CN108648817A - 一种电源控制装置及其病人监护仪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电子电路技术领域，具体涉及一种电源控制装置及其病人监护仪，其包括：供电电源，以及与其相连接的第一、第二电源电路；使能控制电路将电平信号输送至第一电源电路中；第一电源电路输出电源信号至电源控制处理器中；电源控制处理器的第一输出端与使能控制电路的第二输入端相接，电源控制处理器的第二输出端与第二电源电路的输入端相接；电源控制处理器上还连接有看门狗电路；第二电源电路的输出端分别与主控处理器的输入端、使能控制电路的第三输入端和第二电源电路的输入端相接，第二电源电路的输出端与输入端之间串接有第二电阻。本发明其能够在电源控制处理器发生死机时，仅复位电源控制处理器，而不影响主控处理器的电源状态，优化用户体验。

Description

一种电源控制装置及其病人监护仪
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，具体涉及一种电源控制装置及其病人监护仪。
背景技术
随着科学技术的发展，微控制单元(Microcontroller Unit；MCU)、数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)等微处理器也已经广泛地使用于各领域的电子设备中；而微处理器在应用过程中可能由于内部程序原因或者外部电气干扰发生死机，影响系统正常功能。为及时结束死机状态，尽可能减少可能的损失，通常为微处理器配置看门狗。
而在现有的电子设备中，其根据功能的不同将微控制单元划分为两种类别，其分别包括：主控处理器和电源控制处理器；其中，电源控制处理器负责系统的开关机和主控处理器的上下电，而主控处理器负责显示、音频、与机外设备通信等功能。当电源控制处理器发生死机时，通常的复位方法会导致主控处理器电源失能下电，导致主控处理器重启或者关机，并且由于主控处理器需要加载较多任务，重启时间相对较长，容易影响用户使用体验；若不对电源管理控制器进行复位，则该处理器死机后功能不能自动恢复，影响开关机控制功能，可能需要用户通过断开电源、卸除电池等方式强制断电，其同样影响用户使用体验。
发明内容
为克服上述缺陷，本发明的目的即在于提供一种具有简单且低成本的复位保持电路的电源控制装置及其病人监护仪。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明是一种电源控制装置，包括：
供电电源，所述供电电源的电源输出端分别与第一电源电路和第二电源电路的电源输入端相连接；
使能控制电路，所述使能控制电路产生相应的电平信号通过信号输出端输送至所述第一电源电路的信号输入端；
所述第一电源电路根据所述使能控制电路所输入的电平信号，通过其电源输出端输出电源输出信号至电源控制处理器中；
所述电源控制处理器的第一信号输出端与所述使能控制电路的第二输入端相连接，所述电源控制处理器的第二信号输出端与所述第二电源电路的信号输入端相连接；所述电源控制处理器上还连接有为其提供复位信号的看门狗电路，所述电源控制处理器在复位状态下的阻值大于第二电阻的阻值；
所述第二电源电路的电源信号输出端分别与主控处理器的输入端、所述使能控制电路的第三输入端和所述第二电源电路的信号输入端相连接，所述第二电源电路的电源信号输出端与信号输入端之间串接有第二电阻。
在本发明中，所述供电电源上还接有开关电路，所述开关电路用于将从供电电源处接收到的电流转换为电脉冲信号后，输入至使能控制电路的第一输入端中。
在本发明中，所述使能控制电路包括：相互并联的第一二极管、第二二极管、第三二极管和第三电阻；所述第一二极管设置于所述使能控制电路的第一输入端上，所述第二二极管设置于所述使能控制电路的第二输入端上，所述第三二极管设置于所述使能控制电路的第三输入端上；所述第三电阻的一端与所述第一电源电路的信号输入端相接，另一端接地。
在本发明中，所述第一电源电路的电源输出端上还接有第一负载电路，所述第一负载电路与所述电源控制处理器相通讯。
在本发明中，所述第二电源电路的电源输出端上还接有第二负载电路，所述第二负载电路与所述主控处理器相通讯。
在本发明中，所述第二电源电路的电源输出端与所述使能控制电路的第三输入端之间串联有第一电阻。
在本发明中，所述开关电路包括：机械开关、光学开关、磁性开关。
在本发明中，所述电源控制处理器为STM32F系列的微控制单元。
在本发明中，所述电源控制处理器在复位状态下的阻值大于30KΩ，且其在正常工作状态下的阻值小于100Ω，所述第二电阻的阻值为10kΩ。
本发明是一种病人监护仪，其包括：如上所述的电源控制装置。
本发明提供了一种电源控制装置，其能够在电源控制处理器发生死机时，仅复位电源控制处理器，而不影响主控处理器的电源状态，故不影响主控处理器的显示、音频、与机外设备通信等功能。既保证了电源控制处理器的可靠工作，且不影响用户主动进行的开关机控制，又可以在电源控制处理器死机复位时让用户几乎感受不到机内发生的状态变化，优化用户体验；并且其电路结构简单，不需要增加其他额外的控制器件，其生产成本较低。
附图说明
为了易于说明，本发明由下述的较佳实施例及附图作详细描述。
图1为本发明电源控制装置一个实施例的逻辑结构示意图；
图2为本发明电源控制装置另一个实施例的逻辑结构示意图；
图3为本发明电源控制装置另一个实施例的逻辑结构示意图。
标号说明：00、供电电源；01、开关电路；011、机械开关；012、开关电阻；013、磁性开关；02、使能控制电路；03、第一电源电路；04、电源控制处理器；05、第二电源电路；06、第一电阻；07、第二电阻；08、主控处理器；09、第一负载电路；10、第二负载电路；11、看门狗电路。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面以一个实施例对本发明的一种电源控制装置进行具体描述，请参阅图1，其包括：
供电电源00，所述供电电源00的电源输出端分别与开关电路01、第一电源电路03和第二电源电路05的电源输入端相连接；该供电电源00，通常可以为电池、适配器输出等。
所述开关电路01将所从供电电源00处接收到的电流转换为电脉冲信号后，输入至使能控制电路02的第一输入端中；开关电路01将用户动作转换为电脉冲信号，开关电路01连接在供电电源00和地之间，输出的电脉冲信号为VA。
所述使能控制电路02将所产生的电平信号通过信号输出端输送至所述第一电源电路03的信号输入端；使能控制电路02用于控制第一电源电路03的上电使能，当满足预设的第一电源电路03上电条件时，使能控制电路02输出高电平，否则输出低电平。信号VA、VB、VC为使能控制电路02三组的输入信号，EN1为使能控制电路02的输出信号。在本实施例中，使能控制电路02提供逻辑或功能，但硬件实现方式不限于逻辑门器件，可以使用简单价廉的二极管。当VA、VB、VC与EN1之间有一个为高电平，则输出EN1为高电平。使能控制电路02输入输出逻辑关系如下表1所示：
表1
VA VB VC EN1 对应状态
L L L L 未开机，MCU1、MCU2均未上电
L L H / 不存在，VB为L则MCU1主动关机，会先控制05电源电路2下电
L H L H MCU1已上电并完成复位，但MCU2未上电
L H H H MCU1已上电并完成复位，MCU2已上电
H L L H 01开关电路脉冲生效中，MCU1和MCU2未上电
H L H / 不存在，VB为L则MCU1主动关机，会先控制05电源电路2下电
H H L H 01开关电路脉冲生效中，MCU1已上电并完成复位，MCU2尚未上电
H H H H 01开关电路脉冲生效中，MCU1已上电并完成复位，MCU2已上电
L Z H H MCU1和MCU2已上电，MCU1意外发生死机并被OB看门狗复位
注：L表示低电平、H表示高电平、Z表示输出高阻态或弱上/下拉。
所述第一电源电路03根据所述使能控制电路02所输入的电平信号，通过其电源输出端输出电源输出信号至电源控制处理器04中；第一电源电路03将供电电源00的能量进行转换，并在使能信号EN1的控制下输出信号VOUT1供给电源控制处理器04，即MCU1及第一负载电路09。
所述电源控制处理器04的第一信号输出端与所述使能控制电路02的第二输入端相连接，所述电源控制处理器04的第二信号输出端与所述第二电源电路05的信号输入端相连接；所述电源控制处理器04上还连接有为其提供复位信号的看门狗电路11，所述电源控制处理器04在复位状态下的阻值大于第二电阻的阻值；电源控制处理器04的工作电源直接来自第一电源电路03，其输出信号包括I/01、I/02、WDI、与主控处理器之间的通信信号等，输入信号NRST(复位信号)、与主控处理器之间的通信信号等。I/01输出至使能控制电路02，用于在开关电路01的脉冲结束后控制使能控制电路02的输出。I/02参与控制第二电源电路05的使能EN2，I/02和VOUT2及第二电阻R2共同控制EN2。由于EN2能够控制输出信号VOUT2输出与否，输出信号VOUT2作为主控处理器的电源，故I/02参与控制主控处理器的电源。WDI为电源控制处理器04输出至看门狗电路11的喂狗信号，NRST为看门狗电路11输出的复位信号，用于在电源控制处理器04发生死机时，对电源控制处理器04进行复位。看门狗电路11，用于当电源控制处理器04死机时将电源控制处理器04复位，接收电源控制处理器04的WDI信号，若超过预订时间没有接到电源控制处理器04发来的信号，则向电源控制处理器04发出复位信号NRST。
所述主控处理器08，即MCU2由第二电源电路05进行供电，负责显示、无线通信等任务；其的电源信号输出端分别与主控处理器08的输入端、所述使能控制电路02的第三输入端和所述第二电源电路05的信号输入端相连接，所述第二电源电路05的电源信号输出端与信号输入端之间串接有第二电阻07。第二电阻07R2连接在第二电源电路05输出端VOUT2和第二电源电路05使能端EN2之间。
第二电源电路05输入电源为来自电源的电源信号VIN2，使能控制信号为EN2，输出电源为VOUT2。EN2用于控制VOUT2输出与否。VOUT2向主控处理器08和第二负载电路提供电源。使能信号EN2的高电平阈值记为VIH2，低电平阈值记为VIL2，当施加在其上的电平高于VIH2时，第二电源电路05使能输出，即给电源供电，VOUT2在预设定的电平范围内；当施加在其上的电平低于VIL2时(VIL2≤VIH2)，第二电源电路05输出VOUT2接近OV。
在本实施例中，所述第一电源电路03的电源输出端上还接有第一负载电路09，所述第一负载电路09与所述电源控制处理器04相通讯。
在本实施例中，所述第二电源电路05的电源输出端上还接有第二负载电路10，所述第二负载电路10与所述主控处理器08相通讯。
在本实施例中，所述第二电源电路05的电源输出端与所述使能控制电路02的第三输入端之间串联有第一电阻06。第一电阻06连接在第二电源电路05输出端VOUT2和使能控制电路02输入端VC之间。
在本实施例中，所述电源控制处理器04在复位状态下的阻值大于30KΩ，且其在正常工作状态下的阻值小于100Ω。
在本实施例中，所述第二电阻07的阻值为10kΩ。
本发明的具体工作原理如下：
当用户执行开机操作之前，整个系统处于未上电状态，除供电电源00外，所有节点相对于GND的电平可以认为为0。
当用户执行开机操作时，首先开关电路01输出信号VA给使能控制电路02，出现高电平脉冲，继而使能控制电路02输出信号高电平EN1变为高电平，使第一电源电路03使能、VOUT1上电、从而电源控制处理器04和第一负载电路09上电。电源控制处理器04完成软件初始化后立即输出高电平信号VB至使能控制电路02，若VB输出高电平时，VA脉冲尚未结束，则电源控制处理器04上电成功；若VA脉冲结束时，VB尚未输出高电平，则电源控制处理器04上电过程失败，该时序关系为常规应用，不在本专利中进行详细描述。VB输出高电平后，即便VA回归低电平，EN1仍然输出为高，保持电源控制处理器04的上电状态。
电源控制处理器04上电稳定后，输出高电平到I/02，使第二电源电路05使能输出，主控处理器08继而上电。R2一般可以取值在10kΩ左右，当I/02为高电平输出时，即便第二电源电路05输出VOUT2尚未上升至设定的输出值，由于I/02输出阻抗RIO2低(一般100Ω以下)，故其电平对EN2有主导作用，在EN2处产生的分压高于VIH2，能够使能第二电源电路05，使电源控制电路05上电。。当主控处理器08上电后，EN2的两个输入信号I/02和VOUT2均为高，其在EN2处产生的分压高于VIH2。
为便于理解，根据电路原理，I/02和VOUT2在EN2出产生的分压可以通过下式计算得出：
系统稳定运行过程中，若用户进行了关机操作，电源控制处理器04获取关机指令，则电源控制处理器04首先将I/02设置为低电平输出，此时虽然VOUT2为高电平，但是由于R2相对于RIO2较大，I/02和VOUT2在EN2处产生的分压低于VIL2，故第二电源电路05失能下电，主控处理器08随之下电，VC也变为低电平。此后软件控制VB输出低电平，由于此时VA、VB、VC均为低电平，导致EN1为低，第一电源电路03失去使能，随之电源控制处理器04下电，至此整个系统中电源控制处理器04和主控处理器08均下电。
若系统运行过程中发生了电源控制处理器04死机，无法正常输出WDI信号，0B看门狗电路11会对04电源控制处理器04进行复位，复位时间几十至几百mS不等，在此期间电源控制处理器04的I/0处于高阻态或者弱上/下拉状态，因电源控制处理器04在复位时或处于电源控制处理器04默认状态时，处于高阻抗状态，输出阻抗一般在30kΩ以上。电源控制处理器04发生复位前一瞬间VOUT2输出仍然是高电平，故当电源控制处理器04复位发生时，EN2处产生的分压由此时I/O的输出阻抗RIO2′和R2阻值决定。由于R2较复位阶段I/02的输出阻抗RIO2′更低，故产生的分压EN2受VOUT2作用，即便电源控制处理器04I/02的复位状态为弱下拉，EN2处分压仍然高于VIH2，可以保持VOUT2的输出状态，主控处理器08的电源状态不受影响，同时VC电压保持为高。因为VB、VC、VA中任意一个为高电平，EN1则为高，由于VC为高电平，故虽然VB为高阻状态，故EN1仍然为高，第一电源电路03保持使能输出，从而电源控制处理器04在被看门狗复位的时间段内不掉电，I/O保持复位状态。
为便于理解，根据电路原理，电源控制处理器04复位阶段，I/02和VOUT2在EN2出产生的分压可以通过下式计算得出：
当上述死机复位完成后，电源控制处理器04内软件重新运行，电源控制处理器04根据软件设计读取复位前状态并决定此后的运行流程。
电源控制处理器04死机复位期间，电源控制处理器04和第一负载电路09之间、电源控制处理器04和主控处理器08之间通信短暂受影响，可以通过软件方式进行重连。
为了便于理解，下面以另一个实施例对本发明的一种电源控制装置进行具体描述，请参阅图2，其包括：
供电电源00，所述供电电源00的电源输出端分别与开关电路01、第一电源电路03和第二电源电路05的电源输入端相连接；
所述开关电路01将所从供电电源00处接收到的电流转换为电脉冲信号后，输入至使能控制电路02的第一输入端中；
所述使能控制电路02将所产生的电平信号通过信号输出端输送至所述第一电源电路03的信号输入端；
所述第一电源电路03根据所述使能控制电路02所输入的电平信号，通过其电源输出端输出电源输出信号至电源控制处理器04中；
所述电源控制处理器04的第一信号输出端与所述使能控制电路02的第二输入端相连接，所述电源控制处理器04的第二信号输出端与所述第二电源电路05的信号输入端相连接；所述电源控制处理器04上还连接有为其提供复位信号的看门狗电路11，所述电源控制处理器04在复位状态下的阻值大于第二电阻07的阻值；电源控制处理器04为STM32F系列MCU，根据该MCU规格书可知，复位阶段，GPIO状态为高阻状态。
所述第二电源电路05的电源信号输出端分别与主控处理器08的输入端、所述使能控制电路02的第三输入端和所述第二电源电路05的信号输入端相连接，所述第二电源电路05的电源信号输出端与信号输入端之间串接有第二电阻07。
在本实施例中，所述开关电路01由机械开关011和开关电阻012组成，当机械开关011按下时，所输出的信号VA为高电平，当机械开关011松开时，所输出的信号VA在开关电阻012的作用下恢复低电平。
在本实施例中，所述使能控制电路02包括：相互并联的第一二极管、第二二极管、第三二极管和第三电阻；所述第一二极管设置于所述使能控制电路02的第一输入端上，所述第二二极管设置于所述使能控制电路02的第二输入端上，所述第三二极管设置于所述使能控制电路02的第三输入端上；所述第三电阻的一端与所述第一电源电路03的信号输入端相接，另一端接地。第三电阻R3用于提供弱下拉，避免EN1出现浮空等不稳定状态，同时降低EN1的输入阻抗提高其抗干扰能力；三个二极管用简单且低成本的方式提供逻辑或，当VA\VB\VC中任一为高时，EN1为高电平，否则EN1为低。
在本实施例中，所述第一电源电路03由两个控制芯片级联构成，其分别是TPS54331和XC6221芯片，其在高电平使能；所述第二电源电路05由负载开关与一个控制芯片级联构成，其控制芯片为TPS54331芯片，其在高电平使能。
为了便于理解，下面以另一个实施例对本发明的一种电源控制装置进行具体描述，请参阅图3，其包括：
供电电源00，所述供电电源00的电源输出端分别与开关电路01、第一电源电路03和第二电源电路05的电源输入端相连接；
所述开关电路01将所从供电电源00处接收到的电流转换为电脉冲信号后，输入至使能控制电路02的第一输入端中；
所述使能控制电路02将所产生的电平信号通过信号输出端输送至所述第一电源电路03的信号输入端；
所述第一电源电路03根据所述使能控制电路02所输入的电平信号，通过其电源输出端输出电源输出信号至电源控制处理器04中；
所述电源控制处理器04的第一信号输出端与所述使能控制电路02的第二输入端相连接，所述电源控制处理器04的第二信号输出端与所述第二电源电路05的信号输入端相连接；所述电源控制处理器04上还连接有为其提供复位信号的看门狗电路11，所述电源控制处理器04在复位状态下的阻值大于第二电阻07的阻值；电源控制处理器04为STM32F系列MCU，根据该MCU规格书可知，复位阶段，GPIO状态为高阻状态。
所述第二电源电路05的电源信号输出端分别与主控处理器08的输入端、所述使能控制电路02的第三输入端和所述第二电源电路05的信号输入端相连接，所述第二电源电路05的电源信号输出端与信号输入端之间串接有第二电阻07。
在本实施例中，所述开关电路01由磁性开关013构成，当磁性开关感应到磁感应强度超过设定的阈值时，输出高电平，否则输出低电平。在其他实施例中，开关电路01也可以由光学开关构成。
在本实施例中，所述第一电源电路03和第二电源电路05均由一个电源控制芯片构成。其中，第一电源电路03中的芯片型号为XC6221，其在高电平使能；第二电源电路05中的芯片型号为XC6204，其在高电平使能。
本发明还可以是一种病人监护仪，其包括：如上所述的电源控制装置，以及与该电源控制装置相连接的监护信号采集模块和监护信号处理模块，所述的监护信号采集模块和监护信号处理模块可设置于该电源控制装置的第一负载电路09或第二负载电路10中。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电源控制装置，其特征在于，包括：
供电电源，所述供电电源的电源输出端分别与第一电源电路和第二电源电路的电源输入端相连接；
使能控制电路，所述使能控制电路产生相应的电平信号通过信号输出端输送至所述第一电源电路的信号输入端；
所述第一电源电路根据所述使能控制电路所输入的电平信号，通过其电源输出端输出电源输出信号至电源控制处理器中；
所述电源控制处理器的第一信号输出端与所述使能控制电路的第二输入端相连接，所述电源控制处理器的第二信号输出端与所述第二电源电路的信号输入端相连接；所述电源控制处理器上还连接有为其提供复位信号的看门狗电路，所述电源控制处理器在复位状态下的阻值大于第二电阻的阻值；
所述第二电源电路的电源信号输出端分别与主控处理器的输入端、所述使能控制电路的第三输入端和所述第二电源电路的信号输入端相连接，所述第二电源电路的电源信号输出端与信号输入端之间串接有第二电阻。
2.根据权利要求1所述的电源控制装置，其特征在于，所述供电电源上还接有开关电路，所述开关电路用于将从供电电源处接收到的电流转换为电脉冲信号后，输入至使能控制电路的第一输入端中。
3.根据权利要求2所述的电源控制装置，其特征在于，所述使能控制电路包括：相互并联的第一二极管、第二二极管、第三二极管和第三电阻；所述第一二极管设置于所述使能控制电路的第一输入端上，所述第二二极管设置于所述使能控制电路的第二输入端上，所述第三二极管设置于所述使能控制电路的第三输入端上；所述第三电阻的一端与所述第一电源电路的信号输入端相接，另一端接地。
4.根据权利要求3所述的电源控制装置，其特征在于，所述第一电源电路的电源输出端上还接有第一负载电路，所述第一负载电路与所述电源控制处理器相通讯。
5.根据权利要求4所述的电源控制装置，其特征在于，所述第二电源电路的电源输出端上还接有第二负载电路，所述第二负载电路与所述主控处理器相通讯。
6.根据权利要求5所述的电源控制装置，其特征在于，所述第二电源电路的电源输出端与所述使能控制电路的第三输入端之间串联有第一电阻。
7.根据权利要求6所述的电源控制装置，其特征在于，所述开关电路包括：机械开关、光学开关、磁性开关。
8.根据权利要求7所述的电源控制装置，其特征在于，所述电源控制处理器为STM32F系列的微控制单元。
9.根据权利要求8所述的电源控制装置，其特征在于，所述电源控制处理器在复位状态下的阻值大于30KΩ，且其在正常工作状态下的阻值小于100Ω，所述第二电阻的阻值为10kΩ。
10.一种病人监护仪，其特征在于，包括：如权利要求1-9中任意一项所述的电源控制装置。
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