CN112843491B - 开关机电路、半导体激光治疗设备及电源开关机控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开关机电路、半导体激光治疗设备及电源开关机控制方法，开关机电路连接电池或适配器，包括开关机控制保护模块、供电模块和控制模块；开关机控制保护模块根据电池电压或适配器输出的电压生成对应的电源电压并采样，输出电源电压给供电模块，输出采样电压给控制模块；开关机控制保护模块内设有按键，根据按键的按压操作输出对应的按键信号给控制模块；供电模块根据电源电压生成供电电压给控制模块供电；控制模块判断按键信号和采样电压满足开机条件时执行延时开机操作，检测外接适配器时控制开关机控制保护模块停止响应按键的按压操作、并断开电池与电源电压之间的连接；按键不会出现打火接触不良和变形的问题，确保能正常开关机。

Description

开关机电路、半导体激光治疗设备及电源开关机控制方法

技术领域

本发明涉及半导体激光治疗设备技术领域，尤其涉及的是一种开关机电路、半导体激光治疗设备及电源开关机控制方法。

背景技术

现有技术中，半导体激光治疗设备的开关机电路常采用自锁式按键，如图1所示，由基座1、弹簧3、接触夹4、推轴5和上盖6组装而成。第一次按下自锁式按键时，接触夹4与基座1上的嵌件2接触使自锁式按键导通并保持（即自锁），电源直接通过自锁式按键输出来供电，实现开机功能；再次按下自锁式按键时，接触夹4与嵌件2松开使自锁式按键断开并保持，电源停止输出，实现关机功能。但是，由于该自锁式按键体积较大，且只适合用在小于500mA电流的产品上，当电流过大会导致嵌件2的镀银片与接触夹4在按键操作时打火，使自锁式按键的开关阻抗变大。同时，若多次频繁长期使用，基座1会出现变形，导致接触夹4与嵌件2接触不良或按键行程不顺畅，电源供电不稳定，不能确保正常开关机且产品供电不稳，使用寿命有限。

同时，现有的开关机电路在自锁式按键导通时，由于是直接输出电源来供电，若电源不稳定，会影响半导体激光治疗设备的正常使用；并且，由于自锁式按键具有自锁功能，没有设置防按键误操作的保护电路，若此时外接适配器来充电，自锁式按键被误按压则会引起充电电流的倒灌，可能损坏电池及相关电路。

可见，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种开关机电路、半导体激光治疗设备及电源开关机控制方法，旨在解决现有开关机电路采用自锁式按键来通断电源，出现供电不稳且不能确保正常开关机的问题。

本发明的技术方案如下：

一种开关机电路，用于半导体激光治疗设备，所述开关机电路连接电池或适配器，其包括：开关机控制保护模块、供电模块和控制模块；所述开关机控制保护模块内设有一按键；

所述开关机控制保护模块根据电池电压或适配器输出的电压生成对应的电源电压并采样，输出电源电压给供电模块，输出采样电压给控制模块；所述开关机控制保护模块还根据按键的按压操作输出对应的按键信号给控制模块；

所述供电模块根据电源电压生成供电电压给控制模块供电；

所述控制模块判断按键信号和采样电压满足开机条件时，控制开关机控制保护模块执行延时开机操作；所述控制模块检测外接适配器时，控制开关机控制保护模块停止响应按键的按压操作、并断开电池与电源电压之间的连接。

上述方案的效果在于：由于采用按键来触发开关机操作，按键的按压操作更加简单，电路实现也更容易，与现有的机械式触点通电方式相比，不会出现打火、接触不良和变形的问题。同时，在判断按键信号和采样电压满足开机条件时才开机，供电不稳时不会开机，从而解决了开关机电路采用自锁式按键来通断电源，出现供电不稳且不能确保正常开关机的问题。开关机控制保护模块内部还设置了防倒灌保护和按键误操作保护，即在适配器输出的电压充电时，通过停止响应按键的按压操作来防止按键误操作，通过断开电池与电源电压的连接来实现防倒灌功能，从而有效地保证了电池充电过程的安全性。

在进一步地优选方案中，所述开关机控制保护模块包括开关触发单元、开关防反灌单元、采样单元、按键防误单元和延时控制单元；

所述开关触发单元内设有所述按键，根据按键的按压操作输出对应电平的按键信号给控制模块；

所述按键防误单元检测外接适配器时断开开关触发单元与开关防反灌单元之间的连接，检测电池供电时根据按键的按压操作控制开关防反灌单元的内部通路的通断；

所述延时控制单元根据控制模块传输的使能信号控制开关防反灌单元的内部通路延时导通或断开；

所述开关防反灌单元的内部通路导通时、根据电池电压输出电源电压，所述内部通路断开时停止输出电源电压，还在外接适配器时根据适配器输入的电压输出电源电压；

所述采样单元对电源电压进行采样并输出对应的采样电压给控制模块。

上述方案的效果在于：通过按键防误单元在外接适配器停止响应按键的按压操作，即可防止按键误操作；检测外接适配器时断开开关触发单元与开关防反灌单元之间的连接来实现防倒灌功能，从而有效地保证了电池充电过程的安全性；通过对电源电压进行采样可方便控制模块实时监控电源电压，有效的防止电池过放或负载短路等问题。

在进一步地优选方案中，所述开关触发单元包括按键、第一电容、第一电阻、第一二极管和第二二极管；

所述按键的一端连接第一电容的一端、第一二极管的负极和第二二极管的负极；所述按键的另一端连接第一电容的另一端、电池的负极和地；所述第一二极管的正极连接第一电阻的一端和控制模块，所述第一电阻的另一端连接电池的正极和开关防反灌单元，所述第二二极管的正极连接按键防误单元。

上述方案的效果在于：采用按键来替换现有的机械式触点通电方式，避免出现打火接触不良和变形的问题，解决了用自锁按键来开关机导致使用寿命减少的问题。能根据按压操作输出对应高低电平的按键信号KEY_SW，方便控制模块判断开关机操作。

在进一步地优选方案中，所述开关防反灌单元包括第一开关管、第二开关管、保险丝、第三二极管、第二电容和第二电阻；

所述第一开关管的源极连接第二电容的一端、第二电阻的一端和第一电阻的另一端；第二电阻的另一端连接第一开关管的栅极和第二电容的另一端，所述第一开关管的栅极连接第二开关管的栅极、按键防误单元和延时控制单元；所述第一开关管的漏极连接第二开关管的漏极，所述第二开关管的源极连接保险丝的一端和第三二极管的负极，所述第三二极管的正极连接适配器；所述保险丝的另一端是供电端，连接采样单元和供电模块。

上述方案的效果在于：电池供电时，根据按键的按压操作来控制第一开关管和第二开关管是否导通，确保正常开关机；当适配器供电时，通过将第一开关管和第二开关管的漏极、源极反向连接组成电池防倒灌电路，断开了电池与电源电压的连接，电池工作于充电状态，即可有效保护电池的安全。

在进一步地优选方案中，所述采样单元包括第三电阻、第四电阻、第五电阻和第五电容；

所述第三电阻的一端连接第四电阻的一端和第五电阻的一端，第三电阻的另一端连接供电端，所述第五电阻的另一端连接第五电容的一端和控制模块，第四电阻的另一端连接第五电容的另一端和地。

上述方案的效果在于：通过采样单元对电源电压采样，输出对应的采样电压至控制模块中，控制模块即可在上电和工作时对电源电压进行实时监测，就能有效的防止电池过放或负载短路等问题。

在进一步地优选方案中，所述按键防误单元包括第三开关管、第六电阻和第七电阻；

所述第三开关管的源极连接第一开关管的栅极和第二开关管的栅极，第三开关管的栅极连接第六电阻的一端和第七电阻的一端，第六电阻的另一端连接适配器，第七电阻的另一端接地，第三开关管的漏极连接第二二极管的正极。

上述方案的效果在于：当外接适配器时，第三开关管截止，使第二二极管的正极与第一开关管和第二开关管的栅极之间完全断开，此时操作按键无效，即可有效地防止在充电时由按键的操作导致电源电压倒灌流向电池，避免影响到电池的有效充电或损坏电池。

当没有外接适配器时，第三开关管导通，此时按键的操作即可对应控制第一开关管和第二开关管的开关；实现电池供电。

在进一步地优选方案中，所述延时控制单元包括第四开关管、第八电阻、第九电阻和第十电阻；所述第四开关管的集电极通过第八电阻连接第一开关管的栅极和第二开关管的栅极，第四开关管的基极连接第九电阻的一端和第十电阻的一端，第四开关管的发射极连接第九电阻的另一端和地，第十电阻的另一端连接控制模块。

上述方案的效果在于：当控制模块判断采样电压的电压值大于3.45V并且按键被按下的时间大于等于2S时，输出高电平的使能信号使第四开关管导通，第一开关管和第二开关管导通，即可输出电源电压供电，从而完成延时开机的操作。当按键再次被按下时，控制模块输出低电平的使能信号使第四开关管截止，第一开关管和第二开关管截止，断开电源电压的输出，即关掉负载进入关机模式，此时整机的待机电流约为1uA，从而降低了待机功耗。

在进一步地优选方案中，所述控制模块包括MCU、第十二电阻、第十三电阻和第九电容；

所述MCU的P3.5脚连接第十电阻的另一端，MCU的P3.0脚连接第一二极管的正极，MCU的VCC脚连接供电模块，MCU的GND脚接地，MCU的P0.7脚连接第五电阻的另一端；MCU的P0.0脚连接第十二电阻的一端、第十三电阻的一端和第九电容的一端；第十二电阻的另一端连接适配器，第十三电阻的另一端连接第九电容的另一端和地。

上述方案的效果在于：MCU可通过由第十二电阻、第十三电阻和第九电容组成的上电检测电路来检测当前是否接入适配器，从而输出低电平的使能信号来断开电池与电源电压之间的连接，实现防反灌保护。通过MCU对电源电压实时采集，有效的防止电池过放或负载短路、防止负载电路由于过流导致的损坏等问题。通过MCU对第一开关管和第二开关管的组合控制，实现了软件开关机、防倒灌功能和关机时低功耗待机。

一种半导体激光治疗设备，充电时外接适配器，其包括一电路板和电池，所述电路板上集成了所述的开关机电路；所述开关机电路内部设有一按键，所述开关机电路检测当前处于电池供电模式时，根据按键的按压操作控制电源电压的输出状态，以进行对应的开关机控制；检测当前处于适配器供电模式时，停止响应按键的按压操作并断开电池与电源电压之间的连接。

上述方案的效果在于：通过采用按键来控制开关机，按键的按压操作更加简单，与现有的机械式触点通电相比，不会出现打火接触不良和变形的问题。同时，在充电过程中还能停止响应按键的按压操作，防止按键误操作，还断开电池20与电源电压VCC的连接，避免出现电源电压VCC倒灌至电池，实现了防倒灌功能，从而有效地保证了电池充电过程的安全性。

一种基于所述半导体激光治疗设备的电源开关机控制方法，其包括：

所述开关机电路检测是否接入适配器，是则进入充电模式；

否则，开关机电路判断其内部的按键是否按下预设时间且生成的电源电压是否大于预设值：是则开机，否则关机。

与现有技术相比，本发明提供的开关机电路连接电池或适配器，包括开关机控制保护模块、供电模块和控制模块；开关机控制保护模块内设有一按键；开关机控制保护模块根据电池电压或适配器输出的电压生成对应的电源电压并采样，输出电源电压给供电模块，输出采样电压给控制模块；开关机控制保护模块还根据按键的按压操作输出对应的按键信号给控制模块；供电模块根据电源电压生成供电电压给控制模块供电；控制模块判断按键信号和采样电压满足开机条件时，控制开关机控制保护模块执行延时开机操作；所述控制模块检测外接适配器时，控制开关机控制保护模块停止响应按键的按压操作、并断开电池与电源电压之间的连接。采用按键来触发开关机操作，按键的按压操作更加简单，电路实现也更容易，与现有的机械式触点通电方式相比，不会出现打火、接触不良和变形的问题。同时，在判断按键信号和采样电压满足开机条件时才开机，供电不稳时不会开机，从而解决了开关机电路采用自锁式按键来通断电源，出现供电不稳且不能确保正常开关机的问题。开关机控制保护模块内部还设置了防倒灌保护和按键误操作保护，即在适配器输出的电压充电时，通过停止响应按键的按压操作来防止按键误操作，通过断开电池与电源电压的连接来实现防倒灌功能，从而有效地保证了电池充电过程的安全性。

附图说明

图1是现有自锁式按键的结构示意图。

图2是本发明实施例中半导体激光治疗设备的结构框图。

图3是本发明优选实施例中开关机控制保护模块的电路图。

图4是本发明优选实施例中的供电模块的电路图。

图5是本发明优选实施例中的控制模块的电路图。

图6是本发明优选实施例中的电源开关机控制方法的流程图。

具体实施方式

本发明提供一种开关机电路、半导体激光治疗设备及电源开关机控制方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实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。

请参阅图2，本发明提供了一种半导体激光治疗设备，充电时外接适配器，所述半导体激光治疗设备包括一电路板和电池20，所述电路板上集成了开关机电路10，所述开关机电路10连接电池20；所述开关机电路10内部设有一按键，所述开关机电路10检测当前处于电池供电模式时（没有连接适配器），根据按键的按压操作控制电源电压VCC的输出状态，以进行对应的开关机控制；检测当前处于适配器供电模式时（即外接适配器），停止响应按键的按压操作并断开电池20与电源电压VCC之间的连接。

本实施例采用按键来控制开关机，按键的按压操作更加简单，与现有的机械式触点通电方式相比，不会出现打火、接触不良和变形的问题。同时，在判断按键信号和采样电压满足开机条件时才开机，供电不稳时不会开机，从而解决了开关机电路采用自锁式按键来通断电源，出现供电不稳且不能确保正常开关机的问题。另外，在充电过程中还能停止响应按键的按压操作，防止按键误操作，还断开电池20与电源电压VCC的连接，避免出现电源电压VCC倒灌至电池，实现了防倒灌功能，从而有效地保证了电池充电过程的安全性。

优选地，所述半导体激光治疗设备为使用3.7~4.2V锂电池供电的半导体激光治疗设备，所述适配器为提供5V电压的USB适配器。

作为本发明的优选方案，所述开关机电路10包括：开关机控制保护模块100、供电模块200和控制模块300；所述开关机控制保护模块100连接供电模块200、控制模块300、电池20和适配器；所述供电模块200连接控制模块300。所述开关机控制保护模块100内设有所述按键，根据电池电压BAT或适配器输出的电压生成对应的电源电压VCC并采样，输出电源电压VCC给供电模块200，输出采样电压VBAT_AD给控制模块300；开关机控制保护模块100还根据按键的按压操作输出对应的按键信号KEY_SW给控制模块300。所述供电模块200根据电源电压VCC生成供电电压MCU_VCC给控制模块300供电。所述控制模块300判断按键信号KEY_SW和采样电压VBAT_AD满足开机条件（例如，按键信号KEY_SW的低电平持续时间大于等于2S并且根据采样电压VBAT_AD计算出的电源电压VCC大于3.45V）时，控制开关机控制保护模块执行延时开机操作；所述控制模块检测外接适配器时，控制开关机控制保护模块100停止响应按键的按压操作、并断开电池与电源电压VCC之间的连接。

本实施例采用按键来触发开关机操作，按键的按压操作更加简单，电路实现也更容易，与现有的机械式触点通电方式相比，不会出现打火、接触不良和变形的问题，解决了用自锁按键来开关机导致使用寿命减少的问题。同时，在判断按键信号和采样电压满足开机条件时才开机，供电不稳时不会开机，从而解决了开关机电路采用自锁式按键来通断电源，出现供电不稳且不能确保正常开关机的问题。开关机控制保护模块100内部还设置了防倒灌保护和按键误操作保护，即在适配器输出的电压充电时，通过停止响应按键的按压操作来防止按键误操作，通过断开电池与电源电压VCC的连接来实现防倒灌功能，从而有效地保证了电池充电过程的安全性。

本实施例的一优选方案中，所述开关机控制保护模块100包括开关触发单元110、开关防反灌单元120、采样单元130、按键防误单元140和延时控制单元150；所述开关触发单元110连接开关防反灌单元120、按键防误单元140、控制模块300和电池；所述开关防反灌单元120连接采样单元130、按键防误单元140、延时控制单元150和适配器；所述采样单元130和延时控制单元150均连接控制模块300。

所述开关触发单元110内设有所述按键，根据按键的按压操作输出对应电平的按键信号KEY_SW给控制模块300；所述按键防误单元140检测外接适配器时（即适配器供电、对电池充电）时断开开关触发单元110与开关防反灌单元120之间的连接，检测电池供电时根据按键的按压操作控制开关防反灌单元120的内部通路的通断；所述延时控制单元150根据控制模块300传输的使能信号POWER_EN控制开关防反灌单元120的内部通路延时导通或断开；所述开关防反灌单元120的内部通路导通时、根据电池电压BAT输出电源电压VCC，所述内部通路断开时停止输出电源电压VCC，还在适配器供电时根据适配器输入的5V电压输出电源电压VCC；所述采样单元130对电源电压VCC进行采样并输出对应的采样电压VBAT_AD给控制模块300。

请一并参阅图3至图5，本实施例中，所述开关触发单元110包括按键SW、第一电容C1、第一电阻R1、第一二极管D1和第二二极管D2；所述按键SW的一端连接第一电容C1的一端、第一二极管D1的负极和第二二极管D2的负极；所述按键SW的另一端连接第一电容C1的另一端、电池20的负极和地；所述第一二极管D1的正极连接第一电阻R1的一端和控制模块300，所述第一电阻R1的另一端连接电池20的正极和开关防反灌单元120，所述第二二极管D2的正极连接按键防误单元140。

其中，所述按键SW采用一种低压的轻触按键（也叫轻触开关、轻触式按键等），通过按键SW来作为开机触动装置。该轻触按键的结构尺寸小，适合贴板安装，不会占用过多的空间。同时，轻触按键的触点采用镀银嵌件弹片和盖板组成，按键操作接触阻抗小，频繁使用也不易变形，使用寿命长。

所述开关触发单元110在正常工作时，由于第一电阻R1的另一端连接电池20的正极，第一二极管D1的正极上的电压通过第一电阻R1被电池电压BAT上拉为高电平，电池电压BAT通过第一二极管D1输出对第一电容C1充电，此时输出的按键信号KEY_SW保持为高电平。当所述按键SW被轻触按下时，按键SW的两端导通接地，将第一二极管D1的负极下拉到地，同时第一电容C1上的电荷放电，此时输出的按键信号KEY_SW变为低电平，按键信号KEY_SW出现了一次从高到低的电平变化，按键SW被按下的保持时间决定了按键信号KEY_SW为低电平的持续时间。

当松开按键SW时，按键SW的两端断开，第一二极管D1的正极上的电压再次通过第一电阻R1被电池20上拉为高电平，此时输出的按键信号KEY_SW又变为高电平。按键信号KEY_SW传输至控制模块300中，控制模块300根据按键信号KEY_SW的电平变化即可识别出当前的按键的按压操作。

由于第二二极管D2的正极连接按键防误单元140，通过对按键SW的操作产生的电平变化、也会通过第二二极管D2传输至按键防误单元140，根据按键防误单元140的内部通断状态，来选择是否将开关触发单元110连接开关防反灌单元120的控制端。

如图3所示，本实施例中，所述开关防反灌单元120包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、保险丝F、第三二极管D3、第二电容C2和第二电阻R2；所述第一开关管Q1的源极S连接第二电容C2的一端、第二电阻R2的一端和第一电阻R1的另一端；第二电阻R2的另一端连接第一开关管Q1的栅极G和第二电容C2的另一端，所述第一开关管Q1的栅极G连接第二开关管Q2的栅极G、按键防误单元140和延时控制单元150；所述第一开关管Q1的漏极D连接第二开关管Q2的漏极D，所述第二开关管Q2的源极S连接保险丝F的一端和第三二极管D3的负极，所述第三二极管D3的正极连接USB适配器；所述保险丝F的另一端是供电端（用于输出电源电压VCC），连接采样单元130和供电模块200。

所述第一开关管Q1和第二开关管Q2均优选为PMOS管，型号优选为SI2301。当外接USB适配器时，进入USB适配器5V供电模式，USB适配器输出的5V电压通过第三二极管D3输出，经过保险丝F后从供电端输出电源电压VCC。

当没有外接USB适配器时，由电池20供电。当第一开关管Q1和第二开关管Q2的栅极G电压为高电平时，第一开关管Q1和第二开关管Q2都不导通，电池20与后级的负载完全隔离。当第一开关管Q1和第二开关管Q2的栅极G电压为低电平时，第一开关管Q1和第二开关管Q2都导通，电池电压BAT通过保险丝F后输出电源电压VCC供电，实现电池20向负载持续供电的功能。第一开关管Q1和第二开关管Q2的栅极G电压由按键防误单元140和延时控制单元150来控制。

需要理解的是，在半导体激光治疗设备中，电池尤为重要，其充电和放电都有独立的管理电路，电池电压BAT的范围是3.3V~4.2V，最高电压不能超过4.25V。本实施例在对电池20充电时，USB适配器输入的5V电压通过第三二极管D3来供电，生成的电源电压VCC约为4.5V左右。通过将第一开关管Q1和第二开关管Q2的漏极D、源极S反向连接组成电池防倒灌电路，断开了电池与电源电压VCC的连接，电池工作于充电状态，即可有效保护电池的安全。

所述开关防反灌单元120中，所述保险丝F的限流值为1000mA，用于进行过流过压保护。所述第二电阻R2为上拉电阻，在延时控制单元150截止时对第一开关管Q1和第二开关管Q2的栅极进行上拉。第二电容C2用于对第一开关管Q1和第二开关管Q2的栅极的电压进行滤波，还能保护第一开关管Q1和第二开关管Q2。

进一步地，所述开关防反灌单元120还包括第三电容C3、第四电容C4和第一双向瞬变抑制二极管T1；所述第一双向瞬变抑制二极管T1的一端连接保险丝F的另一端、第三电容C3的一端、第四电容C4的一端和采样单元130；第一双向瞬变抑制二极管T1的另一端连接第三电容C3的另一端、第四电容C4的另一端和地。

通过第三电容C3和第四电容C4的滤波，使输出的电源电压VCC更加稳定，有利于提供稳定的供电。通过第一双向瞬变抑制二极管T1对电流突变产生的瞬时高压进线抑制，可以避免瞬时高压击穿或者烧坏电路。

本实施例中，所述采样单元130包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第五电容C5；所述第三电阻R3的一端连接第四电阻R4的一端和第五电阻R5的一端，第三电阻R3的另一端连接供电端，所述第五电阻R5的另一端连接第五电容C5的一端和控制模块300，第四电阻R4的另一端连接第五电容C5的另一端和地。

通过采样单元130对电源电压VCC进行采样，输出对应的采样电压VBAT_AD至控制模块300中，控制模块300即可在上电和工作时对电源电压VCC进行实时监测，就能有效的防止电池过放或负载短路等问题。

本实施例中，所述按键防误单元140包括第三开关管Q3、第六电阻R6和第七电阻R7；所述第三开关管Q3的源极S连接第一开关管Q1的栅极G和第二开关管Q2的栅极G，第三开关管Q3的栅极G连接第六电阻R6的一端和第七电阻R7的一端，第六电阻R6的另一端连接USB适配器，第七电阻R7的另一端接地，第三开关管Q3的漏极D连接第二二极管D2的正极。

所述第三开关管Q3优选为PMOS管。当外接USB适配器进行USB适配器5V供电模式时，USB适配器输出的5V电压将第三开关管Q3的栅极G电压上拉为高电平，第三开关管Q3截止，使第二二极管D2的正极与第一开关管Q1和第二开关管Q2的栅极G之间完全断开，此时操作按键SW无效，即按键SW的按下操作输出的信号不能通过第三开关管Q3传输到第一开关管Q1和第二开关管Q2的栅极G，即可有效地防止在充电时由按键SW的操作导致电源电压VCC倒灌流向电池20，避免影响到电池20的有效充电或损坏电池。

当没有外接USB适配器时，第六电阻R6的另一端悬空，第七电阻R7将第三开关管Q3的栅极G下拉，第三开关管Q3导通，第二二极管D2的正极通过第三开关管Q3连接第一开关管Q1和第二开关管Q2的栅极G，此时的按键SW操作即可对应控制第一开关管Q1和第二开关管Q2的开关；即按键SW被按下时，第一开关管Q1和第二开关管Q2的栅极G通过第二二极管D2被下拉为低电平，第一开关管Q1和第二开关管Q2即可导通，实现电池20供电。

本实施例中，所述延时控制单元150包括第四开关管Q4、第八电阻R8、第九电阻R9和第十电阻R10；所述第四开关管Q4的集电极通过第八电阻R8连接第一开关管Q1的栅极G和第二开关管Q2的栅极G，第四开关管Q4的基极连接第九电阻R9的一端和第十电阻R10的一端，第四开关管Q4的发射极连接第九电阻R9的另一端和地，第十电阻R10的另一端连接控制模块300。

所述第四开关管Q4优选为NPN三极管，其基极的电压为高电平时导通，基极的电压为低电平时截止。如图5所示，当控制模块300内部的MCU U2检测到按键信号KEY_SW的电平由高到低变化时，控制模块300对电源电压VCC进行AD采集，判断采样电压VBAT_AD的电压值大于3.45V并且按键SW被按下的时间大于等于2S（长按）时，MCU U2输出高电平的使能信号POWER_EN使第四开关管Q4导通，第四开关管Q4将第一开关管Q1和第二开关管Q2的栅极电压拉低，第一开关管Q1和第二开关管Q2导通，即可输出电源电压VCC供电，从而完成延时开机的操作。当按键SW再次被按下（短按）时，控制模块300内部的MCU U2检测到按键信号KEY_SW的电平再一次由高到低变化， MCU U2输出低电平的使能信号POWER_EN使第四开关管Q4截止，第一开关管Q1和第二开关管Q2截止，断开电源电压VCC的输出，即关掉负载进入关机模式，此时整机的待机电流约为1uA。

请继续参阅图4，所述供电模块200包括电源芯片U1、第十一电阻R11、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8和第二双向瞬变抑制二极管T2；所述电源芯片U1的VIN脚连接第十一电阻R11的一端和第六电容C6的一端，第十一电阻R11的另一端连接供电端，第六电容C6的另一端接地；所述电源芯片U1的VOUT脚连接第七电容C7的一端、第八电容C8的一端、第二双向瞬变抑制二极管T2的一端和控制模块300；电源芯片U1的VSS脚连接第七电容C7的另一端、第八电容C8的另一端、第二双向瞬变抑制二极管T2的另一端和地。

所述电源芯片U1的型号优选为ME6206A33PG，其根据输入的电源电压VCC生成稳定的3.3V的供电电压MCU_VCC给控制模块300中的MCU U2供电。需要理解的是，在具体实施时，所述电源芯片U1还可采用其他型号，只要其能实现稳定的3.3V供电的功能，则均在本实施例的保护范围内。采用其他型号时，引脚名称可能有对应变化，只需将VIN脚对应输入脚，VOUT脚对应输出脚，VSS对应芯片的地脚即可。

所述供电模块200中，所述第十一电阻R11和第六电容C6组成RC滤波电路，用于对输入的电源电压VCC进行RC滤波，可以使电源电压VCC更加稳定，提高供电电压MCU_VCC的稳定性。所述第七电容C7和第八电容C8用于对供电电压MCU_VCC进行滤波，滤波杂波干扰，使MCU U2的工作更加稳定。所述第二双向瞬变抑制二极管T2用于对瞬时高压进线抑制，可以避免瞬时高压击穿或烧坏MCU U2，确保MCU U2工作的安全性。

请继续参阅图5，所述控制模块300包括MCU U2、第十二电阻R12、第十三电阻R13和第九电容C9；所述MCU U2的P3.5脚连接第十电阻R10的另一端，MCU U2的P3.0脚连接第一二极管D1的正极，MCU U2的VCC脚连接电源芯片U1的VOUT脚，MCU U2的GND脚接地，MCU U2的P0.7脚连接第五电阻R5的另一端；MCU U2的P0.0脚连接第十二电阻R12的一端、第十三电阻R13的一端和第九电容C9的一端；第十二电阻R12的另一端连接USB适配器，第十三电阻R13的另一端连接第九电容C9的另一端和地。

所述MCU U2优选的型号为中颖的79F1615。当电池20供电时，由供电电压MCU_VCC直接对MCU U2供电，此时没有5V电压输入，第十三电阻R13将MCU U2的P0.0脚下拉为低电平，MCU U2即可检测当前没有接入USB适配器。当USB适配器供电时，由第十二电阻R12、第十三电阻R13和第九电容C9组成5V电压的上电检测电路，第十二电阻R12和第十三电阻R13对USB适配器输入的5V电压进行分压，分压电压反馈至MCU U2的P0.0脚（也叫5V_check脚），MCU U2即可检测到此时接入了USB适配器，输出低电平的使能信号POWER_EN来控制第四开关管Q4截止，使第一开关管Q1和第二开关管Q2截止，断开电池20与电源电压VCC之间的连接，电池处于充电状态。所述第九电容C9用于对分压电压进行滤波，使检测结果更加准确。

需要理解的是，在具体实施时，所述MCU U2还可采用其他型号，只要其能实现上述功能，则均在本实施例的保护范围内。采用其他型号时，引脚名称可能有对应变化，只需将P0.7脚对应ADC采集脚（引脚名替换为AN5脚），P0.0脚对应IO脚（引脚名替换为OP1OUT脚），P3.0脚对应IO脚（引脚名替换为PWM3），P3.5脚对应IO脚（引脚名替换为INT44或XTAL1）即可。

请继续参阅图2-5，所述开关机电路10的工作流程包括：

开机工作流程:在电池供电模式下，由于没有5V电压输入，第七电阻R7将第三开关管Q3的栅极G下拉，第三开关管Q3导通，第一开关管Q1和第二开关管Q2的栅极G通过第三开关管Q3连接第二二极管D2的正极。按键信号KEY_SW通过第一电阻R1上拉为高电平并传输给MCU U2。

当轻触（即按压）按键SW时，按键SW的两端导通接地，按键信号KEY_SW通过第一二极管D1对地拉低。同时，第一开关管Q1和第二开关管Q2的栅极G电压通过第三开关管Q3和第二二极管D2对地拉低，第一开关管Q1和第二开关管Q2导通，电池电压BAT通过第一开关管Q1和第二开关管Q2输出为电源电压VCC，电源电压VCC约等于电池电压BAT。电源电压VCC通过第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第五电容C5采样后输出采样电压VBAT_AD给MCUU2。所述电源电压VCC还输出至电源芯片U1中、转换为稳定的3.3V的供电电压MCU_VCC给MCUU2供电，MCU U2通电工作。

所述MCU U2对按键信号KEY_SW和采样电压VBAT_AD进行检测，在判断按键信号KEY_SW的低电平持续时间大于等于2S、并且根据采样电压VBAT_AD判断电源电压VCC大于3.45V时，MCU U2输出高电平的使能信号POWER_EN来控制第四开关管Q4导通，将第八电阻R8两端的电压拉低，使第一开关管Q1和第二开关管Q2保持导通状态，完成延时开机动作。

由于MCU U2在判断按键信号KEY_SW的低电平持续时间大于等于2S并且电源电压VCC大于3.45V时，才完成开机动作，按键SW的短按或误动作被判断为没有正常开机，电压采集异常也会停止开机操作，从而保证了电池和电路的安全。

关机工作流程：在电池供电模式下，半导体激光治疗设备正常工作时，通过轻触按键SW的短按操作，MCU U2检测按键信号KEY_SW由高电平变为低电平，触发关机控制，MCU U2通过 P3.5脚输出低电平的使能信号 POWER_EN使第四开关管Q4截止，第一开关管Q1和第二开关管Q2的栅极G电压通过第二电阻R2上拉为高电平，第一开关管Q1和第二开关管Q2截止，电池20与供电端之间断开，停止电源电压VCC的输出，从而使半导体激光治疗设备进入超低功耗的待机状态，待机电流约为1uA左右。

通过采用低压的轻触式按键SW来作为开机触动装置，当按键SW被按压时能联动MCU对包括电池在内的其他附属器件进行检测，确认正常后完成开机，否则关闭MCU所有外控电路，保留按键部分功能。

基于上述的半导体激光治疗设备，请一并参阅图6，本发明还提供了一种半导体激光治疗设备的电源开关机控制方法，其包括：

步骤S100、开关机电路检测是否接入适配器，是则进入充电模式，否则执行步骤S200；

步骤S200、开关机电路判断其内部的按键是否按下预设时间（例如大于等于2秒）且生成的电源电压是否大于预设值：是则开机，否则关机。

需要理解的是，在所述步骤S100之前，半导体激光治疗设备可能接入适配器充电；也可能不连接适配器而选择内部的电池供电、此时通常会通过按键的按压操作进行开关机操作。因此，当接入适配器供电时、或检测按键被按下时，半导体激光治疗设备进行系统初始化，之后根据步骤S100检测是否接入适配器，来选择充电还是开关机。

综上所述，本发明提供的关机电路、半导体激光治疗设备及电源开关机控制方法，采用按键来替换机械式自锁按键，不会出现打火接触不良和变形的问题，从而延长了半导体激光治疗设备的使用寿命；通过MCU对3个开关管的组合控制，实现了软件开关机控制（即MCU判断是否满足开关机的条件）、电池与负载之间的防倒灌保护和按键误操作保护，有效保证了电池的安全；通过对电源电压实时采集，能有效的防止电池过放或负载短路、防止负载电路由于过流导致的损坏等问题；通过对适配器输入的电压进行检测，可结合软件来切换电池的充放电工作状态。

另外，现有普通的半导体激光治疗设备的低功耗，是由MCU本身完成的，但综合电路设计起来很难控制在几uA。为了更好的减低待机功耗，本实施例在电路上做了优化，电路结构简单，关机后无供电电压给MCU供电，部分电路停止工作，使半导体激光治疗设备在待机时的待机电流为1uA左右，在关机时大大降低了功耗、还保证了电路的可靠运行。结构尺寸有一定要求比轻触式按键尺寸大。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种开关机电路，用于半导体激光治疗设备，所述开关机电路连接电池或适配器，其特征在于，包括：开关机控制保护模块、供电模块和控制模块；所述开关机控制保护模块内设有一按键；

所述开关机控制保护模块根据电池电压或适配器输出的电压生成对应的电源电压并采样，输出电源电压给供电模块，输出采样电压给控制模块；所述开关机控制保护模块还根据按键的按压操作输出对应的按键信号给控制模块；

所述供电模块根据电源电压生成供电电压给控制模块供电；

所述控制模块判断按键信号和采样电压满足开机条件时，控制开关机控制保护模块执行延时开机操作；所述控制模块检测外接适配器时，控制开关机控制保护模块停止响应按键的按压操作、并断开电池与电源电压之间的连接；

所述开关机控制保护模块包括开关触发单元、开关防反灌单元、采样单元、按键防误单元和延时控制单元；

所述开关触发单元内设有所述按键，根据按键的按压操作输出对应电平的按键信号给控制模块；

所述按键防误单元检测外接适配器时断开开关触发单元与开关防反灌单元之间的连接，检测电池供电时根据按键的按压操作控制开关防反灌单元的内部通路的通断；

所述延时控制单元根据控制模块传输的使能信号控制开关防反灌单元的内部通路延时导通或断开；

所述开关防反灌单元的内部通路导通时、根据电池电压输出电源电压，所述内部通路断开时停止输出电源电压，还在外接适配器时根据适配器输入的电压输出电源电压；

所述采样单元对电源电压进行采样并输出对应的采样电压给控制模块；

所述开关触发单元包括按键、第一电容、第一电阻、第一二极管和第二二极管；

所述按键的一端连接第一电容的一端、第一二极管的负极和第二二极管的负极；所述按键的另一端连接第一电容的另一端、电池的负极和地；所述第一二极管的正极连接第一电阻的一端和控制模块，所述第一电阻的另一端连接电池的正极和开关防反灌单元，所述第二二极管的正极连接按键防误单元；

所述开关防反灌单元包括第一开关管、第二开关管、保险丝、第三二极管、第二电容和第二电阻；

所述第一开关管的源极连接第二电容的一端、第二电阻的一端和第一电阻的另一端；第二电阻的另一端连接第一开关管的栅极和第二电容的另一端，所述第一开关管的栅极连接第二开关管的栅极、按键防误单元和延时控制单元；所述第一开关管的漏极连接第二开关管的漏极，所述第二开关管的源极连接保险丝的一端和第三二极管的负极，所述第三二极管的正极连接适配器；所述保险丝的另一端是供电端，连接采样单元和供电模块；

所述按键防误单元包括第三开关管、第六电阻和第七电阻；

所述第三开关管的源极连接第一开关管的栅极和第二开关管的栅极，第三开关管的栅极连接第六电阻的一端和第七电阻的一端，第六电阻的另一端连接适配器，第七电阻的另一端接地，第三开关管的漏极连接第二二极管的正极；

所述延时控制单元包括第四开关管、第八电阻、第九电阻和第十电阻；所述第四开关管的集电极通过第八电阻连接第一开关管的栅极和第二开关管的栅极，第四开关管的基极连接第九电阻的一端和第十电阻的一端，第四开关管的发射极连接第九电阻的另一端和地，第十电阻的另一端连接控制模块。

2.根据权利要求1所述的开关机电路，其特征在于，所述采样单元包括第三电阻、第四电阻、第五电阻和第五电容；

所述第三电阻的一端连接第四电阻的一端和第五电阻的一端，第三电阻的另一端连接供电端，所述第五电阻的另一端连接第五电容的一端和控制模块，第四电阻的另一端连接第五电容的另一端和地。

3.根据权利要求2所述的开关机电路，其特征在于，所述控制模块包括MCU、第十二电阻、第十三电阻和第九电容；

所述MCU的P3.5脚连接第十电阻的另一端，MCU的P3.0脚连接第一二极管的正极，MCU的VCC脚连接供电模块，MCU的GND脚接地，MCU的P0.7脚连接第五电阻的另一端；MCU的P0.0脚连接第十二电阻的一端、第十三电阻的一端和第九电容的一端；第十二电阻的另一端连接适配器，第十三电阻的另一端连接第九电容的另一端和地。

4.一种半导体激光治疗设备，充电时外接适配器，其特征在于，包括一电路板和电池，所述电路板上集成了如权利要求1-3任一项所述的开关机电路；所述开关机电路内部设有一按键，所述开关机电路检测当前处于电池供电模式时，根据按键的按压操作控制电源电压的输出状态，以进行对应的开关机控制；检测当前处于适配器供电模式时，停止响应按键的按压操作并断开电池与电源电压之间的连接。

5.一种基于如权利要求4所述的半导体激光治疗设备的电源开关机控制方法，其特征在于，包括：

所述开关机电路检测是否接入适配器，是则进入充电模式；

否则，开关机电路判断其内部的按键是否按下预设时间且生成的电源电压是否大于预设值：是则开机，否则关机。

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