CN110518655A - 便携式带电池设备的开关机控制电路 - Google Patents

Abstract

一种便携式带电池设备的开关机控制电路，包括：电源通断控制单元；电池供电单元，电池供电单元电连接电源通断控制单元的电源输入端；接触开关控制单元；接触开关控制单元的第一输出端电连接电源通断控制单元的受控端；微控制单元；按键检测单元；按键检测单元的按键检测输入端电连接接触开关控制单元的第二输出端；按键检测单元的按键检测输出端电连接微控制单元；开机保持控制单元；开机保持控制单元的信号输入端电连接微控制单元，开机保持控制单元的信号输出端电连接电源通断控制单元的受控端。所述开关机控制电路能够，实现节能，增加电池的使用时间，并且体积小。

Description

便携式带电池设备的开关机控制电路

技术领域

本发明涉及电学领域，尤其涉及一种便携式带电池设备的开关机控制电路。

背景技术

现有便携式带电池设备，例如微型热敏打印机、便携式蓝牙音箱和便携式4/5G转WIFI等等。现有便携式带电池设备通常主要使用机械开关来实现开关机，即需要通过机械开关(如拨动开关)来控制电路供电的通断。一般这类机械开关存在体积大，价格高，使用寿命短，且可靠性差等缺点。

另外，在一些要求长时间待机使用电池的现有便携式带电池设备中，通常需要系统可以自动切断供电，需要使用时，按开机按键来启动系统。

但是现有便携式带电池设备的开关电路一般是通过让系统进入休眠待机模式，来实现节能，这样还是会存在待机的电流仍有几十微安到几毫安不等的情况，造成电源的浪费。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种新的便携式带电池设备的开关机控制电路，以实现对电路的正常有效开关机，并在无操作超时情况下，能够自动彻底关断系统与电池，达到节能，增加电池的使用时间。

为解决上述问题，本发明提供一种便携式带电池设备的开关机控制电路，包括：电源通断控制单元，所述电源通断控制单元具有受控端、电源输入端和电源输出端；电池供电单元，所述电池供电单元电连接所述电源通断控制单元的所述电源输入端；接触开关控制单元，所述接触开关控制单元具有第一输出端和第二输出端；所述接触开关控制单元的所述第一输出端电连接所述电源通断控制单元的所述受控端；微控制单元；按键检测单元，所述按键检测单元具有按键检测输入端和按键检测输出端；所述按键检测单元的所述按键检测输入端电连接所述接触开关控制单元的所述第二输出端；所述按键检测单元的所述按键检测输出端电连接所述微控制单元；开机保持控制单元，所述开机保持控制单元具有信号输入端和信号输出端；所述开机保持控制单元的信号输入端电连接所述微控制单元，所述开机保持控制单元的信号输出端电连接所述电源通断控制单元的所述受控端。

可选的，所述接触开关控制单元包括控制开关、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第一开关器件；所述第一电阻、所述第二电阻与所述控制开关串联，且所述第一电阻位于所述第二电阻与所述控制开关之间，所述第二电阻一端接地；所述第三电阻的一端作为所述第二输出端电连接在所述第一电阻和第二电阻之间，所述第三电阻的另一端电连接所述第一开关器件的开关控制端；所述第一开关器件的电流输入端作为所述第一输出端，所述第一开关器件的电流输出端接地。

可选的，所述控制开关为轻触开关。

可选的，所述接触开关控制单元还包括第一电容；所述第一电容的一端电连接所述第一开关器件的开关控制端，所述第一电容的另一端接地。

可选的，所述开机保持控制单元包括第四电阻、第五电阻和第二开关器件；所述第四电阻的一端作为所述信号输入端电连接所述微控制单元，所述第四电阻的另一端与所述第二开关器件的开关控制端电连接；所述第五电阻的一端电连接所述微控制单元，所述第五电阻的另一端接地；所述第二开关器件的电流输入端作为所述信号输出端，所述第二开关器件的电流输出端接地。

可选的，所述电源通断控制单元包括第六电阻和第三开关器件；所述第三开关器件的开关控制端作为所述电源通断控制单元的所述受控端；所述第六电阻的一端电连接所述第三开关器件的开关控制端，所述第六电阻的另一端电连接所述第三开关器件的电流输入端；所述第三开关器件的电流输入端作为所述电源输入端，所述第三开关器件的电流输出端作为所述电源输出端。

可选的，所述按键检测单元包括第七电阻；所述第七电阻的一端作为所述按键检测输入端；所述第七电阻的另一端作为所述按键检测输出端。

可选的，所述开关机控制电路还包括充电开机检测单元，所述充电开机检测单元的充电检测输入端为充电检测接口，所述充电开机检测单元的充电检测输出端电连接所述电源通断控制单元的所述受控端。

可选的，所述充电开机检测单元包括第八电阻、第九电阻和第四开关器件；所述第八电阻的一端电连接所述充电检测接口，所述第八电阻的另一端与所述第四开关器件的开关控制端电连接；所述第九电阻的一端电连接所述充电检测接口，所述第九电阻的另一端接地；所述第四开关器件的电流输入端作为所述充电检测输出端，所述第四开关器件的电流输出端接地。

可选的，所述充电开机检测单元还包括第二电容；所述第二电容的一端电连接所述第四开关器件的开关控制端，所述第二电容的另一端接地；所述第一开关器件为NMOS管或者NPN管；所述第二开关器件为NMOS管或者NPN管；所述第三开关器件为PMOS管；所述第四开关器件为NMOS管或者NPN管。

本发明技术方案的其中一个方面中，使用微型的轻触开关来实现便携式带电池设备的开关机控制电路，使设备体积更小成本更低。

本技术方案提供的电路，可实现系统供电无操作超时自动彻底关断，实现节能，增加电池的使用时间。

附图说明

图1是实施例中便携式带电池设备的开关机控制电路的电路框图；

图2是实施例中便携式带电池设备的开关机控制电路一种电路原理图；

图3是实施例中便携式带电池设备的开关机控制电路另一种电路原理图。

具体实施方式

现有便携式带电池设备多采用机械拨动开关，体积大，无法自动关机省电。

为此，本发明提供一种新的便携式带电池设备的开关机控制电路，以解决上述存在的不足。

为更加清楚的表示，下面结合附图对本发明做详细的说明。

本发明实施例提供一种便携式带电池设备的开关机控制电路，请结合参考图1至图3。

请参考图1，便携式带电池设备的开关机控制电路包括：电源通断控制单元50、电池供电单元60、接触开关控制单元10、微控制单元70、按键检测单元40和开机保持控制单元20。

电源通断控制单元50具有受控端(各单元的端口对应于图1中的各线条与单元的接触点，均未标注，在此一并说明)、电源输入端和电源输出端(此电源输出端图1未示出，如图2中的电源输出端VSYS所示)。

电池供电单元60电连接电源通断控制单元50的电源输入端。

接触开关控制单元10具有第一输出端和第二输出端。接触开关控制单元10的第一输出端电连接电源通断控制单元50的受控端。

按键检测单元40具有按键检测输入端和按键检测输出端。按键检测单元40的按键检测输入端电连接接触开关控制单元10的第二输出端。按键检测单元40的按键检测输出端电连接微控制单元70。

开机保持控制单元20具有信号输入端和信号输出端。开机保持控制单元20的信号输入端电连接微控制单元70，开机保持控制单元20的信号输出端电连接电源通断控制单元50的受控端。

图2提供了对应于图1所示电路框图的一种具体电路原理图。

请参考图2，本实施例中，电池供电单元60可以由两节电池串联而构成，其中的电池可以为充电电池，两节电池能够提供的电压可以达到6V-8V左右。其中，两节电池的正极端作为整个电池供电单元60的电源输出端，用于与电源通断控制单元50的电源输入端电连接，而两节电池的负极端接地。

请参考图2，接触开关控制单元10包括控制开关K1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第一开关器件Q1。

第一电阻R1、第二电阻R2与控制开关K1串联，且第一电阻R1位于第二电阻R2与控制开关K1之间，第二电阻R2一端接地。这种结构上，第一电阻R1和第二电阻R2构成分压结构，为后续将合适电压提供给第一开关器件Q1做准备。这是因为，通常电池供电单元60能够提供7V-8V的电压，但是，提供给第一开关器件Q1等器件的电压只需要较低(如NMOS管的开启电压只需要0.7V。

第三电阻R3的一端作为接触开关控制单元10的第二输出端电连接在第一电阻R1和第二电阻R2之间，第三电阻R3的另一端电连接第一开关器件Q1的开关控制端，第三电阻R3起限流保护作用。

开关器件通常为相应的晶体管(三极管或MOS管)，具有开关控制端、电流输入端和电流输出端。通过对开关控制端的控制，实现电流在电流输入端和电流输出端之间的流过与断开。

本实施例中，第一开关器件Q1的电流输入端作为接触开关控制单元10的第一输出端，第一开关器件Q1的电流输出端接地。具体的，本实施例中，第一开关器件Q1采用NMOS管来实现。此时，开关控制端对应的是NMOS管的栅极(G极)，并且，把NMOS管的漏极作为电流输入端并用于与电源通断控制单元50电连接，把NMOS管的源极作为电流输出端接地。

请参考图2，控制开关K1为轻触开关。利用轻触开关作为控制开关K1，能够使本实施例的电路结构体积减小，从而也使整个设备体积更小成本更低。

请参考图2，接触开关控制单元10还包括第一电容C1。第一电容C1的一端电连接第一开关器件Q1的开关控制端，第一电容C1的另一端接地。第一电容C1可以起到滤波抗干扰的作用，特别是防止控制开关K1按下或者松开瞬间对电路产生的干扰作用。

请参考图2，开机保持控制单元20包括第四电阻R4、第五电阻R5和第二开关器件Q2。第四电阻R4的一端作为前述信号输入端电连接微控制单元70，第四电阻R4的另一端与第二开关器件Q2的开关控制端电连接，第四电阻R4起限流保护作用。第五电阻R5的一端电连接微控制单元70，第五电阻R5的另一端接地。

第二开关器件Q2的电流输入端作为信号输出端，第二开关器件Q2的电流输出端接地。具体的，本实施例中，第二开关器件Q2采用NMOS管来实现。此时，开关控制端对应的是NMOS管的栅极(G极)，并且，把NMOS管的漏极作为电流输入端并用于与电源通断控制单元50电连接，把NMOS管的源极作为电流输出端接地。配合开机保持控制单元20的其它结构可知，第二开关器件Q2的栅极也是默认低输入(栅极默认接入相对低电压，第二开关器件Q2默认关断)。

需要说明的是，本实施例中，第一开关器件Q1和第二开关器件Q2可以是封装在一起的双NMOS封装结构，这种结构可以进一步减少相应PCB板空间，使电路整体体积更小。

请参考图2，电源通断控制单元50包括第六电阻R6和第三开关器件Q3。第三开关器件Q3的开关控制端作为电源通断控制单元50的受控端。第六电阻R6的一端电连接第三开关器件Q3的开关控制端，第六电阻R6的另一端电连接第三开关器件Q3的电流输入端，第六电阻R6起到限流保护作用。第三开关器件Q3的电流输入端作为电源输入端，第三开关器件Q3的电流输出端作为电源输出端，并且作为整个电路的电源输出端VSYS所示，如图2所示。

本实施例中，第三开关器件Q3具体可以为PMOS管。第三开关器件Q3的开关控制端为PMOS管的栅极。第三开关器件Q3的电流输入端对应于PMOS管的源极，第三开关器件Q3的电流输出端对应于PMOS管的漏极。在第六电阻R6的接法下，如果没有外界的使能电压信号到达栅极，PMOS管始终处于电池供电单元60提供的相应偏置电压下，栅极与源极之间的电压差小于阈值电压，第三开关器件Q3始终处于关断状态，从而防止电池对外供电，使电池更加耐用。

请参考图2，按键检测单元40包括第七电阻R7。第七电阻R7的一端作为按键检测输入端。第七电阻R7的另一端作为按键检测输出端，结合图1可知，按键检测输出端用于连接至相应的微控制单元(图2中未示出微控制单元)。

请参考图2，开关机控制电路还包括充电开机检测单元30，充电开机检测单元30的充电检测输入端为充电检测接口，充电检测接口在图2中显示为接口端VUSB。充电开机检测单元30的充电检测输出端电连接电源通断控制单元50的受控端。

请参考图2，充电开机检测单元30包括第八电阻R8、第九电阻R9和第四开关器件Q4。第八电阻R8的一端电连接充电检测接口，第八电阻R8的另一端与第四开关器件Q4的开关控制端电连接。第九电阻R9的一端电连接充电检测接口(接口端VUSB)，第九电阻R9的另一端接地。第四开关器件Q4的电流输入端作为充电检测输出端，第四开关器件Q4的电流输出端接地。

请参考图2，充电开机检测单元30还包括第二电容C2。第二电容C2的一端电连接第四开关器件Q4的开关控制端，第二电容C2的另一端接地。第二电容C2可以起到滤波保护电路的作用，防止充电开始或结束瞬间对电路产生不利影响。

需要说明的是，图2中虽未显示微控制单元70(如图1)，但本实施例中，微控制单元70可以采用型号为STM32F030RCT6的微处理器芯片等实现。

图2所示电路的开机使用过程如下：

在所需供电的系统处于关机状态下，在接触开关控制单元10中，由于第二电阻R2一端接地，说明本实施例提供的电路结构中，为第一开关器件Q1的开关控制端提供的信号电压是相对低电压，第一开关器件Q1处于关断状态；当人为按下控制开关K1(轻触开关)达到一段时间(例如2s-3s)，此时接触开关控制单元10接入的电压(V_BAT)，能够为第一开关器件Q1的栅极(开关控制端)提供一个相对高电压，以使得第一开关器件Q1导通；而第一开关器件Q1一旦导通，就会改变第三开关器件Q3(PMOS管)的栅源电压差，使两者的电压差达到阈值电压以上，第三开关器件Q3由断开变成导通，进而使电池供电单元60的电池电压(V_BAT)能够开始通过电源通断控制单元50的电源输出端VSYS，给后端系统进行供电，使相应系统启动；

而相应系统启动之时，按键检测单元40会同时检测到来自接触开关控制单元10第二输出端的电压由相对低电压变为相对高电压；并且，按键检测单元40会将此相对高电压传输给微控制单元70的通用I/O端口(MCU_GPIO，通常对应STM32F030RCT6芯片的第2引脚)，请结合参考图1；微控制单元70在接收到这个相对高电压信号之后，会通过它的电压使能端口(MCU_POWER_EN，通常对应STM32F030RCT6芯片的第55引脚)输出为相对高电压的电压信号给开机保持控制单元20，开机保持控制单元20在此相对高电压信号下，第二开关器件Q2会从关断变成导通，这一导通状态能够持续保证第三开关器件Q3维持导通，即此时可以操作者可以松开控制开关K1(轻触开关)，但电池供电单元60的电池会通过电源通断控制单元50中导通的第三开关器件Q3，持续为相应系统供电；这样，系统不仅实现了启动，也能实现持续工作；

综合上述内容可知，利用本实施例的开关机控制电路，只需要人为按下控制开关K1(轻触开关)一段时间，即可以完成便携式带电池设备的开机操作。

图2所示电路的关机过程如下：

当用户需要人为自主关机时，只需要同样按下控制开关K1(轻触开关)达到一段时间(例如2s-3s)，此时，按键检测单元40会再次检测到来自接触开关控制单元10第二输出端的相对高电压信号(高电平)，按键检测单元40会将这个相对高电压信号传递给微控制单元70的通用I/O端口(MCU_GPIO)，供微控制单元70检测到；而微控制单元70一旦检测到这个相对高电压信号(高电平)，就能够通过它的电压使能端口(MCU_POWER_EN)输出一个相对低电压信号(低电压)给开机保持控制单元20，以关断开机保持控制单元20中的第二开关器件Q2(即此时第二开关器件Q2会从导通变成关断)；另外，用户的手会松开控制开关K1(轻触开关)，当用户松开控制开关K1时，接触开关控制单元10的第一开关器件Q1也被关断；由于第一开关器件Q1和第二开关器件Q2均关断，因此，此时电源通断控制单元50的第三开关器件Q3也会被关断，因此，电池供电单元60停止了向相应系统供电，相应系统进入关机状态，即实现了相应的关机操作。

由上述电路的结构和上述开机和关机操作过程可知，本实施例提供的电路中，只需要设定相应的关机条件，电路即可以实现怎动关机的操作；即还存在另一种关机情况，是相应系统的自动关机情况。此时，相应系统可以自动切断电源，实现节能。具体的，图2所示电路的相应另一种关机过程如下：

在开机状态下，如果用户无操作超过一定时间(如5分钟)，则微控制单元70通过它的电压使能端口(MCU_POWER_EN)输出一个相对低电压信号(低电压)，此时，即可实现对第二开关器件Q2的关断；而第一开关器件Q1本来就是处于关断状态，因此，电源通断控制单元50的第三开关器件Q3也会被关断；此时，电池供电单元60停止向相应系统供电，相应系统进入关机状态，即实现了相应的自动关机操作。

另外，本实施提供的开关机控制电路还包括充电开机检测单元30；充电开机检测单元30的存在，实现了另一种保持开机的保证；具体的，当接入USB电源等充电电源时，充电开机检测单元30的充电检测输入端(即充电检测接口)会检测到一个高电压信号(高电平)，这个高电压信号(高电平)会使第四开关器件Q4由默认的常闭状态(关断状态)变为导通状态，进而以使电源通断控制单元50的第三开关器件Q3进入导通状态；可见，当相应系统原来为关机状态时，充电开机检测单元30可以实现在进行充电的同时，使相应系统进入开机状态(即实现开机操作)；当相应系统原来已经为开机状态时，充电开机检测单元30也不影响相应的开机状态，即充电开机检测单元30能够维持相应系统的开机状态。

由上述使用过程可知，本实施例提供的电路使用轻触开关来实现便携式带电池设备的开关机，使设备体积更小成本更低，并且，本电路可实现系统供电无操作超时自动彻底关断，节能增加电池的使用时间。

图3提供了对应于图1所示电路框图的另一种具体电路原理图。

其中，图3与图2的大部分结构相同，并且，相应的开关机原理和电池节能原理也基本相同。不同之处仅在于，图3中用NPN管替换图2中第一开关器件Q1的NMOS管，用NPN管替换图2中第二开关器件Q2的NMOS管，用NPN管替换图2中第四开关器件Q4的NMOS管。另外，图3中，将图2中的接口端VUSB显示为+5V的接口端。由于相应晶体管的替换，相应的端口也对应调整，如：作为开关控制端的，由原来NMOS管的栅极，变成NPN管的基极，作为电流输入端的由原来NMOS管的漏极变成NPN管的集电极，作为电流输出端的由原来NMOS管的源极变成NPN管的发射极。

需要注意的是，图3中，第三开关器件Q3仍然采用PMOS管，并且通常采用功率PMOS管。

图3的其它内容，请参考图2相应内容。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种便携式带电池设备的开关机控制电路，其特征在于，包括：

电源通断控制单元，所述电源通断控制单元具有受控端、电源输入端和电源输出端；

电池供电单元，所述电池供电单元电连接所述电源通断控制单元的所述电源输入端；

接触开关控制单元，所述接触开关控制单元具有第一输出端和第二输出端；所述接触开关控制单元的所述第一输出端电连接所述电源通断控制单元的所述受控端；

微控制单元；

按键检测单元，所述按键检测单元具有按键检测输入端和按键检测输出端；所述按键检测单元的所述按键检测输入端电连接所述接触开关控制单元的所述第二输出端；所述按键检测单元的所述按键检测输出端电连接所述微控制单元；

开机保持控制单元，所述开机保持控制单元具有信号输入端和信号输出端；所述开机保持控制单元的信号输入端电连接所述微控制单元，所述开机保持控制单元的信号输出端电连接所述电源通断控制单元的所述受控端。

2.如权利要求1所述的便携式带电池设备的开关机控制电路，其特征在于，所述接触开关控制单元包括控制开关、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第一开关器件；所述第一电阻、所述第二电阻与所述控制开关串联，且所述第一电阻位于所述第二电阻与所述控制开关之间，所述第二电阻一端接地；所述第三电阻的一端作为所述第二输出端电连接在所述第一电阻和第二电阻之间，所述第三电阻的另一端电连接所述第一开关器件的开关控制端；所述第一开关器件的电流输入端作为所述第一输出端，所述第一开关器件的电流输出端接地。

3.如权利要求2所述的便携式带电池设备的开关机控制电路，其特征在于，所述控制开关为轻触开关。

4.如权利要求2所述的便携式带电池设备的开关机控制电路，其特征在于，所述接触开关控制单元还包括第一电容；所述第一电容的一端电连接所述第一开关器件的开关控制端，所述第一电容的另一端接地。

5.如权利要求2、3或4所述的便携式带电池设备的开关机控制电路，其特征在于，所述开机保持控制单元包括第四电阻、第五电阻和第二开关器件；所述第四电阻的一端作为所述信号输入端电连接所述微控制单元，所述第四电阻的另一端与所述第二开关器件的开关控制端电连接；所述第五电阻的一端电连接所述微控制单元，所述第五电阻的另一端接地；所述第二开关器件的电流输入端作为所述信号输出端，所述第二开关器件的电流输出端接地。

6.如权利要求5所述的便携式带电池设备的开关机控制电路，其特征在于，所述电源通断控制单元包括第六电阻和第三开关器件；所述第三开关器件的开关控制端作为所述电源通断控制单元的所述受控端；所述第六电阻的一端电连接所述第三开关器件的开关控制端，所述第六电阻的另一端电连接所述第三开关器件的电流输入端；所述第三开关器件的电流输入端作为所述电源输入端，所述第三开关器件的电流输出端作为所述电源输出端。

7.如权利要求6所述的便携式带电池设备的开关机控制电路，其特征在于，所述按键检测单元包括第七电阻；所述第七电阻的一端作为所述按键检测输入端；所述第七电阻的另一端作为所述按键检测输出端。

8.如权利要求7所述的便携式带电池设备的开关机控制电路，其特征在于，所述开关机控制电路还包括充电开机检测单元，所述充电开机检测单元的充电检测输入端为充电检测接口，所述充电开机检测单元的充电检测输出端电连接所述电源通断控制单元的所述受控端。

9.如权利要求8所述的便携式带电池设备的开关机控制电路，其特征在于，所述充电开机检测单元包括第八电阻、第九电阻和第四开关器件；所述第八电阻的一端电连接所述充电检测接口，所述第八电阻的另一端与所述第四开关器件的开关控制端电连接；所述第九电阻的一端电连接所述充电检测接口，所述第九电阻的另一端接地；所述第四开关器件的电流输入端作为所述充电检测输出端，所述第四开关器件的电流输出端接地。

10.如权利要求9所述的便携式带电池设备的开关机控制电路，其特征在于，所述充电开机检测单元还包括第二电容；所述第二电容的一端电连接所述第四开关器件的开关控制端，所述第二电容的另一端接地；所述第一开关器件为NMOS管或者NPN管；所述第二开关器件为NMOS管或者NPN管；所述第三开关器件为PMOS管；所述第四开关器件为NMOS管或者NPN管。