CN216647307U - 低功耗定时开关机电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了低功耗定时开关机电路，包括：处理器、主控单元、时钟单元、开关控制单元以及电源开关件，电源开关件的一端连接有电源，电源与主控单元连接；主控单元，用于当时钟单元所计数的时间达到开机时间点时，输出控制信号；开关控制单元，用于根据处理器输出的信号以及控制信号切换为导通状态或截断状态；电源开关件，用于当开关控制单元为导通状态时，切换为导通状态，以使得电源输出电流至处理器，当开关控制单元为截断状态时，切换为截断状态，以使得电源对主控单元供电。通过实施本实用新型实施例的电路可实现在设备不工作或可关机阶段可做到超低功耗地定时开关机，避免长时间工作出现时差的问题。

Description

低功耗定时开关机电路

技术领域

本实用新型涉及开关机电路技术领域，尤其涉及低功耗定时开关机电路。

背景技术

在智能设备中，均采用到定时开关机的电路，以实现开关机的智能化。现有两种方式实现定时开关机，第一种是基于处理器自带的内部RTC(实时时钟Real_Time Clock)功能，在设备可以关机的时候让处理器进入深度睡眠状态，处理器的RTC仍然在工作，RTC到设备事前设置好的时间点唤醒处理器，并未关闭RTC之外的其他电路电源；第二种是使用外部RTC，因为处理器内部RTC存在一定的误差，所以不使用内部RTC功能，在处理器工作完，进入深度睡眠模式前给外部RTC设置唤醒时间，外部RTC持续工作计时，到设置好的时间则唤醒处理器继续工作。但是上述的第一种方式不仅内部的RTC时钟存在较大的误差，在长时间之后会出现较大的时间偏差，而且处理器处于深度睡眠状态时也存在一定的mA级别功耗，再加上DCDC持续工作为处理器供电，DCDC芯片本身也存在转换损耗、轻载损耗，无法实现时差小且超低功耗的需求；第二种方式虽然使用了外部的RTC，实现了长时间后出现时差的问题，但是在功耗的损耗上面存在着同样的问题，处理器的睡眠功耗以及DCDC电源芯片的转化损耗和轻载损耗等功耗问题。

因此，有必要设计一种新的电路，实现在设备不工作或可关机阶段可做到超低功耗地定时开关机，避免长时间工作出现时差的问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供低功耗定时开关机电路。

为解决上述技术问题，本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：提供低功耗定时开关机电路，包括：处理器、主控单元、时钟单元、开关控制单元以及电源开关件，所述处理器与所述主控单元连接，所述电源开关件以及所述开关控制单元分别与所述处理器连接；所述主控单元分别与所述时钟单元以及所述开关控制单元连接，所述电源开关件的一端连接有电源，所述电源与所述主控单元连接；所述时钟单元，用于时间计数；所述主控单元，用于当时钟单元所计数的时间达到开机时间点时，输出控制信号；所述开关控制单元，用于根据处理器输出的信号以及所述控制信号切换为导通状态或截断状态；所述电源开关件，用于当开关控制单元为导通状态时，切换为导通状态，以使得电源输出电流至处理器，当开关控制单元为截断状态时，切换为截断状态，以使得电源对主控单元供电。

其进一步技术方案为：所述主控单元包括RTC芯片U1，所述RTC芯片U1的型号为PT7C4337。

其进一步技术方案为：所述时钟单元包括电容C1、电容C2、无源晶振Y1、电阻R1以及电阻R2，其中，所述电容C1以及所述电容C2的一端接地，所述无源晶振Y1的一端与所述电容C1连接，所述无源晶振Y1的另一端与所述电容C2连接，所述电容C1的另一端通过电阻R1与所述主控单元连接，所述电容C2的另一端通过电阻R2与所述主控单元连接。

其进一步技术方案为：所述主控单元通过上拉电阻R4与所述开关控制单元连接。

其进一步技术方案为：所述开关控制单元包括二极管D1、二极管D2、MOS管Q3以及三极管Q2，所述二极管D1与所述处理器连接；所述MOS管Q3与所述主控单元连接，所述二极管D2与所述MOS管Q3连接；所述二极管D1以及所述二极管D2分别与所述三极管Q2连接；所述三极管Q2与所述电源开关件连接。

其进一步技术方案为：所述MOS管Q3通过电阻R10与所述上拉电阻R4连接。

其进一步技术方案为：所述二极管D1通过电阻R8与所述处理器连接。

其进一步技术方案为：所述二极管D1通过电阻R9与所述三极管Q2连接；所述二极管D2通过电阻R11与所述三极管Q2连接。

其进一步技术方案为：所述电源开关件包括MOS管Q1。

其进一步技术方案为：所述电源开关件通过电阻R7与所述三极管Q2连接。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：本实用新型通过设置处理器、主控单元、时钟单元、开关控制单元以及电源开关件，当处于开机状态时，处理器、主控单元正常工作，且开关控制单元处于导通状态，电源通过导通的电源开关件正常输出，当处于关机状态时，处理器驱动开关控制单元切换为截断状态，使得电源仅对主控单元供电，当从关机状态切换为开机状态时，主控单元驱动开关控制单元切换为导通状态，电源可正常输出，且处理器正常工作，确保电源开关件处于导通状态，实现在设备不工作或可关机阶段可做到超低功耗地定时开关机，避免长时间工作出现时差的问题。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步描述。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的低功耗定时开关机电路的示意性框图；

图2为本实用新型实施例提供的低功耗定时开关机电路的具体电路原理图；

图中标识说明：

10、处理器；20、主控单元；30、时钟单元；40、开关控制单元；50、电源开关件；60、电源。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本实用新型说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本实用新型。如在本实用新型说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本实用新型说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

请参阅图1，图1为本实用新型实施例提供的低功耗定时开关机电路的示意性框图，该电路可以运用在智能设备中，可适用在物联网场景且单电池供电的对功耗有非常高要求的应用场景设备中，实现超低功耗自动定时开关机。使用外部RTC，解决长时间低时差的问题，实现设备不工作时尽可能多地关闭系统电源60减少系统电源60损耗，且在超低功耗的基础上实现定时开机，并快速获取准确实时时钟的功。

请参阅图1，低功耗定时开关机电路，包括：处理器10、主控单元20、时钟单元30、开关控制单元40以及电源开关件50，处理器10与主控单元20连接，电源开关件50以及所述开关控制单元40分别与处理器10连接；主控单元20分别与时钟单元30以及开关控制单元40连接，电源开关件50的一端连接有电源60，电源60与主控单元20连接；时钟单元30，用于时间计数；主控单元20，用于当时钟单元30所计数的时间达到开机时间点时，输出控制信号；开关控制单元40，用于根据处理器10输出的信号以及所述控制信号切换为导通状态或截断状态；电源开关件50，用于当开关控制单元40为导通状态时，切换为导通状态，以使得电源60输出电流至处理器10，当开关控制单元40为截断状态时，切换为截断状态，以使得电源60对主控单元20供电。

在本实施例中，当处于开机状态时，主控单元20正常工作，处理器10与主控单元20通信，设置好每次开关机的时间，也就是开机时间点以及关机时间点，当整个设备处于开机状态时，电源开关件50处于导通状态，电源60可正常输出，以使得处理器10正常工作，当准备关机时，处理器10输出零电平，以驱动开关控制单元40切换为截断状态，此时电源60仅对主控单元20供电，主控单元20正常工作；当从关机状态切换为开机状态时，主控单元20驱动开关控制单元40切换为导通状态，以使得电源开关件50处于导通状态，电源60可正常输出，以使得处理器10正常工作，且处理器10持续输出信号，以使得开关控制单元40保持导通状态，且此时处理器10也可快速从主控单元20内读取实时时间，减少通过网络获取时间工作。综上所述，当处于关机状态时仅有主控单元20工作，该主控单元20为支持宽压范围工作电压，所以电源60无需转化可直接为主控单元20供电，减少电源60芯片的损耗，另外该主控单元20工作时持续电流仅为uA级别，能够达到超低功耗的级别要求，且电源开关件50完全关掉后级电源，后级损耗基本为0，达到低功耗地定时开关机。

在一实施例中，请参阅图2，上述的主控单元20包括RTC芯片U1，RTC芯片U1的型号为PT7C4337。

图2中的VBAT为设备整机电源60，一般为单电池电源603.3-3.7V，VOUT为VBAT电源60经过MOS管Q1后级电源3.3-3.7V，SYS_3V3为处理器10工作时的GPIO管脚电源60，一般为处理器10的工作电源60。

在一实施例中，请参阅图2，上述的时钟单元30包括电容C1、电容C2、无源晶振Y1、电阻R1以及电阻R2，其中，电容C1以及电容C2的一端接地，无源晶振Y1的一端与电容C1连接，无源晶振Y1的另一端与电容C2连接，电容C1的另一端通过电阻R1与主控单元20连接，电容C2的另一端通过电阻R2与主控单元20连接。时钟单元30是为主控单元20提供计时的功能，由便于计算当前时间是否达到处理器10是设置的开机时间点或者关机时间点。其中无源晶振Y1不需要提供电源60，不存在功耗的问题。

在一实施例中，请参阅图2，上述的主控单元20通过上拉电阻R4与开关控制单元40连接。

在本实施例中，上拉电阻R4为主控单元20的中断输出信号上拉电阻，大小10KΩ。

在一实施例中，请参阅图2，上述的主控单元20通过上拉电阻R3以及上拉电阻R5连接电源60。上拉电阻R3以及上拉电阻R5为主控单元20通信管脚I2C的上拉电阻，其大小分别为10KΩ。

在一实施例中，请参阅图2，上述的开关控制单元40包括二极管D1、二极管D2、MOS管Q3以及三极管Q2，二极管D1与处理器10连接；MOS管Q3与主控单元20连接，二极管D2与MOS管Q3连接；二极管D1以及二极管D2分别与三极管Q2连接；三极管Q2与电源开关件50连接。

在一实施例中，请参阅图2，MOS管Q3通过电阻R10与上拉电阻R4连接。

在一实施例中，请参阅图2，二极管D1通过电阻R8与处理器10连接。

在一实施例中，请参阅图2，二极管D1通过电阻R9与三极管Q2连接；二极管D2通过电阻R11与三极管Q2连接。

在一实施例中，请参阅图2，电源开关件50包括MOS管Q1。在本实施例中，MOS管Q1为电源60开关MOS管，其过流能力达到设备工作电流的2倍。

在一实施例中，请参阅图2，电源开关件50通过电阻R7与三极管Q2连接。具体地，MOS管Q1通过电阻R7与三极管Q2连接。

整个电路的工作原理如下：

当电路处于开机状态时，RTC芯片U1正常工作，RTC芯片U1的中断脚3输出无效为高电平状态并通过上拉电阻R4上拉到VBAT，所以MOS管Q3的1脚G极为高，此时MOS管Q3截至，二极管D2的左边不会影响右边的状态，处理器10和RTC芯片U1通信，处理器10设置好每次开关机的时间。此时电路处于开机状态，MOS管Q1导通，后级VOUT和SYS_3V3正常输出，处理器10正常工作，所以二极管D1的左边控制着右边的状态，即三极管Q2的1脚基级。处理器10正常工作，控制GPIO1持续输出高电平，即三极管Q2的基级为高，三极管Q2的3脚与2脚导通，所以MOS管Q1的1脚G极与三极管Q2的3脚导通到GND，所以MOS管Q1的2脚S极和3脚D极导通，所以VOUT持续输出，设备正常工作。

当电路准备关机时，在设备进入关机之前，处理器10设置RTC芯片U1的时间，定时开机，然后处理器10控制GPIO1输出0电平，拉低二极管D1的左边，此时三极管Q2的1脚基级完全被电阻R11拉低到GND，三极管Q2的2脚3脚截断，MOS管Q1的1脚为高阻态，所以MOS管Q1截断，VOUT的电源60断开输出，后级系统SYS_3V3的电源60同时断开。MOS管Q1后级的电源60均为关闭，处理器10关机，而RTC芯片U1的供电为第一级电源60供电，此时RTC芯片U1持续正常工作。

当电路从关机到开机：在RTC芯片U1计数到事先设置好的开机时间点时，RTC芯片U1的3脚中断脚会输出低电平信号持续一段时间，此时MOS管Q3的1脚被拉到GND，所以MOS管Q3导通，二极管D2的左边为高电平，所以二极管D2的右边同样为高电平即三极管Q2的1脚为高电平，此时三极管Q2的3脚和2脚导通，所以MOS管Q1的1脚导通到GND，此时MOS管Q1的2脚和3脚导通，VOUT输出正常，后续电源60正常，处理器10开机，处理器10工作后输出GPIO1为高，控制三极管Q2的1脚为高，维持MOS管Q1的导通，电源60正常工作，处理器10也能快速从RTC芯片U1读取实时时间，减少通过网络获取时间工作。

综上所述，在关机阶段只有RTC芯片U1在工作，该RTC芯片为支持宽压范围工作电压，所以第一级电源60无需转化可直接为RTC供电，减少电源60芯片的损耗，另外该RTC芯片U1工作时持续电流仅为uA级别，能够达到超低功耗的级别要求，且MOS管Q1完全关掉后级电源，后级损耗基本为0。

上述的低功耗定时开关机电路，通过设置处理器10、主控单元20、时钟单元30、开关控制单元40以及电源开关件50，当处于开机状态时，处理器10、主控单元20正常工作，且开关控制单元40处于导通状态，电源60通过导通的电源开关件50正常输出，当处于关机状态时，处理器10驱动开关控制单元40切换为截断状态，使得电源60仅对主控单元20供电，当从关机状态切换为开机状态时，主控单元20驱动开关控制单元40切换为导通状态，电源60可正常输出，且处理器10正常工作，确保电源开关件50处于导通状态，实现在设备不工作或可关机阶段可做到超低功耗地定时开关机，避免长时间工作出现时差的问题。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，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.低功耗定时开关机电路，其特征在于，包括：处理器、主控单元、时钟单元、开关控制单元以及电源开关件，所述处理器与所述主控单元连接，所述电源开关件以及所述开关控制单元分别与所述处理器连接；所述主控单元分别与所述时钟单元以及所述开关控制单元连接，所述电源开关件的一端连接有电源，所述电源与所述主控单元连接；所述时钟单元，用于时间计数；所述主控单元，用于当时钟单元所计数的时间达到开机时间点时，输出控制信号；所述开关控制单元，用于根据处理器输出的信号以及所述控制信号切换为导通状态或截断状态；所述电源开关件，用于当开关控制单元为导通状态时，切换为导通状态，以使得电源输出电流至处理器，当开关控制单元为截断状态时，切换为截断状态，以使得电源对主控单元供电。

2.根据权利要求1所述的低功耗定时开关机电路，其特征在于，所述主控单元包括RTC芯片U1，所述RTC芯片U1的型号为PT7C4337。

3.根据权利要求1所述的低功耗定时开关机电路，其特征在于，所述时钟单元包括电容C1、电容C2、无源晶振Y1、电阻R1以及电阻R2，其中，所述电容C1以及所述电容C2的一端接地，所述无源晶振Y1的一端与所述电容C1连接，所述无源晶振Y1的另一端与所述电容C2连接，所述电容C1的另一端通过电阻R1与所述主控单元连接，所述电容C2的另一端通过电阻R2与所述主控单元连接。

4.根据权利要求3所述的低功耗定时开关机电路，其特征在于，所述主控单元通过上拉电阻R4与所述开关控制单元连接。

5.根据权利要求4所述的低功耗定时开关机电路，其特征在于，所述开关控制单元包括二极管D1、二极管D2、MOS管Q3以及三极管Q2，所述二极管D1与所述处理器连接；所述MOS管Q3与所述主控单元连接，所述二极管D2与所述MOS管Q3连接；所述二极管D1以及所述二极管D2分别与所述三极管Q2连接；所述三极管Q2与所述电源开关件连接。

6.根据权利要求5所述的低功耗定时开关机电路，其特征在于，所述MOS管Q3通过电阻R10与所述上拉电阻R4连接。

7.根据权利要求6所述的低功耗定时开关机电路，其特征在于，所述二极管D1通过电阻R8与所述处理器连接。

8.根据权利要求7所述的低功耗定时开关机电路，其特征在于，所述二极管D1通过电阻R9与所述三极管Q2连接；所述二极管D2通过电阻R11与所述三极管Q2连接。

9.根据权利要求1所述的低功耗定时开关机电路，其特征在于，所述电源开关件包括MOS管Q1。

10.根据权利要求8所述的低功耗定时开关机电路，其特征在于，所述电源开关件通过电阻R7与所述三极管Q2连接。

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