CN110323825A - 一种电源电路切换装置、方法和物联网设备 - Google Patents

一种电源电路切换装置、方法和物联网设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电源电路切换装置、方法和物联网设备，电源电路切换装置包括：DC‑DC电源电路、MOS电源控制电路、电源隔离电路、LDO电源电路以及主控芯片；其中：所述DC‑DC电源电路的电压输出端以及所述MOS电源控制电路的电压输出端分别与所述电源隔离电路的电压输入端连接；所述电源隔离电路的电压输出端与所述LDO电源电路的电压输入端连接；所述LDO电源电路的电压输出端连接到所述主控芯片；所述DC‑DC电源电路以及所述MOS电源控制电路与所述主控芯片通过GIPO连接。本发明能够同时满足设备在工作时电源转换效率高及待机休眠时静态电流低的情况下，大大降低设备整体功耗。

Description

一种电源电路切换装置、方法和物联网设备
技术领域
本发明涉及物联网通信技术领域，具体地涉及一种电源电路切换装置、方法和物联网设备。
背景技术
传统物联网设备大部分采用电池或太阳能供电，设备不需要一直处于工作状态，往往定时醒来采集数据并传输，有些通过外部中断唤醒，并且设备需要满足几年工作需求，这就要求设备处于待机休眠状态下的功耗要低。对于一些设备需要接传感器并给传感器供电，就需要较高电压的电池，对于电池电压较高时设备就需要通过降压获取所需电源给处理器等电路供电。常规采用DC-DC或LDO进行降压，DC-DC的电源转换效率高，但静态功耗大，LDO电源转换效率低，但LDO的静态电流可以做到低至1个微安。物联网设备在工作时需要较大的功耗，适合采用DC-DC进行电源转换，当设备处于待机休眠状态下除了处理器的功耗外还要增加DC-DC比较大的静态功耗。若使用LDO的话，设备工作状态下电源效率会大大降低，在待机休眠的时候可以满足较低的静态电流。传统做法是根据设备运行转态折中选择其中一种方案，无法同时满足待机与工作时的功耗要求。
发明内容
本发明实施例提供了一种电源电路切换装置、方法和物联网设备，能够同时满足设备在工作时电源转换效率高及待机休眠时静态电流低的情况下，大大降低设备整体功耗。
第一方面，本发明实施例提供了一种电源电路切换装置，包括：
DC-DC电源电路、MOS电源控制电路、电源隔离电路、LDO电源电路以及主控芯片；其中：
所述DC-DC电源电路的电压输出端以及所述MOS电源控制电路的电压输出端分别与所述电源隔离电路的电压输入端连接；所述电源隔离电路的电压输出端与所述LDO电源电路的电压输入端连接；所述LDO电源电路的电压输出端连接到所述主控芯片；所述DC-DC电源电路以及所述MOS电源控制电路与所述主控芯片通过GIPO连接。
优选地，所述DC-DC电源电路包括第一电阻、第一电压转换芯片、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一电感以及二极管；其中，
所述第一电阻的第一端与DCDC-EN接口连接；所述第一电阻的第二端与所述第一电压转换芯片连接；
所述第二电阻第一端接地；所述第二电阻第二端与所述第一电压转换芯片连接；
所述第一电容的第一端接地；所述第一电容的第二端与所述第一电压转换芯片连接；
所述第二电容的第一端接地；所述第二电容的第二端与所述第一电压转换芯片连接；
所述第三电容的第一端与所述二极管的第一端连接；所述第三电容的第二端与所述第一电压转换芯片连接；所述二极管的第二端与所述第一电压转换芯片连接；
所述第四电容的第一端与所述第一电感的第二端连接；所述第四电容的第二端接地；
所述第一电感的第一端与所述二极管的第一端连接；所述第一电感的第二端与所述第三电阻的第一端连接；所述第三电阻的第二端与所述第一电压转换芯片连接；
所述第四电阻的第一端与所述第一电压转换芯片连接；所述第四电阻的第二端接地。
优选地，所述MOS电源控制电路包括三极管、数字开关管、NMOS管、稳压二极管、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第八电容、第九电容以及第十电容；其中，
所述第六电阻的第一端连接CPU GPIO接口；所述第六电阻的第二端连接所述三极管的基极；
所述第七电阻的第一端与所述第六电阻的第二端连接；所述第七电阻的第二端接地；
第八电阻的第一端连接所述NMOS管的漏极；所述第八电阻的第二端连接数字开关管的发射极；
所述三极管的集电极连接所述数字开关管的基极；所述三极管的发射极接地；
所述数字开关管的发射极与所述NMOS管的栅极连接；所述数字开关管的集电极接地；
所述稳压二极管的第一端与所述栅级连接；所述稳压二极管的第二端接地；
所述第八电容的第一端连接电源，所述第八电容的第二端连接数字开关管的发射极；
所述第九电容的第一端接地，所述第九电容的第二端与数字开关管的发射极；
所述第十电容的第一端接地；所述第十电容的第二端连接NMOS管的源极。
优选地，所述的LDO电源电路包括第二电压转换芯片、第五电容、第六电容、第七电容以及第五电阻；其中，
所述第五电阻的第一端与所述第二电压转换芯片连接；所述第五电容的第一端与所述第五电阻的第二端连接；
所述第六电容的第一端接地；所述第六电容的第二端与所述第二电压转换芯片连接；
所述第七电容的第一端接地；所述第七电容的第二端与所述第二电压转换芯片连接。
优选地，所述的电源隔离电路包括隔离二极管、隔离二极管；其中，
所述隔离二极管的第一端连接所述隔离二极管的第一端；所述隔离二极管第二端连接第四电容第一端；所述隔离二极管的第二端连接NMOS管Q3的源极；所述隔离二极管的第一端与所述第二电压转换芯片连接。
优选地，所述LDO电源电路输出直流电压给所述主控芯片供电。
第二方面，本发明实施例提供了一种物联网设备，包括如第一方面所述的电源电路切换装置。
第三方面，本发明实施例提供了一种电源电路切换装置的电源电路切换方法，能够应用于如第一方面所述的切换电路装置中，包括：
所述主控芯片根据切换电路装置的工作状态，通过输出高低电平控制信号控制DC-DC电源电路以及MOS电源控制电路的打开或关闭来循环控制LDO电源电路的供电；
则所述主控芯片具体用于：
在正常工作过程时，所述主控芯片输出第一高电平控制信号打开DC-DC电源电路，以及输出第二高电平控制信号关闭MOS电源控制电路，电源通过DC-DC电源电路经过电源隔离电路的隔离二极管给LDO电源电路供电；
从正常工作进入待机休眠过程时，所述主控芯片输出第二低电平控制信号打开MOS电源控制电路，以及输出第一低电平控制信号关闭DC-DC电源电路，电源通过MOS电源控制电路经过电源隔离电路的隔离二极管给LDO电源电路供电；
从待机休眠进入正常工作过程时，所述主控芯片输出第一高电平控制信号打开DC-DC电源电路，以及输出第二高电平控制信号关闭MOS电源控制电路，电源通过DC-DC电源电路经过电源隔离电路的隔离二极管给LDO电源电路供电。
上述一个实施例中，由于DC-DC电源电路的电压输出端以及所述MOS电源控制电路的电压输出端分别与所述电源隔离电路的电压输入端连接；所述电源隔离电路的电压输出端与所述LDO电源电路的电压输入端连接；所述LDO电源电路的电压输出端连接到所述主控芯片；所述DC-DC电源电路以及所述MOS电源控制电路与所述主控芯片通过GIPO连接，因而，能够同时满足设备工作时电源转换效率高及待机休眠时静态电流低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明第一实施例提供的一种电源电路切换装置的结构示意图。
图2为本发明第一实施例提供的一种电源电路切换装置的电路示意图
具体实施方式
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。
实施例中提及的“第一\第二”仅仅是是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
本发明第一实施例：
参见图1，本发明第一实施例提供了一种电源电路切换装置，包括：
DC-DC电源电路1、MOS电源控制电路4、电源隔离电路2、LDO电源电路3以及主控芯片5；其中：
所述DC-DC电源电路1的电压输出端以及所述MOS电源控制电路4的电压输出端分别与所述电源隔离电路2的电压输入端连接；所述电源隔离电路2的电压输出端与所述LDO电源电路3的电压输入端连接；所述LDO电源电路3的电压输出端连接到所述主控芯片5；所述DC-DC电源电路1以及所述MOS电源控制电路4分别与所述主控芯片5通过GIPO连接。
在本实施例中，所述主控芯片根据切换电路装置的工作状态，可通过输出高低电平控制信号控制DC-DC电源电路1以及MOS电源控制电路4的打开或关闭来循环控制LDO电源电路3的供电。下面对一些可能的工作状态的进行分析：
一、在正常工作过程中：
所述主控芯片5输出DCDC_EN高电平控制信号打开DC-DC电源电路1，以及输出MOS_EN高电平控制信号关闭MOS电源控制电路4，电源通过DC-DC电源电路1经过电源隔离电路2的隔离二极管给LDO电源电路3供电；
二、从正常工作进入待机休眠过程中：
所述主控芯片5输出MOS_EN低电平控制信号打开MOS电源控制电路4，以及输出DCDC_EN低电平控制信号关闭DC-DC电源电路1，电源通过MOS电源控制电路4经过电源隔离电路2的隔离二极管给LDO电源电路3供电；
三、从待机休眠进入正常工作过程中：
所述主控芯片5输出DCDC_EN高电平控制信号打开DC-DC电源电路1，以及输出MOS_EN高电平控制信号关闭MOS电源控制电路4，电源通过DC-DC电源电路1经过电源隔离电路2的隔离二极管给LDO电源电路3供电。
在本实施例中，所述MOS电源控制电路4包括三极管Q1、数字开关管Q2、NMOS管Q3、稳压二极管D4、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第八电容C8、第九电容C9以及第十电容C10；其中
所述第六电阻R6的第一端连接CPU GPIO接口；所述第六电阻R6的第二端连接所述三极管Q1的基极；所述第七电阻R7的第一端与所述第六电阻的第二端连接；所述第七电阻R7的第二端接地；第八电阻R8的第一端连接所述NMOS管Q3的漏极；所述第八电阻R8的第二端连接数字开关管Q2的发射极；所述三极管Q1的集电极连接所述数字开关管Q2的基极；所述三极管Q1的发射极接地；所述数字开关管Q2的发射极与所述NMOS管Q3的栅极连接；所述数字开关管Q2的集电极接地；所述稳压二极管D4的第一端与所述Q3栅级连接；所述稳压二极管D4的第二端接地；所述第八电容C8的第一端连接电源，所述第八电容C8的第二端连接数字开关管Q2的发射极；所述第九电容C9的第一端接地，所述第九电容C9的第二端与数字开关管Q2的发射极；所述第十电容C10的第一端接地；所述第十电容C10的第二端连接NMOS管Q3源极。
具体地，当主控芯片5输出DCDC_EN高电平控制信号时，第六电阻R6第一脚为高电平，三极管Q1和数字开关管Q2导通，NMOS管Q3的G端(栅极)为低电平，NMOS管Q3不导通；当主控芯片5输出DCDC_EN高电平控制信号时，第六电阻值R6第一脚为低电平，三极管Q1和数字开关管Q2不导通，电源(Power)通过第八电阻R8以及稳压二极管D4，稳压二极管D4将NMOS管Q3的G端稳压在一定电压，保证，NMOS管Q3Vgs保持在一定电压，，NMOS管Q3微导通。
在本实施例中，所述DC-DC电源电路1包括第一电阻R1、第一电压转换芯片U1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第一电感L1以及二极管D1；其中，
所述第一电阻R1的第一端与DCDC-EN接口连接；所述第一电阻R1的第二端与所述第一电压转换芯片连接；所述第二电阻R2第一端接地；所述第二电阻R2第二端与所述第一电压转换芯片连接；所述第一电容C1的第一端接地；所述第一电容C1的第二端与所述第一电压转换芯片U1的IN引脚以及电源连接；所述第二电容C2的第一端接地；所述第二电容C2的第二端与所述第一电压转换芯片U1的SS引脚连接；所述第三电容C3的第一端与所述二极管D1的第一端连接；所述第三电容C3的第二端与所述第一电压转换芯片U1的BOOT引脚连接；所述二极管D1的第二端与所述第一电压转换芯片连接；所述第四电容C4的第一端与所述第一电感L1的第二端连接；所述第四电容C4的第二端与所述第一电压转换芯片U1的PAD引脚连接；所述第一电感L1的第一端与所述二极管D1的第一端连接；所述第一电感L1的第二端与所述第三电阻R3的第一端连接；所述第三电阻R3的第二端与所述第一电压转换芯片U1的FB引脚连接；所述第四电阻R4的第一端与所述第一电压转换芯片U1的PAD引脚连接；所述第四电阻R4的第一端与所述二极管D1的第二端连接。
在本实施例中，所述的LDO电源电路3包括第二电压转换芯片U2、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7以及第五电阻R5；其中，
所述第五电阻R5的第一端与所述第二电压转换芯片U2的EN引脚连接；所述第五电容C5的第一端与所述第五电阻R5的第二端连接；所述第五电容C5的第二端接地；所述第六电容C6的第一端接地；所述第六电容C6的第二端与所述第二电压转换芯片U2的VOUT引脚连接；所述第七电容C7的第一端接地；所述第七电容C7的第二端与所述第二电压转换芯片U2的VOUT引脚连接。
在本实施例中，所述的电源隔离电路包括隔离二极管D2、隔离二极管D3；其中，所述隔离二极管D2的第一端连接所述隔离二极管D3的第一端；所述隔离二极管D2第二端连接第四电容C4第一端；所述隔离二极管D3的第二端连接NMOS管Q3的源极；所述隔离二极管D3的第一端与所述第二电压转换芯片U2的VIN引脚连接。
在本实施例中，所述LDO电源电路3输出直流电压给所述主控芯片5供电。
综上所述，由于DC-DC电源电路1的电压输出端以及所述MOS电源控制电路4的电压输出端分别与所述电源隔离电路2的电压输入端连接，所述电源隔离电路2的电压输出端与所述LDO电源电路3的电压输入端连接，所述LDO电源电路3的电压输出端连接到所述主控芯片5，所述DC-DC电源电1以及所述MOS电源控制电路3与所述主控芯片5通过GIPO连接，因而，能够同时满足设备工作时电源转换效率高及待机休眠时静态电流低。
本发明第二实施例：
本发明第二实施例提供了一种物联网设备，包括如上述实施例所述的电源电路切换装置。
本发明第三实施例：
本发明第三实施例提供了一种电源电路切换装置的电源电路切换方法，能够应用于上述实施例所述的切换电路装置中，包括：
所述主控芯片根据切换电路装置的工作状态，通过输出高低电平控制信号控制DC-DC电源电路以及MOS电源控制电路的打开或关闭来循环控制LDO电源电路的供电；
则所述主控芯片具体用于：
在正常工作过程时，所述主控芯片输出第一高电平控制信号打开DC-DC电源电路，以及输出第二高电平控制信号关闭MOS电源控制电路，电源通过DC-DC电源电路经过电源隔离电路的隔离二极管给LDO电源电路供电；
从正常工作进入待机休眠过程时，所述主控芯片输出第二低电平控制信号打开MOS电源控制电路，以及输出第一低电平控制信号关闭DC-DC电源电路，电源通过MOS电源控制电路经过电源隔离电路的隔离二极管给LDO电源电路供电；
从待机休眠进入正常工作过程时，所述主控芯片输出第一高电平控制信号打开DC-DC电源电路，以及输出第二高电平控制信号关闭MOS电源控制电路，电源通过DC-DC电源电路经过电源隔离电路的隔离二极管给LDO电源电路供电。
需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种电源电路切换装置，其特征在于，包括：
DC-DC电源电路、MOS电源控制电路、电源隔离电路、LDO电源电路以及主控芯片；其中：
所述DC-DC电源电路的电压输出端以及所述MOS电源控制电路的电压输出端分别与所述电源隔离电路的电压输入端连接；所述电源隔离电路的电压输出端与所述LDO电源电路的电压输入端连接；所述LDO电源电路的电压输出端连接到所述主控芯片；所述DC-DC电源电路以及所述MOS电源控制电路与所述主控芯片通过GIPO连接。
2.根据权利要求1所述电源电路切换装置，其特征在于，所述DC-DC电源电路包括第一电阻、第一电压转换芯片、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一电感以及二极管；其中，
所述第一电阻的第一端与DCDC-EN接口连接；所述第一电阻的第二端与所述第一电压转换芯片连接；
所述第二电阻第一端接地；所述第二电阻第二端与所述第一电压转换芯片连接；
所述第一电容的第一端接地；所述第一电容的第二端与所述第一电压转换芯片连接；
所述第二电容的第一端接地；所述第二电容的第二端与所述第一电压转换芯片连接；
所述第三电容的第一端与所述二极管的第一端连接；所述第三电容的第二端与所述第一电压转换芯片连接；所述二极管的第二端与所述第一电压转换芯片连接；
所述第四电容的第一端与所述第一电感的第二端连接；所述第四电容的第二端接地；
所述第一电感的第一端与所述二极管的第一端连接；所述第一电感的第二端与所述第三电阻的第一端连接；所述第三电阻的第二端与所述第一电压转换芯片连接；
所述第四电阻的第一端与所述第一电压转换芯片连接；所述第四电阻的第二端接地。
3.根据权利要求2所述的电源电路切换装置，其特征在于，所述MOS电源控制电路包括三极管、数字开关管、NMOS管、稳压二极管、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第八电容、第九电容以及第十电容；其中
所述第六电阻的第一端连接CPU GPIO接口；所述第六电阻的第二端连接所述三极管的基极；
所述第七电阻的第一端与所述第六电阻的第二端连接；所述第七电阻的第二端接地；
第八电阻的第一端连接所述NMOS管的漏极；所述第八电阻的第二端连接数字开关管的发射极；
所述三极管的集电极连接所述数字开关管的基极；所述三极管的发射极接地；
所述数字开关管的发射极与所述NMOS管的栅极连接；所述数字开关管的集电极接地；
所述稳压二极管的第一端与所述栅级连接；所述稳压二极管的第二端接地；
所述第八电容的第一端连接电源，所述第八电容的第二端连接数字开关管的发射极；
所述第九电容的第一端接地，所述第九电容的第二端与数字开关管的发射极；
所述第十电容的第一端接地；所述第十电容的第二端连接NMOS管的源极。
4.根据权利要求3所述电源电路切换装置，其特征在于，所述的LDO电源电路包括第二电压转换芯片、第五电容、第六电容、第七电容以及第五电阻；其中，
所述第五电阻的第一端与所述第二电压转换芯片连接；所述第五电容的第一端与所述第五电阻的第二端连接；
所述第六电容的第一端接地；所述第六电容的第二端与所述第二电压转换芯片连接；
所述第七电容的第一端接地；所述第七电容的第二端与所述第二电压转换芯片连接。
5.根据权利要求4所述电源电路切换装置，其特征在于，所述的电源隔离电路包括隔离二极管、隔离二极管；其中，
所述隔离二极管的第一端连接所述隔离二极管的第一端；所述隔离二极管第二端连接第四电容第一端；所述隔离二极管的第二端连接NMOS管Q3的源极；所述隔离二极管的第一端与所述第二电压转换芯片连接。
6.根据权利要求5所述一种电源电路切换装置，其特征在于，所述LDO电源电路输出直流电压给所述主控芯片供电。
7.一种物联网设备，其特征在于，包括如权利要求1至6任意一项所述的电源电路切换装置。
8.一种电源电路切换装置的电源电路切换方法，能够应用于如权利要求1至6任一项所述的切换电路装置中，其特征在于，包括：
所述主控芯片根据切换电路装置的工作状态，通过输出高低电平控制信号控制DC-DC电源电路以及MOS电源控制电路的打开或关闭来循环控制LDO电源电路的供电；
则所述主控芯片具体用于：
在正常工作过程时，所述主控芯片输出第一高电平控制信号打开DC-DC电源电路，以及输出第二高电平控制信号关闭MOS电源控制电路，电源通过DC-DC电源电路经过电源隔离电路的隔离二极管给LDO电源电路供电；
从正常工作进入待机休眠过程时，所述主控芯片输出第二低电平控制信号打开MOS电源控制电路，以及输出第一低电平控制信号关闭DC-DC电源电路，电源通过MOS电源控制电路经过电源隔离电路的隔离二极管给LDO电源电路供电；
从待机休眠进入正常工作过程时，所述主控芯片输出第一高电平控制信号打开DC-DC电源电路，以及输出第二高电平控制信号关闭MOS电源控制电路，电源通过DC-DC电源电路经过电源隔离电路的隔离二极管给LDO电源电路供电。
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