CN204119198U - 一种单按键开关机电路及一种头戴显示设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种单按键开关机电路及一种头戴显示设备，所述单按键开关机电路包括电源、电源管理芯片、单按键、开机电路和关机电路；所述单按键的第一端连接电源，第二端连接开机电路和关机电路，通过单按键的按键时长控制电源产生瞬态电源信号和持续电源信号；所述开机电路，根据接收到的瞬态电源信号，启动电源管理芯片并开机；所述关机电路，包括正常关机电路和复位关机电路，其中，正常关机电路，根据接收到的持续电源信号，关闭电源管理芯片并关机，复位关机电路，在所述正常关机电路关机无效的情况下，通过触发电源管理芯片复位，重启、关闭电源管理芯片并关机。该单按键开关机电路，降低功率损耗，提升了产品性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及开关机电路技术领域，尤其涉及一种单按键开关机电路及一种头戴显示设备。
背景技术
随着穿戴类产品的普及，穿戴类产品开始朝着小型化、便携化的方向发展，其集成度越来越高。就开关按键而言，传统的拨动开关，可以给芯片完全断电，但是占用空间较大，且密闭性不好。采用普通按键结合芯片控制开关机，就要求开机后芯片持续工作，且一旦芯片死机就无法正常关机；关机后，芯片也一直处于待机状态，比较耗电。
因此，需要一种单按键开关机电路，以避免上述缺陷。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种单按键开关机电路。通过控制一个单按键的操作实现正常开、关机以及复位关机；在关机后，芯片也处于关闭状态。
为解决上述问题，本实用新型提供一种单按键开关机电路，包括：电源、电源管理芯片、单按键、开机电路和关机电路；所述单按键的第一端连接电源，第二端连接开机电路和关机电路，通过单按键的按键时长控制电源产生瞬态电源信号和持续电源信号；所述开机电路，根据接收到来自单按键的瞬态电源信号，启动电源管理芯片并开机；所述关机电路，包括正常关机电路和复位关机电路，其中，正常关机电路，根据接收到来自单按键的持续的电源信号，关闭电源管理芯片并关机，复位关机电路，在所述正常关机电路关机无效的情况下，通过触发电源管理芯片复位，重启、关闭电源管理芯片并关机。
本方案通过单按键控制，可以减小按键所占空间，并能简单方便地控制电路进行开关机操作。短按单按键产生瞬态电源信号，开机电路能够通过触发电源管理芯片迅速动作，达到开机的目的。长按单按键产生持续电源信号，正常关机电路通过触发电源管理芯片动作关闭芯片并关机；在正常关机电路无效的情况下，复位关机电路通过触发电源管理芯片重启关闭芯片并关机。其中，正常关机电路比复位关机电路触发所需要的持续电源信号时间短。关机电路严格按照先正常关机后复位关机的关机顺序进行。在正常关机无效的情况下，不必通过强制断电关机，而是经复位关机电路通过触发电源管理芯片重启关闭芯片并关机。无论是通过正常关机电路关机还是通过复位关机电路关机，最终都使电源管理芯片本身关闭，避免了电源管理芯片待机的功耗。
进一步的，所述开机电路，包括第一二极管和第二二极管：第一二极管的正极连接控制电源管理芯片的MCU使能端DC-EN-MCU端，第一二极管的负极连接电源管理芯片使能端DC-EN端；第二二极管的正极连接所述单按键，该第二二极管的负极连接电源管理芯片使能端DC-EN端。根据二极管的特性，开机电路中，根据单按键控制电源产生瞬态信号，经过二极管可以灵敏、稳定地控制电源管理芯片的DC-EN端；控制电源管理芯片的使能端DC-EN-MCU端后也是经二极管连接DC-EN端，可以达到更灵敏、稳定地控制效果。
进一步的，所述关机电路，包括第一电子开关、第二电子开关和第三电子开关，所述电源通过所述单按键连接至控制电源管理芯片的MCU延时输入端TMR-SW端，该第一电子开关的第一端连接单按键，第一电子开关第二端接地，第一电子开关第三端连接电源管理芯片电源，第一电子开关第三端还连接第二电子开关第一端，第二电子开关第二端接地，第二电子开关第三端连接电源管理芯片电源，第二电子开关第三端还连接第三电子开关第一端，第三电子开关第二端接地，第三电子开关的第三端连接电源管理芯片电源，第三电子开关第三端还连接至控制电源管理芯片的MCU复位端。进一步的，所述第二电子开关通过延时电路连接所述第三电子开关。
其中，关机电路包括正常关机电路和复位关机电路。正常关机电路，主电路为：电源管理芯片电源经第一电阻至控制电源管理芯片的MCU延时输入端TMR-SW端。MCU延时输入端TMR-SW端的延时时间小于第二电子开关连接的延时电路的延时时间，这样在正常情况下，仅靠正常关机电路就能关闭电源管理芯片并关机。复位关机电路，是以第一电子开关、第二电子开关和第三电子开关为主体构建的电路，在正常关机电路关机无效的情况下，即单按键产生持续电源的时间超过MCU延时输入端TMR-SW端的延时时间，复位关机电路启动。
进一步的，所述单按键第二端通过第一电阻和第二电阻接地，第一电阻第二端还经第三电阻连接第一电子开关的第一端，第一电子开关第三端与电源管理芯片电源之间接有第四电阻，第一电子开关第三端与第二电子开关第一端之间还接有第五电阻，第二电子开关第三端与电源管理芯片电源之间连接有第六电阻，第二电子开关第三端与第三电子开关第一端之间连接有第七电阻，第七电阻的第二端和接地之间连接有第一电容，第三电子开关的第三端和电源管理芯片电源之间连接有第八电阻。
关机电路中，第一电阻和第二电阻主要起到下拉和分压的作用，由第一电阻第二端输出给TMR-SW端以合适的电压信号；第三电阻为限流电阻，通过改变阻值可以控制第一电子开关进入放大或开关状态，另外通过限流电阻可以将电流转为电压控制第一电子开关避免烧毁第一电子开关，并且在第一电子开关导通后，能够防止TMR-SW端电压拉低；第四电阻为上拉电阻，用于上拉第一电子开关的第三端电平，并可以在第一电子开关处于截止状态时，使第二电子开关第一端处于高电平将第二电子开关导通；第五电阻为限流电阻，通过改变阻值可以控制第二电子开关进入放大或开关状态，另外通过限流电阻可以将电流转为电压控制第二电子开关避免烧毁第二电子开关，并且在第二电子开关导通后，能够防止第一电子开关第三端拉低；第六电阻为上拉电阻，用于在第二电子开关截止时上拉第一电容一端的电平；第七电阻与第一电容构成了RC延时电路，并且该延时电路的延时长于电源管理芯片TMR-SW端的延时，这也就能够保证了关机的顺序：首先是启动正常关机电路关机，若正常关机无效，再启动复位关机电路；第八电阻为上拉电阻，用于上拉第三电子开关与控制电源管理芯片的MCU复位端相连接的第三端电平，确保在第三电子开关导通前控制电源管理芯片的MCU复位端一直处于高电平。
进一步的，第一电子开关和/或第二电子开关为NPN三极管，其基极、发射极及集电极分别对应第一电子开关的第一端、第二端及第三端；
或者第一电子开关和/或第二电子开关为N沟道场效应管，其栅极、源极及漏极分别对应第一电子开关的第一端、第二端及第三端。NPN三极管及N沟道场效应管作为第一或第二电子开关，主要起到开关的作用，能够快速地控制关机电路的状态，提高RC延时电路的充放电响应速度。
进一步的，第三电子开关为N沟道场效应管，其栅极、源极及漏极分别对应第三电子开关的第一端、第二端及第三端。N沟道场效应管作为第三电子开关，其输出电流决定于输入电压的大小，基本上不需要信号源提供电流，其输入电阻大，对前级电路的影响小，导通电阻小、损耗小。
优选的，所述第一、第二二极管为肖特基二极管。在此处采用肖特基二极管，正是由于肖特基二极管具有开关频率高、正向压降低、响应速度快的优点，可以迅速的响应瞬态电源信号，以快速的启动开机电路并开机。
优选的，所述电源信号为电池或适配器提供。
一种头戴显示设备，包括上述单按键开关机电路。该头戴显示设备可以通过短按单按键启动开机，通过长按单按键关闭芯片并关机。在头戴显示设备内的电源管理芯片死机无法正常关机的情况下，通过复位关机电路重启、关闭芯片并关机。在该头戴显示设备仅仅安设单按键，其所占空间很少，并且仅通过一个按键就能简单方便地控制电路进行开关机操作。短按单按键产生瞬态电源信号，开机电路10能够通过触发电源管理芯片迅速动作，达到开机的目的。长按单按键产生持续电源信号，正常关机电路201通过触发电源管理芯片动作关闭芯片并关机；在正常关机电路201关机无效的情况下，复位关机电路202通过触发电源管理芯片重启、关闭芯片并关机。其中，正常关机电路201比复位关机电路202触发所需要的持续电源信号时间短。关机电路20严格按照先正常关机后复位关机的关机顺序进行。在正常关机无效的情况下，不必通过强制断电关机，而是经复位关机电路202通过触发电源管理芯片重启、关闭芯片并关机。无论是通过正常关机电路关机还是通过复位关机电路关机，最终都使芯片本身关闭，避免了芯片待机产生功耗。由此看见，该头戴显示设备用户体验良好，并且降低了产品功耗，提升了产品性能。
附图说明
图1为本实用新型单按键开关机电路的较佳实施方式的结构图。
图2为本实用新型单按键开关机电路的较佳实施方式的电路图。
主要元件符号说明：
| 开机电路 | 10 |
| 关机电路 | 20 |
| 正常关机电路 | 201 |
| 复位关机电路 | 202 |
| 单按键 | S1 |
| 电阻 | R1-R8 |
| NPN三极管 | Q1、Q2 |
| N沟道场效应管 | Q3 |
| 肖特基二极管 | D1、D2 |
| 电源管理芯片使能端 | DC-EN |
| 控制电源管理芯片的MCU使能端 | DC-EN-MCU |
| 控制电源管理芯片的MCU延时输入端 | TWR-SW |
| 电源管理芯片电源 | VCC |
| 控制电源管理芯片的MCU复位端 | Reset |
具体实施方式
为使本实用新型的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的说明，然而，本实用新型可以用不同的形式实现，不应认为只是局限在所述的实施例。
如图1所示，本实施例提供一种单按键开关机电路。开机电路10和关机电路20均通过单按键S1与电源VPOWER连接，通过控制单按键S1的按键时长产生瞬态电源信号和持续电源信号。开机电路10，根据接收到的瞬态电源信号，启动电源管理芯片并开机；关机电路20具体包括正常关机电路201和复位关机电路202，根据接收到的持续电源信号，启动正常关机电路201，在正常关机电路201关机无效的情况下，启动复位关机电路202，通过触发电源管理芯片复位，重启、关闭电源管理芯片并关机。本方案通过单按键S1控制，可以减小按键所占空间，并能简单方便地控制电路进行开关机操作。短按单按键S1产生瞬态电源信号，开机电路10能够通过触发电源管理芯片迅速动作，达到开机的目的。长按单按键S1产生持续电源信号，正常关机电路201通过触发电源管理芯片动作关闭芯片并关机；在正常关机电路201关机无效的情况下，复位关机电路202通过触发电源管理芯片重启关闭芯片并关机。其中，正常关机电路201比复位关机电路202触发所需要的持续电源信号时间短。关机电路20严格按照先正常关机后复位关机的关机顺序进行。在正常关机无效的情况下，不必通过强制断电关机，而是经复位关机电路202通过触发电源管理芯片重启关闭芯片并关机。无论是通过正常关机电路201关机还是通过复位关机电路202关机，最终都使电源管理芯片本身关闭，避免了电源管理芯片待机的功耗。
如图2所示，本实施例采用型号为MP2122的电源管理芯片，正常开机时，短按单按键S1，电源VPOWER导通，通过肖特基二极管D2将电源管理芯片的使能端DC_EN拉高，电源管理芯片启动，启动后立刻将控制电源管理芯片的MCU使能端DC_EN_MCU端置高，从而保持DC_EN端一直为高电平状态，保证芯片持续供电。根据二极管的特性，开机电路中，根据单按键S1控制电源产生瞬态信号，经过肖特基二极管可以灵敏、稳定地控制电源管理芯片的DC-EN端；电源管理芯片DC-EN-MCU端后也是经肖特基二极管连接DC-EN端，可以达到更灵敏、稳定地控制效果。
松开单按键S1，NPN三极管Q1因下拉电阻R2下拉截止，NPN三极管Q2处于导通状态。这样，将N沟道场效应管Q3的栅级拉低，使得Q3处于截止状态，确保了此时控制电源管理芯片的MCU复位端Reset端因上拉电阻R8的上拉而保持高电平状态。
正常关机时，长按单按键S1，控制电源管理芯片的MCU延时输入端TMR-SW端TMR_SW通过R1、R2分压得到一个高电平信号输入到芯片。电源管理芯片从刚开始接收到高电平信号开始计时，达到设定的时间(可设置时间为3至5秒)后，电源管理芯片开始执行正常关机，芯片将DC_EN_MCU端置低关闭芯片并关机。
当电源管理芯片死机关不上系统的时候，就需要启动复位关机电路。长按单按键S1，NPN三极管Q1导通。NPN三极管Q1导通后，拉低了NPN三极管基极端的电平，使NPN三极管Q2截止。这样，RC延时电路开始动作，即电容C1通过电子R7和R6经电源管理芯片电源端VCC充电。当充电到使N沟道场效应管Q3的栅级电平VG达到N沟道场效应管Q3导通条件VMOS时，控制电源管理芯片的MCU复位端Reset的电平被拉低，通过触发电源管理芯片复位，重启、关闭电源管理芯片并关机。其中，RC延时时间一般设定在8秒以上(长于正常关机时间)，RC延时时间可以通过T＝R*C*ln((VCC-VMOS)/VCC)估算设定。VCC为电源管理芯片电源端VCC的电压，VMOS为N沟道场效应管的导通电压。
关机电路中，R1和R2主要起到下拉和分压的作用，由R1第二端输出给TMR-SW端以合适的电压信号；R3为限流电阻，通过改变阻值可以控制第一电子开关进入放大或开关状态，另外通过限流电阻R3可以将电流转为电压控制第一电子开关避免烧毁第一电子管，并且在第一电子管导通后，能够防止TMR-SW端电压拉低；R4为上拉电阻，用于上拉Q1的第三端电平，并可以在Q1处于截止状态时，使Q2第一端处于高电平将Q2导通；R5为限流电阻，通过改变阻值可以控制Q2进入放大或开关状态，另外通过限流电阻R5可以将电流转为电压控制Q2避免烧毁Q2，并且在Q2导通后，能够防止Q1第三端拉低；R6为上拉电阻，用于在Q2截止时上拉C1一端的电平；R7与C1构成了RC延时电路，并且该延时电路的延时长于控制电源管理芯片的MCU延时输入端TMR-SW端的延时，这也就能够保证了关机的顺序：首先是启动正常关机电路201关机，若正常关机无效，再启动复位关机电路202；R8为上拉电阻，用于上拉Q3与控制电源管理芯片的MCU复位端相连接的第三端电平，确保在Q3导通前控制电源管理芯片的MCU复位端一直处于高电平。
本电路中，Q1可以用N沟道场效应管替代，其栅极、漏极及源极分别对应Q1的基极、发射极及集电极。Q2可以用N沟道场效应管替代，其栅极、源极及漏极分别对应Q2的基极、发射极及集电极。N沟道场效应管替代Q1或Q2，主要起到开关的作用，能够快速地控制关机电路的状态，提高RC延时电路的充放电响应速度。
本实用新型还提供一种头戴显示设备，包括上述的单按键开关机电路。
显然，本领域的技术人员可以对实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种单按键开关机电路，其特征在于，包括：
电源、电源管理芯片、单按键、开机电路和关机电路；
所述单按键的第一端连接电源，第二端连接开机电路和关机电路，通过单按键的按键时长控制电源产生瞬态电源信号和持续电源信号；
所述开机电路，根据接收到来自单按键的瞬态电源信号，启动电源管理芯片并开机；
所述关机电路，包括正常关机电路和复位关机电路，其中，正常关机电路，根据接收到来自单按键的持续电源信号，关闭电源管理芯片并关机，复位关机电路，在所述正常关机电路关机无效的情况下，通过触发电源管理芯片复位，重启、关闭电源管理芯片并关机。
2.如权利要求1所述的单按键开关机电路，其特征在于：所述开机电路，包括第一二极管和第二二极管：第一二极管的正极连接控制电源管理芯片的MCU使能端DC-EN-MCU端，第一二极管的负极连接电源管理芯片使能端DC-EN端；第二二极管的正极连接所述单按键，该第二二极管的负极连接电源管理芯片使能端DC-EN端。
3.如权利要求1所述的单按键开关机电路，其特征在于：所述关机电路，包括第一电子开关、第二电子开关和第三电子开关，所述电源通过所述单按键连接至控制电源管理芯片的MCU延时输入端TMR-SW端，该第一电子开关的第一端连接单按键，第一电子开关第二端接地，第一电子开关第三端连接电源管理芯片电源，第一电子开关第三端还连接第二电子开关第一端，第二电子开关第二端接地，第二电子开关第三端连接电源管理芯片电源，第二电子开关第三端还连接第三电子开关第一端，第三电子开关第二端接地，第三电子开关的第三端连接电源管理芯片电源，第三电子开关第三端还连接至控制电源管理芯片的MCU复位端。
4.根据权利要求3所述的单按键开关机电路，其特征在于：所述第二电子开关通过延时电路连接所述第三电子开关。
5.如权利要求3所述的单按键开关机电路，其特征在于：所述单按键第二 端通过第一电阻和第二电阻接地，第一电阻第二端还经第三电阻连接第一电子开关的第一端，第一电子开关第三端与电源管理芯片电源之间接有第四电阻，第一电子开关第三端与第二电子开关第一端之间还接有第五电阻，第二电子开关第三端与电源管理芯片电源之间连接有第六电阻，第二电子开关第三端与第三电子开关第一端之间连接有第七电阻，第七电阻的第二端和接地之间连接有第一电容，第三电子开关的第三端和电源管理芯片电源之间连接有第八电阻。
6.如权利要求3所述的单按键开关机电路，其特征在于：
第一电子开关和/或第二电子开关为NPN三极管，其基极、发射极及集电极分别对应第一电子开关的第一端、第二端及第三端；
或者第一电子开关和/或第二电子开关为N沟道场效应管，其栅极、源极及漏极分别对应第一电子开关的第一端、第二端及第三端。
7.如权利要求3所述的单按键开关机电路，其特征在于：第三电子开关为N沟道场效应管，其栅极、源极及漏极分别对应第三电子开关的第一端、第二端及第三端。
8.如权利要求2所述的单按键开关机电路，其特征在于：所述第一二极管、第二二极管为肖特基二极管。
9.如权利要求1至7中任一项所述的单按键开关机电路，其特征在于：所述电源信号为电池或适配器提供。
10.一种头戴显示设备，包括如权利要求1-9中任一项所述的单按键开关机电路。
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