CN108121430A - 一种运用于数据采集系统的带电池路径的软开机电路 - Google Patents

一种运用于数据采集系统的带电池路径的软开机电路 Download PDF

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CN108121430A CN201711387201.1A CN201711387201A CN108121430A CN 108121430 A CN108121430 A CN 108121430A CN 201711387201 A CN201711387201 A CN 201711387201A CN 108121430 A CN108121430 A CN 108121430A
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Abstract

本发明公开一种运用于数据采集系统的带电池路径的软开机电路，其包括按键电路、CPU、开关电源、FPGA看门狗电路、三态门缓冲器、电池和PMOS管供电切换电路，电源切换模块用于市电供电与电池供电的切换，按键电路用于系统开机、CPU开机信号检测和FPGA开机信号检测，PMOS管开关使能电路用于控制PMOS管供电切换电路的使能，FPGA看门狗电路用于系统出错时发出关机信号，CPU用于系统开关机控制。本发明采用硬件与软件配合，软开机系统是设置长按2秒才会起作用，大大降低了误操作的可能性。本发明在CPU系统死机的情况下可以由FPGA的看门狗来触发关机。本发明可挂电池供电实现供电的无缝对接。

Description

一种运用于数据采集系统的带电池路径的软开机电路
技术领域
本发明涉及数据采集领域，尤其涉及一种运用于数据采集系统的带电池路径的软开机电路。
背景技术
数据采集系统的运用越来越广，现在的数据采集系统大多采用软开机电路。可是目前多大数的软开机更能都较为单一。功能好一点的软开机电路又要增加很多硬件的成本，实现起来也比较麻烦，当然可维护性也大打折扣。
现有技术中存在如下缺点：1、大部分软开机电路都存在不稳定容易误操作。2、大部分软开机电路的触发电路需要独立的电源供电。3、大部分软开机电路不带电池路径供电回路。4、大部分软开机电路关机都是直接关开关电源的热端（开关电源芯片端）。5、大部分软开机电路无法实现开关电源与电池无缝供电。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种运用于数据采集系统的带电池路径的软开机电路，可带电池、硬件所占空间小、轻量化、硬件稳定可靠、可维护性强。
本发明采用的技术方案是：
一种运用于数据采集系统的带电池路径的软开机电路，其包括按键电路、CPU、开关电源、FPGA看门狗电路、三态门缓冲器、电池和PMOS管供电切换电路，
电源切换模块用于市电供电与电池供电的切换，按键电路用于系统开机、CPU开机信号检测和FPGA开机信号检测，PMOS管开关使能电路用于控制PMOS管供电切换电路的使能，FPGA看门狗电路用于系统出错时发出关机信号，CPU配置有控制指令用于系统开关机控制，
市电供电连接开关电源，开关电源通过一充电管理电路连接电池，CPU分别连接FPGA看门狗电路、三态门缓冲器和按键电路，FPGA看门狗电路连接三态门缓冲器，三态门缓冲器和按键电路分别连接PMOS开关使能电路，PMOS开关使能电路、电池和开关电源分别连接PMOS管供电切换电路，PMOS管供电切换电路为系统供电，市电供电通过一市电信号隔离与整形电路连接PMOS管供电切换电路。
进一步地，PMOS管开关使能电路包括电阻R3和R12，
PMOS管供电切换电路包括第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管和第五二极管，电池的输出端分别连接第一PMOS管的漏极和第五二极管的正极，
第五二极管的负极、第一PMOS管和第四PMOS管的源极连接电阻R12的一端，电阻R12的另一端，第一PMOS管的基极通过充电管理电路连接开关电源的输出端，
按键电路包括开关、第二二极管、第三二极管，开关的一端接地，开关另一端通过电阻R7分别连接第二二极管和第三二极管的负极，第二二极管的正极分别连接第四PMOS管的基极和电阻R12的另一端，第三二极管的正极分别连接CPU的按键检测引脚、分压电阻R9的一端和分压电阻R13的一端，分压电阻R9的另一端连接FPGA的按键检测引脚，分压电阻R13的另一端连接3.3V直流电源，
开关电源的输出端连接第二PMOS管的漏极，第二PMOS管的源极连接第三PMOS管的源极，第二PMOS管和第三PMOS管的源极连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接市电信号隔离与整形电路，第二PMOS管和第三PMOS管的基极分别连接市电信号隔离与整形电路，
市电信号隔离与整形电路包括第二三极管、第三电容、第六电容、第七电容、第四二极管，市电供电通过第六电容分别连接第四二极管的正极和电阻R5的一端，第四二极管的负极通过电阻R18连接第二三极管的基极，第四二极管的负极通过第七电容接地，电阻R5的另一端接地，电阻R3的另一端、第二PMOS管和第三PMOS管的基极分别连接第二三极管的集电极，第二三极管的集电极通过第三电容接地，第二三极管的发射极接地，
所述充电管理电路包括第一二极管和第一电容，开关电源的输出端连接第一二极管的正极，第一二极管的负极通过电阻R6分别连接电阻R10、第一电容和第一PMOS管的基极，电阻R10和第一电容的另一端接地，
看门狗电路包括第一三极管、第二电容、第四电容和第五电容，CPU的按键保持引脚连接电阻R17的一端，电阻R17的另一端分别连接三态门缓冲器的输出端、第二电容的一端、电阻R11的一端和电阻R16的一端，第二电容和电阻R11的另一端接地，电阻R16的另一端连接第一三极管的基极，第一三极管的发射极接地，第一三极管的集电极通过电阻R15连接电阻R12的另一端，CPU的三态门使能引脚通过R8分别连接电阻R4的一端、第四电容的一端和三态门缓冲器的使能引脚，三态门缓冲器的接地引脚和第四电容的另一端接地，CPU的看门狗输入引脚分别连接三态门缓冲器的输入端和电阻R14的一端，第五电容的一端、三态门缓冲器的电源端、电阻R4的另一端和电阻R14的另一端分别连接3.3V直流电源，第五电容的另一端接地，三态门缓冲器的输出端分别连接电阻R1的一端和电阻R17的另一端，电阻R1的另一端连接3.3V直流电源。
进一步地，电源切换模块用于市电供电与电池供电的切换。
进一步地，三态门缓冲器采用SGM7SZ125。
进一步地，第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管和第四PMOS管均采用CSD25402。
进一步地，第一三极管和第二三极管均采用2SC2712。
进一步地，第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管均采用的是1SS355。
进一步地，第五二极管采用B140-13-F，第五二极管为电池供电回路的预供电。
进一步地，电阻R1的取值为10MΩ，电阻R3、R4、R5的取值均为100KΩ，电阻R6、R7、R8、R9的取值均为100Ω，电阻R10、R11、R12、R13、R14的取值均为10KΩ，电阻R15的取值为10Ω，电阻R16、R17的取值均为1KΩ，电阻R18的取值为470Ω，电容C1、C2、C3、C4和C5的取值为100nF，电容C6的取值为1μF，电容C7为470nF。
本发明采用以上技术方案，当采集系统使用市电供电时第二PMOS管和第三PMOS管导通，第一PMOS管截止，当采集系统使用电池供电时第二PMOS管和第三PMOS管截止，第一PMOS管导通。此时开关两秒的第四PMOS管导通系统正常供电，CPU加载BIOS。CPU的按键检测引脚POWER_KEY_CHECK检测到按键信号。CPU对检测到的信号做开机保持处理，置CPU的按键保持引脚POWER_CONTROL为低电平，置三态门使能引脚CP_READY也为低电平保证此时不受FPGA未配置前不稳定状态影响。加载BIOS后配置FPGA，FPGA配置完成自动运行设定好的看门狗电路。CPU设置特定时间喂FPGA的看门狗。且置三态门使能引脚CP_READY为高电平。使FPGA在CPU死机或异常的时候可以释放高电平信号让第四PMOS管截止从而使系统关机。FPGA的按键检测引脚FP_POWER_CHECK的按键信号检测端，其作用是在CPU发生一些更特殊的意外情况下，长按开关10秒可以触发FPGA的关机动作。在系统正常运行的情况下长按开关2秒即可正常关机。正常关机信号处理是通过CPU的按键检测引脚POWER_KEY_CHECK传到CPU内部去处理的。
本发明采用硬件与软件配合实现的，不同于其它的软开机电路轻按一下就立马开机再轻按一下就立即关机，这样很容易因为误碰到导致误操作，本发明的软开机系统是设置长按2秒才会起作用，大大降低了误操作的可能性。本发明在CPU系统死机的情况下可以由FPGA的看门狗来触发关机。本发明可挂电池供电实现供电的无缝对接保证系统供电的稳定性。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；
图1为本发明一种运用于数据采集系统的带电池路径的软开机电路的结构框图；
图2为本发明一种运用于数据采集系统的带电池路径的软开机电路的电路结构示意图。
具体实施方式
如图1或2所示，本发明公开了一种运用于数据采集系统的带电池路径的软开机电路，其包括按键电路、CPU、开关电源、FPGA看门狗电路、三态门缓冲器U6、电池和PMOS管供电切换电路，
电源切换模块用于市电供电与电池供电的切换，按键电路用于系统开机、CPU开机信号检测和FPGA开机信号检测，PMOS管开关使能电路用于控制PMOS管供电切换电路的使能，FPGA看门狗电路用于系统出错时发出关机信号，CPU配置有控制指令用于系统开关机控制，
市电供电连接开关电源，开关电源通过一充电管理电路连接电池，CPU分别连接FPGA看门狗电路、三态门缓冲器U6和按键电路，FPGA看门狗电路连接三态门缓冲器U6，三态门缓冲器U6和按键电路分别连接PMOS开关使能电路，PMOS开关使能电路、电池和开关电源分别连接PMOS管供电切换电路，PMOS管供电切换电路为系统供电，市电供电通过一市电信号隔离与整形电路连接PMOS管供电切换电路。
进一步地，PMOS管开关使能电路包括电阻R3和R12，
PMOS管供电切换电路包括第一PMOS管U2、第二PMOS管U3、第三PMOS管U4、第四PMOS管U5和第五二极管D5，电池的输出端V_LI_BAT分别连接第一PMOS管U2的漏极和第五二极管D5的正极，
第五二极管D5的负极、第一PMOS管U2和第四PMOS管U5的源极连接电阻R12的一端，电阻R12的另一端，第一PMOS管U2的基极通过充电管理电路连接开关电源的输出端，
按键电路包括开关K1、第二二极管D2、第三二极管D3，开关K1的一端接地，开关K1另一端通过电阻R7分别连接第二二极管D2和第三二极管D3的负极，第二二极管D2的正极分别连接第四PMOS管U5的基极和电阻R12的另一端，第三二极管D3的正极分别连接CPU的按键检测引脚、分压电阻R9的一端和分压电阻R13的一端，分压电阻R9的另一端连接FPGA的按键检测引脚，分压电阻R13的另一端连接3.3V直流电源，
开关电源的输出端连接第二PMOS管U3的漏极，第二PMOS管U3的源极连接第三PMOS管U4的源极，第二PMOS管U3和第三PMOS管U4的源极连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接市电信号隔离与整形电路，第二PMOS管U3和第三PMOS管U4的基极分别连接市电信号隔离与整形电路，
市电信号隔离与整形电路包括第二三极管Q2、第三电容C3、第六电容C6、第七电容C7、第四二极管D4，市电供电AC_TRIG通过第六电容C6分别连接第四二极管D4的正极和电阻R5的一端，第四二极管D4的负极通过电阻R18连接第二三极管Q2的基极，第四二极管D4的负极通过第七电容C7接地，电阻R5的另一端接地，电阻R3的另一端、第二PMOS管U3和第三PMOS管U4的基极分别连接第二三极管Q2的集电极，第二三极管Q2的集电极通过第三电容C3接地，第二三极管Q2的发射极接地，
所述充电管理电路包括第一二极管D1和第一电容C1，开关电源的输出端VIN+连接第一二极管D1的正极，第一二极管D1的负极通过电阻R6分别连接电阻R10、第一电容C1和第一PMOS管U2的基极，电阻R10和第一电容C1的另一端接地，
FPGA看门狗电路包括第一三极管Q1、第二电容C2、第四电容C4和第五电容C5，CPU的按键保持引脚POWER_CONTROL连接电阻R17的一端，电阻R17的另一端分别连接三态门缓冲器U6的输出端、第二电容C2的一端、电阻R11的一端和电阻R16的一端，第二电容C2和电阻R11的另一端接地，电阻R16的另一端连接第一三极管Q1的基极，第一三极管Q1的发射极接地，第一三极管Q1的集电极通过电阻R15连接电阻R12的另一端，CPU的三态门使能引脚CP_READY通过R8分别连接电阻R4的一端、第四电容C4的一端和三态门缓冲器U6的使能引脚/OE，三态门缓冲器U6的接地引脚GND和第四电容C4的另一端接地，CPU的看门狗输入引脚FP_WD分别连接三态门缓冲器U6的输入端A和电阻R14的一端，第五电容C5的一端、三态门缓冲器U6的电源端VCC、电阻R4的另一端和电阻R14的另一端分别连接3.3V直流电源，第五电容C5的另一端接地，三态门缓冲器U6的输出端分别连接电阻R1的一端和电阻R17的另一端，电阻R1的另一端连接3.3V直流电源。
进一步地，电源切换模块用于市电供电AC_TRIG与电池供电的切换。
进一步地，三态门缓冲器U6采用SGM7SZ125。
进一步地，第一PMOS管U2、第二PMOS管U3、第三PMOS管U4和第四PMOS管U5均采用CSD25402。
进一步地，第一三极管Q1和第二三极管Q2均采用2SC2712。
进一步地，第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4均采用的是1SS355。
进一步地，第五二极管D5采用B140-13-F，第五二极管D5为电池供电回路的预供电。
进一步地，电阻R1的取值为10MΩ，电阻R3、R4、R5的取值均为100KΩ，电阻R6、R7、R8、R9的取值均为100Ω，电阻R10、R11、R12、R13、R14的取值均为10KΩ，电阻R15的取值为10Ω，电阻R16、R17的取值均为1KΩ，电阻R18的取值为470Ω，电容C1、C2、C3、C4和C5的取值为100nF，电容C6的取值为1μF，电容C7为470nF。
如图2所示，本发明的电路分为以下几个部分：①U2、U3、U4、U5为P沟道MOS管用于市电供电与电池供电切换。②R5、R18、C3、C6、C7、Q2、D4和信号AC_TRIG用于控制U3和U4的导通。③D1、R6、R10、C1用于控制U2的导通④D2、D3、R7、R9、R13、K1用于开机及CPU与FPGA开机信号检测。⑤R3、R12是偏置电阻用于PMOS的控制。⑥由R1、R4、R8、R11、R14、R15、R16、R17、Q1、C2、C4、C5、U6组成CPU开机保持与FPGA看门狗电路。⑦VIN+为开关电源的输出电压。V_LI_BAT为电池输出电压。AC_TRIG为市电触发。POWER_KEY_CHECK为CPU按键检测信号。FP_POWER_CHECK为FPGA按键检测信号。POWER_CONTROL为CPU按键保持信号。CP_READY为CPU的三态门使能信号。FP_WD为FPGA的看门狗输出信号。POW_FP_CTRL为三态门的输出信号。D5为电池供电回路的预供电二极管。
本发明采用以上技术方案，当采集系统使用市电供电AC_TRIG时第二PMOS管U3和第三PMOS管U4导通，第一PMOS管U2截止，当采集系统使用电池供电时第二PMOS管U3和第三PMOS管U4截止，第一PMOS管U2导通。此时开关K1两秒的第四PMOS管U5导通系统正常供电，CPU加载BIOS。CPU的按键检测引脚POWER_KEY_CHECK检测到按键信号。CPU对检测到的信号做开机保持处理，置CPU的按键保持引脚POWER_CONTROLPOWER_CONTROL为低电平，置三态门使能引脚CP_READYCP_READY也为低电平保证此时不受FPGA未配置前不稳定状态影响。加载BIOS后配置FPGA，FPGA配置完成自动运行设定好的看门狗电路。CPU设置特定时间喂FPGA的看门狗。且置三态门使能引脚CP_READYCP_READY为高电平。使FPGA在CPU死机或异常的时候可以释放高电平信号让第四PMOS管U5截止从而使系统关机。FPGA的按键检测引脚FP_POWER_CHECK的按键信号检测端，其作用是在CPU发生一些更特殊的意外情况下，长按开关K110秒可以触发FPGA的关机动作。在系统正常运行的情况下长按开关K12秒即可正常关机。正常关机信号处理是通过CPU的按键检测引脚POWER_KEY_CHECK传到CPU内部去处理的。
本发明采用硬件与软件配合实现的，不同于其它的软开机电路轻按一下就立马开机再轻按一下就立即关机，这样很容易因为误碰到导致误操作，本发明的软开机系统是设置长按2秒才会起作用，大大降低了误操作的可能性。本发明在CPU系统死机的情况下可以由FPGA的看门狗来触发关机。本发明可挂电池供电实现供电的无缝对接保证系统供电的稳定性。

Claims (9)

1.一种运用于数据采集系统的带电池路径的软开机电路，其特征在于：其包括按键电路、CPU、开关电源、FPGA看门狗电路、三态门缓冲器、电池和PMOS管供电切换电路，
电源切换模块用于市电供电与电池供电的切换，按键电路用于系统开机、CPU开机信号检测和FPGA开机信号检测，PMOS管开关使能电路用于控制PMOS管供电切换电路的使能，FPGA看门狗电路用于系统出错时发出关机信号，CPU配置有控制指令用于系统开关机控制，
市电供电连接开关电源，开关电源通过一充电管理电路连接电池，CPU分别连接FPGA看门狗电路、三态门缓冲器和按键电路，FPGA看门狗电路连接三态门缓冲器，三态门缓冲器和按键电路分别连接PMOS开关使能电路，PMOS开关使能电路、电池和开关电源分别连接PMOS管供电切换电路，PMOS管供电切换电路为系统供电，市电供电通过一市电信号隔离与整形电路连接PMOS管供电切换电路。
2.根据权利要求1所述的一种运用于数据采集系统的带电池路径的软开机电路，其特征在于：所述PMOS管开关使能电路包括电阻R3和R12，
PMOS管供电切换电路包括第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管和第五二极管，电池的输出端分别连接第一PMOS管的漏极和第五二极管的正极，
第五二极管的负极、第一PMOS管和第四PMOS管的源极连接电阻R12的一端，电阻R12的另一端，第一PMOS管的基极通过充电管理电路连接开关电源的输出端，
按键电路包括开关、第二二极管、第三二极管，开关的一端接地，开关另一端通过电阻R7分别连接第二二极管和第三二极管的负极，第二二极管的正极分别连接第四PMOS管的基极和电阻R12的另一端，第三二极管的正极分别连接CPU的按键检测引脚、分压电阻R9的一端和分压电阻R13的一端，分压电阻R9的另一端连接FPGA的按键检测引脚，分压电阻R13的另一端连接3.3V直流电源，
开关电源的输出端连接第二PMOS管的漏极，第二PMOS管的源极连接第三PMOS管的源极，第二PMOS管和第三PMOS管的源极连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接市电信号隔离与整形电路，第二PMOS管和第三PMOS管的基极分别连接市电信号隔离与整形电路，
市电信号隔离与整形电路包括第二三极管、第三电容、第六电容、第七电容、第四二极管，市电供电通过第六电容分别连接第四二极管的正极和电阻R5的一端，第四二极管的负极通过电阻R18连接第二三极管的基极，第四二极管的负极通过第七电容接地，电阻R5的另一端接地，电阻R3的另一端、第二PMOS管和第三PMOS管的基极分别连接第二三极管的集电极，第二三极管的集电极通过第三电容接地，第二三极管的发射极接地，
所述充电管理电路包括第一二极管和第一电容，开关电源的输出端连接第一二极管的正极，第一二极管的负极通过电阻R6分别连接电阻R10、第一电容和第一PMOS管的基极，电阻R10和第一电容的另一端接地，
FPGA看门狗电路包括第一三极管、第二电容、第四电容和第五电容，CPU的按键保持引脚连接电阻R17的一端，电阻R17的另一端分别连接三态门缓冲器的输出端、第二电容的一端、电阻R11的一端和电阻R16的一端，第二电容和电阻R11的另一端接地，电阻R16的另一端连接第一三极管的基极，第一三极管的发射极接地，第一三极管的集电极通过电阻R15连接电阻R12的另一端，CPU的三态门使能引脚通过R8分别连接电阻R4的一端、第四电容的一端和三态门缓冲器的使能引脚，三态门缓冲器的接地引脚和第四电容的另一端接地，CPU的看门狗输入引脚分别连接三态门缓冲器的输入端和电阻R14的一端，第五电容的一端、三态门缓冲器的电源端、电阻R4的另一端和电阻R14的另一端分别连接3.3V直流电源，第五电容的另一端接地，三态门缓冲器的输出端分别连接电阻R1的一端和电阻R17的另一端，电阻R1的另一端连接3.3V直流电源。
3.根据权利要求2所述的一种运用于数据采集系统的带电池路径的软开机电路，其特征在于：所述电源切换模块用于市电供电与电池供电的切换。
4.根据权利要求2所述的一种运用于数据采集系统的带电池路径的软开机电路，其特征在于：所述三态门缓冲器采用SGM7SZ125。
5.根据权利要求2所述的一种运用于数据采集系统的带电池路径的软开机电路，其特征在于：所述第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管和第四PMOS管均采用CSD25402。
6.根据权利要求2所述的一种运用于数据采集系统的带电池路径的软开机电路，其特征在于：所述第一三极管和第二三极管均采用2SC2712。
7.根据权利要求2所述的一种运用于数据采集系统的带电池路径的软开机电路，其特征在于：所述第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管均采用的是1SS355。
8.根据权利要求2所述的一种运用于数据采集系统的带电池路径的软开机电路，其特征在于：所述第五二极管采用B140-13-F，第五二极管为电池供电回路的预供电。
9.根据权利要求2所述的一种运用于数据采集系统的带电池路径的软开机电路，其特征在于：电阻R1的取值为10MΩ，电阻R3、R4、R5的取值均为100KΩ，电阻R6、R7、R8、R9的取值均为100Ω，电阻R10、R11、R12、R13、R14的取值均为10KΩ，电阻R15的取值为10Ω，电阻R16、R17的取值均为1KΩ，电阻R18的取值为470Ω，电容C1、C2、C3、C4和C5的取值为100nF，电容C6的取值为1μF，电容C7为470nF。
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