CN113296444A - 开关控制电路及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种开关控制电路。开关控制电路电连接于电源及负载之间，以控制电源与负载的导通或关断。开关控制电路包括控制单元，第一计时器及受控开关。其中，控制单元用于产生控制信号。第一计时器的信号输入端与控制单元的信号输出端电连接，以根据上述控制信号产生对应的第一计时处理信号。受控开关电连接于第一计时器的第一输出端、电源及负载之间，以根据第一计时处理信号控制电源与负载的导通或关断。本发明提供的开关控制电路可以实现可靠的开关控制，并且给出电源导通或关断的状态指示，同时还能达成低功耗的效果。

Description

开关控制电路及电子设备

技术领域

本发明涉及电源控制技术领域，具体而言，涉及一种开关控制电路。

背景技术

随着电子技术的发展，电子设备在人们日常生活中越来越普及，尤其是使用主控处理器进行控制的电子系统、电子设备，例如智能手表、助听器、学习机等应用更为广泛。

在电子系统中，传统的电路实现，一般会借助主控处理器MCU、单片机来实现对按键状态的检测，然后据此控制开关的状态和给出状态指示信号，然而，在没有MCU的场合下，一般难以实现复杂又可靠的开关控制，且带有计时功能、指示功能同时达到低功耗目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种开关控制电路及电子设备，以实现可靠的开关控制，并且可以给出电源导通或关断的状态指示，同时还能达成低功耗的效果，以解决背景技术所涉及到的技术难题。

本发明是这样实现的：

第一方面，本发明提供了一种开关控制电路。开关控制电路电连接于电源及负载之间，以控制电源与负载的导通或关断。开关控制电路包括控制单元，第一计时器及受控开关。其中，控制单元用于产生控制信号。第一计时器的信号输入端与控制单元的信号输出端电连接，以根据上述控制信号产生对应的第一计时处理信号。受控开关电连接于第一计时器的第一输出端、电源及负载之间，以根据第一计时处理信号控制电源与负载的导通或关断。

进一步地，所述开关控制电路还包括第二计时器及指示单元。其中，所述第二计时器的信号输入端与所述第一计时器的第一输出端电连接，以根据所述第一计时处理信号产生对应的第二计时处理信号。所述指示单元分别与所述第一计时器的第一输出端、所述第二计时器的信号输出端电连接，以根据所述第一计时处理信号及所述第二计时处理信号，对应指示所述电源与所述负载的导通或关断状态。

进一步地，所述开关控制电路还包括时钟源。所述时钟源分别与所述第一计时器的时钟输入端、所述第二计时器的时钟输入端电连接，用于提供统一的时钟信号。

进一步地，所述开关控制电路还包括：第一开关及第二开关。所述第一开关电连接于所述第一计时器的所述时钟输入端、所述第二输出端及所述时钟源之间，用于根据所述第二输出端的输出信号控制所述第一计时器与所述时钟源的导通或关断。所述第二开关电连接于所述第二计时器的所述时钟输入端、所述信号输出端及所述时钟源之间，用于根据所述信号输出端的所述第二计时处理信号控制所述第二计时器与所述时钟源的导通或关断。

进一步地，所述第一计时器包括：第一累加器，T触发器，反相器及逻辑与门。其中，所述第一累加器的复位信号输入端与所述控制单元电连接，所述第一累加器的时钟输入端通过所述第一开关与所述时钟源电连接，用于对时钟信号周期进行计数。T触发器，其时钟输入端与所述第一累加器的第一输出端电连接。反相器，其输入端与所述第一累加器的复位信号输入端电连接。逻辑与门，其两个输入端分别与所述第一累加器的第二输出端、所述反相器的信号输出端电连接。

进一步地，所述第二计时器包括：边沿检测器及第二累加器。其中，所述边沿检测器的信号输入端与所述第一计时器的第一输出端电连接，用于对输入的信号进行上升沿、下降沿的检测。所述第二累加器的时钟输入端通过所述第二开关与所述时钟源电连接，所述第二累加器的复位信号输入端与所述边沿检测器的第一输出端电连接。

进一步地，所述第二累加器的输出端与所述边沿检测器的复位信号输入端电连接，以形成反馈电路。

进一步地，所述边沿检测器的第二输出端与所述指示单元的第一输入端电连接，以控制指示单元对应指示所述电源与所述负载的导通或关断状态。

进一步地，所述控制单元包括电阻，按键及电容，所述电阻的第一端与电源电连接，所述电阻的第二端与所述按键的第一端电连接，所述按键的第二端接地，所述电容并联连接到所述按键的两端。

第二方面，本发明还提供了一种电子设备，所述电子设备包括电源以及上述的开关控制电路。

根据本发明提供的一种开关控制电路及电子设备，本领域技术人员可以脱离处理器MCU的束缚，实现可靠的开关控制，并且可以给出电源导通或关断的状态指示，同时还能达成低功耗的效果。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1示出了本发明一实施例所提供的一种开关控制电路的结构示意图。

图2示出了本实施例提供的关键信号时序示意图。

图3示出了本发明一实施例的第一计时器电路示意图。

图4示出了本发明一实施例的第二计时器电路示意图。

图5示出了本发明一实施例的第一计时器及第二计时器的关键信号时序示意图。

主要元件符号说明：

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参阅图1，图1为本发明一实施例所提供的一种开关控制电路的结构示意图。

在本实施例中的开关控制电路，所述开关控制电路电连接于电源及负载L1之间，以控制所述电源与所述负载L1的导通或关断。需要说明的是，本实施例所涉及的电源，可以是一种电源接口，通过这种电源接口，可以获取到外部电力端子提供的电力能源，如常用的USB接口、PC供电接口、未主板供电的+12V供电、5组+5V供电和4组+3.3V供电接口等。此外，电源也可以指电源适配器等器件，通过该电源适配器把外部电力能源转化为所需的特定电压的电能。

如图1可知，本实施例的开关控制电路中，比较核心的模块主要包括：控制单元U1，第一计时器U2，受控开关3。

具体而言，所述控制单元U1用于产生控制信号。所述控制单元U1包括电阻R1，按键B1及电容C1，所述电阻R1的第一端与电源电连接，所述电阻R1的第二端与所述按键B1的第一端电连接，所述按键B1的第二端接地，所述电容C1并联连接到所述按键B1的两端。当按键B1按下时，由于按键的导通阻抗远小于R1，U1输出低电平，当按键B1松开时，电阻R1对电容C1充电，U1输出高电平。

请继续参见图1，所述第一计时器U2的信号输入端与所述控制单元U1的信号输出端电连接，以根据上述控制信号产生对应的第一计时处理信号。所述受控开关3电连接于所述第一计时器U2的第一输出端、所述电源及所述负载L1之间，以根据第一计时处理信号控制所述电源与所述负载L1的导通或关断。所述受控开关3可以由场效应管或者晶体管构成的控制电路，为本领域技术人员的公知常识，在此不再详述。在本实施例中，受控开关3的控制端为所述第一计时器U2的第一输出端，通过所述第一计时器U2的第一输出端的输出信号的电压或电平变化，实现受控开关3其余两侧的通断，即控制所述电源与所述负载L1的导通或关断。

通过上述几个模块对应的电路连接关系，本实施例中的开关控制电路可以实现基本的所述电源与所述负载L1的导通或关断功能。

在本实施例中，为了更好地实现和完善开关控制电路的功能，本发明的所述开关控制电路还包括：第二计时器U4和指示单元D1。

所述第二计时器U4的信号输入端与所述第一计时器U2的第一输出端电连接，以根据所述第一计时处理信号产生对应的第二计时处理信号。所述指示单元D1分别与所述第一计时器U2的第一输出端、所述第二计时器U4的信号输出端电连接，以根据所述第一计时处理信号及所述第二计时处理信号，对应指示所述电源与所述负载L1的导通或关断状态。

在本实施例中，指示单元D1可以是指示灯，对应的指示灯可以包括不同的颜色，通过不同的电压或者电平组合输出，实现不同电压下的不同颜色指示灯的点亮，以对应指示所述电源与所述负载L1的导通或关断状态。在其他实施例中，指示灯也可以以不同的闪烁方式存在，即根据不同的电压或者电平组合，驱动不同的闪烁方式，来表达不同的电源状态。指示单元D1甚至可以不用指示灯，而是通过设置扬声器鸣叫的方式来指示不同的状态。

在本实施例中，为了更好地实现和完善开关控制电路的功能，本发明的所述开关控制电路还包括时钟源U3，所述时钟源U3分别与所述第一计时器U2的时钟输入端、所述第二计时器U4的时钟输入端电连接，用于提供统一的时钟信号。

在本实施例中，为了更好地实现和完善开关控制电路的功能，本发明的所述开关控制电路还包括第一开关1及第二开关2。所述第一开关1电连接于所述第一计时器U2的所述时钟输入端、所述第二输出端及所述时钟源U3之间，用于根据所述第二输出端的输出信号控制所述第一计时器U2与所述时钟源U3的导通或关断。所述第二开关2电连接于所述第二计时器U4的所述时钟输入端、所述信号输出端及所述时钟源U3之间，用于根据所述信号输出端的所述第二计时处理信号控制所述第二计时器U4与所述时钟源U3的导通或关断。

所述第一开关1、所述第二开关2可以由场效应管或者晶体管构成的控制电路，为本领域技术人员的公知常识，在此不再详述。在本实施例中，所述第一开关1、所述第二开关2的控制端分别为所述第一计时器U2的所述第二输出端、所述第二计时器U4的所述信号输出端，通过所述第一计时器U2的所述第二输出端、所述第二计时器U4的所述信号输出端的输出信号的电压或电平变化，分别实现所述第一开关1、所述第二开关2其余两侧的通断，即控制所述时钟源U3与所述第一计时器U2、所述时钟源U3与所述第二计时器U4的导通或关断。

请一并参见图1和图2，图2示出了图1电路结构的关键信号时序示意图。

在本实施例中，为便于描述和标记，所述控制单元U1产生的控制信号以信号1进行描述。所述第一计时器U2的第一输出端输出的信号，即第一计时处理信号，以信号2进行描述。所述第二计时器U4的信号输出端输出的信号，即第二计时处理信号，以信号3进行描述。所述第一计时器U2的第二输出端输出的信号，以信号4进行描述。具体其他信号，还请参见各附图中标注的信号。

按键B1的按压或释放，相应产生不同电平的信号1，信号1的低电平用来开启第一计时器U2，高电平用来复位第一计时器U2。当按压按键B1时，信号1是低电平；当释放按键B1时，信号1是高电平。

在本实施例中，以t1、t2、t3、t4、t5、t6分别表示不同的时间段，对应的时间段长短如图2所示。第一计时器U2设定的预设时间阈值为t2，即当第一计时器U2计时的时长大于t2时，其输出信号将发生逻辑翻转。第二计时器U4设定的预设时间阈值为t6，即当第二计时器U4计时的时长大于t6时，其输出信号将发生逻辑翻转。在图2中，t1<t2，t4<t2，t2+t3>t2，t2+t5>t2。

每当信号1的低电平持续时间(如t1，t4)未能达到第一计时器U2的设定阈值(t2)时(t1<t2，t4<t2)，第一计时器U2输出的信号2不会发生逻辑翻转；每当信号1的低电平持续时间(如t2+t3，t2+t5)达到第一计时器U2的设定阈值时(t2+t3>t2，t2+t5>t2)，第一计时器U2输出的信号2将发生逻辑翻转。即如果初态是低电平则翻转为高电平，如果初态是高电平则翻转为低电平。同时将信号4设置为低电平，让第一开关1断开，关闭第一计时器U2的时钟信号输入。每当信号1由高电平翻转为低电平时，信号4将跟随信号1的反相逻辑状态。

信号2的逻辑翻转同时会触发第二计时器U4开始计时；信号2的高电平用来导通受控开关3，让电源给负载L1供电，信号2的低电平用来断开受控开关3，断开电源以停止给负载L1供电；信号2的高低电平同时还作为指示单元D1的标志位，例如高低电平分别对应指示单元D1的不同指示灯颜色。

在本实施例中，第二计时器U4的输出信号3的常态是低电平，每当第二计时器U4由信号2的逻辑翻转而触发开始计时的时候，其输出信号3变为高电平，信号3的高电平导通第二开关2，时钟源U3的时钟信号可以输入到第二计时器U4，并且信号3的高电平还用来控制指示单元D1；当第二计时器U4完成其设定的预设阈值t6时，信号3将回到低电平，关闭第二开关2以断开第二计时器U4的时钟信号，并且关闭指示灯。

当没有按键B1按压时，即信号1在持续的高电平状态的时候，整个按键B1开关电路是静态的，几乎不消耗电流。当有按键B1按压时，即信号1在持续的低电平状态的时候，整个按键B1开关电路只会在一段时间(大约t2+t6)内消耗电流，如果低电平的持续时间更长，则开关电路本身也不再消耗电流，仅有按键B1部分会消耗一定的电流。以此达到低能耗的设计需求。

请参见图3和图5，图3为本发明一实施例的第一计时器U2电路示意图。图5示出了本发明一实施例的第一计时器U2及第二计时器U4的关键信号时序示意图。所述第一计时器U2包括：第一累加器M1，T触发器M2，反相器M3及逻辑与门M4。

具体而言，所述第一累加器M1的复位信号输入端与所述控制单元U1电连接，所述第一累加器M1的时钟输入端通过所述第一开关1与所述时钟源U3电连接，用于对时钟信号周期进行计数。T触发器M2的时钟输入端与所述第一累加器M1的第一输出端电连接。反相器M3的输入端与所述第一累加器M1的复位信号输入端电连接。逻辑与门M4，其两个输入端分别对应与所述第一累加器M1的第二输出端、所述反相器M3的信号输出端电连接。

在本实施例中，累加器是用于对输入时钟周期进行计数的器件，在其他实施例中，也可以通过其他集成电路实现对时钟周期进行计数的功能。

在本实施例中，当第一累加器M1的复位信号输入端的信号1为高电平的时候，第一累加器M1复位，第一累加器M1的第一输出端为低电平，即Q＝0。第一累加器M1的第二输出端为其第一输出端的反相端，因而第一累加器M1的第二输出端为高电平，即QN＝1。当信号1为低电平的时候，第一累加器M1开始计数，从0开始累加输入时钟的周期数，当输入时钟的周期数达到预设周期数的时候(预设周期数可以预设为t2的时间长度)，第一累加器M1完成计数，此时两输出端的输出信号皆发生翻转，即Q＝1，QN＝0。第一累加器M1的第一输出端的信号Q作为T触发器M2的时钟输入信号，使其输出翻转信号2。信号1通过反相器M3产生信号B，与第一累加器M1第二输出端的信号A一同作为逻辑与门M4的两个输入信号，逻辑与门M4的输出信号为信号4。

请参见图4和图5，图4示出了本发明一实施例的第二计时器U4电路示意图。第二计时器U4包括边沿检测器M5和第二累加器M6。

所述边沿检测器M5的信号输入端与所述第一计时器U2的第一输出端电连接，用于对输入的信号进行上升沿、下降沿的检测。所述第二累加器M6的时钟输入端通过所述第二开关2与所述时钟源U3电连接，所述第二累加器M6的复位信号输入端与所述边沿检测器M5的第一输出端电连接。所述第二累加器M6的输出端与所述边沿检测器M5的复位信号输入端电连接，以形成反馈电路。所述边沿检测器M5的第二输出端与所述指示单元D1的第一输入端电连接，以控制指示单元D1对应指示所述电源与所述负载L1的导通或关断状态。

边沿检测器M5的复位信号输入端输入为“1”时复位，其第一输出端为高电平，即QN＝1，其第二输出端为低电平，即Q＝0。边沿检测器M5的复位信号输入端输入为“0”时，检测其信号输入端的信号2的上升沿和下降沿，一旦有上升沿或者下降沿信号到来，都会让其输出端的信号置位Q＝1，QN＝0。边沿检测器M5的第一输出端产生信号C，第二输出端产生信号3，。信号C作为第二累加器M6的复位信号，当信号C为1时，第二累加器M6复位，第二累加器M6的信号输出端Q＝0；当信号C为0时，第二累加器M6开始计数，从0开始累加输入时钟的周期数，当输入时钟的周期数达到达到预设周期数的时候(预设周期数可以预设为t6的时间长度)，第二累加器M6完成计数，此时第二累加器M6输出信号发生翻转，即Q＝1。第二累加器M6的信号输出端产生信号D，信号D作为边沿检测器M5的复位信号输入端的输入信号。指示单元D1再相应根据信号2和信号3的变化组合情况，对应输出指示状态。具体的，可以设置为：当信号2为高电平时，信号3的高电平控制指示单元D1给出电源导通的信号；当信号2为低电平时，信号3的高电平控制指示单元D1给出电源断开的信号。

在本发明中，本发明还提供了一电子设备，所述电子设备包括电源以及上述的开关控制电路。

需要特别说明的是，本发明首先是根据本领域技术人员的公知常识，对应电路中的各种寄存器(累加器、边沿检测器M5等)及逻辑与门M4设置了相应的初始状态的前提下而实施的技术方案，具体细节还请参见上述具体实施方式中的细节描述，这里不再赘述。

综上所述，根据本发明提供的实施例技术方案，依照附图给出的电路及其关键信号时序流程，本领域技术人员可以脱离主动处理器MCU的束缚，实现可靠的开关控制，并且可以给出电源导通或关断的状态指示，同时还能达成低功耗的效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种开关控制电路，其特征在于，所述开关控制电路电连接于电源及负载之间，以控制所述电源与所述负载的导通或关断，其特征在于，所述开关控制电路包括：

控制单元，所述控制单元用于产生控制信号；

第一计时器，所述第一计时器的信号输入端与所述控制单元的信号输出端电连接，以根据上述控制信号产生对应的第一计时处理信号；

以及

受控开关，所述受控开关电连接于所述第一计时器的第一输出端、所述电源及所述负载之间，以根据第一计时处理信号控制所述电源与所述负载的导通或关断。

2.如权利要求1所述的开关控制电路，其特征在于，所述开关控制电路还包括：

第二计时器，所述第二计时器的信号输入端与所述第一计时器的第一输出端电连接，以根据所述第一计时处理信号产生对应的第二计时处理信号；以及

指示单元，所述指示单元分别与所述第一计时器的第一输出端、所述第二计时器的信号输出端电连接，以根据所述第一计时处理信号及所述第二计时处理信号，对应指示所述电源与所述负载的导通或关断状态。

3.如权利要求2所述的开关控制电路，其特征在于，所述开关控制电路还包括时钟源，所述时钟源分别与所述第一计时器的时钟输入端、所述第二计时器的时钟输入端电连接，用于提供统一的时钟信号。

4.如权利要求3所述的开关控制电路，其特征在于，所述开关控制电路还包括：

第一开关，所述第一开关电连接于所述第一计时器的所述时钟输入端、所述第二输出端及所述时钟源之间，用于根据所述第二输出端的输出信号控制所述第一计时器与所述时钟源的导通或关断；

以及

第二开关，所述第二开关电连接于所述第二计时器的所述时钟输入端、所述信号输出端及所述时钟源之间，用于根据所述信号输出端的所述第二计时处理信号控制所述第二计时器与所述时钟源的导通或关断。

5.如权利要求4所述的开关控制电路，其特征在于，所述第一计时器包括：

第一累加器，所述第一累加器的复位信号输入端与所述控制单元电连接，所述第一累加器的时钟输入端通过所述第一开关与所述时钟源电连接，用于对时钟信号周期进行计数；

T触发器，其时钟输入端与所述第一累加器的第一输出端电连接；

反相器，其输入端与所述第一累加器的复位信号输入端电连接；

以及

逻辑与门，其两个输入端分别与所述第一累加器的第二输出端、所述反相器的信号输出端电连接。

6.如权利要求4所述的开关控制电路，其特征在于，所述第二计时器包括：

边沿检测器，所述边沿检测器的信号输入端与所述第一计时器的第一输出端电连接，用于对输入的信号进行上升沿、下降沿的检测；

以及

第二累加器，所述第二累加器的时钟输入端通过所述第二开关与所述时钟源电连接，所述第二累加器的复位信号输入端与所述边沿检测器的第一输出端电连接。

7.如权利要求6所述的开关控制电路，其特征在于，所述第二累加器的输出端与所述边沿检测器的复位信号输入端电连接，以形成反馈电路。

8.如权利要求6所述的开关控制电路，其特征在于，所述边沿检测器的第二输出端与所述指示单元的第一输入端电连接，以控制指示单元对应指示所述电源与所述负载的导通或关断状态。

9.如权利要求1所述的开关控制电路，其特征在于，所述控制单元包括电阻，按键及电容，所述电阻的第一端与电源电连接，所述电阻的第二端与所述按键的第一端电连接，所述按键的第二端接地，所述电容并联连接到所述按键的两端。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括电源以及如权利要求1～9任意一项所述的开关控制电路。

Images