CN218920402U - 一种智能仪器的开关机电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种智能仪器的开关机电路，包括自恢复开关、电池输出引脚、开关电路输出引脚、第一三极管、第二三极管以及MOS管；所述自恢复开关包括自恢复正极引脚和自恢复负极引脚，所述自恢复正极引脚连接所述第一三极管和所述第二三极管的基极，所述自恢复负极引脚连接所述MOS管的源极和所述第二三极管的集电极，并通过第一分压电阻与所述MOS管的栅极连接；所述第一三极管的集电极与单片机的3.3V引脚和第一I/O口连接，所述第二三极管的基极还与单片机的第二I/O口连接，所述第一三极管和所述第二三极管的发射极均接地；所述MOS管的漏极连接于所述开关电路输出引脚。本实用新型能有效提高电池的续航能力。
Description
技术领域
本实用新型涉及开关电路技术领域，尤其涉及用于一种智能仪器的开关机电路。
背景技术
目前常见的一些智能仪器，为了便于检测工作，通常为移动式且采用可充电式的储能电池模块作为动力源，以便在无外部电源供电、无充电的场所等进行适用。而储能电池模块通常需要配备相应的开关机电路，以便对智能仪器进行开机启动和关机停止，在此过程中，如何确保智能仪器开机后能够快速输出电池电量为后端电路驱动工作、减少不必要的电量消耗以及关机后能完全停止各元件的耗电，以有效提升电池的续航能力，逐渐成为一个亟待解决的问题。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种智能仪器的开关机电路，有效提高电池的续航能力。
为实现上述技术目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种智能仪器的开关机电路，包括自恢复开关、电池输出引脚、开关电路输出引脚、第一三极管、第二三极管以及MOS管；
所述自恢复开关包括自恢复正极引脚和自恢复负极引脚，所述自恢复正极引脚连接所述第一三极管和所述第二三极管的基极，所述自恢复负极引脚连接所述MOS管的源极和所述第二三极管的集电极，并通过第一分压电阻与所述MOS管的栅极连接；
所述第一三极管的集电极与单片机的3.3V引脚和第一I/O口连接，所述第二三极管的基极还与单片机的第二I/O口连接，所述第一三极管和所述第二三极管的发射极均接地；
所述MOS管的漏极连接于所述开关电路输出引脚。
进一步地，所述MOS管为P沟道增强型场效应管，所述第一三极管和第二三极管均为NPN型三极管。
进一步地，还包括第一电容；
所述第一电容并联于所述第一分压电阻的两端；
所述第一电容的电容量为0.1uf。
进一步地，还包括第二分压电阻；
所述第二分压电阻串联于所述第一分压电阻与所述第二三极管的集电极之间；
所述第一分压电阻的阻值为10KΩ，所述第二分压电阻的阻值为1KΩ。
进一步地，还包括第一上拉电阻；
所述第一上拉电阻串联于所述3.3V引脚与所述第一三极管的集电极之间；
所述第一上拉电阻的阻值为10KΩ。
进一步地，还包括第一保护电阻；
所述第一保护电阻串联于所述自恢复正极引脚与所述第一三极管的基极之间；
所述第一保护电阻的阻值为1KΩ。
进一步地，还包括第一下拉电阻；
所述第一下拉电阻的一端并联于所述第一保护电阻与所述第一三极管的基极之间，所述第一下拉电阻的另一端接地；
所述第一下拉电阻的阻值为10KΩ。
进一步地，还包括第二保护电阻；
所述自恢复正极引脚和所述第二I/O口均通过所述第二保护电阻与所述第二三极管的基极连接；
所述第二保护电阻的阻值为1KΩ。
进一步地，还包括第一防反二极管；
所述第一防反二极管串联于所述自恢复正极引脚与所述第二三极管的基极之间，且所述第一防反二极管的正极连接所述自恢复正极引脚，负极连接所述第二三极管的基极。
进一步地，还包括第二防反二极管；
所述第二防反二极管串联于所述第二I/O口与所述第一防反二极管的负极之间，且所述第二防反二极管的正极连接所述第二I/O口，负极连接所述第二三极管的基极。
本实用新型的有益效果在于：本实用新型提供一种智能仪器的开关机电路，通过两个三极管配合一个MOS管，并引入一自恢复开关与单片机的两个I/O口，整体构成开关机电路，当需要对智能仪器进行开机时，可通过按下自恢复开关以闭合自恢复正极引脚和自恢复负极引脚，使第一三极管、第二三极管和MOS管瞬间导通，进而使单片机上电工作的同时，也使得电池电量经MOS管导通输出至后端电路，使整个仪器上电工作，但由于自恢复开关的特性，会在一定时间后自恢复断开状态，因此在单片机上电工作的瞬间，单片机即可通过读取到第一I/O口从高电平切换为低电平的状态，来控制第二I/O口输出高电平，进而在自恢复开关恢复断开后依然能由第二I/O口持续输出高电平来维持第二三极管和MOS管的导通，使智能仪器持续工作，而电池又无需继续为第一三极管的导通提供电流，从而使得电池的续航能力得到有效提升；同时当智能仪器不工作时只需控制第二I/O口输出低电平，即可使第二三极管和MOS管截止，确保智能仪器完全停止工作，减少各元件对电池电量的损耗，进一步提高电池的续航能力。
附图说明
图1为本实用新型实施例的一种智能仪器的开关机电路图。
标号说明：
Q1、第一三极管；Q2、第二三极管；Q3、MOS管；R1、第一分压电阻；R2、第二分压电阻；R3、第一上拉电阻；R4、第一保护电阻；R5、第一下拉电阻；R6、第二保护电阻；C1、第一电容；D1、第一防反二极管；D2、第二防反二极管；
POWER+、自恢复正极引脚；POWER-、自恢复负极引脚；
VOUT、电池输出引脚；VOUT+、开关电路输出引脚；
VDD3P3、3.3V引脚；KEY_IO、第一I/O口；PWR_IO、第二I/O口。
具体实施方式
为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
请参照图1，一种智能仪器的开关机电路，包括自恢复开关、电池输出引脚、开关电路输出引脚、第一三极管、第二三极管以及MOS管；
所述自恢复开关包括自恢复正极引脚和自恢复负极引脚，所述自恢复正极引脚连接所述第一三极管和所述第二三极管的基极，所述自恢复负极引脚连接所述MOS管的源极和所述第二三极管的集电极，并通过第一分压电阻与所述MOS管的栅极连接；
所述第一三极管的集电极与单片机的3.3V引脚和第一I/O口连接，所述第二三极管的基极还与单片机的第二I/O口连接，所述第一三极管和所述第二三极管的发射极均接地；
所述MOS管的漏极连接于所述开关电路输出引脚。
由上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：通过两个三极管配合一个MOS管，并引入一自恢复开关与单片机的两个I/O口，整体构成开关机电路，当需要对智能仪器进行开机时，可通过按下自恢复开关以闭合自恢复正极引脚和自恢复负极引脚，使第一三极管、第二三极管和MOS管瞬间导通，进而使单片机上电工作的同时，也使得电池电量经MOS管导通输出至后端电路，使整个仪器上电工作，但由于自恢复开关的特性，会在一定时间后自恢复断开状态，因此在单片机上电工作的瞬间，单片机即可通过读取到第一I/O口从高电平切换为低电平的状态，来控制第二I/O口输出高电平，进而在自恢复开关恢复断开后依然能由第二I/O口持续输出高电平来维持第二三极管和MOS管的导通，使智能仪器持续工作，而电池又无需继续为第一三极管的导通提供电流，从而使得电池的续航能力得到有效提升；同时当智能仪器不工作时只需控制第二I/O口输出低电平，即可使第二三极管和MOS管截止，确保智能仪器完全停止工作，减少各元件对电池电量的损耗，进一步提高电池的续航能力。
进一步地，所述MOS管为P沟道增强型场效应管，所述第一三极管和第二三极管均为NPN型三极管。
由上述描述可知，采用P沟道增强型场效应管和NPN型三极管，符合电路的基本原理。
进一步地，还包括第一电容；
所述第一电容并联于所述第一分压电阻的两端；
所述第一电容的电容量为0.1uf。
由上述描述可知，第一分压电阻作为将电池正极信号传输给MOS管栅极的电阻，其信号传输过程中会存在干扰信号，因此并联一规格很小为0.1uf的第一电容，可对信号进行滤波，使得MOS管栅极接收到的信号稳定无杂质。
进一步地，还包括第二分压电阻；
所述第二分压电阻串联于所述第一分压电阻与所述第二三极管的集电极之间；
所述第一分压电阻的阻值为10KΩ，所述第二分压电阻的阻值为1KΩ。
由上述描述可知，由于储能电池的输出电压通常很高，而MOS管栅极接收到的信号并不需要那么高的电压，因此引入第二分压电阻，与第一分压电阻配合实现对MOS管传输给MOS管栅极信号进行分压，其中，限定第一分压电阻为10KΩ，第二分压电阻为1KΩ，即第一分压电阻的阻值为第二分压电阻的十倍，计算得到MOS管栅极最终获得的信号的电压为电池总输出电压的十一分之一，确保信号的传输稳定。
进一步地，还包括第一上拉电阻；
所述第一上拉电阻串联于所述3.3V引脚与所述第一三极管的集电极之间；
所述第一上拉电阻的阻值为10KΩ。
由上述描述可知，第一上拉电阻用于对第一I/O口的电平状态进行上拉，即在第一三极管不导通时，第一I/O口的电平状态始终为高电平。
进一步地，还包括第一保护电阻；
所述第一保护电阻串联于所述自恢复正极引脚与所述第一三极管的基极之间；
所述第一保护电阻的阻值为1KΩ。
由上述描述可知，第一保护电阻对第一三极管的基极起到限流保护作用。
进一步地，还包括第一下拉电阻；
所述第一下拉电阻的一端并联于所述第一保护电阻与所述第一三极管的基极之间，所述第一下拉电阻的另一端接地；
所述第一下拉电阻的阻值为10KΩ。
由上述描述可知，第一保护电阻与第一下拉电阻配合，对第一三极管的基极电压起到分压作用，进一步对第一三极管的基极进行限流保护。
进一步地，还包括第二保护电阻；
所述自恢复正极引脚和所述第二I/O口均通过所述第二保护电阻与所述第二三极管的基极连接；
所述第二保护电阻的阻值为1KΩ。
由上述描述可知，第二保护电阻对第二三极管的基极起到限流保护作用。
进一步地，还包括第一防反二极管；
所述第一防反二极管串联于所述自恢复正极引脚与所述第二三极管的基极之间，且所述第一防反二极管的正极连接所述自恢复正极引脚，负极连接所述第二三极管的基极。
由上述描述可知，第一防反二极管可以有效防止第二I/O输出的高电平倒灌至第一三极管。
进一步地，还包括第二防反二极管；
所述第二防反二极管串联于所述第二I/O口与所述第一防反二极管的负极之间，且所述第二防反二极管的正极连接所述第二I/O口，负极连接所述第二三极管的基极。
由上述描述可知，第二防反二极管可以有效防止自恢复开关按下时，电池输出的电压倒灌至第二I/O口。
本实用新型提供的一种智能仪器的开关机电路，适用于各种具有储能电池的移动式智能仪器中，以下结合具体实施例进行说明。
请参照图1，本实用新型的实施例一为：
一种智能仪器的开关机电路，如图1所示，包括自恢复开关、电池输出引脚VOUT、开关电路输出引脚VOUT+、第一三极管Q1、第二三极管Q2以及MOS管Q3。
其中，自恢复开关包括自恢复正极引脚POWER+和自恢复负极引脚POWER-，自恢复正极引脚POWER+连接第一三极管Q1和第二三极管Q2的基极，自恢复负极引脚POWER-连接MOS管Q3的源极和第二三极管Q2的集电极，并通过第一分压电阻R1与MOS管Q3的栅极连接；第一三极管Q1的集电极与单片机的3.3V引脚VDD3P3和第一I/O口KEY_IO连接，第二三极管Q2的基极还与单片机的第二I/O口PWR_IO连接，第一三极管Q1和第二三极管Q2的发射极均接地；MOS管Q3的漏极连接于开关电路输出引脚VOUT+。
即在本实施例中，通过两个三极管配合一个MOS管Q3，并引入一自恢复开关与单片机的两个I/O口，整体构成开关机电路，当需要对智能仪器进行开机时，可通过按下自恢复开关以闭合自恢复正极引脚POWER+和自恢复负极引脚POWER-，使第一三极管Q1、第二三极管Q2和MOS管Q3瞬间导通，进而使单片机上电工作的同时，也使得电池电量经MOS管Q3导通输出至后端电路，使整个仪器上电工作，但由于自恢复开关的特性，会在一定时间后自恢复断开状态，因此在单片机上电工作的瞬间，单片机即可通过读取到第一I/O口KEY_IO从高电平切换为低电平的状态，来控制第二I/O口PWR_IO输出高电平，进而在自恢复开关恢复断开后依然能由第二I/O口PWR_IO持续输出高电平来维持第二三极管Q2和MOS管Q3的导通，使智能仪器持续工作，而电池又无需继续为第一三极管Q1的导通提供电流，从而使得电池的续航能力得到有效提升；同时当智能仪器不工作时只需控制第二I/O口PWR_IO输出低电平，即可使第二三极管Q2和MOS管Q3截止，确保智能仪器完全停止工作，减少各元件对电池电量的损耗，进一步提高电池的续航能力。
其中，MOS管Q3为P沟道增强型场效应管，第一三极管Q1和第二三极管Q2均为NPN型三极管，符合电路的基本原理。具体的，在本实施例中，第一三极管Q1和第二三极管Q2均为8050三极管，MOS管Q3为SI2301场效应管。
请参照图1，本实用新型的实施例二为：
一种智能仪器的开关机电路，在上述实施例一的基础上，在本实施例中，如图1所示，还包括第一电容C1。
其中，在本实施例中，第一电容C1并联于第一分压电阻R1的两端，且第一电容C1的电容量为0.1uf。
即在本实施例中，第一分压电阻R1作为将电池正极信号传输给MOS管Q3栅极的电阻，其信号传输过程中会存在干扰信号，因此并联一规格很小为0.1uf的第一电容C1，可对信号进行滤波，使得MOS管Q3栅极接收到的信号稳定无杂质。
在本实施例中，再如图1所示，还包括第二分压电阻R2。第二分压电阻R2串联于第一分压电阻R1与第二三极管Q2的集电极之间，且第一分压电阻R1的阻值为10KΩ，第二分压电阻R2的阻值为1KΩ。
即由于储能电池的输出电压通常很高，而MOS管Q3栅极接收到的信号并不需要那么高的电压，因此引入第二分压电阻R2，与第一分压电阻R1配合实现对MOS管Q3传输给MOS管Q3栅极信号进行分压，其中，限定第一分压电阻R1为10KΩ，第二分压电阻R2为1KΩ，即第一分压电阻R1的阻值为第二分压电阻R2的十倍，计算得到MOS管Q3栅极最终获得的信号的电压为电池总输出电压的十一分之一，确保信号的传输稳定。
请参照图1，本实用新型的实施例三为：
一种智能仪器的开关机电路，在上述实施例一或实施例二的基础上，在本实施例中，如图1所示，还包括第一上拉电阻R3。
其中，第一上拉电阻R3串联于3.3V引脚VDD3P3与第一三极管Q1的集电极之间，且第一上拉电阻R3的阻值为10KΩ。
即在本实施例中，第一上拉电阻R3用于对第一I/O口KEY_IO的电平状态进行上拉，即在第一三极管Q1不导通时，第一I/O口KEY_IO的电平状态始终为高电平。
同时，再如图1所示，在本实施例中，还包括第一保护电阻R4和第一下拉电阻R5。其中，第一保护电阻R4串联于自恢复正极引脚POWER+与第一三极管Q1的基极之间，对第一三极管Q1的基极起到限流保护作用；第一下拉电阻R5的一端并联于第一保护电阻R4与第一三极管Q1的基极之间，且第一下拉电阻R5的另一端接地，第一下拉电阻R5可与第一下拉电阻R5配合，对第一三极管Q1的基极电压起到分压作用，进一步对第一三极管Q1的基极进行限流保护。
在本实施例中，第一保护电阻R4的阻值为1KΩ，第一下拉电阻R5的阻值为10KΩ。
另外，在本实施例中，再如图1所示，还包括第二保护电阻R6，其中自恢复正极引脚POWER+和第二I/O口PWR_IO均通过第二保护电阻R6与第二三极管Q2的基极连接，第二保护电阻R6可对第二三极管Q2的基极起到限流保护作用。其中，第二保护电阻R6的阻值也与第一保护电阻R4一样，均为1KΩ。
请参照图1，本实用新型的实施例四为：
一种智能仪器的开关机电路，在上述实施例一至实施例三任一实施例的基础上，在本实施例中，如图1所示，还包括第一防反二极管D1；
第一防反二极管D1串联于自恢复正极引脚POWER+与第二三极管Q2的基极之间，且第一防反二极管D1的正极连接自恢复正极引脚POWER+，负极连接第二三极管Q2的基极。
其中，还包括第二防反二极管D2；
第二防反二极管D2串联于第二I/O口PWR_IO与第一防反二极管D1的负极之间，且第二防反二极管D2的正极连接第二I/O口PWR_IO，负极连接第二三极管Q2的基极。
即在本实施例中，第一防反二极管D1可以有效防止第二I/O输出的高电平倒灌至第一三极管Q1，第二防反二极管D2可以有效防止自恢复开关按下时，电池输出的电压倒灌至第二I/O口PWR_IO。具体的，在本实施例中，第一防反二极管D1和第二防反二极管D2均为MBR0520二极管。
具体的，在本实施例中，对开关机电路的开机和关机过程进行如下说明：
开机时，自恢复开关按下，自恢复正极引脚POWER+与自恢复负极引脚POWER-相连，第一三极管Q1和第二三极管Q2的基极均有电池输出引脚VOUT输出的电流经过，第一三极管Q1和第二三极管Q2瞬间导通，同时MOS管Q3的栅极因第二三极管Q2的导通接地，MOS管Q3导通，此时电池输出引脚VOUT输出的电压经MOS管Q3至开关电路输出引脚VOUT+输出为后级电提供工作电压，单片机开始工作。第一三极管Q1导通时，单片机的第一I/O口KEY_IO检测到其引脚由高电平变为低电平(为了使得检测更加稳定和准确，可设置按下自恢复开关的时间为至少3s的时间)，然后单片机控制第二I/O口PWR_IO持续输出高电平进而使第二三极管Q2继续处于导通状态，保证MOS管Q3也继续处于导通状态，使得电池的电量持续输出以确保智能仪器的连续工作，这一过程即是智能仪器的开机过程。
当单片机程序设计MCU中的某些模块，例如WIFI模块、BLE模块、数模转换模块等长时间未工作(可根据需要设置阈值)时，单片机控制第二I/O口PWR_IO输出低电平，使得第二三极管Q2由导通变为截止状态，进而使得MOS管Q3也由导通变为截止状态，后端电路断电，智能仪器即自动关机。
综上所述，本实用新型提供的一种智能仪器的开关机电路，具有以下有益效果：
1、在确保快速开机的同时，减少开机后无关元器件对电池电量的消耗，提高电池的续航能力；
2、关机后整个开关机电路各三极管和MOS管均断开，确保无元器件消耗电池电量，进一步提高电池的续航能力。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种智能仪器的开关机电路，其特征在于，包括自恢复开关、电池输出引脚、开关电路输出引脚、第一三极管、第二三极管以及MOS管；
所述自恢复开关包括自恢复正极引脚和自恢复负极引脚，所述自恢复正极引脚连接所述第一三极管和所述第二三极管的基极，所述自恢复负极引脚连接所述MOS管的源极和所述第二三极管的集电极，并通过第一分压电阻与所述MOS管的栅极连接；
所述第一三极管的集电极与单片机的3.3V引脚和第一I/O口连接，所述第二三极管的基极还与单片机的第二I/O口连接，所述第一三极管和所述第二三极管的发射极均接地；
所述MOS管的漏极连接于所述开关电路输出引脚。
2.根据权利要求1所述的一种智能仪器的开关机电路，其特征在于，所述MOS管为P沟道增强型场效应管，所述第一三极管和第二三极管均为NPN型三极管。
3.根据权利要求1所述的一种智能仪器的开关机电路，其特征在于，还包括第一电容；
所述第一电容并联于所述第一分压电阻的两端；
所述第一电容的电容量为0.1uf。
4.根据权利要求1所述的一种智能仪器的开关机电路，其特征在于，还包括第二分压电阻；
所述第二分压电阻串联于所述第一分压电阻与所述第二三极管的集电极之间；
所述第一分压电阻的阻值为10KΩ，所述第二分压电阻的阻值为1KΩ。
5.根据权利要求1所述的一种智能仪器的开关机电路，其特征在于，还包括第一上拉电阻；
所述第一上拉电阻串联于所述3.3V引脚与所述第一三极管的集电极之间；
所述第一上拉电阻的阻值为10KΩ。
6.根据权利要求1所述的一种智能仪器的开关机电路，其特征在于，还包括第一保护电阻；
所述第一保护电阻串联于所述自恢复正极引脚与所述第一三极管的基极之间；
所述第一保护电阻的阻值为1KΩ。
7.根据权利要求6所述的一种智能仪器的开关机电路，其特征在于，还包括第一下拉电阻；
所述第一下拉电阻的一端并联于所述第一保护电阻与所述第一三极管的基极之间，所述第一下拉电阻的另一端接地；
所述第一下拉电阻的阻值为10KΩ。
8.根据权利要求1所述的一种智能仪器的开关机电路，其特征在于，还包括第二保护电阻；
所述自恢复正极引脚和所述第二I/O口均通过所述第二保护电阻与所述第二三极管的基极连接；
所述第二保护电阻的阻值为1KΩ。
9.根据权利要求1所述的一种智能仪器的开关机电路，其特征在于，还包括第一防反二极管；
所述第一防反二极管串联于所述自恢复正极引脚与所述第二三极管的基极之间，且所述第一防反二极管的正极连接所述自恢复正极引脚，负极连接所述第二三极管的基极。
10.根据权利要求9所述的一种智能仪器的开关机电路，其特征在于，还包括第二防反二极管；
所述第二防反二极管串联于所述第二I/O口与所述第一防反二极管的负极之间，且所述第二防反二极管的正极连接所述第二I/O口，负极连接所述第二三极管的基极。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |