CN113467313A - 一种用于电池供电的开关机电路及开关机时序设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于电池供电的开关机电路，其特征在于，包括开/关机按键、开机电路系统以及关机电路系统，其中；开机电路系统包括开机电路、供电电路、微处理器、开机锁定电路以及开机指示电路；关机电路系统包括关机电路、供电电路、微处理器以及开机锁定电路。本发明的另一个技术方案是提供了一种上述的用于电池供电的开关机电路的开关机时序设计方法。本发明提供了一种用于电池供电的开关机电路设计，以保证由电池供电的系统安全可靠运行。相比现有技术，本发明具有如下有益效果：电路结构简单、可靠性高、功耗低，解决了现有系统中电路复杂、成本较大、稳定性差的问题。

Description

一种用于电池供电的开关机电路及开关机时序设计方法
技术领域
本发明涉及一种用于电池供电的开关机电路，尤其是配合嵌入式微处理器可提供可靠开机和关机控制的开关机电路，属于自动化控制领域。
背景技术
开关机电路是一种常用的电子电路，通常用于电子系统的开机和关机控制，从而达到节能的目的。常用的开关机电路比较复杂、功耗高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：常用的开关机电路比较复杂、功耗高。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种用于电池供电的开关机电路，其特征在于，包括开/关机按键、开机电路系统以及关机电路系统，其中；
开机电路系统包括开机电路、供电电路、微处理器、开机锁定电路以及开机指示电路；
关机电路系统包括关机电路、供电电路、微处理器以及开机锁定电路；
开机电路与关机电路并联在开/关机按键的一端上，开/关机按键的另一端连接电池的电池电压输出端；开机电路收到开/关机按键的命令后产生一个开机信号ON，并发送给供电电路；供电电路与电池的电池电压输出端及微处理器的供电端口相连，供电电路收到开机电路给出的开机信号ON后向微处理器提供工作电压DVDD；微处理器的开机锁定信号输出端与开机锁定电路相连，上电后的微处理器将开机锁定信号LATCH置位，当开机锁定信号LATCH被置位后，由开机锁定电路将开机信号ON锁定，上电后的微处理器在收到关机电路给出的关机信号INT后将开机锁定信号LATCH复位，当开机锁定信号LATCH被复位后，由开机锁定电路将开机信号ON关闭；微处理器的开机指示信号端与开机指示电路相连；
关机电路与微处理器的关机信号输入端相连，微处理器在上电后通过关机信号输入端检测到关机电路给出的关机信号INT。
优选地，所述开机电路20包括电阻R8以及N通道MOSFET Q2，其中，N通道MOSFET Q2的栅极连接所述开/关机按键的一端，所述开/关机按键的另一端连接电池的电池电压输出端；N通道MOSFET Q2的源极接地；电池的电池电压输出端经由电阻R8连接N通道MOSFET Q2的漏极，N通道MOSFET Q2的漏极还连接所述开机锁定电路及所述供电电路。
优选地，所述供电电路包括P通道MOSFET Q3以及电容C3；P通道MOSFET Q3的栅极与所述N通道MOSFET Q2的漏极相连，P通道MOSFET Q3的源极连接所述电池的电池电压输出端，P通道MOSFET Q3的漏极与微处理器的供电端口相连；电容C3的一端接入P通道MOSFETQ3的漏极与微处理器的供电端口之间的电路，另一端接地。
优选地，所述开机指示电路包括电阻R7和发光二极管D1，电阻R7的一端连接所述微处理器的开机指示信号端，另一端连接发光二极管D1的阳极，发光二极管D1的阴极接地。
优选地，所述开机锁定电路包括电阻R10和N通道MOSFET Q4，N通道MOSFET Q4的漏极与所述N通道MOSFET Q2的漏极相连，在N通道MOSFET Q4的栅极与源极之间跨接电阻R10，N通道MOSFET Q4的栅极还与所述微处理器的开机锁定信号输出端相连，N通道MOSFET Q4的源极接地。
优选地，所述关机电路包括电阻R9、电阻R1和N通道MOSFET Q1，N通道MOSFET Q1的栅极连接至所述开/关机按键的另一端，同时，N通道MOSFET Q1的栅极经由电阻R9接地；N通道MOSFET Q1的源极接地；N通道MOSFET Q1的漏极连接电阻R1的一端，N通道MOSFET Q1的漏极还连接所述微处理器的关机信号输入端，电阻R1的另一端接电池的电池电压输出端。
本发明的另一个技术方案是提供了一种上述的用于电池供电的开关机电路的开关机时序设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)初始状态，开/关机按键处于释放状态，开机信号ON的电平信号为电池电压VBT，P通道MOSFET Q3处于关闭状态，没有将电池电压VBT加到开关机电路中；
(2)在t0时刻，按下开/关机按键，N通道MOSFET Q2开启，开机信号ON的电平信号为低电平，P通道MOSFET Q3开启，将电池电压VBT施加到开关机电路中；
(3)在t1时刻，微处理器22置位开机锁定信号LATCH，开启N通道MOSFET Q4，将开机信号ON持续拉低；同时，微处理器22发送开机指示信号INDICATOR给发光二极管D1，进行开机指示；
(4)在t2时刻，按下开/关机按键，N通道MOSFET Q1开启，关机信号INT拉低后被送入微处理器22；
(5)在t3时刻，微处理器22复位开机锁定信号LATCH，将N通道MOSFET Q4关闭，开机信号ON被置位，供电电路中的P通道MOSFET Q3关闭，断开电池与微处理器22的电连接，微处理器22掉电，系统不再工作。
优选地，所述t3时刻经过一定的系统延时，以使开/关机按键充分释放，防止开关机电路再次开机。
本发明提供了一种用于电池供电的开关机电路设计，以保证由电池供电的系统安全可靠运行。相比现有技术，本发明具有如下有益效果：电路结构简单、可靠性高、功耗低，解决了现有系统中电路复杂、成本较大、稳定性差的问题。
附图说明
图1为本发明提供的一种用于电池供电的开关机电路的开机电路系统框图；
图2为本发明提供的一种用于电池供电的开关机电路的关机电路系统框图；
图3为本发明提供的一种用于电池供电的开关机电路的开机电路；
图4为本发明提供的一种用于电池供电的开关机电路的供电电路；
图5为本发明提供的一种用于电池供电的开关机电路的微处理器；
图6为本发明提供的一种用于电池供电的开关机电路的开机指示电路；
图7为本发明提供的一种用于电池供电的开关机电路的开机锁定电路；
图8为本发明提供的一种用于电池供电的开关机电路的关机电路；
图9为本发明提供的一种用于电池供电的开关机电路的开机电路及关机电路；
图10为本发明提供的一种用于电池供电的开关机电路的开关机时序。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明提供的一种用于电池供电的开关机电路包括如图1所示的开机电路系统以及如图2所示的关机电路系统。
如图1所示，开机电路系统包进一步包括开机电路20、供电电路21、微处理器22、开机锁定电路23、开机指示电路25。
如图2所示，关机电路系统进一步包括关机电路24、上述的供电电路21、上述的微处理器22以及上述的开机锁定电路23。
开/关机按键被首次按下后，开机电路20开机电路收到开/关机按键的命令后，经过一个N通道MOSFET产生一个开机信号ON，并发送给供电电路21。供电电路21收到开机信号ON后，通过P通道MOSFET将电池输出的电池电压VBT施加到微处理器22上。此时，微处理器22的电压为DVDD，微处理器22上电。微处理器22上电后进入正常工作模式，首先置位开机锁定信号LATCH给开机锁定电路23。开机信号ON被持续开启，此时无论开/关机按键是否释放，由于开机信号ON被开机锁定电路23锁定，供电电路21持续将电池电压VBT提供给微处理器22，微处理器22进入正常工作模式。进入正常工作模式的微处理器22发送开机指示信号INDICATOR给开机指示电路25，机指示电路25利用发光二极管进行开机指示。
开/关机按键不仅与图1所示的开机电路20相连，而且与图2所示的关机电路24相连。当开/关机按键被再次按下后，关机电路24工作。由于开机电路20已经被开机锁定电路23锁定，此时开机电路20不受开/关机按键影响。关机电路24发送关机信号INT给微处理器22。微处理器22收到关机信号INT后，复位开机锁定信号LATCH给开机锁定电路23，此时，开机锁定电路23通过N通道MOSFET将开机信号ON关闭，开机信号ON被释放。供电电路21由于收不到开机信号，P通道MOSFET关闭，不能将电池输出的电池电压VBT施加到微处理器22上，此时微处理器22掉电，开机指示电路25停止工作，开机指示电路25的发光二极管熄灭，本发明不再工作。
如图3所示，本发明中的开机电路20包括电阻R8以及N通道MOSFET Q2，其中，N通道MOSFET Q2的栅极连接双通道按键K1(即开/关机按键)的一端，双通道按键K1的另一端连接电池的电池电压输出端。N通道MOSFET Q2的源极接地。电池的电池电压输出端经由电阻R8连接N通道MOSFET Q2的漏极。当开机电路20接收到双通道按键K1的信号后，控制N通道MOSFET Q2，使其产生一个开机信号ON，开机信号ON为低有效信号。由于N通道MOSFET Q2和N通道MOSFET Q1并联接入双通道按键K1上，故双通道按键K1每次被按下后，N通道MOSFET Q1和N通道MOSFET Q2均同时开启，开机信号ON和关机信号INT均被拉低。但是当本发明首次开机，双通道按键K1被首次按下时，此时由于微处理器22未上电，微处理器22监测不到N通道MOSFET Q1输出的关机信号INT。而基于前文所述，利用N通道MOSFET Q2输出的开机信号ON，使得供电电路21为微处理器22提供工作电压DVDD，使得微处理器22上电工作。微处理器22正常工作后，当需要关机时，第二次按下双通道按键K1，此时N通道MOSFET Q1和N通道MOSFET Q2依然同时输出开机信号ON及关机信号INT，此时由于微处理器22已上电工作，所以开机信号ON没有作用。而此时由于微处理器22已上电工作，所以微处理器22可以检测到N通道MOSFET Q1给出的关机信号INT，完成关机(具体过程见下文)。。
如图4所示，本发明中的供电电路21包括P通道MOSFET Q3以及电容C3。P通道MOSFET Q3的栅极用于接收开机信号ON，源极连接电池的电池电压输出端，漏极与微处理器22的供电端口相连。电容C3的一端接入P通道MOSFET Q3的漏极与微处理器22的供电端口之间的电路，另一端接地。低有效的开机信号ON施加到P通道MOSFET Q3后，P通道MOSFET Q3开启，经过电容C3的储能作用得到一个稳定的DVDD电压。
微处理器22如图5所示，为一个嵌入式微处理器U2，其上运行嵌入式固件，负责整个开关机电路和微处理器所控制系统的逻辑控制。供电电路输出的DVDD电压施加到嵌入式微处理器U2上后，嵌入式微处理器U2上电运行。
如图6所示，开机指示电路25包括电阻R7和发光二极管D1，电阻R7的一端连接嵌入式微处理器U2，另一端连接发光二极管D1的阳极，发光二极管D1的阴极接地。嵌入式微处理器U2工作后，发送开机指示信号INDICATOR给发光二极管D1，进行开机指示。
开机锁定电路23如图7所示，包括电阻R10和N通道MOSFET Q4，N通道MOSFET Q4的漏极接收开机电路20给出的开机信号ON，在N通道MOSFET Q4的栅极与源极之间跨接电阻R10，N通道MOSFET Q4的源极接地。微处理器22上电后进入正常工作模式，首先置位开机锁定信号LATCH。开机锁定信号LATCH施加到N通道MOSFET Q4后，N通道MOSFET Q4开启，将开机信号ON持续拉低，此时无论开/关机按键是否松开，由于开机信号ON受微处理器22控制拉低，供电电路21持续将电池电压VBT提供给微处理器22，微处理器22得以正常工作。
关机电路如图8所示，包括电阻R9、电阻R1和N通道MOSFET Q1。N通道MOSFET Q1的栅极连接至双通道按键K1的另一端，同时，N通道MOSFET Q1的栅极经由电阻R9接地。N通道MOSFET Q1的源极接地。N通道MOSFET Q1的漏极连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端接电池的电池电压输出端。N通道MOSFET Q1的漏极输出关机信号INT。当本发明处于开机状态时，再次按下双通道按键K1，则微处理器22检测到N通道MOSFET Q1给出的关机信号INT(具体见前文)，随后微处理器22复位开机锁定信号LATCH，开机锁定电路23中的N通道MOSFET Q4关闭，开机信号ON被置位，供电电路21中的P通道MOSFET Q3关闭，不能将电池电压VBT施加到微处理器22上，此时微处理器22掉电，系统不再工作。
如图10所示，本发明还提供开关机时序设计方法：
(1)初始状态，开/关机按键处于释放状态，开机信号ON的电平信号为电池电压VBT，P通道MOSFET Q3处于关闭状态，没有将电池电压VBT加到系统中。
(2)在t0时刻，按下开/关机按键，N通道MOSFET Q2开启，开机信号ON的电平信号为低电平，P通道MOSFET Q3开启，将电池电压VBT施加到系统中。
(3)在t1时刻，微处理器22置位开机锁定信号LATCH，开启N通道MOSFET Q4，将开机信号ON持续拉低。同时，微处理器22发送开机指示信号INDICATOR给发光二极管D1，进行开机指示。
(4)在t2时刻，按下开/关机按键，N通道MOSFET Q1开启，关机信号INT拉低后被送入微处理器22。
(5)在t3时刻，微处理器22复位开机锁定信号LATCH，将N通道MOSFET Q4关闭，开机信号ON被置位，供电电路中的P通道MOSFET Q3关闭，断开电池与微处理器22的电连接，微处理器22掉电，系统不再工作。t3时刻要经过一定的系统延时，以使开/关机按键充分释放，防止系统再次开机。

Claims (8)

1.一种用于电池供电的开关机电路，其特征在于，包括开/关机按键、开机电路系统以及关机电路系统，其中；
开机电路系统包括开机电路、供电电路、微处理器、开机锁定电路以及开机指示电路；
关机电路系统包括关机电路、供电电路、微处理器以及开机锁定电路；
开机电路与关机电路并联在开/关机按键的一端上，开/关机按键的另一端连接电池的电池电压输出端；开机电路收到开/关机按键的命令后产生一个开机信号ON，并发送给供电电路；供电电路与电池的电池电压输出端及微处理器的供电端口相连，供电电路收到开机电路给出的开机信号ON后向微处理器提供工作电压DVDD；微处理器的开机锁定信号输出端与开机锁定电路相连，上电后的微处理器将开机锁定信号LATCH置位，当开机锁定信号LATCH被置位后，由开机锁定电路将开机信号ON锁定，上电后的微处理器在收到关机电路给出的关机信号INT后将开机锁定信号LATCH复位，当开机锁定信号LATCH被复位后，由开机锁定电路将开机信号ON关闭；微处理器的开机指示信号端与开机指示电路相连；
关机电路与微处理器的关机信号输入端相连，微处理器在上电后通过关机信号输入端检测到关机电路给出的关机信号INT。
2.如权利要求1所述的一种用于电池供电的开关机电路，其特征在于，所述开机电路包括电阻R8以及N通道MOSFET Q2，其中，N通道MOSFET Q2的栅极连接所述开/关机按键的一端，所述开/关机按键的另一端连接电池的电池电压输出端；N通道MOSFET Q2的源极接地；电池的电池电压输出端经由电阻R8连接N通道MOSFET Q2的漏极，N通道MOSFET Q2的漏极还连接所述开机锁定电路及所述供电电路。
3.如权利要求2所述的一种用于电池供电的开关机电路，其特征在于，所述供电电路包括P通道MOSFET Q3以及电容C3；P通道MOSFET Q3的栅极与所述N通道MOSFET Q2的漏极相连，P通道MOSFET Q3的源极连接所述电池的电池电压输出端，P通道MOSFET Q3的漏极与微处理器22的供电端口相连；电容C3的一端接入P通道MOSFET Q3的漏极与微处理器22的供电端口之间的电路，另一端接地。
4.如权利要求3所述的一种用于电池供电的开关机电路，其特征在于，所述开机指示电路包括电阻R7和发光二极管D1，电阻R7的一端连接所述微处理器的开机指示信号端，另一端连接发光二极管D1的阳极，发光二极管D1的阴极接地。
5.如权利要求4所述的一种用于电池供电的开关机电路，其特征在于，所述开机锁定电路包括电阻R10和N通道MOSFET Q4，N通道MOSFET Q4的漏极与所述N通道MOSFET Q2的漏极相连，在N通道MOSFET Q4的栅极与源极之间跨接电阻R10，N通道MOSFET Q4的栅极还与所述微处理器的开机锁定信号输出端相连，N通道MOSFET Q4的源极接地。
6.如权利要求5所述的一种用于电池供电的开关机电路，其特征在于，所述关机电路包括电阻R9、电阻R1和N通道MOSFET Q1，N通道MOSFET Q1的栅极连接至所述开/关机按键的另一端，同时，N通道MOSFET Q1的栅极经由电阻R9接地；N通道MOSFET Q1的源极接地；N通道MOSFET Q1的漏极连接电阻R1的一端，N通道MOSFET Q1的漏极还连接所述微处理器的关机信号输入端，电阻R1的另一端接电池的电池电压输出端。
7.一种如权利要求6所述的用于电池供电的开关机电路的开关机时序设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)初始状态，开/关机按键处于释放状态，开机信号ON的电平信号为电池电压VBT，P通道MOSFET Q3处于关闭状态，没有将电池电压VBT加到开关机电路中；
(2)在t0时刻，按下开/关机按键，N通道MOSFET Q2开启，开机信号ON的电平信号为低电平，P通道MOSFET Q3开启，将电池电压VBT施加到开关机电路中；
(3)在t1时刻，微处理器22置位开机锁定信号LATCH，开启N通道MOSFET Q4，将开机信号ON持续拉低；同时，微处理器22发送开机指示信号INDICATOR给发光二极管D1，进行开机指示；
(4)在t2时刻，按下开/关机按键，N通道MOSFET Q1开启，关机信号INT拉低后被送入微处理器22；
(5)在t3时刻，微处理器22复位开机锁定信号LATCH，将N通道MOSFET Q4关闭，开机信号ON被置位，供电电路中的P通道MOSFET Q3关闭，断开电池与微处理器22的电连接，微处理器22掉电，系统不再工作。
8.如权利要求7所述的一种开关机时序设计方法，其特征在于，所述t3时刻经过一定的系统延时，以使开/关机按键充分释放，防止开关机电路再次开机。
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