一种软件开关机电路及电子设备的制作方法

1.本发明涉及开关机技术领域，尤其涉及一种软件开关机电路及电子设备。


背景技术：

2.软件开关机技术在手持式产品中得到广泛运用，因为它不仅省去了硬件的电源开关，更重要的是由软件自主决定关机时刻，避免用户贸然硬关机引起的一些潜在问题。为符合用户使用习惯，软件开关机应同时满足四个条件：按键既可开机也可关机；软件可关机；mcu的相关控制引脚应该为单向i/o；关机时设备真正断电，而不是进入待机状态。
3.要满足这些条件并不容易，许多产品因无恰当的技术，关机采用“待机”方式实现，电路上其它模块是靠mcu切断电源实现的，但由于mcu功耗只占设备功耗的很小一部分，而mcu要从“待机”状态恢复，电源需要一直工作。即便电源效率很高，也会随着日积月累不断消耗电能，这在用电池供电的设备上更加不能容忍，因为它仍会把电池电量最终耗尽。其原理如图1所示，图中示例电源网络包括5v、3.8v、3.3v和1.8v。“待机”状态只能断掉3.3v电源，从而顺带关掉后面的1.8v。5v、3.8v一直工作，以便mcu能根据外部事件唤醒。显然，“待机”效果很有限，只不过功耗比正常工作小了一些。


技术实现要素：

4.本发明针对上述背景技术中提及的相关技术存在的至少一个缺陷：关机采用“待机”方式实现，只能让功耗比正常工作小了一些，无法达到或接近硬件开关彻底断电的效果，提出了一种软件开关机方案，实现了可媲美硬件电源开关的节电效果。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种软件开关机电路，包括：
6.用于初始接上外部电源时保持断开的开关单元；
7.用于软件开关机的按键；
8.偏置电阻r1；
9.位于所述开关单元的输出端的上拉电阻r2，为按键提供上拉；
10.位于所述开关单元与所述按键之间的隔离电阻r3；
11.控制器；
12.其中，所述开关单元的输入端连接外部电源；所述开关单元的输出端为所述控制器供电，所述开关单元的输出端通过所述上拉电阻r2连接所述按键，并连接所述控制器的按键检测端btnin；开机状态下，所述按键未按下时向所述控制器的按键检测端btnin送入上拉电平；所述开关单元的控制端通过所述偏置电阻r1连接外部电源，通过所述隔离电阻r3连接所述按键；
13.所述控制器的输出端on/off连接所述开关单元的控制端，用于开机状态下所述控制器发送低电平至所述开关单元的控制端，以使所述开关单元维持导通状态；以及需要关机时所述控制器发送高电平至所述开关单元的控制端，以使所述开关单元断开。
14.优选地，在本发明所述的软件开关机电路中，所述控制器接收按键的关机信号或
根据应用需要执行关机操作。
15.优选地，在本发明所述的软件开关机电路中，所述开关单元包括pmos管q1，所述偏置电阻r1为栅源偏置电阻；
16.所述pmos管q1的源极连接外部电源；所述pmos管q1的漏极为所述控制器供电，所述pmos管q1的漏极通过所述上拉电阻r2为所述按键提供上拉；所述pmos管q1栅极的电平决定了所述pmos管q1导通与否，为低电平时导通，为高电平或悬空时截止；
17.用户想开机时，按下所述按键，所述隔离电阻r3通过所述按键接地，所述栅源偏置电阻r1和所述隔离电阻r3组成分压电路，为所述pmos管q1的栅极提供下拉低电平，使所述pmos管q1的源极到漏极导通。
18.优选地，在本发明所述的软件开关机电路中，所述开关单元包括pnp型三极管q2，所述偏置电阻r1为基射偏置电阻；
19.所述pnp型三极管q2的发射极连接外部电源；所述pnp型三极管q2的集电极为所述控制器供电，所述pnp型三极管q2的集电极通过所述上拉电阻r2连接所述按键，为所述按键提供上拉；所述pnp型三极管q2的基极串联基极限流电阻r4后并联所述基射偏置电阻r1；
20.用户想开机时，按下所述按键，所述隔离电阻r3通过所述按键接地，所述基射偏置电阻r1和所述隔离电阻r3组成分压电路，为所述pnp型三极管q2的基极提供下拉低电平，使所述pnp型三极管q2的集电极到发射极导通，实现了开机。
21.优选地，在本发明所述的软件开关机电路中，
22.开机状态下，所述上拉电阻r2与所述隔离电阻r3组成分压电路，为所述按键提供上拉；
23.用户想关机时，按下所述按键使所述控制器的按键检测端btnin接收到低电平，所述控制器由此接收到用户的关机意图。
24.优选地，在本发明所述的软件开关机电路中，所述上拉电阻r2的阻值小于所述隔离电阻r3的阻值，所述隔离电阻r3的阻值小于所述偏置电阻r1的阻值。
25.优选地，在本发明所述的软件开关机电路中，外部电源的输入电压小于或等于所述控制器的工作电压。
26.优选地，在本发明所述的软件开关机电路中，所述软件开关机电路还包括连接于所述开关单元的输出端的升压转换单元。
27.本发明还构造了一种电子设备，包括上述任一项所述的软件开关机电路。
28.通过实施本发明，具有以下有益效果：
29.本发明的软件开关机电路将控制器的待机模式改进为开关机模式，可实现软件可控的开关机，结构简单，同时避免了传统待机模式带来的低功耗问题，尤其适合在嵌入式系统尤其是以电池供电的移动设备上应用。
附图说明
30.下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
31.图1是现有关机采用“待机”方式的原理图；
32.图2是本发明软件开关机电路的具体电路示意图一；
33.图3是本发明软件开关机电路的具体电路示意图二。
具体实施方式
34.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
35.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
36.在发明的描述中，需要理解的是，文中指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
37.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是化学连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
38.如图2和3所示，本发明的一个实施例公开了一种软件开关机电路，包括：
39.用于初始接上外部电源vin时保持断开的开关单元；
40.用于软件开关机的按键sw；
41.偏置电阻r1；
42.位于开关单元的输出端的上拉电阻r2，为按键sw提供上拉；
43.位于开关单元与按键sw之间的隔离电阻r3；
44.控制器，例如mcu；
45.其中，开关单元的输入端连接外部电源vin；开关单元的输出端为控制器供电，开关单元的输出端通过上拉电阻r2连接按键sw，并连接控制器的按键检测端btnin；开机状态下，按键sw未按下时向控制器的按键检测端btnin送入上拉电平；开关单元的控制端通过偏置电阻r1连接外部电源vin，通过隔离电阻r3连接按键sw；
46.控制器的输出端on/off连接开关单元的控制端，用于开机状态下控制器发送低电平至开关单元的控制端，以使开关单元维持导通状态；以及需要关机时控制器发送高电平至开关单元的控制端，以使开关单元断开。
47.本实施例中，按键sw不直接控制电源通断，按键sw只起到探测作用，但开机时按键sw会触发电源接通，维持接通是靠软件，由按键sw告诉软件，由软件控制开关机。控制器接收按键sw的关机信号或根据应用需要执行关机操作。
48.本实施例中，开机状态下，上拉电阻r2与隔离电阻r3组成分压电路，为按键sw提供上拉。用户想关机时，按下按键sw使控制器的按键检测端btnin接收到低电平，所述控制器由此接收到用户的关机意图。
49.具体地，当电路接上外部电源vin时，开关单元的输入端和输出端断开，控制器未上电，即关机状态。按键sw未按下时开关单元的控制端为高电平。当按键sw按下时，隔离电
阻r3通过按键sw接地，偏置电阻r1和隔离电阻r3组成分压电路，为开关单元的控制端提供下拉低电平，使开关单元的输入端和输出端瞬间导通，控制器上电，即开机状态。
50.控制器上电后，通过输出端on/off持续发送低电平至开关单元的控制端以使开关单元维持导通状态，这样即便按键sw松开，开关单元的输入端和输出端仍导通，软件开关机电路仍处于开机状态，正常工作。开机状态下，上拉电阻r2与隔离电阻r3组成分压电路，为按键sw提供上拉。
51.当需要关机时，控制器可以接收按键sw的关机信号或根据应用需要执行关机操作。用户按下按键sw使控制器的按键检测端btnin接收到低电平，所述控制器由此接收到用户的关机意图，控制器通过输出端on/off发送高电平至开关单元的控制端，以使开关单元的输入端和输出端断开，实现了自关机。
52.在一些实施例中，如图2所示，开关单元包括pmos管q1，偏置电阻r1为栅源偏置电阻。
53.具体地，pmos管q1的源极连接外部电源vin；pmos管q1的漏极为控制器供电，pmos管q1的漏极通过上拉电阻r2为按键sw提供上拉；pmos管q1栅极的电平决定了pmos管q1导通与否，为低电平时导通，为高电平或悬空时截止。
54.用户想开机时，按下所述按键，隔离电阻r3通过按键sw接地，栅源偏置电阻r1和隔离电阻r3组成分压电路，为pmos管q1的栅极提供下拉低电平，使pmos管q1的源极到漏极导通。
55.用户想关机时，按下按键sw使控制器的按键检测端btnin接收到低电平，所述控制器由此接收到用户的关机意图。控制器通过输出端on/off发送高电平至pmos管q1的栅极，以使pmos管q1的源极到漏极断开，实现了自关机。
56.在一些实施例中，如图3所示，开关单元包括pnp型三极管q2，偏置电阻r1为基射偏置电阻。
57.具体地，pnp型三极管q2的发射极连接外部电源vin；pnp型三极管q2的集电极为控制器供电，pnp型三极管q2的集电极通过上拉电阻r2为按键sw提供上拉；pnp型三极管q2的基极串联基极限流电阻r4后并联基射偏置电阻r1。
58.用户想开机时，按下所述按键，隔离电阻r3通过按键sw接地，基射偏置电阻r1和隔离电阻r3组成分压电路，为pnp型三极管q2的基极提供下拉低电平，使pnp型三极管q2的集电极到发射极导通，实现了开机。
59.用户想关机时，按下所述按键，使控制器的按键检测端btnin接收到低电平，由此接收到用户的关机意图，控制器通过输出端on/off发送高电平至pnp型三极管q2的基极，以使pnp型三极管q2的集电极到发射极断开，实现了自关机。
60.本实施例中，上拉电阻r2的阻值小于隔离电阻r3的阻值，隔离电阻r3的阻值小于偏置电阻r1的阻值，例如偏置电阻r1的阻值为100千欧，上拉电阻r2的阻值为1千欧，隔离电阻r3的阻值为10千欧。
61.本实施例中，外部电源vin的输入电压小于或等于控制器的工作电压。软件开关机电路可以直通为控制器供电，也可经过升压(boost)转换单元供电。
62.本发明的一个实施例还公开了一种电子设备，包括上述实施例所述的软件开关机电路，在此不再赘述。
63.通过实施本发明，具有以下有益效果：
64.本发明的软件开关机电路将控制器的待机模式改进为开关机模式，可实现软件可控的开关机，结构简单，同时避免了传统待机模式带来的低功耗问题，实现了可媲美硬件电源开关的节电效果，适合在嵌入式系统尤其是以电池供电的移动设备上应用。
65.可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的部分实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述实施例或技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围，即“在一些实施例”所描述的实施例可与上下任一实施例进行自由组合；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

技术特征：
1.一种软件开关机电路，其特征在于，包括：用于初始接上外部电源时保持断开的开关单元；用于软件开关机的按键；偏置电阻r1；位于所述开关单元输出端的上拉电阻r2，为按键提供上拉；位于所述开关单元与所述按键之间的隔离电阻r3；控制器；其中，所述开关单元的输入端连接外部电源；所述开关单元的输出端为所述控制器供电，并通过所述上拉电阻r2连接所述按键和所述控制器的按键检测端btnin；开机状态下，所述按键未按下时向所述控制器的按键检测端btnin送入上拉电平；所述开关单元的控制端通过所述偏置电阻r1连接外部电源，通过所述隔离电阻r3连接所述按键；所述控制器的输出端on/off连接所述开关单元的控制端，用于开机状态下所述控制器发送低电平至所述开关单元的控制端，以使所述开关单元维持导通状态；需要关机时所述控制器发送高电平至所述开关单元的控制端，以使所述开关单元断开。2.根据权利要求1所述的软件开关机电路，其特征在于，所述控制器还通过按键接收关机信号或根据应用需要执行关机操作。3.根据权利要求1所述的软件开关机电路，其特征在于，所述开关单元包括pmos管q1，所述偏置电阻r1为栅源偏置电阻；所述pmos管q1的源极连接外部电源；所述pmos管q1的漏极为所述控制器供电，并通过所述上拉电阻r2为所述按键提供上拉；所述pmos管q1栅极的电平决定了所述pmos管q1导通与否，为低电平时导通，为高电平或悬空时截止；用户想开机时，按下所述按键，所述隔离电阻r3通过所述按键接地，所述栅源偏置电阻r1和所述隔离电阻r3组成分压电路，为所述pmos管q1的栅极提供下拉低电平，使所述pmos管q1的源极到漏极导通，实现了开机。4.根据权利要求1所述的软件开关机电路，其特征在于，所述开关单元包括pnp型三极管q2，所述偏置电阻r1为基射偏置电阻；所述pnp型三极管q2的发射极连接外部电源；所述pnp型三极管q2的集电极为所述控制器供电，并通过所述上拉电阻r2为所述按键提供上拉；所述pnp型三极管q2的基极串联基极限流电阻r4后并联所述基射偏置电阻r1；用户想开机时，按下所述按键，所述隔离电阻r3通过所述按键接地，所述基射偏置电阻r1和所述隔离电阻r3组成分压电路，为所述pnp型三极管q2的基极提供下拉低电平，使所述pnp型三极管q2的集电极到发射极导通，实现了开机。5.根据权利要求3或4所述的软件开关机电路，其特征在于，开机状态下，所述上拉电阻r2与所述隔离电阻r3组成分压电路，为所述按键提供上拉；用户想关机时，按下所述按键使所述控制器的按键检测端btnin接收到低电平，所述控制器由此接收到用户的关机意图。6.根据权利要求1所述的软件开关机电路，其特征在于，所述上拉电阻r2的阻值小于所述隔离电阻r3的阻值，所述隔离电阻r3的阻值小于所述偏置电阻r1的阻值。7.根据权利要求1所述的软件开关机电路，其特征在于，外部电源的输入电压小于或等
于所述控制器的工作电压。8.根据权利要求1所述的软件开关机电路，其特征在于，所述软件开关机电路还包括连接于所述开关单元的输出端的升压转换单元。9.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的软件开关机电路。

技术总结
本发明公开了一种软件开关机电路及电子设备，包括用于初始接上外部电源时保持断开的开关单元；用于软件开关机的按键；偏置电阻；上拉电阻；隔离电阻；控制器。其中，开关单元的输入端接外部电源；开关单元的输出端为控制器供电，开关单元的输出端通过上拉电阻接按键，并连接控制器的按键检测端。开机状态下，按键未按下时向控制器的按键检测端送入上拉电平；开关单元的控制端通过偏置电阻接外部电源，通过隔离电阻接按键；控制器的输出端接开关单元的控制端，用于开机状态下控制器发送低电平至开关单元的控制端，以使开关单元维持导通状态；需要关机时控制器发送高电平至开关单元的控制端，以使开关单元断开。本发明可实现软件可控的开关机，结构简单。结构简单。结构简单。


技术研发人员：郑金凤 王晓峰 王小军 张菲
受保护的技术使用者：深圳市立创普电源技术有限公司
技术研发日：2023.03.21
技术公布日：2023/7/20