CN201813355U - 一种基于单片机的低待机功耗开关电路 - Google Patents

一种基于单片机的低待机功耗开关电路 Download PDF

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王超
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Abstract

本实用新型提出一种基于单片机的低待机功耗开关电路,包括相连的DC/DC开关电源和稳压电路,其特征在于,还包括开关触发电路、单片机检测电路、自锁电路、待机控制电路以及上电触发电路,其中:开关触发电路分别与单片机检测电路以及待机控制电路相连,单片机检测电路分别与自锁电路以及稳压电路相连,自锁电路分别与待机控制电路以及上电触发电路相连,DC/DC开关电源分别与待机控制电路、稳压电路以及上电触发电路相连。本实用新型在继承了弱电开关的低成本、易安装的优点的基础上,有效地降低设备的待机功耗。

Description

一种基于单片机的低待机功耗开关电路
技术领域
本实用新型涉及了一种新型的开关电路,用以控制电子装置的开机与待机/关机,尤其能降低电子装置在待机状态下的能耗。
背景技术
随着欧盟执行家电类产品待机能耗指令期限的日益临近,凡在欧盟销售的家电类产品,从2010年01月起,执行1W的待机功耗;从2013年01月起,执行0.5W的待机功耗。波及全球的能源危机,也使我们不得不对家电类电子设备的待机能耗加以控制。
目前,家电类产品普遍采用两种电源开关方式,一种为传统的机械式开关,此种方式因为直接切断交流供电线路,故可以满足待机/关机能耗要求,但成本较高,整机面板安装及布线比较繁琐,且在设备运行完毕后,需人为关断该开关以进入待机/关机模式;另一种采用弱电按钮开关,此种开关安装在电子线路板上,整机面板安装便捷,但是待机时,单片机控制电路始终在检测该弱电按钮是否有效,故设备的电源系统始终在正常运行,开关电源的损耗较大,设备的待机功耗较大,无法满足上述能耗标准。
因此,如何在控制成本的同时,实现低待机功耗是该领域技术人员亟待解决的问题。
实用新型内容
鉴于降低待机能耗的需求,本实用新型设计了一种基于单片机的低待机功耗开关电路,在继承了弱电开关的低成本、易安装的优点的基础上,有效地降低设备的待机功耗。
一种基于单片机的低待机功耗开关电路,包括相连的DC/DC开关电源和稳压电路,其特征在于,还包括开关触发电路、单片机检测电路、自锁电路以及待机控制电路,其中:开关触发电路分别与单片机检测电路以及待机控制电路相连,单片机检测电路分别与自锁电路以及稳压电路相连,待机控制电路分别与自锁电路以及DC/DC开关电源相连。
本实用新型采用弱电按钮开关,通过新增开关触发电路、单片机检测电路、自锁电路以及待机控制电路,能够使系统处于待机状态,并在待机时控制DC/DC开关电源的输出,以关断整个系统的电源,降低系统功耗及开关电源的损耗。
进一步,所述基于单片机的低待机功耗开关电路还包括上电触发电路,其中,上电触发电路分别与自锁电路以及DC/DC开关电源的输入相连。
本实用新型还实现了掉电再触发功能,在系统非正常关机后,当系统DC/DC开关电源再次得电时,系统能够保持掉电前的工作状态继续工作。具有低成本、易操作等优点。
进一步,开关触发电路包括弱电开关以及第一二极管,其中,弱电开关的一端接地,另一端与第一二极管的阴极相连。
进一步,单片机检测电路包括第二二极管以及RC滤波,其中,第二二极管的阳极分别与RC滤波以及单片机的第一I/O口相连,第二二极管的阴极与第一二极管的阴极相连。
进一步,自锁电路包括第一电阻、第二电阻及第一三极管,其中,第一电阻的一端与单片机的第二I/O相连,另一端与第二电阻相连,第二电阻的一端与第一三极管的基极相连,另一端与第二二极管的阳极相连。
进一步,上电触发电路包括第五电阻、第六电阻、第七电阻以及隔直电容,其中,第五电阻、第六电阻以及隔直电容依次连接组成单稳态电路,隔直电容分别与第七电阻以及第一三极管的基极相连。
进一步,待机控制电路包括第三电阻、第四电阻以及第二三极管,其中,第三电阻一端分别与第一二极管的阳极相连、与第一三极管的集电极相连、与第四电阻的一端相连,第三电阻的另一端与第二三极管的基极相连,第二三极管的集电极与DC/DC开关电源的反馈控制端相连,第四电阻另一端与DC/DC开关电源的输出相连。
进一步,待机控制电路包括第八电阻、第九电阻及第三三极管,其中,第八电阻一端与隔直电容充电时的正端相连,另一端与第九电阻相连,第九电阻一端与第三三极管的基极相连,第三三极管的集电极与DC/DC开关电源的使能端相连,第三三极管的基极通过第九电阻分别与第一二极管的阳极及第一三极管的集电极相连。进一步,自锁电路中的第一三极管用触发器代替。
本实用新型采用弱电按钮开关,不仅解决了电子设备待机的低功耗问题,而且还实现了掉电再触发功能,具有低成本、易操作等优点。
附图说明
图1是本实用新型基于单片机的低待机功耗开关电路图。
图2是本实用新型在非正常关机后,当系统DC/DC开关电源再次得电时,保持掉电前的工作状态,并降低功耗的开关电路图。
图3是本实用新型在以TNY264为DC/DC转换芯片的开关电源上应用的电路图。
具体实施方式
图1是本实用新型基于单片机的低待机功耗开关电路图。包括相连的DC/DC开关电源5和稳压电路6,其特征在于,还包括开关触发电路1、单片机检测电路2、自锁电路3以及待机控制电路4,其中,开关触发电路1分别与单片机检测电路2以及待机控制电路4相连,单片机检测电路2分别与自锁电路3以及稳压电路6相连,待机控制电路4分别与自锁电路3以及DC/DC开关电源5相连。
本实用新型采用弱电按钮开关,通过新增开关触发电路、单片机检测电路、自锁电路以及待机控制电路,能够使系统处于待机状态,并在待机时控制DC/DC开关电源的输出,以关断整个系统的电源,降低系统功耗及开关电源的损耗。
图2是本实用新型在非正常关机后,当系统DC/DC开关电源再次得电时,保持掉电前的工作状态,并降低待机功耗的开关电路图。具体地说,在图1的基础上还包括上电触发电路7。下面将结合所有电路具体说明电路间的连接关系。
开关触发电路1分别与单片机检测电路2以及待机控制电路4相连,单片机检测电路2分别与自锁电路3以及稳压电路6相连,自锁电路3分别与待机控制电路4以及上电触发电路7相连,DC/DC开关电源5分别与待机控制电路4、稳压电路6以及上电触发电路7相连。
本实用新型还实现了掉电再触发功能,在系统非正常关机后,当系统DC/DC开关电源再次得电时,系统能够保持掉电前的工作状态继续工作。具有低成本、易操作等优点。
下面将说明各个电路的功能、以及其具体结构。本领域技术人员应该可以理解,以下说明仅是示范性的,根据本实用新型所做出的修改或变形,都应覆盖在本实用新型的保护范围之内。
开关触发电路,用于触发电源模块及产生开、关机信号。开关触发电路包括弱电开关以及第一二极管,其中,弱电开关的一端接地,另一端与第一二极管的阴极相连。
单片机检测电路,与开关触发电路相连,检测开关触发电路的状态及产生自锁信号。单片机检测电路包括第二二极管以及RC滤波,其中,第二二极管的阳极分别与RC滤波以及单片机的第一I/O口相连,第二二极管的阴极与第一二极管的阴极相连。
自锁电路,与单片机检测电路相连,用于在开关信号撤除后,单片机使系统电源能够自保持,以维持系统正常工作。自锁电路包括第一电阻、第二电阻及第一三极管,其中,第一电阻的一端与单片机的第二I/O相连,另一端与第二电阻相连,第二电阻的一端与第一三极管的基极相连,另一端与第二二极管的阳极相连。自锁电路中的第一三极管可以用触发器代替。
待机控制电路,与DC/DC开关电源连接,用于在待机时,控制DC/DC开关电源的输出,以关断整个系统的电源,降低系统功耗及开关电源的损耗。待机控制电路包括第三电阻、第四电阻以及第二三极管,其中,第三电阻一端分别与第一二极管的阳极相连、与第一三极管的集电极相连、与第四电阻的一端相连,第三电阻的另一端与第二三极管的基极相连,第二三极管的集电极与DC/DC开关电源的反馈控制端相连,第四电阻另一端与DC/DC开关电源的输出相连。
对于有单独使能控制端的DC/DC控制芯片,可以直接控制该使能端而无需控制反馈控制端,自锁电路的电源可以通过直流电源分压提供。此时,待机控制电路包括第八电阻、第九电阻及第三三极管,其中,第八电阻一端与隔直电容充电时的正端相连,另一端与第九电阻相连,第九电阻一端与第三三极管的基极相连,第三三极管的集电极与DC/DC开关电源的使能端相连,第三三极管的基极通过第九电阻分别与第一二极管的阳极及第一三极管的集电极相连。
上电触发电路,与自锁电路及DC/DC开关电源连接,用于在系统非正常关机后,当系统DC/DC开关电源再次得电时,系统能够保持掉电前的工作状态继续工作。上电触发电路包括第五电阻、第六电阻、第七电阻以及隔直电容,其中,第五电阻、第六电阻以及隔直电容依次连接组成单稳态电路,隔直电容分别与第七电阻以及第一三极管的基极相连。第七电阻对隔直电容起限压作用。
本实用新型提供了一种基于单片机的低待机功耗开关电路,采用弱电按钮开关,不仅解决了电子设备待机的低功耗问题,而且实现了掉电再触发功能,具有低成本、易操作等优点。
图3是本实用新型在以TNY264为DC/DC转换芯片的开关电源上应用的电路图。在对各个模块的连接关系以及功能进行说明后,将具体说明本实用新型中基于单片机的低待机功耗开关电路的工作原理。
正常开机时,开关触发电路1中的弱电按钮SW1-B被按下,待机控制电路4中的三极管T2的基极将被拉低,T2将截止,此时DC/DC开关电源5开始正常工作,三极管T3控制DC/DC开关电源5的输出为12V,稳压电路6的输出为5V,单片机开始工作,将自锁电路3中的输出口I/O1置为高电平,三极管T1导通,待机控制电路4中的三极管T2的基极将被拉低,三极管T2的集电极为高阻,使SW1-B释放,系统处于自锁状态,进入正常工作状态。此时单片机检测电路2的输入口I/O2为低电平。如果在规定的时间内,单片机检测电路2的输入口I/O2为高电平,那么单片机将自锁电路3中的输出口I/O1置为低电平,系统进入待机状态。
正常关机时,开关触发电路1中的弱电按钮SW1-B再次被按下,单片机检测电路2的输入口I/O2检测到低电平,确认为关机信号后,单片机将自锁电路3中的输出口I/O1置低,三极管T1截止,待机控制电路4中的三极管T2导通,DC/DC开关电源5将进入待机工作状态,系统进入待机状态。
待机状态时,待机控制电路4中的三极管T2与DC/DC开关电源5的三极管T3形成线与,DC/DC开关电源5的输出电压略高于0.7V时,三极管T2首先导通,T2的集电极将TNY264G的EN端拉低,DC/DC开关电源5停止工作,此DC/DC开关电源5的输出电压略高于0.7V,因此稳压电路6的输出为0,系统的电源消耗减少,且由于DC/DC开关电源5的输出降低,DC/DC开关电源5的工作频度降低,其损耗也随之降低,系统的待机功耗将降低。
非正常掉电时,DC310V突然丢失,DC/DC开关电源5和系统不工作。当系统再次上电,DC310V再次出现,上电触发电路7通过R6、R7及自锁电路3中T1的基极对C2进行充电,此时T1会有短暂的导通,使待机控制电路4中的三极管T2的基极被拉低,三极管T2的集电极为高阻,系统会短暂上电,单片机一经上电将置高自锁电路3中的输出I/O1,三极管T1导通,待机控制电路4中的三极管T2的基极将被拉低,三极管T2的集电极为高阻,DC/DC开关电源5和系统开始工作,系统自锁,此时单片机检测掉电前系统处于何种状态,如果掉电前处于开机状态,则继续工作。否则,单片机将自锁电路3中的输出口I/O1置低,使系统处于待机状态。
本实用新型可适用于各种用到DC/DC转换电路的家电类产品,也适用于需对待机功耗进行控制的其它电子产品。本实用新型可将单片机更换为CPLD、FPGA等可编程器件。所述的低待机功耗开关电路,由于逻辑需要而将电路中的三极管由NPN型更换为PNP型。也属于本实用新型所覆盖的保护范围。
以上所述仅是本实用新型的一种实施方式,应当指出,本实用新型同样适用于其它类型的DC/DC开关电源电路,对于具有单独使能控制端DC/DC转换芯片,可以直接控制该使能端而无需控制反馈控制端。自锁电路的电源可以通过直流电源分压提供。对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型原理的前提下,对所述的待机开关电路做出若干改进和润饰,比如添加或删减一些滤波元件,或将自锁电路3中的三极管T1用触发器代替,或由于逻辑需要而将电路中的三极管由NPN型更换为PNP型,或将单片机更换为CPLD、FPGA等可编程器件,这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于单片机的低待机功耗开关电路,包括相连的DC/DC开关电源和稳压电路,其特征在于,还包括开关触发电路、单片机检测电路、自锁电路以及待机控制电路,其中:
开关触发电路分别与单片机检测电路以及待机控制电路相连,单片机检测电路分别与自锁电路以及稳压电路相连,待机控制电路分别与自锁电路以及DC/DC开关电源相连。
2.根据权利要求1所述基于单片机的低待机功耗开关电路,其特征在于,还包括上电触发电路,其中,上电触发电路分别与自锁电路以及DC/DC开关电源的输入相连。
3.根据权利要求2所述基于单片机的低待机功耗开关电路,其特征在于,开关触发电路包括弱电开关以及第一二极管,其中,弱电开关的一端接地,另一端与第一二极管的阴极相连。
4.根据权利要求3所述基于单片机的低待机功耗开关电路,其特征在于,单片机检测电路包括第二二极管以及RC滤波,其中,第二二极管的阳极分别与RC滤波以及单片机的第一I/O口相连,第二二极管的阴极与第一二极管的阴极相连。
5.根据权利要求4所述基于单片机的低待机功耗开关电路,其特征在于,自锁电路包括第一电阻、第二电阻及第一三极管,其中,第一电阻的一端与单片机的第二I/O相连,另一端与第二电阻相连,第二电阻的一端与第一三极管的基极相连,另一端与第二二极管的阳极相连。
6.根据权利要求5所述基于单片机的低待机功耗开关电路,其特征在于,上电触发电路包括第五电阻、第六电阻、第七电阻以及隔直电容,其中,第五电阻、第六电阻以及隔直电容依次连接组成单稳态电路,隔直电容分别与第七电阻以及第一三极管的基极相连。
7.根据权利要求6所述基于单片机的低待机功耗开关电路,其特征在于,待机控制电路包括第三电阻、第四电阻以及第二三极管,其中,第三电阻一端分别与第一二极管的阳极相连、与第一三极管的集电极相 连、与第四电阻的一端相连,第三电阻的另一端与第二三极管的基极相连,第二三极管的集电极与DC/DC开关电源的反馈控制端相连,第四电阻另一端与DC/DC开关电源的输出相连。
8.根据权利要求6所述基于单片机的低待机功耗开关电路,其特征在于,待机控制电路包括第八电阻、第九电阻及第三三极管,其中,第八电阻一端与隔直电容充电时的正端相连,另一端与第九电阻相连,第九电阻一端与第三三极管的基极相连,第三三极管的集电极与DC/DC开关电源的使能端相连,第三三极管的基极通过第九电阻分别与第一二极管的阳极及第一三极管的集电极相连。
9.根据权利要求5~8中任一所述基于单片机的低待机功耗开关电路,其特征在于,自锁电路中的第一三极管用触发器代替。 
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