CN215871350U - 一种无实体开关装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种无实体开关装置,包括无源传感器、电压检测模块及电源管理开关电路;无源传感器,用于将控制负载开关动作的非电物理量转化为电压参数,并传输至电压检测模块;电压检测模块,用于对输入的电压参数进行持续监控,输出控制电平;并将控制电平传输至电源管理开关电路,以控制电源管理开关电路的通断;电源管理开关电路的输出端用于连接负载;本实用新型通过电压检测模块对输入的电压参数进行持续监控,根据控制电平控制电源管理开关电路的通断,进而实现对负载的开关控制;能够满足对负载开关目标的行为或状态变换进行持续监控,自动控制负载电路的通断,避免了负载待机状态下的静态耗能,提高了设备的使用性能。
Description
技术领域
本实用新型属于电路开关技术领域,特别涉及一种无实体开关装置。
背景技术
开关是电子设备必备的一个硬件,它用来控制电源的通断,避免电子设备因为处于待机状态造成的大量电量浪费。对于传统的按键式实体开关而言,需要采用点按来控制电路,使用者常常会忘记关机,这往往导致电池寿命和充电周期的缩减;甚至某些可移动电子设备在关机状态下,仍然有较高的静态功耗;同时,在某些设备应用中,实体的按键开关常常会影响产品的性能和尺寸。
实用新型内容
针对现有技术中存在的技术问题,本实用新型提供了一种无实体开关装置,以解决现有的按键式实体开关易被使用者忘记按压,往往影响充电设备的使用性能的技术问题。
为达到上述目的,本实用新型采用的技术方案为:
本实用新型提供了一种无实体开关装置,包括无源传感器、电压检测模块及电源管理开关电路;
无源传感器,用于将控制负载开关动作的非电物理量转化为电压参数,并传输至电压检测模块;
电压检测模块,用于对输入的电压参数进行持续监控,输出控制电平;并将控制电平传输至电源管理开关电路,以控制电源管理开关电路的通断;电源管理开关电路的输出端用于连接负载。
进一步的,无源传感器采用压电传感器、热电传感器、光电传感器、太阳能板或天线。
进一步的,控制负载开关动作的非电物理量包括压力、热力、光照或电磁波。
进一步的,电压检测模块包括承受压降逐级降低的高压监控电路、中压监控电路和低压监控电路;其中,低压监控电路和中压监控电路均具有门控开关;
高压监控电路输出VO(H)信号至中压监控电路的控制端,VO(H)信号控制中压监控电路的门控开关;中压监控电路输出信号VIN(M)和VO(M);其中,VO(M)与低压监控电路的控制端连接,且VO(M)信号控制低压监控电路的门控开关,VIN(M)与低压监控电路的监控端连接;
高压监控电路与中压监控电路的输入端均接入输入的电压参数;
高压监控电路、中压监控电路和低压监控电路均具有开漏输出功能,且其开漏输出端的输出信号VOD1、VOD2和VOD3合并输出为输出VOD;该输出VOD与电源管理开关电路的输入相连;
高压监控电路、中压监控电路和低压监控电路均接地。
进一步的,电源管理开关电路包括NMOS-Q1、NMOS-Q2、上拉电阻R1、电容C1及电源管理系统;
NMOS-Q1的栅极与无源传感器的输出端相连,NMOS-Q1的漏极与上拉电阻R1的第一端、电源VCC及NMOS-Q2的漏极均相连;NMOS-Q1的源极与电容C1的正极及电压检测模块的输入VIN均相连;
电压检测模块的输出VOD与上拉电阻R1的第二端及NMOS-Q2的栅极均相连;NMOS-Q2的漏极与电源VCC相连;NMOS-Q2的源极与电源管理系统的输入VIN相连,电源管理系统的输出VDD用于连接负载;
电压检测模块、电容C1的负极、电源管理系统及负载均接地。
进一步的,还包括整流模块,整流模块的输入端与无源传感器的输出端连接,整流模块的输出端与NMOS-Q1的栅极相连。
进一步的,电压检测模块的输出VOD为高电平时,电源管理系统的输入VIN处的电压为电源电压;电压检测模块的输出VOD为低电平时,电源管理系统的输入VIN处的电压为0V。
进一步的,负载为鼠标系统、指纹行李锁、行李秤系统、电子价签、遥控器或弱电无线开关。
与现有技术相比,本实用新型的有益效果为:
本实用新型提供了一种无实体开关装置,利用无源传感器将控制负载开关动作的非电物理量转换为电压参数,通过电压检测模块对输入的电压参数进行持续监控,并输出控制电平;根据控制电平控制电源管理开关电路的通断,进而实现对负载的开关控制;能够满足对负载开关目标的行为或状态变换进行持续监控,自动控制负载电路的通断,避免了负载待机状态下的静态耗能,提高了设备的使用性能。
进一步的,电源管理开关电路中,利用NMOS控制电路的通断,并且无源控制器及电压检测模块均为无源器件或高输入阻抗器件,确保了开关装置的静态功耗几乎为零。
进一步的,通过设置整流模块,实现将从无源传感器输出的交流电压参数转化为直流电压参数,满足NMOS对电路通断的控制,有效提高了开关装置的适用范围。
附图说明
图1为本实用新型所述的无实体开关装置的结构框图;
图2为本实用新型所述的无实体开关装置的典型电路示意图;
图3为本实用新型中的电压检测模块的信号控制示意图;
图4为本实用新型中的典型电路的信号控制示意图;
图5为本实用新型中的电压检测模块的结构框图;
图6为实施例1中的无实体开关应用于鼠标负载的电路示意图。
其中,1无源传感器,2电压检测模块,3电源管理开关电路,4整流模块。
具体实施方式
为了使本实用新型所解决的技术问题,技术方案及有益效果更加清楚明白,以下具体实施例,对本实用新型进行进一步的详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型,并不用于限定本实用新型。
如附图1-5所示,本实用新型提供了一种无实体开关装置,包括无源传感器1、电压检测模块2、电源管理开关电路3及整流模块4;无源传感器1,用于将控制负载开关动作的非电物理量转换为电压参数,并传输至电压检测模块2;当无源传感器1输出为交流电压参数时,采用在无源传感器1与电压检测模块2之间设置整流模块4,整流模块4的输入与无源传感器1的输出端连接,整流模块4的输出端与电压检测模块2的输入连接;优选的,整流模块4采用整流桥;电压检测模块2,用于对输入的电压参数进行持续监控,输出控制电平;并将控制电平传输至电源管理开关电路3,以控制电源管理开关电路3的通断;电源管理开关电路3的输出端用于连接负载。
本实用新型中,利用无源传感器1将控制负载开关动作的非电物理量转换为电压参数;利用电压检测模块2对电压参数进行持续监控,并输出控制电平;利用电源管理开关电路3根据输出的控制电平,输出负载开关的控制信号,以对负载进行开关控制。
本实用新型中,无源传感器1采用压电传感器、热电传感器、光电传感器、太阳能板或天线,利用无源传感器1将控制负载开关动作的非电物理量转换为电压参数;其中,非电物理量可以为压力、热力、光照或电磁波;例如,将光照或拍击动作转换为电压参数。
利用电压检测模块2对电压参数进行持续监控,并输出控制电平;利用电源管理开关电路3根据输出的控制电平,输出负载开关的控制信号,以对负载进行开关控制。
电压检测模块2包括承受压降逐级降低的高压监控电路、中压监控电路和低压监控电路;其中,低压监控电路和中压监控电路均具有门控开关;高压监控电路输出VO(H)信号至中压监控电路的控制端,VO(H)信号控制中压监控电路的门控开关;中压监控电路输出信号VIN(M)和VO(M);其中,VO(M)与低压监控电路的控制端连接,且VO(M)信号控制低压监控电路的门控开关,VIN(M)与低压监控电路的监控端连接;高压监控电路与中压监控电路的输入端均接入输入的电压参数;高压监控电路、中压监控电路和低压监控电路均具有开漏输出功能,且其开漏输出端的输出信号VOD1、VOD2和VOD3合并输出为VOD;该输出VOD与电源管理开关电路3的输入相连;高压监控电路、中压监控电路和低压监控电路均接地。
本实用新型中的电压检测模块2的细节内容,参见中国专利申请“一种电压信号源实时持续监控装置及其监控方法”(申请号:201710971531.9)可以得到,此处不再赘述。
电源管理开关电路3包括NMOS-Q1、NMOS-Q2、上拉电阻R1、电容C1及电源管理系统;NMOS-Q1的栅极与无源传感器1的输出端或整流模块4的输出端相连,NMOS-Q1的漏极与上拉电阻R1的第一端、电源VCC及NMOS-Q2的漏极均相连;NMOS-Q1的源极与电容C1的正极及电压检测模块2的输入VIN均相连;其中,NMOS-Q1的源极与电压检测模块2中的高压监控电路与中压监控电路的输入端相连。
电压检测模块2的输出VOD与上拉电阻R1的第二端及NMOS-Q2的栅极均相连;其中,电压检测模块2的输出VOD即为电压检测模块2中的高压监控电路、中压监控电路和低压监控电路的开漏输出端的输出信号VOD1、VOD2和VOD3合并输出的输出VOD;NMOS-Q2的漏极与电源VCC相连;NMOS-Q2的源极与电源管理系统的输入VIN相连,电源管理系统的输出VDD用于连接负载;电压检测模块2、电容C1的负极、电源管理系统及负载均接地。
工作原理或控制方法:
本实用新型所述的一种无实体开关装置,使用时,具体如下:
无源传感器在无需电源的情况下,对控制负载开关动作的非电物理量,例如光照、压力或辐射等进行实时监测,并将其转化为电压参数;无源传感器工作过程无需消耗任何能量;无源传感器的输出电压参数可以为交流电压参数或直流电压参数。不同类型的无源传感器输出并不相同,输出为交流电压参数的无源传感器与整流模块的输入相连,整流模块的输出与NMOS-Q1的栅极相连;输出为直流电压参数的无源传感器直接与NMOS-Q1的栅极相连接。
当无源传感器输出的电压参数为交流输出时,采用整流模块对交流电压参数转换为直流电压参数后与NMOS-Q1的栅极相连,作为NMOS-Q1导通与关断的控制信号;将NMOS-Q1的漏极与电源VCC相连,NMOS-Q1的源极与电容C1相邻;当无源传感器的输出电压参数高于NMOS-Q1的门限电压Vgs(th)时,NMOS-Q1导通,并为电容C1充电;当无源传感器的输出电压参数低于NMOS-Q1的门限电压Vgs(th)时,NMOS-Q1关断,电容C1通过自然的漏电现象,使电容C1的正极VC处的电压逐渐下降;其中,电容C1的容值决定了电容C1的正极VC处的电压的下降速度。
将电容C1的正极VC与电压检测模块的输入VIN相连,当输入VIN的电压低于电压检测模块的阈值VTH时,电压检测模块的输出VOD保持低电平;当输入VIN的电压高于电压检测模块的阈值VTH时,电压检测模块的输出VOD转换为高电平,并保持至输入VIN的电压低于电压检测模块的下降阈值VTL,其信号示意图如附图3所示。
电压检测模块的输出VOD通过上拉电阻R1与NMOS-Q2的栅极相连,控制NMOS-Q2的通断;电压检测模块作为无源电压检测电路,本身不需要电源为其提供能量;NMOS-Q2的漏极与电源VCC相连,NMOS-Q2的源极与电源管理系统的输入VIN相连;当电压检测模块输出为高电平时,电源管理系统的输入VIN处的电压为电源电压,当电压检测模块的输出VOD输出为低电平时,电源管理系统的输入VIN处的电压为0V,通过上述方式,避免了电源管理系统在待机状态(即无源传感器没有输出时)的静态功耗;其中,电源管理系统的输出为VDD,可以为负载提供稳定可靠的电压。
实施例1
如附图6所示,本实施例1中以将所述的无实体开关装置应用于鼠标系统为例,包括压电薄膜、电压检测模块2、电源管理开关电路3及整流模块4;压电模板,用于将控制负载开关动作的非电物理量转换为电压参数,并传输至电压检测模块2。
其中,在压电薄膜与电压检测模块2之间设置整流模块4,整流模块4的输入与压电薄膜的输出端连接,整流模块4的输出端与电压检测模块2的输入连接,用于将压电薄膜产生的交流电压参数转换为直流电压参数。
电压检测模块2,用于对输入的电压参数进行持续监控,输出控制电平;并将控制电平传输至电源管理开关电路3,以控制电源管理开关电路3的通断;电源管理开关电路3的输出端用于连接负载。
电压检测模块2包括承受压降逐级降低的高压监控电路、中压监控电路和低压监控电路;其中,低压监控电路和中压监控电路均具有门控开关;高压监控电路输出VO(H)信号至中压监控电路的控制端,VO(H)信号控制中压监控电路的门控开关;中压监控电路输出信号VIN(M)和VO(M);其中,VO(M)与低压监控电路的控制端连接,且VO(M)信号控制低压监控电路的门控开关,VIN(M)与低压监控电路的监控端连接;高压监控电路与中压监控电路的输入端均接入输入的电压参数;高压监控电路、中压监控电路和低压监控电路均具有开漏输出功能,且其开漏输出端的输出信号VOD1、VOD2和VOD3合并输出为VOD;该输出VOD与电源管理开关电路3的输入相连;高压监控电路、中压监控电路和低压监控电路均接地。
电源管理开关电路3包括NMOS-Q1、NMOS-Q2、上拉电阻R1、电容C1及电源管理系统;NMOS-Q1的栅极与无源传感器1的输出端或整流模块4的输出端相连,NMOS-Q1的漏极与上拉电阻R1的第一端、电源VCC及NMOS-Q2的漏极均相连;NMOS-Q1的源极与电容C1的正极及电压检测模块2的输入VIN均相连;其中,NMOS-Q1的源极与电压检测模块2中的高压监控电路与中压监控电路的输入端相连。
电压检测模块2的输出VOD与上拉电阻R1的第二端及NMOS-Q2的栅极均相连;其中,电压检测模块2的输出VOD即为电压检测模块2中的高压监控电路、中压监控电路和低压监控电路的开漏输出端的输出信号VOD1、VOD2和VOD3合并输出的输出VOD;NMOS-Q2的漏极与电源VCC相连;NMOS-Q2的源极与电源管理系统的输入VIN相连,电源管理系统的输出VDD用于连接鼠标系统;电压检测模块2、电容C1的负极、电源管理系统及鼠标系统均接地。
本实施例1中,将压电薄膜与整流模块的输入相连,整流模块的输出与NMOS-Q1的栅极相连;NMOS-Q1的漏极与电源VCC相连,NMOS-Q1的源极与电容C1的正极相连;电容C1的正极电压同时作为电压检测模块的输入,电压检测模块的输出VOD通过上拉电阻R1与电源VCC相连,NMOS-Q2的漏极与电源VCC连接,NMOS-Q2的源极与电源管理系统的输入相连,电源VCC在NMOS-Q2的Q2管导通的情况下将电源VCC转化为鼠标系统所需的稳定电压VDD。
本实施例中,将压电薄膜的输入端与鼠标系统的鼠标按键连接,通过压电薄膜对鼠标按键的按压动作进行监控,由于压电薄膜输出的是交流电,通过整流模块,将交流电压转化为直流电压;电源管理系统只需要匹配鼠标负载所需电压电流即可,鼠标系统本身内部结构并不需要进行调整。
在鼠标按键未被按压时,鼠标系统处于零功耗待机状态,当鼠标按键被按压后,鼠标系统会立刻被激活,通过对电容C1的调整以及NMOS-Q1的选配,可以分别调整自动进入零功耗待机模式的时长和无实体开关装置的灵敏度;本实施例中的无实体开关装置能够实现的零功耗待机状态与工作状态的自动切换,有效避免了用户因为忘记关断鼠标系统所带的能量损耗。
实施例2
实施例2与实施例1的结构原理基本相同,不同之处在于,将所述的无实体开关应用于指纹行李锁、行李秤系统、电子价签、弱电无线开关或遥控器中,在不同应用场景中,采用对无源传感器进行适应性调整即可。
其中,将所述的无实体开关装置用于指纹行李锁或行李称系统中时,无源传感器采用压电传感器;目前由于行李箱的电源的问题困扰着智能行李箱的发展,笨重的锂电池和航空公司要求的可拆卸性都影响了用户的实际体验;在行李锁和行李称系统中,待机功耗几乎占据了总功耗的90%以上;所述的无实体开关装置的引入能够有效去除系统的待机功耗,并且不需要人为手动地进行开关机;因此,通过减小行李称和锁系统对于功耗的需求,可以有效减小电源的体积和延长电池的使用寿命。
电子价签现在广泛应用于大型商场中,电子价签往往只需要在商场有光照时处于工作状态即可;传统电子价签的按键开关无法实现开关状态的自动切换,所述的无实体开关装置中的无源传感器采用光电传感器,利用光电传感器识别,满足对光照条件进行持续监控;没有光照时,处于零功耗待机模式;有光照时,自动转化为工作状态;通过这种方式,可以为电子价签节省一半以上的功耗。
弱电无线开关可以远程控制智能家居的其他终端设备如灯具等,弱电无线开关工作时的能量来源于一次性电池;该设备99%的时间都可以处于关机状态,在被按压时处于开机状态,传送信号即可。传统的按键式开关会严重影响用户的使用体验,通过引入无实体开关装置,在按键之下放一层轻薄的压电薄膜作为无源传感器,按压按键的动作会使得压电薄膜产生形变,激活整个负载系统,对于使用一次性电池的无线开关而言,大大提升了一次性电池的使用寿命。
遥控器可以远程控制空调、电视等设备,使用的同样是一次性电池进行供电;将一层压电薄膜铺于遥控器按键之下作为无源传感器,对按压动作进行监控,在不影响用户的体验前提下,使得遥控器在闲置时处于零功耗待机状态,在点击按钮的瞬间激活系统。
本实用新型所述的无实体开关装置,包括无源传感器、电压检测模块及电源管理开关电路;其中,无源传感器负责将非电物理参量转换为电参量,比如将压力、热力、光照或电磁波等非电物理量转化为电压参数,无源传感器的类型根据其负责转换的非电物理量的类型进行选取;电压检测模块可以在无需电源的情况下对输入的电压参数进行持续的监控,输出稳定的控制电平;电源管理开关电路则根据电压检测模块的控制电平,控制其中的电源管理系统的通断,以此达到对负载的控制;本实用新型所述的无实体开关装置,可以实现对于目标行为的实时监控,在满足预设条件时,自动激活或关断负载,在功能上可以取代传统的按键式开关,而且在触发方式多种多样,没有固定的实体形状。
上述实施例仅仅是能够实现本实用新型技术方案的实施方式之一,本实用新型所要求保护的范围并不仅仅受本实施例的限制,还包括在本实用新型所公开的技术范围内,任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化、替换及其他实施方式。
Claims (8)
1.一种无实体开关装置,其特征在于,包括无源传感器(1)、电压检测模块(2)及电源管理开关电路(3);
无源传感器(1),用于将控制负载开关动作的非电物理量转化为电压参数,并传输至电压检测模块(2);
电压检测模块(2),用于对输入的电压参数进行持续监控,输出控制电平;并将控制电平传输至电源管理开关电路(3),以控制电源管理开关电路(3)的通断;电源管理开关电路(3)的输出端用于连接负载。
2.根据权利要求1所述的一种无实体开关装置,其特征在于,无源传感器(1)采用压电传感器、热电传感器、光电传感器、太阳能板或天线。
3.根据权利要求1所述的一种无实体开关装置,其特征在于,控制负载开关动作的非电物理量包括压力、热力、光照或电磁波。
4.根据权利要求1所述的一种无实体开关装置,其特征在于,电压检测模块(2)包括承受压降逐级降低的高压监控电路、中压监控电路和低压监控电路;其中,低压监控电路和中压监控电路均具有门控开关;
高压监控电路输出VO(H)信号至中压监控电路的控制端,VO(H)信号控制中压监控电路的门控开关;中压监控电路输出信号VIN(M)和VO(M);其中,VO(M)与低压监控电路的控制端连接,且VO(M)信号控制低压监控电路的门控开关,VIN(M)与低压监控电路的监控端连接;
高压监控电路与中压监控电路的输入端均接入输入的电压参数;
高压监控电路、中压监控电路和低压监控电路均具有开漏输出功能,且其开漏输出端的输出信号VOD1、VOD2和VOD3合并输出为输出VOD;该输出VOD与电源管理开关电路(3)的输入相连;
高压监控电路、中压监控电路和低压监控电路均接地。
5.根据权利要求1所述的一种无实体开关装置,其特征在于,电源管理开关电路(3)包括NMOS-Q1、NMOS-Q2、上拉电阻R1、电容C1及电源管理系统;
NMOS-Q1的栅极与无源传感器(1)的输出端相连,NMOS-Q1的漏极与上拉电阻R1的第一端、电源VCC及NMOS-Q2的漏极均相连;NMOS-Q1的源极与电容C1的正极及电压检测模块(2)的输入VIN均相连;
电压检测模块(2)的输出VOD与上拉电阻R1的第二端及NMOS-Q2的栅极均相连;NMOS-Q2的漏极与电源VCC相连;NMOS-Q2的源极与电源管理系统的输入VIN相连,电源管理系统的输出VDD用于连接负载;
电压检测模块(2)、电容C1的负极、电源管理系统及负载均接地。
6.根据权利要求5所述的一种无实体开关装置,其特征在于,还包括整流模块(4),整流模块(4)的输入端与无源传感器(1)的输出端连接,整流模块(4)的输出端与NMOS-Q1的栅极相连。
7.根据权利要求5所述的一种无实体开关装置,其特征在于,电压检测模块(2)的输出VOD为高电平时,电源管理系统的输入VIN处的电压为电源电压;电压检测模块(2)的输出VOD为低电平时,电源管理系统的输入VIN处的电压为0V。
8.根据权利要求1所述的一种无实体开关装置,其特征在于,负载为鼠标系统、指纹行李锁、行李秤系统、电子价签、遥控器或弱电无线开关。
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