CN207623723U - 一种地线开关控制电路和一种电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种地线开关控制电路和电子设备。该控制电路包括：开关器件、驱动电路、MCU控制器和电平匹配电路；开关器件，连接在输入电源的电源地与控制电路的信号地之间；驱动电路，经电平匹配电路连接MCU控制器，控制开关器件的闭合和断开；MCU控制器的接地端连接信号地；电平匹配电路，连接在MCU控制器的输出端与驱动电路的输入端之间，在电源地与信号地导通之前，隔离MCU控制器和驱动电路。通过MCU控制器可实现自动断电，而电平匹配电路，可以解决地线连接之前MCU控制器和驱动电路的电势差问题。

Description

一种地线开关控制电路和一种电子设备

技术领域

本实用新型涉及电路设计技术领域，特别涉及一种地线开关控制电路和一种电子设备。

背景技术

地线开关，是指通过控制地线的导通或断开，以实现电路回路的闭合或断开，从而实现供电或断电。在现有的直流电源电路设计中，采用地线开关可以满足电路更大的电流需求。

然而，如图1所示，目前的大电流地线开关通常采用轻触开关控制，通过轻触开关控制驱动电路，驱动串联在地线上的开关器件，打开或切断总电源，从而为负载供电。而轻触开关的手段操作方式，无法实现自动控制，无法自动关机断电，一旦忘记切断会对安全造成隐患。

实用新型内容

鉴于现有技术地线开关需要手动控制无法自动断电的问题，提出了本实用新型的一种地线开关控制电路和一种电子设备，以便克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

依据本实用新型的一个方面，提供了一种地线开关控制电路，所述控制电路包括：开关器件、驱动电路、MCU控制器和电平匹配电路；

所述开关器件，连接在输入电源的电源地与所述控制电路的信号地之间；

所述驱动电路，连接所述开关器件，以及经所述电平匹配电路连接所述MCU控制器，所述驱动电路的接地端连接所述电源地；

所述MCU控制器的接地端连接所述信号地；

所述电平匹配电路，连接在所述MCU控制器的输出端与所述驱动电路的输入端之间，被配置为在所述电源地与所述信号地导通之前，隔离所述MCU控制器和所述驱动电路。

可选地，所述开关器件为NMOS管，所述NMOS管的源极连接所述电源地，漏极连接所述信号地，栅极连接所述驱动电路的输出端。

可选地，所述驱动电路包括：第四电阻、第五电阻、三极管、第一二极管、第一电阻、第七电阻和第八电阻；

所述第四电阻一端连接所述输入电源的正极，另一端连接所述第五电阻的一端和所述三极管的集电极，所述第五电阻的另一端连接所述电源地和所述三极管的发射极，所述第一二极管的正极连接所述驱动电源的正极，所述第一二极管的负极连接所述第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端连接所述第七电阻的一端和所述第八电阻的一端，所述第七电阻的另一端连接所述三极管的基极，所述第八电阻的另一端连接所述电源地；所述第四电阻和所述第五电阻的连接端为所述驱动电路的输出端；所述第一电阻和所述第八电阻的连接端为所述驱动电路的输入端。

可选地，所述电平匹配电路包括：第三二极管和第六二极管；所述第三二极管的正极连接所述驱动电路的输入端，负极连接所述MCU控制器的输出端，所述第六二极管的负极连接所述第三二极管的负极，所述第六二极管的正极接所述信号地。

可选地，所述控制电路还包括：电源转换电路；所述电源转换电路，连接所述输入电源和所述驱动电路，将所述输入电源降压转换为驱动电源，提供给所述驱动电路。

可选地，所述控制电路还包括按键电路；所述按键电路连接所述驱动电路，按键被按下时所述按键电路输出控制信号，控制所述驱动电路驱动所述开关器件闭合。

可选地，所述按键电路包括：第二二极管、第四二极管、第三电阻和按键；所述按键的一端连接所述电源地，另一端连接所述第三电阻的一端和所述第二二极管的负极，所述第三电阻的另一端连接所述第四二极管的负极，所述第四二极管的正极连接所述驱动电源的正极，所述第二二极管的正极连接所述驱动电路的输入端。

可选地，所述按键电路还包括第九电阻和第五二极管；所述第九电阻的一端连接所述按键与所述第三电阻的连接端，所述第九电阻的另一端连接所述第五二极管的负极和所述MCU控制器的输入端，所述第五二极管的正极连接所述信号地。

可选地，所述MCU控制器的电源端与所述输入电源的正极之间还连接有电源管理电路，所述电源管理电路被配置为稳定所述MCU控制器的工作电压。

依据本实用新型的另一个方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括如上一项所述的地线开关控制电路。

综上所述，本实用新型的有益效果是：

通过增设MCU控制器，向驱动电路发送控制信号，自动控制开关器件断开，实现自动断电，并且，MCU控制器与驱动电路之间设置有电平匹配电路，以在地线连接之前，隔离MCU控制器和驱动电路，避免MCU控制器和驱动电路之间的电势差烧毁电路。

附图说明

图1为现有技术地线开关的工作原理示意图；

图2为本实用新型一个实施例提供的一种地线开关控制电路的电路组成结构示意图；

图3为本实用新型另一个实施例提供的一种地线开关控制电路的电路组成结构示意图；

图4为图3所示实施例的地线开关控制电路工作原理示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

本实用新型的技术构思是：在地线开关控制电路中增加MCU控制器，以通过向驱动电路发送控制信号，自动控制开关器件的断开，实现自动断电，并且，MCU控制器与驱动电路之间还设置有电平匹配电路，以在地线连接之前，隔离MCU控制器和驱动电路，避免MCU控制器和驱动电路之间的电势差烧毁电路。

实施例1

图2示意性地示出了本实用新型的地线开关控制电路的一种电路组成结构。

如图2所示，一种地线开关控制电路，该控制电路包括：开关器件110、驱动电路130、MCU控制器140和电平匹配电路150。

开关器件110，连接在输入电源的电源地(GND_WIRE)与控制电路的信号地(GND)之间，通过连接或断开电源地和信号地，实现电源回路的闭合或断开，从而实现供电或断电。

驱动电路130，连接开关器件110，以及经电平匹配电路150连接MCU控制器140，驱动电路130的接地端连接电源地(接地端未图示)。驱动电源130接收MCU控制器的控制信号，以驱动开关器件110闭合或断开，实现对电路的电源的自动控制。

MCU控制器140的接地端连接信号地。MCU控制器140的电源端连接输入电源的正极，以获取工作电压。

通常，MCU控制器140要基于负载的状态以及其他逻辑，实现对电路电源的自动控制，因此，MCU控制器140设置在控制电路中，与负载同样使用信号地，进行后端控制。这种情况下，如图1-2所示，采用地线开关控制电路时，在地线导通之前，虽然电路中未产生电流，但是负载与电源的正极保持连接，起到类似于上拉电阻的作用，会导致负载用于回流的信号地的电压值与电源的正极电压值相近，即：在地线导通之前V_GND＝V_VBAT，则V_GND-v_{GND_WIRE}＝V_VBA。由于MCU控制器140也接入信号地，其各输入输出端口也会存在较高的电平，导致与驱动电路130的输入端电平不匹配，因此本实用新型增加了电平匹配电路150，以解决地线断开状态下驱动电路130与MCU控制器140间的电势差。

电平匹配电路150，连接在MCU控制器140的输出端与驱动电路130的输入端之间，被配置为在电源地与信号地导通之前，隔离MCU控制器140和驱动电路130。从而，避免由于电势差的存在，MCU控制器140的输出端与驱动电路130的输入端之间产生大的电流，烧毁电路。

通过上述控制电路，可以利用增加的MCU控制器140，根据实际需求和安全策略等进行逻辑控制，自动控制地线的导通与断开，实现用电设备自动关机断电等功能，提高了自动化水平，电源控制更加方便安全。并且，通过电平匹配电路150进行电平匹配，解决了地线断开情况下，驱动电路130与MCU控制器140之间存在电势差导致的电平不匹配问题。

在本实施例1中，该地线开关控制电路还包括：电源转换电路120。如图2所示，电源转换电路120，连接输入电源和驱动电路130，将输入电源(VBAT)降压转换为驱动电源(VDD)，提供给驱动电路130。

电源转换电路120，通过将电压值较高的输入电源(VBAT)降压为电压值较低的驱动电源(VDD)，以使驱动电路130在正常工作时，适配MCU控制器140输出端的电压值范围，从而响应于MCU控制器140的控制信号，使MCU控制器140的控制稳定可靠。

实施例2

图3示意性地示出了本实用新型地线开关控制电路的另一种电路组成结构，其基本构成与上述实施例1相同，均包括开关器件、电源转换电路、驱动电路、MCU控制器和电平匹配电路，此外，还包括按键电路和电源管理电路等，并公开了一些电路部分的具体组成。

如图3所示，在本实用新型的一些实施例中，开关器件为NMOS管U2，NMOS管U2的源极连接电源地，漏极连接信号地，栅极连接驱动电路的输出端。当驱动电路向NMOS管U2的栅极输出高电平时，NMOS管U2导通，电源地与信号地连接电平变为一致，从而电源回路闭合实现供电；当驱动电路向NMOS管U2的栅极输出低电平时，NMOS管U2导通，电源地与信号地断开，从而电源回路断开实现断电。

在本实用新型的一些实施例中，驱动电路为三极管数字开关，包括：第四电阻R4、第五电阻R5、三极管Q5、第一二极管D1、第一电阻R1、第七电阻R7和第八电阻R8。

第四电阻R4一端连接输入电源的正极，另一端连接第五电阻R5的一端和三极管Q5的集电极，第五电阻R5的另一端连接电源地和三极管Q5的发射极，第一二极管D1的正极连接驱动电源的正极，第一二极管D1的负极连接第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端连接第七电阻R7的一端和第八电阻R8的一端，第七电阻R7的另一端连接三极管Q5的基极，第八电阻R8的另一端连接电源地；第四电阻R4和第五电阻R5的连接端为驱动电路的输出端；第一电阻R1和第八电阻R8的连接端为驱动电路的输入端。

图3所示驱动电路的工作原理如下：

第一电阻R1和第八电阻R8的连接端为驱动电路的输入端。当该输入端有低电平输入时，经第七电阻R7使三极管Q5的基级变为低电平，三极管Q5断开，第五电阻R5接入电路实现分压，从而第四电阻R4和第五电阻R5的连接端输出高电平，使NMOS管U2闭合，电源地与信号地连接，实现供电开机；当第一电阻R1和第八电阻R8的连接端无低电平输入时，经第一电阻R1和第一二极管D1的上拉作用变为高电平，则三极管Q5的基级变为高电平，三极管Q5导通，从而第五电阻R5被短路，第四电阻R4和第五电阻R5的连接端输出低电平，使NMOS管U2断开，电源地与信号地断开，实现断电关机。

当然，图3所示仅是驱动电路的一种优选实施例，本实用新型的方案不限于此，其他数字开关驱动电路，均可用于本实用新型。

在本实用新型的一些实施例中，如图3所示，电平匹配电路包括：第三二极管D3和第六二极管D6。第三二极管D3的正极连接驱动电路的输入端，负极连接MCU控制器的输出端，第六二极管D6的负极连接第三二极管D3的负极，第六二极管D6的正极接信号地。

该电平匹配电路的工作原理如下：

在电源地与信号地断开时，低电平的驱动电路输入端连接第三二极管D3的正极，高电平的MCU控制器输出端连接第三二极管D3的负极，从而通过第三二极管D3的单向导通，截断电流通路，实现电路隔离以阻止电路中产生大电流，达到匹配电平保护电路的作用，第六二极管D6由于具有电容效应，在电源地与信号地闭合的瞬间，滤除线路中的负脉冲，避免对MCU控制器的脉冲冲击。在电源地与信号地连接后，MCU控制器默认输出低电平，从而第三二极管D3处于导通状态，驱动电路的输入端被拉低，三极管Q5断开从而NMOS管U2闭合，维持供电状态；若通过逻辑判断，要实现自动关机，则MCU控制器改为输出高电平或不输出，从而第三二极管D3截止，驱动电路的输入端变为高电平，三极管Q5导通从而NMOS管U2断开，实现自动断电关机。

当然，本实用新型的电平匹配电路不限于此，其他可实现电路隔离的电路也可用作本实用新型的电平匹配电路，在此不再赘述。

在本实用新型的一些实施例中，如图3所示，电源转换电路包括低差压线性稳压芯片U1及其外围电路。该低差压线性稳压芯片U1可根据输入电源和驱动电源的大小选择合适的型号。本实施例中，该低差压线性稳压芯片U1为WL2851E33，以输出3.3V的驱动电源，其外围电路包括第六电阻R6、第二电阻R2、第一电容C1和第二电容C2等。此外，本实用新型的电源转换电路也可采用其他具有稳压和降压功能的元器件或集成电路实现，例如，采用稳压二极管来实现，为本领域技术人员熟知，在此不再赘述。

在本实用新型的一些实施例中，如图3所示，控制电路还包括按键电路；按键电路连接驱动电路，按键被按下时按键电路输出控制信号，控制驱动电路驱动开关器件闭合。这样，在具有MCU控制器自动关机的基础上，本实施例还保留有按键开机的手动启动方式。

在本实用新型的优选实施例中，如图3所示，按键电路包括：第二二极管D2、第四二极管D4、第三电阻R3和按键S1。按键S1的一端连接电源地，另一端连接第三电阻R3的一端和第二二极管D2的负极，第三电阻R3的另一端连接第四二极管D4的负极，第四二极管D4的正极连接驱动电源的正极，第二二极管D2的正极连接驱动电路的输入端。

该按键电路的工作原理如下：

按键S1按下时，第二二极管D2的负极接电源地，使第二二极管D2导通将驱动电路的输入端拉低，从而驱动电路的三极管Q5断开，使开关器件NMOS管U2闭合实现供电开机。

在本实用新型的优选实施例中，按键电路还包括第九电阻R9和第五二极管D5；第九电阻R9的一端连接按键S1与第三电阻R3的连接端，第九电阻R9的另一端连接第五二极管D5的负极和MCU控制器的输入端，第五二极管D5的正极连接信号地。

按键电路通过第九电阻R9和第五二极管D5连接MCU控制器，还可实现按键的关机控制，向MCU控制器发送关机按键信号，以在MCU控制器判断允许关机时，实现手动关机，其中，第九电阻R9起到分压和限流的作用，第五二极管D5起到过滤上电瞬间负脉冲的作用。按键电路的手动关机工作原理为：电路正常工作时，按键S1抬起，第九电阻R9经第三电阻R3和第四二极管D4拉高，从而向MCU控制器输出高电平；当按下按键S1时，第九电阻R9被按键S1接电源地拉低，从而向MCU控制器输出低电平，MCU控制器检测到该低电平输入，获知手动关机信号，并进一步进行关机逻辑判断，若此时电路处于允许关机的状态，则MCU控制器输出控制信号实现关机。

本实施例使用上述按键电路，实现了一个按键同时控制系统的开机和关机，当然，若是不考虑按键数量限制，也可分设两个按键，分别实现开机和关机功能，在此不再赘述。

图4示出了图3所示实施例的工作原理示意图，如图4所示，该控制电路可通过MCU控制器或轻触开关(即上述按键)控制开关器件的闭合与断开，从而使用自动和手动结合的方式控制电路的开关。

在本实用新型的一些实施例中，如图3所示，MCU控制器的电源端与输入电源的正极之间还连接有电源管理电路，电源管理电路被配置为稳定MCU控制器的工作电压，例如，该电源管理电路可具有降压、稳压和滤波等电路模块，为MCU控制器提供稳定可靠的工作电压。

实施例3

本实用新型还公开了一种电子设备，该电子设备包括如上任一实施例所述的地线开关控制电路，以通过上述地线开关控制电路，实现电子设备的电源管理功能。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，在本实用新型的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本实用新型的目的，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种地线开关控制电路，其特征在于，所述控制电路包括：开关器件、驱动电路、MCU控制器和电平匹配电路；

所述开关器件，连接在输入电源的电源地与所述控制电路的信号地之间；

所述驱动电路，连接所述开关器件，以及经所述电平匹配电路连接所述MCU控制器，所述驱动电路的接地端连接所述电源地；

所述MCU控制器的接地端连接所述信号地；

所述电平匹配电路，连接在所述MCU控制器的输出端与所述驱动电路的输入端之间，被配置为在所述电源地与所述信号地导通之前，隔离所述MCU控制器和所述驱动电路。

2.根据权利要求1所述的地线开关控制电路，其特征在于，所述开关器件为NMOS管，所述NMOS管的源极连接所述电源地，漏极连接所述信号地，栅极连接所述驱动电路的输出端。

3.根据权利要求1所述的地线开关控制电路，其特征在于，所述驱动电路包括：第四电阻、第五电阻、三极管、第一二极管、第一电阻、第七电阻和第八电阻；

所述第四电阻一端连接所述输入电源的正极，另一端连接所述第五电阻的一端和所述三极管的集电极，所述第五电阻的另一端连接所述电源地和所述三极管的发射极，所述第一二极管的正极连接驱动电源的正极，所述第一二极管的负极连接所述第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端连接所述第七电阻的一端和所述第八电阻的一端，所述第七电阻的另一端连接所述三极管的基极，所述第八电阻的另一端连接所述电源地；所述第四电阻和所述第五电阻的连接端为所述驱动电路的输出端；所述第一电阻和所述第八电阻的连接端为所述驱动电路的输入端。

4.根据权利要求1所述的地线开关控制电路，其特征在于，所述电平匹配电路包括：第三二极管和第六二极管；所述第三二极管的正极连接所述驱动电路的输入端，负极连接所述MCU控制器的输出端，所述第六二极管的负极连接所述第三二极管的负极，所述第六二极管的正极接所述信号地。

5.根据权利要求1所述的地线开关控制电路，其特征在于，所述控制电路还包括：电源转换电路；所述电源转换电路，连接所述输入电源和所述驱动电路，将所述输入电源降压转换为驱动电源，提供给所述驱动电路。

6.根据权利要求1所述的地线开关控制电路，其特征在于，所述控制电路还包括按键电路；所述按键电路连接所述驱动电路，按键被按下时所述按键电路输出控制信号，控制所述驱动电路驱动所述开关器件闭合。

7.根据权利要求6所述的地线开关控制电路，其特征在于，所述按键电路包括：第二二极管、第四二极管、第三电阻和按键；所述按键的一端连接所述电源地，另一端连接所述第三电阻的一端和所述第二二极管的负极，所述第三电阻的另一端连接所述第四二极管的负极，所述第四二极管的正极连接驱动电源的正极，所述第二二极管的正极连接所述驱动电路的输入端。

8.根据权利要求7所述的地线开关控制电路，其特征在于，所述按键电路还包括第九电阻和第五二极管；所述第九电阻的一端连接所述按键与所述第三电阻的连接端，所述第九电阻的另一端连接所述第五二极管的负极和所述MCU控制器的输入端，所述第五二极管的正极连接所述信号地。

9.根据权利要求1所述的地线开关控制电路，其特征在于，所述MCU控制器的电源端与所述输入电源的正极之间还连接有电源管理电路，所述电源管理电路被配置为稳定所述MCU控制器的工作电压。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求1-9任一项所述的地线开关控制电路。