CN107425835A - 一种开关机电路 - Google Patents

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Abstract

本文公开了一种开关机电路，包括：PMOS管、开关、三极管、RC并联电路；其中，所述PMOS管的源极连接外部电源输入端，漏极作为内部电源输入端，该内部电源输入端通过转换回路连接CPU的预上电接口，所述转换回路将内部电源输入端的电压转换为所述CPU的预上电接口的高电平电压；所述开关连接所述PMOS管的源极和所述外部电源输入端；所述三极管的基极连接所述CPU的预上电接口和所述RC并联电路，集电极连接所述PMOS管的栅极，发射极接地。完美实现了开机的预定功能，在保留软关机功能的前提下，实现了一触硬开机，适用于机顶盒等终端设备。

Description

一种开关机电路
技术领域
本发明涉及通讯与计算机领域，尤指一种开关机电路。
背景技术
目前，很多终端都采用软关机/软开机的方式关机/开机。这样，一方面能够保护终端的某些内部器件，另一方面还能在不使用时使得终端完全彻底断电。目前，软关机/软开机主要通过如下方式实现：在终端的控制回路加入一个开关，该开关的第一次长按能让主回路上电开机，开机后CPU启动，终端运行，在终端运行过程中一直监测输入/输出(GPIO)，以监测开关变化；该开关的第二次碰触，引起控制回路跳变，从而触发CPU的软件保护性软关机。上述软开机/软关机的方法，不足在于需要等CPU启动后能自锁，才能松开相应开关的按键。一般来说，开机需要长按1秒左右，长按时间对于用户来说不好把握，用户体验差，而且不能做到一触开机。
在软关机的基础上，对于终端的一触快速开机，目前还未提出有效的解决方案。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种开关机电路。
为了达到本发明目的，本发明提供了一种开关机电路，包括：PMOS管、开关、三极管、RC并联电路；其中，
所述PMOS管的源极连接外部电源输入端，漏极作为内部电源输入端，该内部电源输入端经过电压转换后为CPU的预上电接口提供高电平；
所述开关连接所述PMOS管的源极和所述外部电源输入端；
所述三极管的基极连接所述CPU的预上电接口和所述RC并联电路，集电极连接所述PMOS管的栅极，发射极接地；
所述RC并联电路连接所述三极管的基极和所述CPU的预上电接口。
其中，所述RC并联电路至少包括：第一电容和第一电阻，所述第一电容与第一电阻并联，所述并联的一端连接所述三极管的基极和所述CPU的预上电接口，另一端接地。
其中，所述第一电容的取值为0.01uF到22uF。
其中，所述三极管的基极与所述RC并联电路之间还串联有至少一个分压电阻，所述RC并联电路与所述CPU的预上电接口之间还串联有至少一个分压电阻。
其中，所述PMOS管的源极与栅极之间还并联有第二电容，所述第二电容串联在所述外部电源输入端和所述开关之间。
其中，在所述外部电源输入端与所述开关之间还串联有至少两个分压电阻，所述两个分压电阻中一个与所述第二电容并联，另一个与所述第二电容串联。
其中，所述PMOS管的栅极与所述三极管的集电极之间还串联有至少一个分压电阻。
其中，所述开关为单刀单掷复位开关，一端连接所述PMOS管的栅极，其他端接地。
其中，所述开关连接所述PMOS管源极的一端还连接跳变电压输入端，所述跳变电压输入端在所述开关接通时提供一个由高电平到低电平的跳变给所述CPU，使得所述CPU启动关机机制。
其中，所述开关与所述跳变电压输入端之间还串联有至少一个分压电阻。
本发明实施例提供的开关机电路，包括：PMOS管、开关、三极管、RC并联电路；其中，所述PMOS管的源极连接外部电源输入端，漏极作为内部电源输入端，该内部电源输入端经过电压转换后为CPU的预上电接口提供高电平；所述开关连接所述PMOS管的源极和所述外部电源输入端；所述三极管的基极连接所述CPU的预上电接口和所述RC并联电路，集电极连接所述PMOS管的栅极，发射极接地；所述RC并联电路连接所述三极管的基极和所述CPU的预上电接口。如此，能够通过预上电电压自锁开关部分，完美实现开机的预定功能，该电路结构简单，成本低廉，在保留软关机功能的前提下，实现了一触硬开机，同时实现了软关机与硬开机，适用于机顶盒等终端设备，不需要长按即可开机，提升了用户体验。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1为本发明实施例开关机电路的结构示意图；
图2为本发明实施例电压转换的拓扑示意图；
图3为本发明实施例CPU内部连接示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
如图1所示，本发明实施例提供的开关机电路可包括：PMOS管VT2、开关S1、三极管VT3、RC并联电路。图1中，PMOS管VT2的2脚为源极，3脚为漏极，1脚为栅极。三极管VT3的1脚为基极，2脚为发射极，3脚为发射极。
其中，所述PMOS管VT2的源极连接外部电源输入端12VIN，漏极作为内部电源输入端AO_12V，该内部电源输入端AO_12V经过电压转换后为CPU的预上电接口提供高电平AO_3.3V；所述开关S1连接所述PMOS管VT2的源极和所述外部电源输入端12VIN；所述三极管VT3的基极连接所述CPU的预上电接口POWER_CTRL和所述RC并联电路，集电极连接所述PMOS管VT2的栅极，发射极接地；所述RC并联电路连接所述三极管的基极和所述CPU的预上电接口POWER_CTRL。
其中，RC并联电路可包括电阻R49和电容C137，电阻R49和电容C137并联。RC并联电路一端接地，另一端连接三极管VT3的基极和CPU的预上电接口POWER_CTRL。实际应用中，RC并联电路还可包含多个电阻和电容，其具体实现形式可基于相关技术直接想到，不再赘述。
其中，PMOS管VT2的源极连接外部电源输入端12VIN，本发明实施例中用插座X1表示该外部电源输入端12VIN，插座X1的三个脚1/2/3中，1脚连接VT2的2脚，2脚和3脚接地(GND)。实际应用中，外部电源输入端也可以通过其他形式的端口实现，不再赘述。本发明实施例中，外部电源通过外部电源输入端提供12V的输入电压。
其中，PMOS管VT2的漏极用来将外部电源的输入电压AO_12V提供到终端内部，即可以作为内部电源输入端，内部电源输入端的电压也为12V。该内部电源输入端经过电压转换后为CPU的预上电接口POWER_CTRL提供高电平(3.3V)。具体的，PMOS管VT2的漏极可通过一个或几个转换电路DC-DC连接CPU的预上电接口POWER_CTRL，由转换电路DC-DC变压之后为CPU的预上电接口POWER_CTRL提供高电平。如图1所示，PMOS管的漏极还连接有电容C18，电容C18一端连接PMOS管的漏极，另一端接地，起到保护电路的作用。如图2所示，转换电路DC-DC将输入电压AO_12V转换为适合CPU的预上电接口POWER_CTRL的高电平电压AO_3.3V。
其中，PMOS管VT2的栅极连接三极管VT3的集电极。如图1所示，本发明实施例中，PMOS管VT2的栅极通过两个电阻(R5和R6)连接到三极管VT3的集电极，电阻R5和R6起到分压作用。其中，电阻R5连接在PMOS管VT2的栅极和图1的B点之间，电阻R6连接在B点与三极管VT3的集电极之间。
其中，三极管VT3的发射极接地，基极连接CPU的预上电接口POWER_CTRL。如图1所示，本发明实施例中，三极管VT3的基极通过两个电阻(R45和R117)连接到CPU的预上电接口POWER_CTRL。其中，R45连接在三极管VT3的基极与RC并联电路的非接地端之间，R117连接在RC并联电路的非接地端与CPU的预上电接口POWER_CTRL之间，电阻R45和R117均起到分压作用。在CPU的预上电接口POWER_CTRL为高电平3.3V时，通过两个电阻(R45和R117)的分压作用，使得三极管VT3的基极与发射极之间压差能够达到其开启电压；在关机时，即使有残压，通过两个电阻(R45和R117)的分压，也能确保三极管VT3的基极电压低于其开启电压，避免出现重开机的情况。
其中，开关S1为单刀单掷开关，2/3/4脚均接地，1脚分别连接电源输入端12VIN和CPU的跳变电压输入接口POWER_DET。如图1所示，在电源输入端12VIN与开关S1之间连接有电阻R4、电阻R119和二极管VD2。其中，电阻R4和电阻R119起到分压作用，二极管VD2电源输入端12VIN到开关S1单向导通(图1中B点和S1之间的A点到C点单向导通)。实际应用中，可以根据MOS管规格得到R4和R119的值，使其产生稳定的分压。
如图1所示，开关S1和跳变电压输入接口POWER_DET之间还连接有二极管VD1和电阻R44，电阻R44起到分压的作用，二极管VD1使得跳变电压输入接口POWER_DET到开关S1单向导通(图1中POWER_DET和S1之间的A点到C点单向导通)。
本发明实施例中，在PMOS管VT2的源极与栅极之间还并联有电容，该电容的充电过程即为PMOS管VT2的源极与栅极之间建立电压的过程，一旦其两端电压达到导通阈值，那么PMOS管VT2的源极与栅极饱和导通，PMOS管VT2的源极与漏极相通，漏极上将会有12V的电压。如图1所示，PMOS管VT2的源极与B点之间并联有电容C10，PMOS管VT2的栅极通过电阻R5接到B点，相当于电容C10并联在PMOS管VT2的源极与栅极之间，电容C10与电阻R4并联，电容C10的充电过程即为PMOS管VT2的源极和栅极之间建立电压的过程。
其中，从插座X1进来的外部电源12VIN经过PMOS管VT2的漏极、源极成为AO_12V，送往各个转换回路DC-DC的输入端，经过转换回路DC-DC后接到CPU的预上电接口POWER_CTRL，这是本发明实施例开关机电路的主回路。主回路由控制回路控制，如图1所示，本发明实施例开关机电路的控制回路主要包括开关S1和三极管VT3，控制回路连接到PMOS管VT2的栅极。
其中，PMOS管VT2是个重要器件，PMOS管VT2的漏极和栅极没有压差时，VT2不打开，主回路不通。当PMOS管VT2的漏极和栅极间有电压差时，VT2开始打开，在PMOS管VT2的漏极和栅极间的电压差达到PMOS管的导通压差时，PMOS管VT2饱和导通，PMOS管VT2的源极与漏极间导通，则主回路导通。
需说明的是，本发明实施例中的开关S1优选为50mA、12DC的单刀单掷复位轻触开关。例如，可为50mA、12DC的单刀单掷黑色圆柄复位轻触开关。轻触开关S1，即可将开关S1的1、2脚连接，ms级时间后开关S1的1、2脚将自动断开。电源线插入电源插座X1，没有按下开关S1时，VT2不导通，图1所示的开关机电路的主回路不通，CPU没有上电不工作。
图1所示的开关机电路的开机流程如下：
当电源线插入电源插座X1，按下开关S1的瞬间，电源输入端12VIN、C10、R119、VD2、S1到地组成一个回路，此时，为C10充电，C10充电建立电压的过程即为VT2的栅极和源极间建立电压的过程。同时，R4上同步建立电压，电源输入端12VIN、R4、R119、VD2、S1组成一个回路。ms级时间后C10充电完成，电源输入端12VIN、C10、R119、VD2、S1到地组成的回路断开，电源输入端12VIN、R4、R119、VD2、S1组成的回路中R4和R119上会产生稳定的分压，分压后在PMOS管VT2的源极(2脚)和栅极(1脚)之间电压达到使VT2饱和导通的电压。本例中，PMOS管VT2的饱和电压一般为2.2V到10V之间，本实施例中，通过为C10充电，以及R4和R119的分压作用，使得图1中B点对地约有8V的电压，即PMOS管VT2的1脚即栅极上会有8V的电压，而此时PMOS管VT2的2脚上有12V的电压，如此，在PMOS管VT2的源极2脚与栅极1脚之间形成了4V的压差，使得VT2饱和导通，VT2的源极和漏极相通，VT2的漏极(3脚)上也就有了12V的电压，这样，主回路通，VT2的漏极会向转换回路DC-DC提供12V的电压。
主回路通了以后，如图2所示，转换回路DC-DC的输入端AO_12V有了12V的电压，那么在其输出端AO_3.3V即可有3.3V的电压，提供给CPU的预上电接口POWER_CTRL。
如图3所示，在CPU内部，来自转换回路DC-DC的输出端的AO_3.3V通过一个上拉电阻R接到了预上电接口POWER_CTRL。在CPU内部，预上电接口POWER_CTRL连接CPU的使能接口ENABLE和CPU的控制接口CPU_CTRL。
如图1所示，转换回路DC-DC的输出端向POWER_CTRL提供3.3V的电压之后，三极管VT3的基极(1脚)建立偏置电压，VT3导通。电源输入端12VIN、R4、R6、VT3到地形成回路，此时，电阻R4和R6的分压使得PMOS管VT2的源极和栅极之间保持需要的压差。此时，开关S1断开，PMOS管VT2仍然处于饱和导通状态，PMOS管VT2漏极仍提供12V电压给转换回路DC-DC，转换回路DC-DC提供稳定的3.3V电压给CPU的预上电接口POWER_CTRL，如此，在人为按下开关S1后ms级时间里就能完成自锁，给用户一触开机的完美感受。
另外，在CPU程序完全起来后，CPU_CTRL拉起上拉，实现CPU对这个管脚的控制。其中，CPU_CTRL是CPU的GPIO口，可以实现拉高拉低控制。本实施例中，通过一个小内阻拉到3.3V，就是正常工作时的控制，等到CPU要关机时可把这个管脚接到地，这个管脚电平即为低，从而控制关机。
图1所示的开关机电路的关机流程如下：关机时，按下轻触开关S1，与CPU端IO口相连的跳变电压输入端POWER_DET会提供一个由高电平3.3V到低电平0的跳变，CPU检测到这个跳变后，会启动关机机制。首先，CPU关掉各级应用，尤其是关掉硬盘相关的读写操作，在确认硬盘不再工作后启动转换回路DC-DC的下电流程，转换回路DC-DC给CPU的预上电接口POWER_CTRL送出低电平，进而拉低三极管VT3的基极(1脚)电压，关断VT3，PMOS管VT2的源极和栅极之间无压降，PMOS管VT2不导通，PMOS管VT2的漏极和源极间关断，VT2关断后，，PMOS管VT2的漏极停止提供12V电压给转换回路DC-DC，转换回路DC-DC也会关闭，转换回路DC-DC的输出端也会断电，CPU的预上电接口POWER_CTRL断电。虽然会有残压，但因为R49的分压，使得三极管VT2的基极电压远低于0.7V，即使CPU在掉电过程中不能维持送出POWER_CTRL低电平也会保持三极管VT2的基极电压远低于0.7V，从而避免出现上电重启的现象，能稳定关机。
需要说明的是，本发明实施例在CPU的预上电接口POWER_CTRL处使用了一个RC并联电路，该RC并联电路是本发明实施例开关机电路的关键器件。其中，电容C137的选值很重要。因为硬开机的时间非常之快，如果没有这个电容或者电容太小，在软关机后会引起重启。此电容如果数值太大，又可能会做不到硬开机。又因为电容是个不稳定器件又容易老化，其可用范围将直接影响开关机电路的正常工作。本发明实施例中，在电容C137两端并联一个电阻R49，形成RC并联电路。电阻R49的数值要配合CPU内部上拉电阻(如图3所示的电阻R)，比如某CPU的上拉电阻是68K，为使分压后的电压能超过三极管VT3的开启电压，电阻R49优选为27K，使得电容C127的可选范围能从0.01uF到22uF之间。实际电路中，电容C127选为4.7uF，保证软开机电路的稳定可靠运行。
本发明实施例的开关机电路同时实现了软关机和硬开机，可用于机顶盒等类似的终端设备。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种开关机电路，其特征在于，包括：PMOS管、开关、三极管、RC并联电路；其中，
所述PMOS管的源极连接外部电源输入端，漏极作为内部电源输入端，该内部电源输入端经过电压转换后为CPU的预上电接口提供高电平；
所述开关连接所述PMOS管的源极和所述外部电源输入端；
所述三极管的基极连接所述CPU的预上电接口和所述RC并联电路，集电极连接所述PMOS管的栅极，发射极接地；
所述RC并联电路连接所述三极管的基极和所述CPU的预上电接口。
2.根据权利要求1所述的开关机电路，其特征在于，所述RC并联电路至少包括：第一电容和第一电阻，所述第一电容与第一电阻并联，所述并联的一端连接所述三极管的基极和所述CPU的预上电接口，另一端接地。
3.根据权利要求2所述的开关机电路，其特征在于，所述第一电容的取值为0.01uF到22uF。
4.根据权利要求1、2或3所述的开关机电路，其特征在于，所述三极管的基极与所述RC并联电路之间还串联有至少一个分压电阻，所述RC并联电路与所述CPU的预上电接口之间还串联有至少一个分压电阻。
5.根据权利要求1所述的开关机电路，其特征在于，所述PMOS管的源极与栅极之间还并联有第二电容，所述第二电容串联在所述外部电源输入端和所述开关之间。
6.根据权利要求5所述的开关机电路，其特征在于，在所述外部电源输入端与所述开关之间还串联有至少两个分压电阻，所述两个分压电阻中一个与所述第二电容并联，另一个与所述第二电容串联。
7.根据权利要求1或5所述的开关机电路，其特征在于，所述PMOS管的栅极与所述三极管的集电极之间还串联有至少一个分压电阻。
8.根据权利要求1所述的开关机电路，其特征在于，所述开关为单刀单掷复位开关，一端连接所述PMOS管的栅极，其他端接地。
9.根据权利要求1或8所述的开关机电路，其特征在于，所述开关连接所述PMOS管源极的一端还连接跳变电压输入端，所述跳变电压输入端在所述开关接通时提供一个由高电平到低电平的跳变给所述CPU，使得所述CPU启动关机机制。
10.根据权利要求9所述的开关机电路，其特征在于，所述开关与所述跳变电压输入端之间还串联有至少一个分压电阻。
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