CN110095999B - 一种多电源休眠控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多电源休眠控制系统，包括：第一电源输入电路；CPU相关电路，配置为基于所述第一电源输入电路输出的电压工作，并在接收到休眠命令时输出特定频率的逻辑电平信号；第二电源输入电路，包括正输入端、负输入端和控制端；隔离控制电路，配置为在所述特定频率逻辑电平信号控制下，向所述第二电源输入电路的控制端引入低电位信号，以切断所述第二电源输入电路的输出。本发明可以在非工作状态下切断不需工作的电路，降低能耗，满足节能环保要求。

Description

一种多电源休眠控制系统

技术领域

本发明涉及电源控制技术领域，具体地说，尤其涉及一种多电源休眠控制系统。

背景技术

轨道交通作为一种方便、快捷、绿色的交通装备，受到了越来越多人的青睐。建设更加节能环保的绿色轨道交通装备，也成为了时下各地轨道交通建设工程的一项重要考核目标。

但是，在现有技术中，在交通装备进入非工作状态时，除CPU及很小一部分电路运行所需电源外，当其他电路不需要工作，可将其他电源切断，实现其他电路处于关断、非工作状态。但是，此时通常会发生在不需要切断其他电源时而意外切断的情况发生。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供了一种多电源休眠控制系统，用以在非工作状态下切断不需工作的电路，降低能耗，满足节能环保要求。

根据本发明的一个实施例，提供了一种多电源休眠控制系统，包括：

第一电源输入电路；

CPU相关电路，配置为基于所述第一电源输入电路输出的电压工作，并在接收到休眠命令时输出特定频率的逻辑电平信号；

第二电源输入电路，包括正输入端、负输入端和控制端；

隔离控制电路，配置为在所述特定频率逻辑电平信号控制下，向所述第二电源输入电路的控制端引入低电位信号，以切断所述第二电源输入电路的输出。

根据本发明的一个实施例，所述隔离控制电路进一步包括：

发光二极管，其阳极用于接收所述逻辑电平信号，阴极接地；

光电三极管，其基极用于接收所述发光二极管发出的光，源极连接所述第二电源输入电路的控制端，漏极连接低电位信号。

根据本发明的一个实施例，所述光电三极管的漏极分别连接多个所述第二电源输入电路的负输入端。

根据本发明的一个实施例，包括第一隔离控制电路和第二隔离控制电路，其中，

针对所述第一隔离控制电路：

其发光二极管的阳极用于接收所述逻辑电平信号，阴极接地；

其光电三极管的基极用于接收所述第一隔离控制电路中的发光二极管发出的光，源极连接所述第二电源输入电路的控制端；

针对所述第二隔离控制电路：

其发光二极管的阳极用于接收所述逻辑电平信号，阴极接地；

其光电三极管的基极用于接收所述第二隔离控制电路中的发光二极管发出的光，源极连接所述第一隔离控制电路中的光电三极管的漏极，漏极分别连接多个所述第二电源输入电路的负输入端。

根据本发明的一个实施例，所述逻辑电平信号包括高电平信号或低电平信号。

根据本发明的一个实施例，还包括第一检测电路和第二检测电路，其中，

所述第一检测电路，其输入端用于引入所述逻辑电平信号，输出端连接所述第一隔离控制电路中的发光二极管的阳极；

所述第二检测电路，其输入端用于引入所述逻辑电平信号，输出端连接所述第二隔离控制电路中的发光二极管的阳极。

根据本发明的一个实施例，所述第一检测电路的电路结构与所述第二检测电路的电路结构相同，所述第一检测电路和所述第二检测电路均包括：

第一电阻，其第一端连接直流电源，第二端连接CPU用于输出逻辑电平信号的输出端；

第一反相器，其输入端连接所述第一电阻的第二端；

第一二极管，其阴极连接所述第一反相器的输出端；

第二电阻，其第一端连接直流电源，第二端连接所述第一二极管的阳极；

第一电容，其第一端连接所述第二电阻的第二端，第二端接地；

第二反相器，其输入端连接所述第二电阻的第二端；

第二二极管，其阴极连接所述第二反相器的输出端；

第三反相器，其输入端连接所述第二二极管的阳极；

第四反相器，其输入端连接所述第三反相器的输出端，输出端输出所述逻辑电平信号；

第三二极管，其阴极连接所述第一电阻的第二端；

第三电阻，其第一端连接直流电源，第二端连接所述第三二极管的阳极；

第二电容，其第一端连接所述第三电阻的第二端，第二端接地；

第五反相器，其输入端连接所述第三二极管的阳极；

第四二极管，其阴极连接所述第五反相器的输出端，阳极连接所述第三反相器的输入端；

第四电阻，其第一端连接直流电源，第二端连接所述第四二极管的阳极；

第三电容，其第一端连接所述第四电阻的第二端，第二端接地。

根据本发明的一个实施例，所述逻辑电平信号为方波信号。

根据本发明的一个实施例，所述第一电容、所述第二电容和所述第三电容在一个周期内的放电速度大于等于充电速度，并且各电容充电后的电压不超过对应连接的反相器的逻辑高电平的限值。

根据本发明的一个实施例，所述第一检测电路中和所述第二检测电路中的电阻参数和电容参数被调节成使得所述第一检测电路的工作频率和所述第二检测电路的工作频率匹配所述逻辑电平信号的特定频率。

本发明的有益效果：

本发明可以在除CPU及很小一部分电路运行所需电源情况下，当其他电路不需要工作的情况下，将其他电源切断，实现其他电路处于关断、非工作状态，且能避免不需要切断其他电源而意外切断的情况发生，保证产品既能满足可靠性、安全性，亦能降低能耗，满足节能环保要求。

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

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1是根据本发明的一个实施例的电源休眠控制系统结构图；

图2是根据本发明的另一个实施例的电源休眠控制系统结构图；

图3是根据本发明的一个实施例的检测电路结构图；

图4是根据本发明的一个实施例的检测电路仿真示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。

本发明提供了一种多电源休眠控制系统，除CPU及相关的很小一部分电路运行所需电源外，当其他当电路不需要工作的情况下，可将其他电源切断，实现其他电路处于关断、非工作状态。这样能避免不需要切断其他电源而意外切断的情况发生，保证产品既能满足可靠性、安全性要求，亦能降低能耗，满足节能环保要求。如图1所示为根据本发明的一个实施例的多电源休眠控制系统结构图，以下参考图1来对本发明进行详细说明。

如图1所示，该电源休眠控制系统包括第一电源输入电路11、CPU及相关电路12、多个第二电源输入电路13和隔离控制电路14。

具体的，如图1所示，该第一电源输入电路11包括正电源输入端和输出端、负电源输入端和输出端，正电源输入端Vin+用于输入外部正电源VIN+，负电源输入端Vin-用于输入外部负电源VIN-。外部电源通过该第一电源输入电路11处理后由正电源输出端Vout+输出正电压，外部电源通过该第一电源输入电路11处理后由负电源输出端Vout-输出负电压，通常可直接将该负电压设置为接地GND。

CPU相关电路12用于在第一电源输入电路11输出的正电压和负电压驱动下工作。并且，在CPU相关电路12所在的设备停止工作而进入休眠状态时，会向 CPU相关电路12发出休眠命令。CPU相关电路12在该休眠命令控制下，向方波检测电路输出特定的频率信号，继而控制隔离控制电路14输出逻辑电平信号。该逻辑电平信号用于表示设备进入休眠或不工作状态。

类似的，多个第二电源输入电路13(包括电源1-电源n)中的每个第二电源输入电路均具有与第一电源输入电路11相同的正电源输入端和输出端、负电源输入端和输出端，正电源输入端Vin+用于输入外部正电源VIN+，负电源输入端 Vin-用于输入外部负电源VIN-。外部电源通过第各第二电源输入电路处理后由正电源输出端Vout+输出正电压CWA，外部电源通过各第二电源输入电路处理后由负电源输出端Vout-输出负电压CWA-GND。

各第二电源输入电路还包括一控制端Ctrl，该控制端Ctrl与隔离控制电路14 连接，用于控制对应的第二电源输入电路是否输出电压。在向该控制端Ctrl输入低电压信号时，可以控制对应的第二电源输入电路不输出电压，反之，可控制对应的第二电源输入电路输出电压。

隔离控制电路14与各第二电源输入电路的控制端Ctrl连接，可将控制端Ctrl 的电位拉至低电位，以切断第二电源输入电路的输出。

在本发明公开的控制系统中，除CPU及相关的很小一部分电路运行所需电源外，当其他当电路不需要工作的情况下，可将其他电源切断，实现其他电路处于关断、非工作状态。这样能避免不需要切断其他电源而意外切断的情况发生，保证产品既能满足可靠性、安全性要求，亦能降低能耗，满足节能环保要求。

在本发明的一个实施例中，该隔离控制电路14进一步包括一发光二极管141 和一光电三极管142。其中，发光二极管141的阳极1用于接收特定频率逻辑电平信号，阴极2接地。光电三极管142的基极用于接收发光二极管141发出的光，源极4连接第二电源输入电路的控制端，漏极3连接低电位信号。该隔离控制电路14通过光电耦接方式，由特定频率的逻辑电平信号控制发光二极管141发光，光电三极管142的基极接受光照而开始工作，可以将各第二电源输入电路的控制端Ctrl0-Ctrln连接低电位信号，进而切断各第二电源输入端的输出。

在本发明的一个实施例中，该光电三极管142的漏极分别连接多个第二电源输入电路的负输入端。如图1所示，由于各第二电源输入电路的负输入端连接负电压VIN-，该负电压作为低电位信号并输入至控制端Ctrl，可切断第二电源输入电路的输出，这样可以简化电路设计。

在本发明的一个实施例中，该系统包括两个隔离控制电路，如图1所示，第一隔离控制电路VI101中的发光二极管的阳极用于接收特定频率逻辑电平信号 Ctrl0，阴极接地；光电三极管的基极用于接收第一隔离控制电路中的发光二极管发出的光，源极连接第二电源输入电路的控制端。第二隔离控制电路VI102中的发光二极管的阳极用于接收特定频率逻辑电平信号Ctrl1，阴极接地；光电三极管的基极用于接收第二隔离控制电路中的发光二极管发出的光，源极连接第一隔离控制电路中的光电三极管的漏极，漏极分别连接多个第二电源输入电路的负输入端。特定频率逻辑电平信号Ctrl0和Ctrl1，可以相同，也可以不同，只需保证两个隔离控制电路可以同时打开。本发明在设置一个隔离控制电路的基础上增加了一个冗余隔离控制电路，并且将这两个隔离控制电路串联设置，可以提高系统的可靠性，防止误操作或CPU及相关电路输出异常信号导致的第二电源输入电路误切断。

在本发明的一个实施例中，该特定频率逻辑电平信号包括高电平信号或低电平信号。也就是说，特定频率逻辑电平信号Ctrl0和Ctrl1可以为高电平，也可以为低电平，或者可以一个为高电平，一个为低电平，只需保证两个隔离控制电路可以同时打开即可。具体实现时，可以将CPU的IO信号(固定的逻辑电平，或高电平或低电平)作为特定频率逻辑电平信号来进行控制。

但是，当设备在正常工作状态时，IO控制脚可能会因为复杂的电磁环境干扰产生异常动作，误切断其工作所需的电源，降低了产品正常运行的可靠性。因此，在本发明的一个实施例中，该系统还包括第一检测电路A和第二检测电路B共两个检测电路，如图2所示。其中，第一检测电路A的输入端与CPU及相关电路连接，用于引入特定频率逻辑电平信号，输出端连接第一隔离控制电路VI101中的发光二极管的阳极。第二检测电路B的输入端与CPU及相关电路连接，用于引入特定频率逻辑电平信号，输出端连接第二隔离控制电路VI102中的发光二极管的阳极。本发明设置两路与隔离控制电路对应连接的检测电路，可以对 CPU及相关电路输出的特定频率逻辑电平信号进行检测后再输出给隔离控制电路，可以防止复杂环境导致的CPU及相关电路的异常动作，提高产品正常运行的可靠性。

在本发明的一个实施例中，该第一检测电路A的电路结构与第二检测电路B 的电路结构相同，第一检测电路A和第二检测电路B均包括以下几个组成器件。如图3所示，第一电阻R118的第一端连接直流电源P5V，第二端连接CPU及相关电路。第一反相器D101A的输入端连接第一电阻R118的第二端。第一二极管 V109的阴极连接第一反相器D101A的输出端。第二电阻R119的第一端连接直流电源P5V，第二端连接第一二极管V109的阳极。第一电容C104的第一端连接第二电阻R119的第二端，第二端接地GND。第二反相器D101B的输入端连接第二电阻R119的第二端。第二二极管V110的阴极连接第二反相器D101B的输出端。第三反相器D101C的输入端连接第二二极管V110的阳极。第四反相器 D101D的输入端连接第三反相器D101C的输出端，输出端输出特定频率逻辑电平信号Ctrl0或Ctrl0。第三二极管V111的阴极连接第一电阻R118的第二端。第三电阻R120的第一端连接直流电源P5V，第二端连接第三二极管V111的阳极。第二电容C105的第一端连接第三电阻R120的第二端，第二端接地GND。第五反相器D101E的输入端连接第三二极管V111的阳极。第四二极管V112的阴极连接第五反相器D101E的输出端，阳极连接第三反相器D101C的输入端。第四电阻R121的第一端连接直流电源P5V，第二端连接第四二极管V112的阳极。第三电容C106的第一端连接第四电阻R121的第二端，第二端接地GND。

在本发明的一个实施例中，该特定频率逻辑电平信号为方波信号。在本发明中，通过设置两路相同的方波信号检测电路的冗余设计，且检测电路主要由电阻、电容、反相器等构成，电路简单可靠。CPU通过发送两路特定逻辑电平信号进行控制，可以降低因CPU自身故障引起的误操作风险(为避免CPU发出错误指令，影响整个系统的安全可靠，当该CPU工作状态异常时，将难以发出频率在设置范围内的信号，则难以断开其他电源的输出，以保证其他电路能正常工作，系统工作导向安全)，进而保证系统的高安全性。CPU正常工作时，发出电源切断信号 (一定周期频率的方波信号)，进行电源切断控制；CPU工作异常时，不能控制电源切断。

在利用方波信号切断第二电源输入电路的输出时，该检测电路和隔离控制电路的工作过程如下。如图3所示，CPU及相关电路输出的方波信号Power_Cut_A为高电平时，则直流电源P5V经第三电阻R120对第二电容C105进行充电。如果Power_Cut_A为高电平的时间够长，则第二电容C105两端电压会慢慢变高，直至满足逻辑高电平的电压值，而第五反相器D101E的输出为低电平，则电容第三电容C106放电。Power_Cut_A为低电平时，则第一反相器D101A的输出为高电平，直流电源P5V经第二电阻R119对第一电容C104进行充电，如果Power_Cut_A为低电平的时间够长，则第一电容C104两端电压会慢慢变高，直至满足反相器的逻辑高电平的电压值。而第二反相器D101B的输出为低电平，则第三电容C106放电。当需要切断其他电源时，为了保证Ctrl0能进行有效的控制时(Ctrl0为高电平)，则第二反相器D101B和第四反相器D101E的输出应为高电平，此时第三反相器D101C的输入端电位上升，形成高电平。该高电平经第三反相器D101C和第四反相器D101D反相后为高电平Ctrl0。该高电平Ctrl0可以使得发光二极管发光，进而使得光电三极管导通，各第二电源输入电路的控制端连接低电位，从而切断各第二电源输入电路的输出。两个检测电路的电路结构和工作原理相同，此处不加赘述。如图4所示为第一检测电路A仿真示意图，由图 4可知，该检测电路可以根据方波信号Power_Cut_A产生特定频率的逻辑电平信号Ctrl0。

在本发明的一个实施例中，检测电路中的第一电容C104、第二电容C105和第三电容C106在一个周期内的放电速度大于等于充电速度，并且各电容充电后的电压不超过对应连接的反相器的逻辑高电平的限值。将电容的放电速度设置为大于等于充电速度，有利于与CPU及相关电路输出的方波波形进行匹配。将各电容充电后的电压设置为不超过对应连接的反相器的逻辑高电平的限值，有利于各反相器正常工作。

在本发明的一个实施例中，第一检测电路中和第二检测电路中的电阻参数和电容参数被调节成使得第一检测电路的工作频率和第二检测电路的工作频率匹配特定频率逻辑电平信号的特定频率。这样设置，可以使得第一检测电路中和第二检测电路基于各自特定的频率工作，防止其他频率信号导致检测电路的误操作。

图2中的信号Ctrl0、信号Ctrl1为两路冗余的方波检测电路的输出信号，光耦VI101和VI102的输出端采用串接的方式进行连接。当Ctrl0和Ctrl1都为高电平时(即两路冗余的方波检测电路都检测到方波信号有效)，光耦VI101和VI102 输出回路才有效。VI101和VI102输出回路的使用，可根据具体的需求进行设计 (可将其他电源模块的控制信号通过一些处理后，连接到本输出回路中)。

在本发明中，CPU及相关电路发送两路方波信号给两组方波检测电路，实现了冗余设计。同时，也可以通过CPU及相关电路实现对检测电路及隔离控制电路的自检(CPU发送两路方波信号，再依据对其他电源输出的监视)，来保证电路的正常运行。该自检包括以下过程：CPU先单独发送方波信号，然后两路方波信号同时发送，再根据对电源输出的监视来判断电路是否正常。具体的，CPU先不发送方波信号，如果这时监视其他电源输出的结果为切断，则说明两组方波检测电路及与之相连的隔离控制电路存在短路情况；如果这时监视其他电源输出的结果为未切断，CPU单独发送有效的方波信号Power_Cut_A给第一检测电路，如果这时监视其他电源输出的结果为被切断，则B组方波电路及与之相连的隔离控制电路存在短路情况，而A组方波电路及与之相连的隔离控制电路正常；如果这时监视其他电源输出的结果为未被切断，CPU停止发送方波信号Power_Cut_A，单独发送有效的方波信号Power_Cut_B给第二检测电路，如果这时监视其他电源输出的结果为被切断，则A组方波电路及与之相连的隔离控制电路存在短路情况，而B组方波电路及与之相连的隔离控制电路正常；如果这时监视其他电源输出的结果为未被切断，CPU同时发送两路方波信号Power_Cut_A和Power_Cut_B，如果这时监视其他电源输出的结果为被切断，则说明A组、B组两组方波电路及与之相连的隔离控制电路正常；如果这时监视其他电源输出的结果为未被切断，则说明A组、B组两组方波电路及与之相连的隔离控制电路至少有一组存在断路情况。通过自检可以很好的判断和定位A组、B组两组方波电路及与之相连的隔离控制电路是否出现短路(而电路断路可以避免不该切断电源的时候，去切断电源的情况发生)，可以很好的控制风险。CPU发送的两路方波信号、两组方波检测电路及与之相连的隔离控制电路可以很好的让CPU完成对电路的自检，判断和定位故障点，很好的控制风险点。

本发明利用特定频率的方波作为控制信号以及两路隔离控制电路的串联设计，可避免不该切断电源的时候，去切断电源的情况发生，以保证产品的可靠运行。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的处理步骤，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，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 (6)

1.一种多电源休眠控制系统，包括：

第一电源输入电路；

CPU相关电路，配置为基于所述第一电源输入电路输出的电压工作，并在接收到休眠命令时输出特定频率的逻辑电平信号；

第二电源输入电路，包括正输入端、负输入端和控制端；

隔离控制电路，配置为在所述特定频率的逻辑电平信号控制下，向所述第二电源输入电路的控制端引入低电位信号，以切断所述第二电源输入电路的输出，

其中，所述隔离控制电路进一步包括：

发光二极管，其阳极用于接收所述逻辑电平信号，阴极接地；

光电三极管，其基极用于接收所述发光二极管发出的光，源极连接所述第二电源输入电路的控制端，漏极连接低电位信号，

其中，所述光电三极管的漏极分别连接多个所述第二电源输入电路的负输入端；

所述隔离控制电路还包括第一隔离控制电路、第二隔离控制电路、第一检测电路和第二检测电路，

其中，所述第一检测电路，其输入端用于引入所述逻辑电平信号，输出端连接所述第一隔离控制电路中的发光二极管的阳极；

所述第二检测电路，其输入端用于引入所述逻辑电平信号，输出端连接所述第二隔离控制电路中的发光二极管的阳极；

所述第一检测电路的电路结构与所述第二检测电路的电路结构相同，所述第一检测电路和所述第二检测电路均包括：

第一电阻，其第一端连接直流电源，第二端连接CPU用于输出逻辑电平信号的输出端；

第一反相器，其输入端连接所述第一电阻的第二端；

第一二极管，其阴极连接所述第一反相器的输出端；

第二电阻，其第一端连接直流电源，第二端连接所述第一二极管的阳极；

第一电容，其第一端连接所述第二电阻的第二端，第二端接地；

第二反相器，其输入端连接所述第二电阻的第二端；

第二二极管，其阴极连接所述第二反相器的输出端；

第三反相器，其输入端连接所述第二二极管的阳极；

第四反相器，其输入端连接所述第三反相器的输出端，输出端输出所述逻辑电平信号；

第三二极管，其阴极连接所述第一电阻的第二端；

第三电阻，其第一端连接直流电源，第二端连接所述第三二极管的阳极；

第二电容，其第一端连接所述第三电阻的第二端，第二端接地；

第五反相器，其输入端连接所述第三二极管的阳极；

第四二极管，其阴极连接所述第五反相器的输出端，阳极连接所述第三反相器的输入端；

第四电阻，其第一端连接直流电源，第二端连接所述第四二极管的阳极；

第三电容，其第一端连接所述第四电阻的第二端，第二端接地。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

针对所述第一隔离控制电路：

其发光二极管的阳极用于接收所述逻辑电平信号，阴极接地；

其光电三极管的基极用于接收所述第一隔离控制电路中的发光二极管发出的光，源极连接所述第二电源输入电路的控制端；

针对所述第二隔离控制电路：

其发光二极管的阳极用于接收所述逻辑电平信号，阴极接地；

其光电三极管的基极用于接收所述第二隔离控制电路中的发光二极管发出的光，源极连接所述第一隔离控制电路中的光电三极管的漏极，漏极分别连接多个所述第二电源输入电路的负输入端。

3.根据权利要求1或2中所述的系统，其特征在于，所述逻辑电平信号包括高电平信号或低电平信号。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述逻辑电平信号为方波信号。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一电容、所述第二电容和所述第三电容在一个周期内的放电速度大于等于充电速度，并且各电容充电后的电压不超过对应连接的反相器的逻辑高电平的限值。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一检测电路中和所述第二检测电路中的电阻参数和电容参数被调节成使得所述第一检测电路的工作频率和所述第二检测电路的工作频率匹配所述逻辑电平信号的特定频率。

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