CN205178880U - 一种开关控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种开关控制装置，包括总闸开关模块、变压稳压模块和处理器；总闸开关模块包括直流电源、按键开关、PMOS管、NPN三极管和第一二极管；PMOS管源极接直流电源正极，PMOS管栅极通过第一电阻接三极管集电极，PMOS管源极和栅极间接第二电阻；第一二极管阴极通过第三电阻接直流电源正极，阳极连三极管集电极；三极管发射极接地，三极管集电极通过第四电阻接地；按键开关一端连接处理器IO端口和第一二极管的阴极，另一端接地；三极管集电极通过第五电阻连接处理器IO端口；PMOS管漏极连接变压稳压模块，通过变压稳压模块连接处理器电源端。具有结构简单、不容易出现误动作且能够满足各芯片电压需求的优点。

Description

一种开关控制装置

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，特别涉及一种开关控制装置。

背景技术

随着集成电路的不断发展，芯片出现的种类越来越多，通常一个PCB板上会使用多种芯片，这些芯片通常所使用的电压是不一致的，为满足不同芯片电压的需求，通常为每个芯片提供对应电压的电源，这样就会使得PCB板结构非常复杂。现有技术一般是通过开关来控制芯片接通电源的，这些开关可以是按键或者其他形式，通常是设置在芯片和电源之间，通过动作开关使得芯片和电源之间的线路断开或者连接上，这样的开关设置比较容易因为误动作而导致线路出现异常，而且这种方式设置的开关，开关只能实现接通或断开芯片电源的单功能，不能用作其他用途。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种结构简单、不容易出现误动作且能够满足各芯片不同电压要求的开关控制装置。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：一种开关控制装置，包括总闸开关模块、变压稳压模块和处理器；

所述总闸开关模块包括直流电源、按键开关、PMOS管、NPN三极管和第一二极管；PMOS管源极连接直流电源正极，PMOS管栅极通过第一电阻连接NPN三极管的集电极，PMOS管源极和栅极之间连接有第二电阻；第一二极管阴极通过第三电阻连接直流电源正极，阳极连接NPN三极管的集电极；NPN三极管发射极接地，NPN三极管集电极通过第四电阻接地；

所述按键开关一端分别连接处理器IO端口和第一二极管的阴极，另一端接地；NPN三极管集电极通过第五电阻连接处理器的IO端口；PMOS管漏极连接变压稳压模块，并且通过变压稳压模块连接处理器的电源端。

优选的，所述按键开关一端通过第二二极管连接处理器IO端口，其中第二二极管的阳极连接处理器IO端口，阴极连接按键开关的一端；按键开关为四脚常开按键开关，其中两个相互连接的引脚接地，另两个相互连接的引脚分别连接二极管D5的阴极和二极管D1的阴极。

优选的，所述PMOS管的漏极通过第六电阻连接处理器的IO端口，其中处理器的该IO端口还通过第七电阻接地，通过处理器检测PMOS管的漏极电压值。

优选的，所述变压稳压模块包括升压稳压模块和正电压调整器；

升压稳压模块LMR62421芯片，其中LMR62421芯片的Vin端连接PMOS管的漏极，EN端通过第八电阻连接Vin端，LMR62421芯片SW端通过第一电感连接Vin端，LMR62421芯片FB端通过第九电阻接地，LMR62421芯片SW端依次连接稳压二极管和第十电阻后连接FB端，第十电阻两端并联第一电容，稳压二极管的阳极连接LMR62421芯片的SW端，稳压二极管的阴极连接第十电阻，稳压二极管D3的阴极连接第一电解电容的正极，第一电解电容的负极接地，第一电解电容的正极通过第二电感连接第二电解电容正极，第一电解电容的负极通过共模电感连接第二电解电容负极，第二电解电容的两端作为升压稳压模块的输出端；升压稳压模块的输出端通过正电压调整器连接处理器的电源端。

更进一步的，所述正电压调整器为XC6206芯片，升压稳压模块的输出端连接正电压调整器XC6206芯片的电源输入端VIN端，XC6206芯片的电源输入端VIN端通过第二电容接地，XC6206芯片VSS端接地，正电压调整器XC6206芯片的电源输出端VOUT端通过第三电解电容接地；同时XC6206芯片的电源输出端VOUT端连接处理器的电源端。

优选的，还包括三轴加速度器，所述三轴加速度传感器的三个方向加速度输出端分别对应连接处理器的三个IO端口。

优选的，所述总闸开关模块中直流电源为锂电池。

更进一步的，还包括充电管理模块，所述锂电池通过充电管理模块连接开关电源的输出端，开关电源的输入端连接市电。

更进一步的，所述充电管理模块TP5100芯片，其中TP5100芯片的VIN端连接开关电源的输出端，TP5100芯片的VIN端通过第四电解电容和第三电容分别接地，TP5100芯片的CHRG端通过串接的发光二极管和第十一电阻连接开关电源的输出端，TP5100芯片的CHRG端通过串接的发光二极管和第十三电阻连接开关电源的输出端，TP5100芯片的VREG端通过第四电容接地，TP5100芯片的RTROCL端通过磁珠电感接地，TP5100芯片的TS端接地，TP5100芯片的BAT端连接锂电池正极，TP5100芯片的BAT端通过第五电解电容和第五电容分别接地，TP5100芯片的LX端与外部电感和第十二电阻依次连接后连接锂电池正极，TP5100芯片的LX端通过第三二极管接地，其中第三二极管的阳极接地，TP5100芯片的LX端连接锂电池正极；外部电感和第十二电阻R1连接的一端连接TP5100芯片的VS端，TP5100芯片的VS端通过第六电解电容和第六电容分别接地。

优选的，所述处理器为单片机ST8S103。

本实用新型相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)本实用新型开关控制装置通过总闸开关模块实现开关控制功能，其中总闸开关模块实现开关控制功能受处理器的控制，总闸开关模块直流电源实现通电开机控制过程中，处理器控制按键开关按下一定时间后释放时才实现通电开机，在总闸开关模块直流电源实现断电关机控制过程中，处理器控制按键按下一定时间后释放时才实现断电关机，能够避免因为误动作而出现关机或者开机的情况。并且本发明总闸开关模块的电压输出端连接有变压稳压模块，通过变压稳压模块可以获取到各种芯片需要的电源电压，实现不同芯片的供电需求，具有结构简单的优点。

(2)本实用新型通过处理器能够检测出总闸开关模块直流电源的实时电量信息，并且能够根据直流电源的电量信息实现电源断电关机控制功能，在直流电源的电量小于一定值时，通过处理器控制电源断电关机，即使得总闸开关模块输出电压为零，通过直流电源进行供电的芯片断电关机。能够避免锂电池等直流电源因电量不足而导致其供电的芯片工作不稳定的情况。

(3)本实用新型处理器连接有三轴加速度传感器，通过三轴加速度传感器知晓三轴加速度器所在设备是否在一定的时间内未被使用，在检测到三轴加速度器所在设备未被使用一定时间后，控制总闸开关模块直流电源断电关机，即使得总闸开关模块输出电压为零，通过直流电源进行供电的芯片断电关机。针对于一些需要动作的设备在未被使用一段时间后能够关机，节省设备的用电量。

(4)本实用新型总闸开关模块的直流电源能够通过充电管理模块连接市电，实现对直流电源进行充电，使得直流电源重复使用。

(5)本实用新型按键开关连接的处理器IO端口在处理器启动后可以被置高，按键开关另一端接地，按键开关需要按下一定时间后才能实现开关机功能，因此该按键开关在处理器启动后，可以通过短暂按下按键开关以实现处理器其他功能。

附图说明

图1是本实用新型开关控制装置中处理器芯片引脚功能图。

图2是本实用新型开关控制装置中总闸开关模块的电路原理图。

图3是本实用新型开关控制装置中按键开关KEY3引脚功能图。

图4是本实用新型开关控制装置中升压稳压模块的电路原理图。

图5是本实用新型开关控制装置中正电压调整器的电路原理图。

图6是本实用新型开关控制装置中三轴加速度传感器引脚功能图。

图7是本实用新型开关控制装置中充电管理模块的电路原理图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例

本实施例公开了一种开关控制装置，包括总闸开关模块、变压稳压模块和处理器；本实施例中处理器选用如图1所示的单片机ST8S103芯片。

如图2所示，本实施例中总闸开关模块包括按键开关KEY3、PMOS管Q4、NPN三极管Q5和第一二极管D5；其中PMOS管为增强型的，PMOS管Q4源极连接直流电源正极，PMOS管Q4栅极通过第一电阻R21连接NPN三极管Q5的集电极，PMOS管源极和栅极之间连接有第二电阻R15；第一二极管D5阴极通过第三电阻R17连接直流电源正极，阳极连接NPN三极管的集电极；NPN三极管Q5发射极接地，NPN三极管Q5集电极通过第四电阻R24接地；

按键开关KEY3一端分别连接处理器ST8S103芯片的IO端口OSCIN_PA1端和第一二极管D5的阴极，另一端接地；本实施例中按键开关KEY3一端通过第二二极管D1连接ST8S103芯片的IO端口OSCIN_PA1端，其中第二二极管D1的阳极KEY3_CPU连接ST8S103芯片的IO端口OSCIN_PA1端，阴极连接按键开关的一端；如图3所示，按键开关KEY3为四脚常开按键开关，其中两个相互连接的引脚接地，另两个相互连接的引脚分别连接二极管D5的阴极和二极管D1的阴极。

NPN三极管集电极通过第五电阻R23连接处理器ST8S103芯片的IO端口PD4端；PMOS管漏极+BATIN端连接变压稳压模块，并且通过变压稳压模块连接处理器的ST8S103芯片的电源端VDD端。本实施例中第一电阻R21、第二电阻R15、第三电阻R17、第四电阻R24、第五电阻R23的组装分别对应为4.7KΩ、47KΩ、4.7KΩ、2.2KΩ和4.7KΩ。直流电源正极通过一个22uF的电解电容接地。

本实施例中PMOS管的漏极+BATIN端通过第六电阻R5连接处理器ST8S103芯片的IO端口PD3_AIN4端，其中处理器的该IO端口还通过第七电阻R4接地，通过处理器检测PMOS管的漏极电压值，从而获取到直流电源的实时电量，本实施中可以在处理器上连接一个显示器，将检测到的直流电源的电量信息通过显示器进行显示。

本实施例中变压稳压模块包括升压稳压模块和正电压调整器；如图4所示，升压稳压模块包括LMR62421芯片，其中LMR62421芯片的Vin端连接PMOS管的漏极+BATIN端，并且Vin端通过一个电解电容接地，EN端通过第八电阻R11连接Vin端，LMR62421芯片SW端通过第一电感L1连接Vin端，LMR62421芯片FB端通过第九电阻R13接地，LMR62421芯片SW端依次连接稳压二极管D3和第十电阻R12后连接FB端，第十电阻R12两端并联第一电容C15，稳压二极管D3的阳极连接LMR62421芯片的SW端，稳压二极管D3的阴极连接第十电阻R12，稳压二极管D3的阴极连接第一电解电容C4的正极，第一电解电容C4的负极接地，第一电解电容C4的正极通过第二电感L3连接第二电解电容C11正极，第一电解电容C4的负极通过共模电感连接第二电解电容C11负极，第二电解电容C11的两端作为升压稳压模块的输出端，其中升压稳压模块的输出端通过正电压调整器连接处理器的电源端，当然升压稳压模块的输出端也可以连接PCB板上其他需要相应电压值的芯片。

如图5所示，本实施例中正电压调整器为XC6206芯片，升压稳压模块的输出端连接正电压调整器XC6206芯片的电源输入端VIN端，XC6206芯片的电源输入端VIN端通过第二电容C1接地，XC6206芯片VSS端接地，正电压调整器XC6206芯片的电源输出端VOUT端通过第三电解电容C2接地；同时XC6206芯片的电源输出端VOUT端连接处理器的电源端。

在本实施例中，在本实施例中变压稳压模块中第一电解电容C4和第二电解电容C11的电容值均为22uF，第一电容C15的电容值为820pF，第八电阻R11、第九电阻R12和第十电阻R13分别对应为100KΩ、30KΩ和10KΩ。第一电感L1的电感值为4.7uH。此时升压稳压模块输出端输出+5V的直流电压，升压稳压模块输出端输出的+5V电压经过正电压调整器后，输出+3.3V的直流电压供处理器ST8S103芯片使用。

当然本实施例中也可以另外配置上述结构的升压稳压模块，当升压稳压模块中对应第八电阻R11、第九电阻R12和第十电阻R13调整为100KΩ、10KΩ和1.2KΩ时，升压稳压模块输出端输出的是约为+12V的直流电源，可以提供给需要次电压值的芯片使用。调整第八电阻R11、第九电阻R12和第十电阻R13可以使得升压稳压模块输出端获取到不同的电压值。根据PCB板上芯片需要的电压值设置第八电阻R11、第九电阻R12和第十电阻R13的阻值。

如图6所示，本实施例中还设置有三轴加速度器，三轴加速度传感器的三个方向加速度输出端分别对应连接处理器的三个IO端口。在本实施例中三轴加速度传感器采用ADXL345芯片，ADXL345芯片的VDD端通过第七电容C10接地且通过磁珠电感CZ1连接正电压调整器XC6206芯片的电源输出端VOUT端，ADXL345芯片的VS端通过第八电容C14接地且通过磁珠电感CZ2连接正电压调整器XC6206芯片的电源输出端VOUT端，ADXL345芯片的CS端通过第十三电阻R14连接正电压调整器XC6206芯片的电源输出端VOUT端，ADXL345芯片的SCL端通过第十四电阻R9连接正电压调整器XC6206芯片的电源输出端VOUT端，ADXL345芯片的SDA端通过第十五电阻R10连接正电压调整器XC6206芯片的电源输出端VOUT端，ADXL345芯片的SCL端、SDA端和INT1端分别对应连接处理器ST8S103芯片的IO端口PB4端、PB5端和PC4_AN2端，将ADXL345芯片的SCL端、SDA端和INT1端作为三个方向加速度输出端，分别将三个方向的加速度传送到处理器ST8S103芯片中。在处理器ST8S103芯片接收到三轴加速度传感器传送的三个方向的加速度值在一定时间后还不改变时，处理器ST8S103芯片控制总闸开关输出电压为零，使得相应装置未被使用一段时间后能够实现自动关机。

本实施例中第七电容C10和第八电容C14均为0.1uF，第十三电阻R14第十四电阻R9和第十五电阻R10均为47KΩ。

本实施例中总闸开关模块中直流电源为3.7V锂电池，锂电池通过充电管理模块连接开关电源的输出端，开关电源的输入端连接市电。

如图7所示，本实施例中充电管理模块TP5100芯片，其中TP5100芯片的VIN端连接开关电源的输出端，TP5100芯片的VIN端通过第四电解电容C31和第三电容C32分别接地，TP5100芯片的CHRG端通过串接的发光二极管和第十一电阻R32连接开关电源的输出端，TP5100芯片的STDBY端通过串接的发光二极管和第十三电阻R33连接开关电源的输出端，TP5100芯片的VREG端通过第四电容C37接地，TP5100芯片的RTROCL端通过磁珠电感接地，TP5100芯片的TS端接地，TP5100芯片的BAT端连接锂电池正极，TP5100芯片的BAT端通过第五电解电容C35和第五电容C36分别接地，TP5100芯片的LX端与外部电感LY和第十二电阻R1依次连接后连接锂电池正极，TP5100芯片的LX端通过第三二极管D31接地，其中二极管D31的阳极接地，TP5100芯片的LX端连接锂电池正极；外部电感LY和第十二电阻R1连接的一端连接TP5100芯片的VS端，TP5100芯片的VS端通过第六电解电容C33和第六电容C34分别接地。

本实施例开关控制装置实现开关控制的原理如下：

开关控制装置实现开的控制原理：在按键开关KEY3按下后，PMOS管Q4的栅极和源极之间电源VGS小于等于截止电压VT，PMOS管Q4导通，此时作为总闸开关模块的电压输出端PMOS管Q4的漏极+BATIN端输出电压，通过PMOS管Q4的漏极+BATIN端进行供电的处理器、三轴加速度器或PCB板上的其他芯片启动，其中处理器启动后在延时t2秒后将OSCIN_PA1端KEY3_CPU和PD4端口POWONOFF置为高电平，此时NPN三极管Q5导通，因此t2秒后，按键开关KEY3释放，PMOS管Q4也一直处于导通状态，即按键开关KEY3被按下t2秒后松开，PMOS管Q4能够一直导通，其漏极+BATIN端输出电压使得所有通过直流电源供电的芯片通电开机。本实施例中t2可以为3，即通过按键开关KEY3按下3秒后开机。

开关控制装置实现关的控制原理：根据上述可知，在处理器启动后在延时t2秒后OSCIN_PA1端KEY3_CPU被置为了高电平，在按键开关KEY3按下后，二极管D1导通，处理器检测到OSCIN_PA1端接地变成低电平。在处理器检测到按键开关KEY3按下t3秒后，即检测到KEY3_CPU从高电平变成低电平后持续低电平的时间t3秒后，处理器ST8S103芯片将其PD4端口POWONOFF置为低电平，此时NPN三极管Q5截止，因此t3秒后，若释放按键开关KEY3，则PMOS管Q4的栅极和源极之间电源VGS将大于截止电压VT，PMOS管Q4截止，此时作为总闸开关模块的电压输出端PMOS管Q4的漏极+BATIN端输出电压为0，因此通过总闸开关模块中直流电源供电的处理器、三轴加速度器和其他芯片均断电。本实施例能够通过按键开关KEY3按下t3秒后释放时使得直流电源供电的芯片断电关机。本实施例中t3可以为3，即通过按键开关KEY3按下3秒后释放关机。

本实施例装置还能够通过三轴加速度传感器实现开关控制装置关的控制功能，具体原理如下：三轴加速度传感器通过SCL、SDA和INT1端将三个方向的加速度传送到处理器中，处理器获取到三个方向的加速度值，当处理器检测到三个方向的加速度值在时间t4秒内均不改变时，本实施例中处理器ST8S103芯片将与总闸开关模块NPN三极管Q5发射极连接的IO端口即PD4端口的电平置为低电平，此时NPN三极管Q5截止和PMOS管Q4也截止，PMOS管Q4的漏极+BATIN端输出电压为0，因此通过总闸开关模块中直流电源供电的处理器、三轴加速度器以及其他芯片等均断电关机。因此本实施例三轴加速度器所在设备的位置在t4秒内未发生变化时能够实现关机，以使得一些需要动作的设备在未被使用一段时间后能够关机，节省设备的用电量。本实施例中t4为180，即相应装置在未被使用180秒后自动关机。

本实施例装置还能能够通过处理器对直流电源的电量检测实现开关控制装置关的控制功能，具体原理如下：本实施例中总闸开关模块PMOS管Q4的漏极+BATIN端通过第六电阻R5连接处理器ST8S103芯片的IO端口PD3_AIN4端，通过处理器能够检测PMOS管Q4的漏极+BATIN端的输出电压值，当检测到+BATIN端的输出电压V_+BATIN低于VB值时，处理器将与总闸开关模块NPN三极管Q5发射极连接的IO端口即PD4端口POWONOFF的电平置为低电平，此时NPN三极管Q5截止和PMOS管Q4也截止，PMOS管Q4的漏极+BATIN端输出电压为0因此通过总闸开关模块中直流电源供电的处理器、三轴加速度器和其他芯片均断电关机。因此本实施例无线内窥镜摄像装置在直流电源锂电池电量不够的情况下能够实现自动关机，防止因锂电池因电量不足而导致处理器、三轴加速度器以及其他芯片工作不稳定的情况。在本实施例中VB为2.7V，若PMOS管Q4导通电压为0.6V，则锂电池电压低于3.3V时，通过直流电源供电的所有芯片断电关机。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种开关控制装置，其特征在于，包括总闸开关模块、变压稳压模块和处理器；

所述总闸开关模块包括直流电源、按键开关、PMOS管、NPN三极管和第一二极管；PMOS管源极连接直流电源正极，PMOS管栅极通过第一电阻连接NPN三极管的集电极，PMOS管源极和栅极之间连接有第二电阻；第一二极管阴极通过第三电阻连接直流电源正极，阳极连接NPN三极管的集电极；NPN三极管发射极接地，NPN三极管集电极通过第四电阻接地；

所述按键开关一端分别连接处理器IO端口和第一二极管的阴极，另一端接地；NPN三极管集电极通过第五电阻连接处理器的IO端口；PMOS管漏极连接变压稳压模块，并且通过变压稳压模块连接处理器的电源端。

2.根据权利要求1所述的开关控制装置，其特征在于，所述按键开关一端通过第二二极管连接处理器IO端口，其中第二二极管的阳极连接处理器IO端口，阴极连接按键开关的一端；按键开关为四脚常开按键开关，其中两个相互连接的引脚接地，另两个相互连接的引脚分别连接二极管D5的阴极和二极管D1的阴极。

3.根据权利要求1所述的开关控制装置，其特征在于，所述PMOS管的漏极通过第六电阻连接处理器的IO端口，其中处理器的该IO端口还通过第七电阻接地，通过处理器检测PMOS管的漏极电压值。

4.根据权利要求1所述的开关控制装置，其特征在于，所述变压稳压模块包括升压稳压模块和正电压调整器；

升压稳压模块LMR62421芯片，其中LMR62421芯片的Vin端连接PMOS管的漏极，EN端通过第八电阻连接Vin端，LMR62421芯片SW端通过第一电感连接Vin端，LMR62421芯片FB端通过第九电阻接地，LMR62421芯片SW端依次连接稳压二极管和第十电阻后连接FB端，第十电阻两端并联第一电容，稳压二极管的阳极连接LMR62421芯片的SW端，稳压二极管的阴极连接第十电阻，稳压二极管D3的阴极连接第一电解电容的正极，第一电解电容的负极接地，第一电解电容的正极通过第二电感连接第二电解电容正极，第一电解电容的负极通过共模电感连接第二电解电容负极，第二电解电容的两端作为升压稳压模块的输出端；升压稳压模块的输出端通过正电压调整器连接处理器的电源端。

5.根据权利要求4所述的开关控制装置，其特征在于，所述正电压调整器为XC6206芯片，升压稳压模块的输出端连接正电压调整器XC6206芯片的电源输入端VIN端，XC6206芯片的电源输入端VIN端通过第二电容接地，XC6206芯片VSS端接地，正电压调整器XC6206芯片的电源输出端VOUT端通过第三电解电容接地；同时XC6206芯片的电源输出端VOUT端连接处理器的电源端。

6.根据权利要求1所述的开关控制装置，其特征在于，还包括三轴加速度器，所述三轴加速度传感器的三个方向加速度输出端分别对应连接处理器的三个IO端口。

7.根据权利要求1所述的开关控制装置，其特征在于，所述总闸开关模块中直流电源为锂电池。

8.根据权利要求7所述的开关控制装置，其特征在于，还包括充电管理模块，所述锂电池通过充电管理模块连接开关电源的输出端，开关电源的输入端连接市电。

9.根据权利要求8所述的开关控制装置，其特征在于，所述充电管理模块TP5100芯片，其中TP5100芯片的VIN端连接开关电源的输出端，TP5100芯片的VIN端通过第四电解电容和第三电容分别接地，TP5100芯片的CHRG端通过串接的发光二极管和第十一电阻连接开关电源的输出端，TP5100芯片的CHRG端通过串接的发光二极管和第十三电阻连接开关电源的输出端，TP5100芯片的VREG端通过第四电容接地，TP5100芯片的RTROCL端通过磁珠电感接地，TP5100芯片的TS端接地，TP5100芯片的BAT端连接锂电池正极，TP5100芯片的BAT端通过第五电解电容和第五电容分别接地，TP5100芯片的LX端与外部电感和第十二电阻依次连接后连接锂电池正极，TP5100芯片的LX端通过第三二极管接地，其中第三二极管的阳极接地，TP5100芯片的LX端连接锂电池正极；外部电感和第十二电阻R1连接的一端连接TP5100芯片的VS端，TP5100芯片的VS端通过第六电解电容和第六电容分别接地。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的开关控制装置，其特征在于，所述处理器为单片机ST8S103。