CN104779678A - 一种电源管理电路 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种电源管理电路，解决了目前由于设备的电池大部分是损耗在闲置及待机过程中，而导致的电池的损耗的技术问题。本发明实施例的电源管理电路包括：电源输入端Vin，电源输出端Vout，3个电阻R1、R2、R3，电容C2和MCU控制端；半导体器件包含有第一连接端、第二连接端和第三连接端；第一连接端与电源输入端Vin连接，第二连接端与电源输出端Vout连接，第二连接端与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端与R3的一端连接，第一连接端还与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端连接在电阻R2与电阻R3之间，电阻R3另一端与电容C2的一端连接，电容C2另一端与MCU控制端连接。
Description
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种电源管理电路。
背景技术
全球节能需求的不断提高，数字技术的不断进步，分体式电源结构的日益增加和电子设备必须遵守强制能效规范的要求，连同便携式装置的小型化、多功能的发展趋势是电源管理技术发展的原动力，电源管理是指如何将电源有效分配给***的不同组件。电源管理对于依赖电池电源的移动式设备至关重要。通过降低组件闲置时的能耗，优秀的电源管理***能够将电池寿命延长两倍或三倍，因此电源管理电路是最为直接简单的管理方式之一。
目前的通常是从用电端着手，使用更加省电的芯片和电路，从而达到延长电池续航能力，然而前述的从用电端着手的方案无法解决设备在长时间没有使用的时候的电池损耗，包括从生产到使用这个过程，同时，使用过程中的待机过程，或者设备闲置存放过程等，从目前的数据统计来看，设备的电池大部分是损耗在闲置及待机过程中，从而导致了电池的损耗问题无法解决。
发明内容
本发明实施例提供了一种电源管理电路，解决了目前由于设备的电池大部分是损耗在闲置及待机过程中，而导致的电池的损耗的技术问题。
本发明实施例提供的一种电源管理电路，包括：
具有开关功能的半导体器件，电源输入端Vin，电源输出端Vout，3个电阻R1、R2、R3，电容C2和MCU控制端；
所述半导体器件包含有第一连接端、第二连接端和第三连接端；
所述第一连接端与所述电源输入端Vin连接，所述第二连接端与所述电源输出端Vout连接，所述第二连接端与所述电阻R2的一端连接，所述电阻R2的另一端与所述R3的一端连接，所述第一连接端还与所述电阻R1的一端连接，所述电阻R1的另一端连接在所述电阻R2与所述电阻R3之间，所述电阻R3另一端与所述电容C2的一端连接，所述电容C2另一端与所述MCU控制端连接。
优选地，所述半导体器件为三极管或MOS管。
优选地，所述半导体器件为三极管Q1时，所述第一连接端为所述三极管Q1的发射极、第二连接端为所述三极管Q1的集电极和第三连接端为所述三极管Q1的基极。
优选地，所述电源管理电路还包括：
开关G1、电阻R6和电容C1；
所述开关G1的一端与电阻R1的另一端连接，所述开关G1的另一端与所述电容C1的一端连接，所述电容C1的另一端与电路参考地连接；
所述电容C1与所述电阻R6并联连接；
所述电阻R1的另一端和电阻R3的一端均连接有另一个半导体器件。
优选地，所述另一个半导体器件为三极管或MOS管。
优选地，所述另一个半导体器件为三极管Q2时，所述三极管Q2的第一连接端为所述三极管Q2的发射极、所述三极管Q2的第二连接端为所述三极管Q2的集电极和所述三极管Q2的第三连接端为所述三极管Q2的基极；
所述三极管Q2的发射极与所述电阻R1的另一端和所述R3的一端同时连接。
优选地，所述三极管Q2的基极连接有电阻R4的一端和电阻R5的一端，所述电阻R5的另一端与所述MCU控制端连接；
所述三极管Q2的集电极与所述电阻R4的另一端、所述电容C2的另一端、所述电阻R6的另一端、所述电容C1的另一端同时连接。
优选地，当所述MCU控制端没有控制信号，所述三极管Q2的基极被所述电阻R4拉到参考地，所述三极管Q2的发射极和所述三极管Q2的集电极断开，电流通过所述电阻R1、所述电阻R3给所述电容C2充电，使得所述电容R2满足预置充电时间及预置充电电压。
优选地，所述预置充电时间通过t＝RC*Ln[(V1-V0)/(V1-Vt)]计算；
所述预置充电电压通过Vt＝"V0"+(V1-V0)*[1-exp(-t/RC)]计算；
其中，V0为所述电容C2的初始电压值，V1为所述电容C2最终可充到或放到的电压值，Vt为t时刻所述电容C2上的电压值，R为所述电阻R1、所述电阻R3和所述电容C2的内阻之和，C为所述电容C2的容值。
优选地，所述半导体器件为MOS管Q3及所述另一个半导体器件为MOS管Q4时，所述第一连接端为源极或漏极，所述第二连接端为源极或漏极，所述第三连接端为栅极。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明实施例提供了一种电源管理电路，包括：具有开关功能的半导体器件，电源输入端Vin，电源输出端Vout，3个电阻R1、R2、R3，电容C2和MCU控制端；半导体器件包含有第一连接端、第二连接端和第三连接端；第一连接端与电源输入端Vin连接，第二连接端与电源输出端Vout连接，第二连接端与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端与R3的一端连接，第一连接端还与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端连接在电阻R2与电阻R3之间，电阻R3另一端与电容C2的一端连接，电容C2另一端与MCU控制端连接。本实施例中，通过使用具有开关特性的半导体器件，并结合电容的充放电功能，便实现了在设备不需要工作的时候(如仓储过程、待机等)，设备能够自己关闭掉电源，在设备需要工作的时候，外界触发工作条件，电路自动给设备供电，从而实现设备省电功能，提高电池的续航能力，解决了目前由于设备的电池大部分是损耗在闲置及待机过程中，而导致的电池的损耗的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例中提供的一种电源管理电路的连接结构示意图；
图2为本发明实施例中提供的一种电源管理电路的MOS管连接结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种电源管理电路，解决了目前由于设备的电池大部分是损耗在闲置及待机过程中，而导致的电池的损耗的技术问题。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例中提供的一种电源管理电路的一个实施例包括：
具有开关功能的半导体器件，电源输入端Vin，电源输出端Vout，3个电阻R1、R2、R3，电容C2和MCU控制端；
半导体器件包含有第一连接端、第二连接端和第三连接端；
第一连接端与电源输入端Vin连接，第二连接端与电源输出端Vout连接，第二连接端与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端与R3的一端连接，第一连接端还与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端连接在电阻R2与电阻R3之间，电阻R3另一端与电容C2的一端连接，电容C2另一端与MCU控制端连接。
优选地，半导体器件为三极管或MOS管。
优选地，半导体器件为三极管Q1时，第一连接端为三极管Q1的发射极、第二连接端为三极管Q1的集电极和第三连接端为三极管Q1的基极。
优选地，电源管理电路还包括：
开关G1、电阻R6和电容C1；
开关G1的一端与电阻R1的另一端连接，开关G1的另一端与电容C1的一端连接，电容C1的另一端与电路参考地连接；
电容C1与电阻R6并联连接。
优选地，电阻R1的另一端和R3的一端均连接有另一个半导体器件。
优选地，另一个半导体器件为三极管或MOS管。
优选地，另一个半导体器件为三极管Q2时，三极管Q2的第一连接端为三极管Q2的发射极、三极管Q2的第二连接端为三极管Q2的集电极和三极管Q2的第三连接端为三极管Q2的基极；
三极管Q2的发射极与电阻R1的另一端和R3的一端同时连接。
优选地，三极管Q2的基极连接有电阻R4的一端和电阻R5的一端，电阻R5的另一端与MCU控制端连接；
三极管Q2的集电极与电阻R4的另一端、电容C2的另一端、电阻R6的另一端、电容C1的另一端同时连接。
优选地，当MCU控制端没有控制信号，三极管Q2的基极被电阻R4拉到参考地，三极管Q2的发射极和三极管Q2的集电极断开，电流通过电阻R1、电阻R3给电容C2充电，使得电容R2满足预置充电时间及预置充电电压。
优选地，预置充电时间通过t＝RC*Ln[(V1-V0)/(V1-Vt)]计算；
预置充电电压通过Vt＝V0+(V1-V0)*[1-exp(-t/RC)]计算；
其中，V0为电容C2的初始电压值，V1为电容C2最终可充到或放到的电压值，Vt为t时刻电容C2上的电压值，R为电阻R1、电阻R3和电容C2的内阻之和，C为电容C2的容值，同时，前述的R可以是考虑到电阻R1远大于电阻R3和电容C2内阻，所以计算时R可以直接使用电阻R1的阻值。
本实施例中，如图2所示，当使用MOS管时，可以是根据MOS管的漏极D、栅极G、源极S脚位替代前述的第一连接端、第二连接端和第三连接端，替代三极管Q1和/或三极管Q2的第一连接端、第二连接端和第三连接端，即发射极、集电极和基极，因此，半导体器件为MOS管Q3及另一个半导体器件为MOS管Q4时，第一连接端为源极或漏极，第二连接端为源极或漏极，第三连接端为栅极，可以理解的是，半导体器件为MOS管Q3及另一个半导体器件为MOS管Q4时，其工作原理与前述的三极管Q1和三极管Q2的工作方式一致，同时，MOS管的开关特性为本领域技术人员熟知的技术，此处便不再详细赘述。
为了便于理解，下面以一应用例对图1所示的电源管理电路的上电工作及切断电源过程、电路断电后再次供电过程、电路防异常过程进行详细的描述，应用例包括：
上电工作及切断电源过程：
首先，根据三极管导通特性，当三极管的发射极(E极)电压比基极(B极)电压高出三极管导通电压，三极管导通，电子设备上电时，电池通过Vin供电，控制器(MCU)由于没有电及电压太低不能正常工作，Control_MCU控制端(MCU控制端)没有控制信号，三极管Q2的基极(B极)被电阻R4拉到参考地，三极管Q2发射极(E极)和集电极(C极)断开，电流通过电阻R1、电阻R3给电容C2充电，在充电过程中，电容充电时间及充电电压的计算公式如下：
V0为电容上的初始电压值；
V1为电容最终可充到或放到的电压值；
Vt为t时刻电容上的电压值。
R为电阻R1、电阻R3和电容C2内阻之和，但考虑到电阻R1远大于电阻R3和电容C2内阻，所以计算时R可以直接使用电阻R1的阻值；
C为电容C2的容值；
则，Vt＝V0+(V1-V0)*[1-exp(-t/RC)]，以及
t＝RC*Ln[(V1-V0)/(V1-Vt)]。
根据三极管导通特性，当三极管的发射极(E极)电压比基极(B极)电压高出三极管导通电压，三极管导通，当电容C2充电时，电容C2两端的电压小于(Vin-三极管导通电压)时，三极管Q1导通，电源通过三极管Q1给控制器(MCU)供电；
当控制器(MCU)有电之后，控制器(MCU)正常工作，控制器(MCU)通过Control_MCU控制端发送一个高电平信号，使三极管Q2发射极(E极)和集电极(C极)导通，此时，电容C2通过电阻R3及三极管Q2放电，三极管Q1的发射极(E极)电压比基极(B极)电压高出三极管导通电压，三极管Q1继续导通，电源通过三极管Q1持续给控制器(MCU)供电；
当控制器(MCU)不需要工作的时候，譬如待机，控制器(MCU)通过Control_MCU控制端发送一个低电平信号或者高阻信号，此时三极管Q2的基极(B极)被Control_MCU控制端的控制信号或者电阻R4拉到参考地，三极管Q2发射极(E极)和集电极(C极)断开，电流再通过电阻R1、电阻R3给电容C2充电，电容C2两端的电压上升，当电容C2两端的电压大于(Vin-三极管导通电压)时，三极管Q1的发射极(E极)电压和基极(B极)电压小于三极管导通电压，三极管Q1从饱和区转向放大区，随着电容C2进一步充电，电容C2两端的电压更高，三极管Q1的发射极(E极)电压和基极(B极)电压更小，从而三极管Q1发射极(E极)和集电极(C极)断开，(简称切断三极管Q1)，三极管Q1切断即完成电路切断控制器(MCU)的电源。
电路断电后再次供电过程：
电路在切断给控制器(MCU)供电的过程中，电容C2已经充电；
当外界有任何一个需要再次供电的动作，如手机、PDA、相机、遥控器等设备的按键，或者是玩具的触摸，安防设备(如门窗开关检测)开关的触动等等，电路可以把这个动作做成电路的G1开关，当没有操作动作时，开关G1断开，一旦有操作动作，开关G1闭合，电容C2通过开关G1和电容C1放电，需要注意的是，为了保证电容C2能够充分放电，电容C1充电时间需大于电容C2的放电时间，所以电容C1的容值可以是电容C2容值10倍及以上；
当电容C2放电的时候，三极管Q1的发射极(E极)电压和基极(B极)电压差越来越大，三极管Q1从截止状态到放大状态，最后到饱和状态；即三极管Q1导通，电源通过三极管Q1给控制器(MCU)供电，控制器(MCU)正常工作后，控制器(MCU)通过Control_MCU控制端发送一个高电平信号，使三极管Q2发射极(E极)和集电极(C极)导通，此时，电容C2通过电阻R3及三极管Q2放电，三极管Q1的发射极(E极)电压比基极(B极)电压高出三极管导通电压，三极管Q1继续导通，电源通过三极管Q1持续给控制器(MCU)供电；
由于开关G1可能持续导通，所以电容C1一旦充满电后切断该线路，防止开关G1持续导通时(控制器)MCU不能关闭三极管Q1，不能切断电源；
电阻R6是电容C1的放电电阻，电容C1充满电之后要在下次操作的时候再次充电必须先要将其电放掉；
当控制器(MCU)不需要工作的时候，譬如待机，控制器(MCU)通过Control_MCU控制端发送一个低电平信号或者高阻信号，此时三极管Q2的基极(B极)被Control_MCU控制端的控制信号或者电阻R4拉到参考地，三极管Q2发射极(E极)和集电极(C极)断开，如果G1开关已经断开或者电容C1已经充电完成，则开关G1和电容C1这个回路切断，电流再通过电阻R1、电阻R3给电容C2充电，电容C2两端的电压上升，当电容C2两端的电压大于(Vin-三极管导通电压)时，三极管Q1的发射极(E极)电压和基极(B极)电压小于三极管导通电压，三极管Q1从饱和区转向放大区，随着电容C2进一步充电，电容C2两端的电压更高，三极管Q1的发射极(E极)电压和基极(B极)电压更小，从而三极管Q1发射极(E极)和集电极(C极)断开，(简称切断三极管Q1)，三极管Q1切断即完成电路切断控制器(MCU)的电源；如果G1开关还处于导通而且电容C1也还没有完成充电，则需要等电容C1完成充电才能切断控制器(MCU)的电源；
电路防异常过程：
在控制器(MCU)正常工作的时候，电容C2处于放电状态或者电已放完，由于控制器(MCU)异常，失去对Control_MCU控制端的控制信号，电容C2转成充电，电容C2充电过程中，三极管Q1继续导通，不切断控制器(MCU)电源，控制器(MCU)可在三极管Q1切断电源前恢复。
如果控制器(MCU)发生了不可恢复的故，该电路可以通过切断控制器(MCU)电源使其恢复。
本发明实施例提供了一种电源管理电路，包括：具有开关功能的半导体器件，电源输入端Vin，电源输出端Vout，3个电阻R1、R2、R3，电容C2和MCU控制端；半导体器件包含有第一连接端、第二连接端和第三连接端；第一连接端与电源输入端Vin连接，第二连接端与电源输出端Vout连接，第二连接端与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端与R3的一端连接，第一连接端还与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端连接在电阻R2与电阻R3之间，电阻R3另一端与电容C2的一端连接，电容C2另一端与MCU控制端连接。本实施例中，通过使用具有开关特性的半导体器件，并结合电容的充放电功能，便实现了在设备不需要工作的时候(如仓储过程、待机等)，设备能够自己关闭掉电源，在设备需要工作的时候，外界触发工作条件，电路自动给设备供电，从而实现设备省电功能，提高电池的续航能力，解决了目前由于设备的电池大部分是损耗在闲置及待机过程中，而导致的电池的损耗的技术问题。
本实施例中，如图2所示，当使用MOS管时，可以是根据MOS管的漏极D、栅极G、源极S脚位替代前述的第一连接端、第二连接端和第三连接端，替代三极管Q1和/或三极管Q2的第一连接端、第二连接端和第三连接端，即发射极、集电极和基极，因此，半导体器件为MOS管Q3及另一个半导体器件为MOS管Q4时，第一连接端为源极或漏极，第二连接端为源极或漏极，第三连接端为栅极，可以理解的是，半导体器件为MOS管Q3及另一个半导体器件为MOS管Q4时，其工作原理与前述的三极管Q1和三极管Q2的工作方式一致，同时，MOS管的开关特性为本领域技术人员熟知的技术，此处便不再详细赘述。
进一步地，本发明实施例不仅实现了电路能够根据需要自己控制断电，达到省电的目的，同时，非常适合电池供电设备及需要节能的电路；外部触发供电、内部自行切断电源的技术方案，并且，电路元器件少，故障率低，而且成本非常低，电路简单，可靠性高，实用性非常强，电路非常省电，延长电池续航能力，本电路使用可以非常广泛，玩具、遥控器、手机、PDA等消费类数码产品，还可以是开关门、窗检测器、门襟等安防设备；以及，人来灯亮，人走灯灭的LED灯等智能楼宇产品。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种电源管理电路，其特征在于，包括：
具有开关功能的半导体器件，电源输入端Vin，电源输出端Vout，3个电阻R1、R2、R3，电容C2和MCU控制端；
所述半导体器件包含有第一连接端、第二连接端和第三连接端；
所述第一连接端与所述电源输入端Vin连接，所述第二连接端与所述电源输出端Vout连接，所述第二连接端与所述电阻R2的一端连接，所述电阻R2的另一端与所述R3的一端连接，所述第一连接端还与所述电阻R1的一端连接，所述电阻R1的另一端连接在所述电阻R2与所述电阻R3之间，所述电阻R3另一端与所述电容C2的一端连接，所述电容C2另一端与所述MCU控制端连接。
2.根据权利要求1所述的电源管理电路，其特征在于，所述半导体器件为三极管或MOS管。
3.根据权利要求2所述的电源管理电路，其特征在于，所述半导体器件为三极管Q1时，所述第一连接端为所述三极管Q1的发射极、第二连接端为所述三极管Q1的集电极和第三连接端为所述三极管Q1的基极。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的电源管理电路，其特征在于，所述电源管理电路还包括：
开关G1、电阻R6和电容C1；
所述开关G1的一端与电阻R1的另一端连接，所述开关G1的另一端与所述电容C1的一端连接，所述电容C1的另一端与电路参考地连接；
所述电容C1与所述电阻R6并联连接；
所述电阻R1的另一端和电阻R3的一端均连接有另一个半导体器件。
5.根据权利要求4所述的电源管理电路，其特征在于，所述另一个半导体器件为三极管或MOS管。
6.根据权利要求5所述的电源管理电路，其特征在于，所述另一个半导体器件为三极管Q2时，所述三极管Q2的第一连接端为所述三极管Q2的发射极、所述三极管Q2的第二连接端为所述三极管Q2的集电极和所述三极管Q2的第三连接端为所述三极管Q2的基极；
所述三极管Q2的发射极与所述电阻R1的另一端和所述R3的一端同时连接。
7.根据权利要求6所述的电源管理电路，其特征在于，所述三极管Q2的基极连接有电阻R4的一端和电阻R5的一端，所述电阻R5的另一端与所述MCU控制端连接；
所述三极管Q2的集电极与所述电阻R4的另一端、所述电容C2的另一端、所述电阻R6的另一端、所述电容C1的另一端同时连接。
8.根据权利要求7所述的电源管理电路，其特征在于，当所述MCU控制端没有控制信号，所述三极管Q2的基极被所述电阻R4拉到参考地，所述三极管Q2的发射极和所述三极管Q2的集电极断开，电流通过所述电阻R1、所述电阻R3给所述电容C2充电，使得所述电容R2满足预置充电时间及预置充电电压。
9.根据权利要求8所述的电源管理电路，其特征在于，所述预置充电时间通过t＝RC*Ln[(V1-V0)/(V1-Vt)]计算；
所述预置充电电压通过Vt＝V0+(V1-V0)*[1-exp(-t/RC)]计算；
其中，V0为所述电容C2的初始电压值，V1为所述电容C2最终可充到或放到的电压值，Vt为t时刻所述电容C2上的电压值，R为所述电阻R1、所述电阻R3和所述电容C2的内阻之和，C为所述电容C2的容值。
10.根据权利要求5所述的电源管理电路，其特征在于，所述半导体器件为MOS管Q3及所述另一个半导体器件为MOS管Q4时，所述第一连接端为源极或漏极，所述第二连接端为源极或漏极，所述第三连接端为栅极。
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