一種關機控制電路及電子產品的製作方法

2023-11-06 22:14:42

一種關機控制電路及電子產品的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種關機控制電路及電子產品，包括主晶片、為主晶片供電的電源轉換電路和復位晶片；所述復位晶片連接系統電源，在系統電源的電壓低於關機電壓時，輸出復位信號至電源轉換電路的使能端，控制電源轉換電路停止運行，切斷主晶片的供電，使系統關機。本發明的關機控制電路，結構設計簡單，實現容易，成本低廉，可以顯著提高系統抵抗紋波幹擾的能力和待機狀態下系統準確關機的功能，並同時能夠滿足系統在充電狀態下不關機的設計要求。將其應用在採用電池供電的可攜式電子產品中，可以提高產品運行的穩定性和可靠性，提升產品的整機性能。
【專利說明】一種關機控制電路及電子產品
【技術領域】
[0001]本發明屬於開關機控制電路【技術領域】，具體地說，是涉及一種用於控制系統準確關機的電路結構設計以及採用所述關機控制電路設計的電子產品。
【背景技術】
[0002]對於可攜式電子產品來說，大都採用內置電池的方式為系統電路供電，以方便用戶外出攜帶使用，例如手機、相機、耳機、平板電腦等。由於電子產品在使用過程中，會導致其電池電量不斷下降。當系統電源的電壓處於開關機臨界狀態時，如果此時系統受到幹擾電源產生的紋波幹擾，導致檢測到的系統電源電壓低於了關機電壓，則系統會立即執行關機操作，進而出現系統意外關機的問題。
[0003]另外，當系統進入待機模式後，為了降低待機功耗，系統中的主處理器不再對系統電源的電壓進行檢測。而此時，由於整個系統有一定的漏電流存在，因而會導致電池繼續耗電，系統電源的電壓持續降低，直到電池過度放電，進入保護狀態，停止輸出電壓時，系統才會由於供電的消失而斷電關機。由於電池過度放電，不僅會縮短電池的使用壽命，而且還會導致電池的有效充電容量降低，這些都會對電子產品的待機續航時間和使用壽命產生極大的影響。因而，如何在系統處於待機模式下，實現系統的正常關機，以延長電池的使用壽命，提高產品的性能，是可攜式電子產品研發領域需要解決的一項主要問題。

【發明內容】

[0004]本發明的目的在於提供一種關機控制電路，以實現對系統電路的準確關機控制。
[0005]為解決上述技術問題，本發明採用以下技術方案予以實現:
一種關機控制電路，包括主晶片、為主晶片供電的電源轉換電路和復位晶片；所述復位晶片連接系統電源，在系統電源的電壓低於關機電壓時，輸出復位信號至電源轉換電路的使能端，控制電源轉換電路停止運行，切斷主晶片的供電，使系統關機。
[0006]進一步的，所述復位晶片在系統電源的電壓高於關機電壓時，輸出高電平的復位信號，控制電源轉換電路使能運行，並為一儲能電容充電；當系統電源的電壓低於關機電壓時，儲能電容放電，維持電源轉換電路繼續使能運行一段時間後關閉，在所述的一段時間內，主晶片檢測到復位晶片輸出的復位信號變為低電平，控制系統電路轉入關機模式。
[0007]又進一步的，所述電源轉換電路的使能端通過放電電阻接地，以用於控制儲能電容的放電時間。
[0008]為了在系統即將關機時，能夠為用戶提供清楚地指示，以方便用戶了解產品當前的工作狀態，所述主晶片在接收到低電平的復位信號後，控制一個指示燈發光，進行關機指
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[0009]為了進一步達到消除紋波幹擾，避免系統意外關機的設計目的，本發明在所述關機控制電路中還設置有一開關電路，將所述開關電路連接在系統電源與電源轉換電路的使能端之間，當系統電源的電壓下降到開關機臨界狀態時，主晶片控制開關電路動作，通過系統電源控制電源轉換電路保持使能運行，持續為主晶片供電，控制系統維持運行模式。
[0010]進一步的，當系統電源的電壓在設定的時間段內均低於關機電壓時，所述主晶片控制開關電路動作，切斷系統電源向電源轉換電路的使能端的電壓輸出，進而控制系統正常關機。
[0011]作為所述開關電路的一種優選電路組建方案，在所述開關電路中優選設置有一NPN型三極體和一 PMOS管，所述NPN型三極體的基極接收主晶片輸出的控制信號，發射極接地，集電極通過限流電阻連接所述的系統電源，並與PMOS管的柵極相連接；所述PMOS管的源極連接系統電源，漏極連接電源轉換電路的使能端。
[0012]為了在電子產品充電的過程中，系統能夠維持在運行或者待機的工作模式下，SP達到充電過程中系統不能關機的設計目的，本發明在所述關機控制電路中還設置有充電管理晶片，利用充電管理晶片在系統充電的期間內，輸出充電狀態指示信號至電源轉換電路的使能端，通過控制電源轉換電路在系統充電的過程中保持使能運行，持續為主晶片供電，從而保持系統當前的待機或者開機運行模式。
[0013]優選的，所述充電管理晶片的充電狀態指示信號輸出端與所述電源轉換電路的使能端之間接有防倒灌電路；和/或，所述復位晶片的復位信號輸出端與所述電源轉換電路的使能端之間接有防倒灌電路。
[0014]基於上述關機控制電路的結構設計，本發明還提出了一種採用所述關機控制電路設計的電子產品，包括主晶片、為主晶片供電的電源轉換電路和復位晶片；所述復位晶片連接系統電源，在系統電源的電壓低於關機電壓時，輸出復位信號至電源轉換電路的使能端，控制電源轉換電路停止運行，切斷主晶片的供電，使系統關機。由此可以實現在系統處於待機模式下，由於漏電流的存在而導致系統電源持續下降，並降低到關機電壓時，系統能夠正常關機的功能，繼而避免造成電池過度放電問題的出現。
[0015]與現有技術相比，本發明的優點和積極效果主要體現在以下幾個方面:
1、本發明利用復位晶片在為其供電的電源電壓降低到一設定值時，能夠輸出掉電復位信號的工作特性，在系統待機時，利用系統電源為復位晶片供電，當系統電源的電壓由於系統漏電流的存在而降低到關機電壓時，可以利用復位晶片產生的復位信號控制電源轉換電路停止向主晶片供電，進而通過控制主晶片斷電來控制整個系統關機，以避免電池電量的繼續消耗，由此解決了電池在系統待機模式下過度放電的問題，保證了電池的正常使用壽命O
[0016]2、本發明採用在系統電源的電壓處於開關機臨界狀態時，利用系統電源控制電源轉換電路持續使能，不間斷地為主晶片供電的設計方式，以保持主晶片的開機運行模式，使系統不會由於幹擾電源產生的紋波幹擾，而錯誤地控制電源轉換電路停止運行，導致系統出現意外關機的問題，由此提高了系統運行的穩定性和可靠性。
[0017]3、本發明利用充電管理晶片在充電過程中產生的充電狀態指示信號控制電源轉換電路使能，由此可以保證主晶片在系統充電的過程中維持運行模式，進而滿足了系統充電狀態下不關機的設計要求。
[0018]4、本發明的關機控制電路，結構設計簡單，實現容易，成本低廉，應用在採用電池供電的可攜式電子產品中，可以提高產品運行的穩定性，提升產品的整機性能。
[0019]結合附圖閱讀本發明實施方式的詳細描述後，本發明的其他特點和優點將變得更加清楚。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發明所提出的關機控制電路的一種實施例的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細地說明。
[0022]本實施例為了達到控制系統準確關機的設計目的，針對系統在運行過程中可能出現的三種關機問題:待機狀態下的準確關機問題、系統電源的電壓下降到開關機臨近狀態時的意外關機問題、充電期間內系統保持不關機的問題，分別提出解決方案，以實現對系統的準確關機控制。
[0023]本實施例為解決上述三種關機問題所提出的系統關機控制方案，均圍繞為系統主晶片提供工作電源的電源轉換電路展開設計，通過合理地對電源轉換電路進行使能控制，使電源轉換電路在系統應該保持運行模式的期間內，保證系統主晶片的不間斷供電，以維持系統持續運行，避免出現系統意外關機的問題；而在系統應該進入關機模式時，通過控制電源轉換電路停止使能，切斷向主晶片供電，以使整機系統因主晶片的掉電而進入關機模式，從而實現了對系統的準確關機控制。
[0024]下面結合圖1，對解決上述三種關機問題所採用的具體電路結構設計及其工作原理進行詳細地闡述。
[0025]首先，針對系統在待機模式下如何準確關機的問題，本實施例提出了一種藉助復位晶片Ul輸出的復位信號，控制電源轉換電路U2在系統電源P0WER_0N的電壓下降到關機電壓時，停止使能，進而關斷向主晶片MCU的供電，以控制系統準確地進入關機模式，參見圖1所示。
[0026]具體來講，本實施例在系統中設計一顆具有掉電復位功能的復位晶片U1，將所述復位晶片Ul的供電端VDD連接系統電源P0WER_0N，利用系統電源P0WER_0N為復位晶片Ul供電。所述系統電源P0WER_0N可以具體指電池，即利用系統電池輸出的電壓為復位晶片UI供電；當然，所述系統電源P0WER_0N也可以是系統電池和充電電源經由選通電路選擇輸出的一路供電電源，即在系統未插入充電電源時，選通系統電池作為所述的系統電源P0WER_0N，而在系統充電過程中，選通充電電源作為所述的系統電源P0WER_0N，為系統的內部電路供電。
[0027]在本實施例中，利用復位晶片Ul對輸入的系統電源P0WER_0N的電壓進行檢測，當系統電源P0WER_0N的電壓低於其內部預設的一個設定值時，復位晶片Ul判定系統電源P0WER_0N掉電，通過其輸出端VOUT輸出表示掉電的復位信號，例如低電平的復位信號，傳輸至電源轉換電路U2的使能端EN，通過停止電源轉換電路U2使能，以控制電源轉換電路U2停止向系統主晶片MCU供電，進而通過控制主晶片MCU斷電，以使系統關機。
[0028]採用這種設計方式，可以配置復位晶片Ul的設定值等於系統的關機電壓，例如
3.3V。當系統進入待機模式後，維持復位晶片Ul繼續運行，實時檢測系統電源P0WER_0N的電壓是否低於關機電壓。若系統電源P0WER_0N的電壓高於關機電壓，則輸出高電平的復位信號，控制電源轉換電路U2維持使能運行，為主晶片MCU提供不間斷的電力供應；若系統在待機模式下，由於漏電流的存在而導致系統電池的剩餘電量過低，從而使系統電源POWER_ON的電壓低於關機電壓時,則復位晶片Ul輸出低電平的復位信號,控制電源轉換電路U2停止使能，不再向主晶片MCU輸出工作電源VCC，從而控制主晶片MCU斷電停止運行。由於主晶片MCU停止運行，因而受其控制的系統電路也相繼停止運行，整機關機。
[0029]由此，便解決了系統在待機模式下準確關機的問題。
[0030]為了在系統關機時，能夠給用戶提供清晰的指示，本實施例在復位晶片Ul的輸出端VOUT連接一儲能電容C2，如圖1所示，將儲能電容C2的正極連接復位晶片Ul的輸出端V0UT，負極接地。由於復位晶片Ul在系統待機和正常運行的過程中均輸出高電平的復位信號，因此可以利用復位晶片Ul輸出的復位信號為儲能電容C2充電蓄能。當復位晶片Ul輸出的復位信號變為低電平時，即需要控制系統關機時，儲能電容C2放電，維持電源轉換電路U2繼續使能運行一段時間。此時，可以將復位晶片Ul輸出的復位信號傳輸至主晶片MCU，主晶片MCU在接收到低電平的復位信號後，判定系統需要關機，進而輸出控制信號至一指示燈電路，控制指示燈電路中的LED發光，例如控制藍色LED常亮或者閃爍，以指示系統即將關機。由此，用戶便可以通過觀察電子產品上指示燈的發光情況，清楚地了解系統的工作狀態，以提高產品設計的人性化。
[0031]為了對儲能電容C2的放電時間進行有效地控制，本實施例將電源轉換電路U2的使能端EN通過串聯的限流電阻R3和放電電阻R2接地，參見圖1所示。將儲能電容C2的正極以及復位晶片Ul的輸出端VOUT連接至電阻R3、R2的中間節點，在復位晶片Ul輸出低電平的復位信號時，通過儲能電容C2釋放的電荷經由放電電阻R2洩放到地。通過調節放電電阻R2的阻值，即可調整儲能電容C2的放電時間，進而為主晶片MCU留出足夠的反應時間，控制藍色LED點亮，為用戶提供清楚地指示。
[0032]其次，針對系統電源P0WER_0N在電壓下降到開關機臨近狀態時的意外關機問題，例如，當系統電源P0WER_0N的電壓下降到系統的開關機臨界電壓時，例如3.3V-3.4V之間時，如果此時有幹擾電源對系統電源P0WER_0N產生紋波幹擾，使系統電源P0WER_0N的電壓產生波動，出現低於關機電壓的幅值時，例如降低到3.2V時，傳統的設計方式是系統在檢測到系統電源P0WER_0N的電壓下降到關機電壓以下時，立即將電源轉換電路U2的使能端EN置為低電平，切斷電源轉換電路U2向主晶片MCU的供電，從而使主晶片MCU掉電，導致系統意外關機。
[0033]為了解決這一問題，本實施例在系統電路中增設一開關電路，將所述開關電路連接在系統電源P0WER_0N與電源轉換電路U2的使能端EN之間，控制端接收主晶片MCU輸出的控制信號MCU_I/0_EN。本實施例在系統電源P0WER_0N的電壓下降到系統的開關機臨界電壓時，通過控制器MCU輸出控制信號MCU_I/0_EN，使開關電路動作，連通系統電源P0WER_ON與電源轉換電路U2使能端EN的電流傳輸迴路，利用系統電源P0WER_0N輸出的電壓維持電源轉換電路U2繼續使能運行，進而在系統電源P0WER_0N的電壓處於開關機臨界狀態的期間內，通過控制電源轉換電路U2持續為主晶片MCU供電，來避免系統意外關機。
[0034]具體地，在本實施例中，所述開關電路優選採用一顆NPN型三極體Ql和一顆PMOS管Q2 (η型襯底、P溝道，靠空穴的流動運送電流的MOS管)配合簡單的外圍電路連接而成，參見圖1所示。將NPN型三極體Ql的基極連接主晶片MCU，接收主晶片MCU輸出的控制信號MCU_I/0_EN，發射極接地，集電極連接PMOS管Q2的柵極，並通過限流電阻Rl連接系統電源POWER_ON。將所述PMOS管Q2的源極連接系統電源P0WER_0N，漏極連接電源轉換電路U2的使能端EN。對於在電源轉換電路U2的使能端EN連接有電阻R2、R3的電路設計來說，可以將PMOS管Q2的漏極連接至電阻R2、R3的中間節點，同樣可以對電源轉換電路U2實現準確的使能控制。
[0035]當系統電源P0WER_0N的電壓下降到開關機臨界狀態時，主晶片MCU輸出高電平的控制信號MCU_I/0_EN，控制NPN型三極體Ql飽和導通，進而拉低PMOS管Q2的柵極電位，從而使PMOS管Q2飽和導通，利用系統電源P0WER_0N向電源轉換電路U2輸出高電平的使能信號，控制電源轉換電路U2保持使能運行，避免因主晶片MCU斷電而造成的系統意外關機問題的出現。
[0036]當系統電源P0WER_0N的電壓繼續降低，在設定的時間段內均低於關機電壓時，主晶片MCU輸出低電平的控制信號MCU_I/0_EN，控制三極體Ql截止，此時PMOS管Q2由於其柵極電壓等於其源極電壓而轉入截止狀態，從而切斷系統電源P0WER_0N向電源轉換電路U2的使能端EN的電壓輸出。將PMOS管Q2的漏極同時連接所述的儲能電容C2，由於當系統電源P0WER_0N的電壓低於關機電壓時,復位晶片Ul輸出的復位信號也已變為低電平，因此，儲能電容C2通過放電電阻R2放電，維持電源轉換電路U2繼續使能運行一段時間，使主晶片MCU能夠控制藍色LED發光，完成關機指示過程後，切斷向主晶片MCU的供電，使主晶片MCU斷電，系統正常關機。
[0037]為了保證通過PMOS管Q2輸出的電壓信號以及通過復位晶片Ul輸出的復位信號的正確流向，本實施例在PMOS管Q2的漏極與儲能電容C2的正極之間連接一顆二極體D1，在復位晶片Ul的輸出端VOUT與儲能電容C2的正極之間連接另一顆二極體D2，以避免兩路信號之間產生相互影響。
[0038]其三，針對系統在充電期間內，要求保持不關機的問題，本實施例提出利用系統中的充電管理晶片輸出的充電狀態指示信號SUSPEND_C0NTR0L，控制電源轉換電路U2在系統充電期間內使能運行，進而控制主晶片MCU保持上電運行模式，以滿足系統在充電過程中不關機的設計要求。
[0039]具體來講，可以將充電管理晶片連接系統的充電接口，當充電接口上插入充電電源時，充電管理晶片在為系統內部的電池進行充電的過程中，輸出高電平的充電狀態指示信號SUSPEND_C0NTR0L傳輸至電源轉換電路U2的使能端EN。對於在電源轉換電路U2的使能端EN連接有電阻R2、R3的電路設計來說，可以將充電管理晶片輸出的充電狀態指示信號SUSPEND_C0NTR0L傳輸至電阻R2、R3的中間節點，同樣可以對電源轉換電路U2實現準確的使能控制。
[0040]為了保證正確的電流流向，本實施例優選採用一顆雙二極體器件D3連接在電阻R2、R3的中間節點與各路用於控制電源轉換電路U2使能的信號之間，參見圖1所示。所述雙二極體器件D3為一顆陰極對接、反向串聯的雙二極體器件，通過充電管理晶片輸出的充電狀態指示信號SUSPEND_C0NTR0L，經由雙二極體器件D3中的其中一顆二極體傳輸至電阻R2、R3的中間節點；通過PMOS管Q2輸出的電壓信號和復位晶片Ul輸出的復位信號經由雙二極體器件D3中的另外一顆二極體傳輸至電阻R2、R3的中間節點，以避免信號之間相關幹擾。
[0041]即在本實施例中，在所述充電管理晶片輸出充電狀態指示信號SUSPEND_C0NTR0L的端子與所述電源轉換電路U2的使能端EN之間連接防倒灌電路，該防倒灌電路包括雙二極體器件D3和電阻R2、R3 ;並且，在所述復位晶片Ul的復位信號輸出端VOUT與所述電源轉換電路U2的使能端EN之間也連接防倒灌電路，該防倒灌電路包括二極體D2、雙二極體器件D3以及電阻R2、R3。在本發明的其他實施例中，也可以根據設計需要僅在所述充電管理晶片輸出充電狀態指示信號SUSPEND_C0NTR0L的端子與所述電源轉換電路U2的使能端EN之間或者所述復位晶片Ul的復位信號輸出端VOUT與所述電源轉換電路U2的使能端EN之間接防倒灌電路。
[0042]在本實施例中，所述電源轉換電路U2可以採用DC-DC轉換晶片或者低壓差線性穩壓器LDO配合簡單的外圍電路組建而成，將電源轉換電路U2的輸入端Vin連接系統電源P0WER_0N，輸出端Vout連接主晶片MCU的供電端VCC，以實現系統電源P0WER_0N到主晶片MCU所需工作電源的轉換。所述復位晶片Ul和主晶片MCU可以是電學領域消費類電子產品中常用的復位晶片和控制晶片，例如復位晶片Ul可以選用BD4933G晶片，主晶片MCU可以選用MB95F636H晶片等。
[0043]本實施例的關機控制電路，電路結構簡單，成本低廉，可以顯著提高系統抵抗紋波幹擾的能力，實現待機狀態下系統準確關機的功能，並滿足系統在充電狀態下不關機的設計要求。將其應用在採用電池供電的可攜式電子產品中，例如手機、藍牙耳機等，可以顯著提高該類電子產品的性能和整機品質，進而提升用戶使用的滿意度。
[0044]當然，上述說明並非是對本發明的限制，本發明也並不僅限於上述舉例，本【技術領域】的普通技術人員在本發明的實質範圍內所做出的變化、改型、添加或替換，也應屬於本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種關機控制電路，其特徵在於:包括主晶片、為主晶片供電的電源轉換電路和復位晶片；所述復位晶片連接系統電源，在系統電源的電壓低於關機電壓時，輸出復位信號至電源轉換電路的使能端，控制電源轉換電路停止運行，切斷主晶片的供電，使系統關機。
2.根據權利要求1所述的關機控制電路，其特徵在於:所述復位晶片在系統電源的電壓高於關機電壓時，輸出高電平的復位信號，控制電源轉換電路使能運行，並為一儲能電容充電；當系統電源的電壓低於關機電壓時，儲能電容放電，維持電源轉換電路繼續使能運行一段時間後關閉，在所述的一段時間內，主晶片檢測到復位晶片輸出的復位信號變為低電平，控制系統電路轉入關機模式。
3.根據權利要求2所述的關機控制電路，其特徵在於:所述電源轉換電路的使能端通過放電電阻接地。
4.根據權利要求2所述的關機控制電路，其特徵在於:所述主晶片在接收到低電平的復位信號後，控制一個指示燈發光，進行關機指示。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的關機控制電路，其特徵在於:在所述關機控制電路中還設置有一開關電路，所述開關電路連接在系統電源與電源轉換電路的使能端之間，當系統電源的電壓下降到開關機臨界狀態時，主晶片控制開關電路動作，通過系統電源控制電源轉換電路保持使能運行，持續為主晶片供電，控制系統維持運行模式。
6.根據權利要求5所述的關機控制電路，其特徵在於:當系統電源的電壓在設定的時間段內均低於關機電壓時，所述主晶片控制開關電路動作，切斷系統電源向電源轉換電路的使能端的電壓輸出。
7.根據權利要求6所述的關機控制電路，其特徵在於:在所述開關電路中設置有一NPN型三極體和一 PMOS管，所述NPN型三極體的基極接收主晶片輸出的控制信號，發射極接地，集電極通過限流電阻連接所述的系統電源，並與PMOS管的柵極相連接；所述PMOS管的源極連接系統電源，漏極連接電源轉換電路的使能端。
8.根據權利要求5所述的關機控制電路，其特徵在於:在所述關機控制電路中還設置有充電管理晶片，所述充電管理晶片在系統充電的期間內，輸出充電狀態指示信號至電源轉換電路的使能端，控制電源轉換電路在系統充電過程中保持使能運打。
9.根據權利要求8所述的關機控制電路，其特徵在於:所述充電管理晶片的充電狀態指示信號輸出端與所述電源轉換電路的使能端之間接有防倒灌電路；和/或，所述復位晶片的復位信號輸出端與所述電源轉換電路的使能端之間接有防倒灌電路。
10.一種電子產品，其特徵在於:設置有如權利要求1至9中任一項權利要求所述的關機控制電路。
【文檔編號】G06F1/26GK103699200SQ201310747902
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月31日 優先權日:2013年12月31日
【發明者】張明超 申請人:青島歌爾聲學科技有限公司