CN111796652B - 电源电路、电源控制方法以及存储介质 - Google Patents

电源电路、电源控制方法以及存储介质 Download PDF

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CN111796652B CN202010215623.6A CN202010215623A CN111796652B CN 111796652 B CN111796652 B CN 111796652B CN 202010215623 A CN202010215623 A CN 202010215623A CN 111796652 B CN111796652 B CN 111796652B
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Abstract

本申请提供一种电源电路、电源控制方法以及存储介质，能够使电源部的再起动成功。电源电路具备：电源部(10)，向CPU(150)供给直流电力；电容器(6、7)，保持电源部(10)的输出电压；半导体开关(2)，使直流电源(1)与电源部(10)的输入端的连接短路或者开路；温度检测部(4)，测量温度；处理器(20)，即使使半导体开关(2)短路也在判定为不向CPU(150)供给直流电力时，使半导体开关(2)开路，在半导体开关(2)开路起经过规定时间后，使半导体开关(2)短路，规定时间基于温度检测部(4)测量出的所述温度来设定。

Description

电源电路、电源控制方法以及存储介质
[相关申请的参照]
本申请主张以2019年4月1日申请的在日本专利申请的申请号第2019-069594号为基础的优先权，将该基础申请的内容全部援引到本申请中。
技术领域
本技术领域涉及电源电路、电源控制方法以及存储介质。
背景技术
在日本专利申请的公开号第2004-185439号公报公开了防止低温引起的不起动的电子装置的起动方法。
发明内容
本实施例的特征在于，具备：电源部，向负载供给直流电力；开关，使直流电源与所述电源部的输入端的连接短路或者开路；传感器部，测量温度；处理器，即使使所述开关短路也在判定为不向所述负载供给直流电力时，使所述开关开路，在从使所述开关开路起经过规定时间后，使所述开关短路，所述规定时间基于所述传感器部测量出的所述温度来设定。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式的电源系统的结构图。
图2是表示温度与起动待机时间的关系的表。
图3是用于说明作为本发明的第1实施方式的电源电路的动作的流程图。
图4是用于说明作为本发明的第1实施方式的电源电路的动作的时序图。
图5是本发明的第2实施方式的电源系统的结构图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本实施方式进行详细地说明。另外，各图只是概略示出能充分理解本实施方式的程度。此外，在各图中，对共通的结构要素、同样的结构要素标注相同的符号，并省略重复的说明。
(第1实施方式)
图1是本发明的第1实施方式的电源系统的结构图。
电源系统S具备直流电源1、电源电路100a、以及作为外部电路的外部CPU150，例如，搭载于智能手表等便携设备。另外，本实施方式的智能手表的外部CPU150例如控制未图示的液晶显示面板等。因此，作为外部电路，包括作为CPU150的控制对象的液晶显示面板等。外部电路并不限定于此，也可以根据搭载外部电路的装置而变更。直流电源1例如产生一次电池、二次电池等直流电压，产生直流电压VDC。电源电路100a对直流电源1供给的直流电压VDC进行降压，向外部CPU150、未图示的液晶面板等负载供给直流电力。另外，图1所示的电路的粗线表示电流路径，细线表示信号线等。
电源电路100a具备开关2、电压检测部3、作为传感器部的温度测量部4、第1电容器6、第2电容器7、电源部10a以及控制部20。在本实施方式中，开关2例如是MOS(Metal OxideSemiconductor：金属氧化物半导体)开关、SSR(Solid State Relay：固态继电器)等半导体开关，设置在直流电源1与电源部10a的输入端子之间。开关2不限于半导体开关，也可以有变更。开关2根据控制部20的控制而被切换为接通状态或者断开状态。即，根据控制部20的控制，切换开关2的状态，以使成为使直流电源1与电源部10a的输入端子之间短路的状态(接通状态)、或者使直流电源1与电源部10a的输入端子之间开路的状态(断开状态)。
开关2成为接通状态，成为直流电源1与电源部10a的输入端子之间短路的状态，由此从直流电源1供给的直流电力被供给到电源部10a。在本实施方式中，开关2根据控制部20发送的SW信号而切换为接通状态或者断开状态。开关2例如在SW信号为低电平的情况下，为断开状态，在SW信号为高电平的情况下，为接通状态。另外，电容器的电容量的大小以及第1电容器6与第2电容器7的电容量的大小关系没有特别限定，在本实施方式中，以第2电容器7被设定为电容量比第1电容器6小的例子进行说明。此外，虽然没有特别图示，但电源部10a除了还可以具有输出端子，与各个输出端子连接的电容器的电容量的大小也没有特别限定。
电压检测部3检测电源部10a的输入电压Vin是否为规定的阈值以上，并将检测结果通知给控制部20。另外，在本实施方式中，输入电压Vin与直流电源1供给的直流电压VDC大致相等。在本实施方式中，温度测量部4输出与温度对应的电压。而且，控制部20基于温度测量部4的输出电压来确定温度。温度测量部4例如优选测量第1电容器6的温度，但也可以测定搭载有第1电容器6的装置内部的温度、环境温度。电压检测部3以及温度测量部4使用直流电源1的输出电压进行驱动。第1电容器6以及第2电容器7是外装于电源部10a的IC的电容器。一般而言，电容器的放电时间、电容器放电时的电压的下降方式有温度依赖性。因此，第1电容器6在放电时间以及放电时的电压的下降方式中具有温度依赖性。
电源部10a具备作为第1降压部的LDO(Low Drop Out：低压差)电源11、作为第2降压部的LDO电源12、逻辑电路13、作为判定电路的比较器14、基准电源15以及二极管16。LDO电源11是将输入电压Vin降压至第1输出电压Vo1的直流电源电路，在输出端子连接有第1电容器6。由此，当开关2成为接通状态时，LDO电源11输出第1输出电压Vo1。
逻辑电路13内置驱动电路，基于控制部20输出的EN信，将LDO电源11的第1输出电压Vo1施加于LDO电源12的输入端子。例如，在本实施方式中，当控制部20输出的EN信号成为高电平时，逻辑电路13将LDO电源11的第1输出电压Vo1施加于LDO电源12的输入端子。该逻辑电路13在第1电容器6的放电不完全的状态下使EN信号为高电平，有时无法正常地进行动作。
LDO电源12是将经由逻辑电路13施加的直流电压(≈第1输出电压Vo1)降压至第2输出电压Vo2的降压电路。LDO电源12在输出端子连接有第2电容器7，连接有作为外部电路的外部CPU150等。二极管16的阳极与LDO电源11的输出端子连接，阴极与输入端子连接。由此，二极管16在开关2成为断开状态时，保护LDO电源11，并且使第1输出电压Vo1返回到输入端子。
比较器14将LDO电源12的第2输出电压Vo2与基准电源15的电压(基准电压)进行比较，将比较结果(判定结果)作为反馈信号P发送至控制部20。基准电源15是与电流无关地维持一定电压的元件，例如齐纳二极管。基准电压被设定为比LDO电源12的输出设定电压小的电压。由此，比较器14判定LDO电源12是否输出了第2输出电压Vo2。换言之，比较器14将LDO电源12的第2输出电压Vo2与基准电源15的电压(基准电压)进行比较，在第2输出电压Vo2大于基准电源15的电压(基准电压)的情况下，以高电平发送反馈信号P，在基准电源15的电压(基准电压)大于第2输出电压Vo2的情况下，以低电平发送反馈信号P。由此，比较器14作为判定LDO电源12是否为起动状态并将判定结果作为反馈信号P向控制部20发送的判定电路发挥功能。另外，反馈信号P是指对EN信号的反馈信号。
控制部20具备未图示的CPU(Central Processing Unit：中央处理器)和未图示的存储部。在本实施例中，存储部例如包括FROM(Flash Read Only Memory：电可擦可编程只读存储器)和RAM(Random Access Memory：随机存取存储器))。在FROM中存储有用于使控制部执行电源处理方法的一实施方式的电源控制程序、表200。控制部20在通过执行电源控制程序而未产生LDO电源12的第2输出电压Vo2时，在待机规定时间后使电源部10a再起动。即，通过执行电源控制程序，控制部20通过比较器14判定为没有产生LDO电源12的第2输出电压Vo2，在从比较器14接收到反馈信号P时待机直至经过规定时间，使其再起动。表200表示温度测量部4测量出的温度与使电源部10a起动时的待机时间即起动待机时间的关系。
另外，该起动待机时间是控制部20将开关2设为断开状态之后的待机时间，但作为表200而存储的起动待机时间被判定为由比较器14未产生LDO电源12的第2输出电压Vo2，也可以是从比较器14接收到反馈信号P时起的待机时间，也可以是控制部20使开关2成为断开状态之后的待机时间。考虑到具有温度依赖性的第1电容器6的放电时间，将该起动待机时间设定为蓄积在第1电容器6中的电荷被充分放电的时间。另外，由于电荷的放电时间也根据LDO电源11输出的电压而变化，因此也可以根据LDO电源11的输出设定电压的高低来使起动待机时间变化。在该情况下，未图示的存储部只要将起动待机时间、温度和LDO电源11的输出设定电压建立对应地存储即可。
图2是表示温度与起动待机时间的关系的表。
表200具有温度和起动待机时间的项目，例如，存储与温度-10[℃]、0[℃]、10[℃]、25[℃]、40[℃]对应的起动待机时间180[秒]、140[秒]、120[秒]、100[秒]、80[秒]。另外，各温度的中间值由控制部20进行线性插值。另外，也可以根据第1电容器6的特性，设置更精细地设定待机时间的温度区域。
图3是用于控制部执行本实施方式的电源电路的电源控制处理的方法，是表示电源处理方法的一个实施方式的流程图。图4是其时序图。
图3的流程通过操作者在图4的时刻t2对操作部(未图示)进行操作，控制部20内的CPU读出并执行存储在控制部20内的存储部中的程序。首先，使用图4，对到成为时刻t2为止进行说明，在时刻t2以后使用图3、4进行说明。
在时刻t＜t1处，开关2为接通状态，对电源部10a的输入端子施加与VDC大致相等的输入电压Vin，对第1电容器6施加第1输出电压Vo1。
在时刻t1处，控制部20使SW信号从高电平转变为低电平，使开关2从接通状态转变为断开状态。由此，第1电容器6的第1输出电压Vo1逐渐降低，电源部10a的输入电压Vin从第1输出电压Vo1减去二极管16的正向电压而得到的值逐渐降低。
在时刻t1中，控制部20使SW信号为低电平，同时使EN信号从高电平变为低电平。由此，伴随着电源部10a的第1输出电压Vo1的降低，第2输出电压Vo2降低。由此，比较器14的输出的反馈信号P从高电平变化为低电平。
在时刻t2中，通过从控制部的存储部读出程序并执行，起动图3的流程。此时，时间(t2-t1)短至残留有第1电容器6的残留电压VR(例如，0.5V左右)的程度。另外，在本实施例中，由于第2电容器7的容量比第1电容器6小，因此第2输出电压Vo2比第1输出电压Vo1放电的电荷的降低率大。因此，第2输出电压Vo2降低至0V。
控制部20使SW信号从低电平变为高电平，使开关2成为接通状态(S1)。由此，电源部10a的输入电压Vin上升到直流电压VDC，第1输出电压Vo1上升。另外，在时刻t2中，控制部20不使EN信号成为高电平。
在S1的处理后，控制部20待机规定时间(t3-t2)(S2)。通过该待机，假若、即使在时刻t2第2输出电压Vo2没有降低至0V，在时刻t3中，第2输出电压Vo2也降低至0V。在S2的待机后，控制部20使EN信号为高电平，使电源部10a的LDO电源12起动(S3)。在该情况下，由于第1电容器的残留电压VR，逻辑电路13的动作不稳定，LDO电源12未被驱动。因此，在时刻t3中，第2输出电压Vo2维持为0V的状态，反馈信号P维持为低电平。另外，该残留电压VR根据外部CPU150等的动作、消耗电力，取各种值。
在S3的处理后，控制部20监视电源部10a(特别是，LDO电源12)的起动(S4)，判定反馈信号P的状态(S5)。当反馈信号P从低电平变为高电平时(S5：是)，控制部20设为电源部10a正常起动，结束处理。
另一方面，如果反馈信号P维持低电平(S5：否)，则控制部20判定为电源部10a的起动失败，判定是否经过了T秒(例如，2秒)(S6)。如果经过了T秒(S6：否)，则控制部20使处理返回到S4，继续进行反馈信号P的监视。如果经过了T秒(S6：是)，则控制部20在时刻t4使EN信号从高电平变为低电平(S7)。换言之，控制部20发送用于使电源部10a的输出断开的信号。由于电源部10a的LDO电源12不驱动，因此第2输出电压Vo2维持0V。
在S7的处理后，控制部20在时刻t4使SW信号从高电平变为低电平，使开关2成为断开状态(S8)。由此，电源部10a的第1输出电压Vo1逐渐降低。另外，由于LDO电源12未被驱动，因此第2输出电压Vo2维持0V的状态。另外，电源部10a的输入电压Vin以从第1输出电压Vo1减少了二极管16的正向电压的值而降低。
在S8的处理后，控制部20从温度测量部4取得温度(S9)，参照表200(图2)，读入与温度一致的起动待机时间，并仅待机该时间(S10)。此时，控制部20对表200的各温度的中间值进行线性插值，运算起动待机时间的中间值。另外，考虑到具有温度依赖性的第1电容器6的放电时间，将起动待机时间设定为蓄积在第1电容器6中的电荷被充分放电的时间。通过该待机，第1电容器6的电荷充分放电，第1输出电压Vo1成为0V。在S10的处理后，控制部20使处理返回S1，在时刻t5使SW信号为高电平，使电源部10a再起动。
通过电源部10a的再起动(S1)，在时刻t5，电源部10a的输入电压Vin上升到直流电压VDC，第1输出电压Vo1也上升。在S2中待机规定时间(t6-t5)后，控制部20在时刻t6使EN信号为高电平(S3)。在该再起动中，由于第1电容器6的电荷充分地放电，因此逻辑电路13正常动作，使LDO电源12驱动。然后，产生所需的第2输出电压Vo2，外部CPU150进行驱动。然后，反馈信号P上升到高电平。此外，反馈信号P在时刻t6转变为高电平。由此，反馈信号P能够更可靠地将电源部10a正常起动的情况通知给控制部20。
如以上说明的那样，根据本实施方式的电源系统S，由于第1电容器6的残留电荷，因此在即使逻辑电路13误动作，上升电源部10a的EN信号也不驱动LDO电源12的情况下，控制部20暂时使开关2成为断开状态，待机规定时间。由此，在第1电容器6的残留电荷消失的状态下，控制部20使开关2成为接通状态，使EN信号上升。由此，避免逻辑电路13的误动作，驱动LDO电源12。另外，环境温度(特别是，第1电容器6的温度)越低，待机的规定时间越长。
这样，本实施方式的电源系统S检测到序列控制不正常动作，返回到相应的序列的开始前，设置能够消除不正常地动作的原因的等待时间，再次执行相应的序列，由此能够可靠地执行序列的进展。
在日本专利申请的公开号第2004-185439号公报中公开了防止低温引起的不起动的电子装置的起动方法。即，在专利文献1所记载的技术中，在电子设备起动时空间内的温度为第1温度以下的情况下，控制单元不进行来自存储单元的程序的读出而待机，不进行风扇等的吸排气。由此，在专利文献1所记载的技术中，通过元件的发热，在空间内的温度超过第1温度时，控制单元从存储单元读出程序并起动。
然而，在公开号第2004-185439号公报中记载的技术是以利用风扇等进行吸排气来使温度降低为前提的技术。作为装置的起动失败的其他要因，例如，在从电容器的容量降低引起的起动失败时不耽搁时间而再起动的情况下，有时电容器的电荷无法完全释放，再起动失败。此外，在元件的温度达到第1温度为止需要较多的时间的情况下，成为迫使用户需要过多的等待时间的结果。
然而，在本实施例中，能够使电源部的再起动可靠地成功。此外，根据温度设置能够消除装置不正常动作的原因的等待时间，因此无需等待温度的变化就能够使电源部的再起动成功。
(第2实施方式)
所述第1实施方式的反馈信号P使用由比较器判定第2输出电压Vo2的产生状态的判定结果，但也可以使用外部CPU150的状态输出。
图5是本发明的第2实施方式的电源系统的结构图。
电源系统S与所述第1实施方式同样，具备直流电源1、电源电路100b、以及作为外部电路的外部CPU150。电源电路100b具备开关2、电压检测部3、温度测量部4、第1电容器6、第2电容器7、电源部10b以及控制部20。电源部10b具备两个LDO电源11、12、逻辑电路13以及二极管16，但不具备图1所示的比较器14以及基准电源15。另外，第1电容器6、第2电容器7的电容量的大小没有特别限定，第1电容器6、第2电容器7的电容量的大小关系也没有特别限定。此外，虽然没有特别图示，但电源部10b除了还可以具有输出端子，与各个输出端子连接的电容器的电容量的大小也没有特别限定。本实施方式是第2电容器7的电容量比第1电容器6的电容量低的情况的一例。
电源部10b的反馈信号P使用外部CPU150的输出信号P1。输出信号P1在外部CPU150的驱动状态下被设定为高电平。即，如果不产生第2输出电压Vo2，外部CPU150不驱动，则输出信号P1成为低电平。然后，电源部10b将输出信号P1作为反馈信号P发送至控制部20。由此，控制部20不产生第2输出电压Vo2，判定为外部CPU150未驱动，能够进行电源部10b的再起动。另外，由于反馈信号P的上升(t6(图4)的判定需要一定程度的时间，因此有时比时刻t6延迟一些。
如以上说明的那样，根据本实施方式的本实施方式的电源系统S，由于第1电容器6的残留电荷(残留电压VR(图4))，因此逻辑电路13进行误动作，控制部20将外部CPU150的输出信号P1作为反馈信号P经由电源部10b取得，以使电源部10b的EN信号上升也不驱动LDO电源12。
然后，与所述第1实施方式同样地，控制部20暂时使开关2成为断开状态，仅待机规定的起动待机时间。由此，在第1电容器6的残留电荷消失的状态下，控制部20使开关2成为接通状态，使EN信号上升。由此，避免逻辑电路13的误动作，驱动LDO电源12。另外，规定的待机时间可以在将开关2设为断开状态之后进行计数，也可以在控制部20取得了反馈信号P之后进行计数。
(变形例)
本发明并不限定于上述的实施方式，例如，能够进行如下的变形。
(1)所述第1、2实施方式的电源部10b设置LDO电源11，但也可以省略LDO电源11。即，开关2的输出端子与第1电容器6也可以连接。此时，电压检测部3测定输入电压Vin＝第1输出电压Vo1。此外，直流电源1的电压越高，表200的起动待机时间被设定为越长的值。
(2)在所述第1、2实施方式中，在S2(图3)中待机，但也可以不待机。此时，控制部20使SW信号以及EN信号同时成为高电平。
(3)电压检测部也可以直接测定第1电容器6的残留电压VR。在该情况下，只要待机至电压检测部检测出的残留电压VR达到规定的值以下即可，因此也可以不预先设定待机时间。
(4)在上述的实施方式中，设置有起动待机时间，以使第1电容器6充分放电，但也可以设置直到成为第1电容器6为非0的一定以下的残留电压为止的起动待机时间。例如，如果确定起动失败的情况下的残留电压VR，则也可以设为待机至残留电压VR放电至起动不会失败的程度的结构。
(5)所述各实施方式的开关2例如是MOS(Metal Oxide Semiconductor：金属氧化物半导体)开关、SSR(Solid State Relay：固态继电器)等半导体开关，但也可以使用机械继电器。

Claims (15)

1.一种电源电路，其特征在于，具备：
电源部，向负载供给直流电力；
开关，使直流电源与所述电源部的输入端子的连接短路或者开路；
传感器部，测量温度；以及
处理器，即使使所述开关短路也在判定为不向所述负载供给直流电力时，使所述开关开路，在使所述开关打开起经过规定时间后，使所述开关短路，
所述规定时间基于所述传感器部测量出的所述温度来设定。
2.根据权利要求1所述的电源电路，其特征在于，
所述电源电路具备：电容器，保持所述电源部的输出电压。
3.根据权利要求1所述的电源电路，其特征在于，
所述传感器部测量出的所述温度越低，所述规定时间被设定为越长的值。
4.根据权利要求1所述的电源电路，其特征在于，
所述处理器使用所述直流电源供给的直流电力进行驱动。
5.根据权利要求2所述的电源电路，其特征在于，
所述电源部具备：第1降压部，对输入电压进行降压；第2降压部，对该第1降压部的输出电压进行降压；以及逻辑电路，控制从所述第1降压部向所述第2降压部的电力供给，
所述负载与所述第2降压部的输出端子连接，
所述电容器具有与所述第1降压部的输出端子连接的第1电容器和与所述第2降压部的输出端子连接的第2电容器，
所述处理器根据所述开关的短路或者开路，进行所述逻辑电路的控制。
6.根据权利要求5所述的电源电路，其特征在于，
所述第1降压部的输出电压越高，所述规定时间被设定为越长的值。
7.根据权利要求5所述的电源电路，其特征在于，
所述电源部还具备判定电路，该判定电路判定在所述开关的短路后所述第2降压部是否是起动状态，并将判定结果发送至所述处理器，
所述处理器在接收到判定为所述第2降压部为非起动状态的判定结果时，使所述开关开路，在使所述开关开路起所述经过规定时间后，使所述开关短路，
在接收到判定为所述第2降压部起动的判定结果时，使所述开关的短路维持。
8.根据权利要求7所述的电源电路，其特征在于，
所述判定电路是比较器，
通过比较规定的电压值与来自所述第2降压部的输出电压值，从而将判定结果发送至所述处理器。
9.根据权利要求2所述的电源电路，其特征在于，
所述电源部具备：降压部，对所述输入端子的电压进行降压；以及逻辑电路，控制从所述输入端子向所述降压部的电力供给，
所述负载与所述降压部的输出端子连接，
所述电容器具有与所述开关连接的第1电容器和与所述降压部的输出端子连接的第2电容器，
所述处理器根据所述开关的短路或者开路，进行所述逻辑电路的控制。
10.根据权利要求9所述的电源电路，其特征在于，
所述直流电源的电压越高，所述规定时间被设定为越长的值。
11.根据权利要求1所述的电源电路，其特征在于，
所述处理器在所述开关的短路后无法确认所述负载的动作时，使所述开关开路，在使所述开关开路起所述经过规定时间后，使所述开关短路，
在所述开关的短路后能够确认所述负载的动作时，使所述开关的短路维持。
12.根据权利要求11所述的电源电路，其特征在于，
所述负载在动作时输出规定信号，所述处理器在检测出所述规定信号的情况下使所述开关的短路维持。
13.根据权利要求1～10中的任一项所述的电源电路，其特征在于，
所述负载包含CPU。
14.一种电源控制方法，是电路中的处理器执行的电源控制方法，其中，所述电路具有：电源部，向负载供给直流电力；开关，使直流电源与所述电源部的输入端子的连接短路或者开路；传感器部，测量温度；以及处理器，控制所述开关，
所述电源控制方法的特征在于，执行如下步骤：
判定步骤，在使所述开关短路后，判定是否向所述负载供给直流电力；
开路步骤，在所述判定步骤中判定为不向所述负载供给直流电力时，使所述开关开路；以及
短路步骤，根据所述传感器部测定出的温度，设定到使所述开关短路为止的规定时间，在使所述开关开路起经过规定时间后，使所述开关短路。
15.一种存储介质，其特征在于，存储程序，所述程序使处理器执行权利要求14所述的电源控制方法。
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