Q3集电极，第一开关管的控制级为PNP型三极管Q3基极。这里的PNP型三极管Q3可以实现第一实施例中第一开关管Q1即P沟道MOS管的相同功能。
在本说明书的描述中，参考术语“第一实施例”、“第二实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体方法、装置或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、方法、装置或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
以上仅为本发明的优选实施例，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)

1.一种直流电源控制电路，其特征在于，包括控制模块、开关模块、缓冲模块和MCU，所述MCU连接所述控制模块的输入端，所述控制模块的输出端连接所述开关模块的受控端，所述缓冲模块的两端分别连接所述开关模块的受控端和输出端，所述开关模块的输出端连接负载，所述开关模块的输入端连接直流电源；其中，
所述MCU输出开启信号时，通过所述控制模块控制所述开关模块导通，所述直流电源通过所述开关模块对所述负载供电；
所述MCU输出关闭信号时，所述开关模块对所述缓冲模块充电，当所述缓冲模块的电压达到触发所述开关模块关闭的预设电压值时，所述开关模块关闭而切断所述直流电源对所述负载的供电。
2.如权利要求1所述的直流电源控制电路，其特征在于，所述开关模块包括第一开关管和第一电阻；
所述开关管的输入级为所述开关模块的输入端；
所述开关管的输出级为所述开关模块的输出端；
所述开关管的控制级为所述开关模块的受控端；
所述第一电阻的两端分别连接所述第一开关管的输入端和控制级。
3.如权利要求2所述的直流电源控制电路，其特征在于，所述开关模块还包括第二电阻；
所述开关管的控制级连接所述第二电阻一端，所述第二电阻另一端为所述开关模块的受控端；
所述第一电阻的两端分别连接所述第一开关管的输入端和所述第二电阻另一端。
4.如权利要求2所述的直流电源控制电路，其特征在于，所述直流电源控制电路还包括第五电阻；
所述第五电阻一端连接开关模块的受控端，所述第五电阻另一端连接所述控制模块的输出端。
5.如权利要求1所述的直流电源控制电路，其特征在于，所述缓冲模块包括第一电容；
所述第一电容的一端为所述缓冲模块的一端，所述第一电容的另一端为所述缓冲模块的另一端。
6.如权利要求2所述的直流电源控制电路，其特征在于，所述第一开关管为P沟道MOS管，所述第一开关管的输入级为所述P沟道MOS管源级，所述第一开关管的输出级为所述P沟道MOS管漏极，所述第一开关管的控制级为所述P沟道MOS管栅极。
7.如权利要求2所述的直流电源控制电路，其特征在于，所述第一开关管为PNP型三极管，所述第一开关管的输入级为所述PNP型三极管发射极，所述第一开关管的输出级为所述PNP型三极管集电极，所述第一开关管的控制级为所述PNP型三极管基极。
8.如权利要求1所述的直流电源控制电路，其特征在于，所述控制模块包括NPN型三极管和第三电阻；
所述NPN型三极管基极连接所述第三电阻一端，所述第三电阻另一端连接所述MCU，所述NPN型三极管集电极连接所述开关模块，所述NPN型三极管集发射极接地。
9.如权利要求1所述的直流电源控制电路，其特征在于，所述控制模块包括第四电阻；
所述第四电阻一端连接所述NPN型三极管基极，所述第四电阻另一端连接所述NPN型三极管发射极。
10.如权利要求1至9任一项所述的直流电源控制电路，其特征在于，所述负载为FLASH闪存。
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