CN108055029B - 一种开关电路及具有该开关电路的电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种开关电路及具有该开关电路的电子设备，信息转换子电路的第一输入端与电压输出端连接；信号输出子电路的输入端与信号转换子电路的输出端相连接，信号输出子电路的输出端连接至信号使能端，输出开机信号；信号识别子电路的输入端分别连接第一电源开关控制端和第二电源开关控制端，信号识别子电路的输出端连接信号转换子电路的第二输入端；第二电源控制端输出预设频率的控制信号，将第一电源开关控制端设置为低电平。若电子设备***运行异常，信号识别子电路输入到第二电源控制的方波发生变化，信号转化子电路输出低电平信号，信号使能端无激活电压，控制电子设备下电关机，电子设备不会因长期上电发热而损坏。

Description

一种开关电路及具有该开关电路的电子设备

技术领域

本申请涉及电路技术领域，尤其涉及一种开关电路及具有该开关电路的电子设备。

背景技术

电子设备是指由集成电路、晶体管、电子管等电子元器件组成，应用电子技术(包括)软件发挥作用的设备，包括电子计算机以及由电子计算机控制的机器人、数控或程控***等。随着电子设备的功能越来越多，外设越来越丰富，因此对电子设备***的稳定性也要求越来越高，尤其对于电子设备开关机的稳定性尤为重要。

现有技术中为了实现电子设备的开关机功能，一般通过一开关电路对电子设备的开机和关机进行控制。如图1所示，为一种传统的开关机电路。如果需要开机，按下开关S1，此时S1的一端接地，另一端通过一二极管与按键检测输入引脚相连。CPU按键检测输入引脚检测S1的按下时间，判断需要开机,电源开关控制端输出高电平，激活开关的电路的***电源使能端有效，设备开机。如果需要关机，仍需按下开关S1，同样通过CPU按键检测输入引脚对S1的按下时间进行检测，如果确定为关机信号后，电源开关控制端停止输出高电平信号，开关的电路的***电源使能端失效，设备关机。

但是电子设备开关电路的控制除了电路硬件本身，还会有***程序的参与。电子设备上电后，如果控制开关电路的***程序出现异常(例如操作***中程序跑飞、死机等异常情形)，则开关电路无法实现自动关机功能，通过用户操作让使能端失效缺乏实时性。在一些情形下，电子设备会一直处于电源供电状态，会导致设备因长期供电发热发生设备损坏等故障(例如：POS机CPU中运行程序出现异常时，持续供电会使集成在POS机中的打印机温度升高)，而及时控制使能端失效可以避免故障，因此自动关机尤为重要。

发明内容

本申请提供了一种开关电路及具有该开关电路的电子设备，解决如何在不影响手动控制开机的基础上，当操作***异常时使电子设备自动关机的问题，从而克服电子设备受损。

为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：

第一方面，本申请实施例提供了一种兼备手动开机和自动关机功能的开关电路，包括：信号转换子电路，信号转换子电路的第一输入端与电压输出端相连接；信号识别子电路，所述信号识别子电路的输入端分别连接第一电源开关控制端和第二电源开关控制端，所述信号识别子电路的输出端连接所述信号转换子电路的第二输入端；其中：所述第二电源控制端输出在***运行正常时产生的控制信号，所述第二电源控制端输出所述控制信号后，将所述第一电源开关控制端设置为低电平，所述控制信号用于控制所述信号使能端持续有效且在***运行异常时发生改变，以使所述信号使能端失效；按键控制电路，按键控制电路的输出端连接信号转换子电路的第三输入端，按键控制电路用于将操作按键后产生的开机判断信号发送给信号转换子电路。如果电子设备***运行出现异常，则输入到第二电源控制端的方波就会发生变化，此时根据信号识别电路识别对输入的控制信号的结果，如果比较结果不同则直接将第二电源控制端置为低电平，则信号转化子电路接收不到高电平信号，进而信号使能端无法获得激活电压，控制电子设备下电关机，电子设备不会因长期上电发热而损坏。

第二方面，本申请实施例提供了一种电子设备，包括：开关电路；处理器，处理器分别连接至开关电路的第一电源开关控制端、第二电源开关控制端和CPU按键检测输入引脚；用于存储处理器可执行指令的存储器。当电子设备运行出现异常，则处理器采集当前电子设备运行的参数生产控制信号输入到第二电源控制端，由于输入到第二电源控制端的控制信号发生变化，则将第二电源控制端置为低电平，则开关电路的信号转化子电路接收到不到高电平信号，进而信号使能端被置为低电平，控制电子设备下电关机。

本申请的有益效果，为了将控制端输入的控制信号转换为可使信号使能端持续有效的开机信号，信号识别子电路的输入端分别连接第一电源开关控制端和第二电源开关控制端，信号识别子电路的输出端连接信号转换子电路的第二输入端，信号转换子电路的第一输入端与电压输出端相连接，信号转换子电路的输出端与信号输出子电路的输入端相连接，信号输出子电路的输出端连接至信号使能端，信号使能端用于输出开机信号；按键控制电路的输出端连接信号转换子电路的第三输入端，用于将操作按键后产生的开机判断信号发送给信号转换子电路，可以对按键的手动操作来控制开机信号输入信号使能端，第二电源控制端输出在***运行正常时产生的控制信号，控制第二电源控制端输出用于控制信号使能端持续有效的控制信号后，将第一电源开关控制端设置为低电平，以该控制信号无缝替换第一电源端输出的高电平，保证信号使能端持续有效，进而***正常运行，相应地，正常运行的***发生异常时，控制信号发生改变使使所述信号使能端失效。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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他的附图。

图1为一种传统的开关电路的结构示意图；

图2为本申请提供的一种兼备手动开机和自动关机功能的开关电路的框架示意图；

图3为本申请提供的一种兼备手动开机和自动关机功能的开关电路的结构示意图；

图4为本申请提供的电平信号示意图；

图5为本申请提供的电子设备的一种实施例的示意图；

图1-5中，符号表示为：

VIN-***电源，VDD-上拉信号源，1-第一电阻，2-第二电阻，3-第三电阻，4-第一电容，5-第一二极管，6-第一三极管，7-第二二极管，8-第四电阻，9-第二电容，10-第五电阻，11-第六电阻，12-第二三极管，13-第七电阻，14-第八电阻，15-第三电容，16-第三二极管，17-第九电阻，18-第十电阻，A-第一电源开关输出端，B-第二电源开关输出端，C-信号使能端,D-CPU按键检测输入引脚。

具体实施方式

下面结合附图对本申请进行详细说明。

参见图2为本申请提供的兼备手动开机和自动关机功能的开关电路的一种实施例的框架示意图，开关电路包括：电压输出端、信号识别子电路101、信号转换子电路102、信号输出子电路103，按键检测子电路104和按键触发子电路105。

按键触发子电路105的第一端接地，按键触发子电路105的第二端连接至按键检测子电路104。按键检测104的信号输出端连接至信号转换子电路的输入端，按键检测104的输入端分别连接上拉信号源的输出端和CPU按键检测输入引脚。当按键检测子电路105检测到用户按下按键，上拉信号源上电，将按键的按下时间传输给按键检测子电路104，按键检测子电路104根据按键的按下时间判断是否为开机信号。具体为CPU按键检测引脚对是否为开机信号进行判断，如果为开机信号，则信号识别子电路101开始工作。

信号识别子电路101的输入端分别连接第一电源开关控制端和第二电源开关控制端，信号识别子电路的输出端连接信号转换子电路102的第二输入端。信息转换子电路102的第一输入端与电压输出端相连接。信号输出子电路103的输入端与信号转换子电路102的输出端相连接，信号输出子电路103的输出端连接至信号使能端。

如果上述检测为开机信号，则第一电源开关控制端输出高电平信号，信号识别子电路101中的三极管导通将高电平信号发送给信号转换子电路102。信号转换子电路102接收到的高电平信号使得信号转换子电路102中的三极管导通，进而信号输出子电路103获得电压输出端电压的部分电压，使得信号使能端有效，***进入正常运行。

***运行经过预设时段之后，根据***运行的信号参数生成一控制信号，例如***运行输出的PWM方波信号，控制信号输入到第二电源开关控制端。同时将第一电源开关控制端置为低电平，此时控制信号替代第一电源开关控制端输出的高电平信号，保证信号使能端有效。需要说明的是，在第二电源开关控制端没有控制信号输入前或者在第二电源开关控制端刚刚接收到控制信号时，第一电源开关控制端必须保持高电平状态。如果提前将第一电源开关控制端置位低电平，两个控制端信号替换会出现时差而无控制信号输出，从而使信号使能端失效，则会导致***关机，只有当第二电源开关控制端输入的控制信号进入稳定状态，使得信号使能端有稳定的电压信号输出时，才可以将第一电源开关控制端置为低电平。

如果***发生故障，则***运行的信号参数发生变化，则控制信号也会发生变化，包括方波的幅度和周期，可能此时由于***故障只会输出一个故障瞬间的电平信号。一旦控制信号发生变化，信号识别电路101会将识别的波形传输给信号转换电路102，信号转换电路102输出低电平，此时如上所述的过程，信号使能端无法获得有效电压激活，使得信号使能端生效，控制电子设备关机。

由上述实施例可知，本实施例提供的一种兼备手动开机和自动关机功能的开关电路，包括：电压输出端；信号转换子电路102，信息转换子电路102的第一输入端与电压输出端相连接；信号输出子电路103，信号输出子电路103的输入端与信号转换子电路102的输出端相连接，信号输出子电路103的输出端连接至信号使能端；信号识别子电路101，信号识别子电路101的输入端分别连接第一电源开关控制端和第二电源开关控制端，信号识别子电路101的输出端连接信号转换子电路102的第二输入端；其中：第二电源控制端输出预设频率的控制信号，控制信号根据***正常运行预设时段后的信号参数生成，第二电源控制端输出控制信号后，将第一电源开关控制端设置为低电平。如果电子设备***运行出现异常，则输入到第二电源控制端的方波就会发生变化，此时信号识别电路101对输入的控制信号进行识别并与***正常运行预设时段后的控制信号进行比较，如果比较结果不同则信号转换子电路102输出低电平信号，进而信号使能端无法获得激活电压，控制电子设备下电关机，电子设备不会因长期上电发热而损坏。

具体地，如图3所示，本申请中信号识别子电路101包括第一电阻1、第二电阻2、第三电阻3、第一电容4、第一二极管5和第一三极管6。第一电阻1的第一端连接第一电源开关控制端A，第一电容4的第一端连接第二电源开关控制端B，第一电阻1的第二端和第一电容4的第二端均连接至第二电阻2的第一端，第二电阻2的第二端分别与第三电阻3的第一端、第一二极管5的负极端和第一三极管6的基极端相连，第三电阻3的第二端和第一二极管5的正极端接地，第一三极管6的发射极端接地，集电极端与信号转换子电路102的第二输入端相连接。

信号转换子电路102包括：第四电阻8、第二电容9、第五电阻10、第六电阻11和第二三极管12。第四电阻8的第一端连接第一二极管的集电极端第四电阻8的第二端分别连接第五电阻10的第一端和第二电容9的第一端。第二电容9的第二端和第六电阻11的第一端连接电压源输出端；第五电阻10的第二端和第六电阻11的第二端连接第二三极管12的基极端；第二三极管12的发射极端与电压源输出端连接，第二三极管12的集电极端与信号输出子电路103的输入端连接。

信号输出子电路103包括第七电阻13和第八电阻14。第七电阻13的第一端与第二三极管12的集电极端连接，第七电阻13的第二端分别连接第八电阻14的第一端和信号使能端C，第八电阻14的第二端接地。

按键触发子电路105包括按键开关S和第三电容15，按键开关S的第一端和第三电容15的第一端接地，按键开关S的第二端和第三电容15的第二端与按键检测子电路105的输入端连接。

按键检测子电路104包括第二二极管7、第三二极管16、第九电阻17和第十电阻18。第三二极管16的负极端分别连接第二二极管7的负极端、所述按键开关S的第二端和第三电容15的第二端，第二二极管7的正极端分别连接第一二极管6的集电极端和第四电阻8的第一端；第九电阻17的第一端与第三二极管16的正极端连接，第十电阻18的第一端与上拉信号源的输入端连接，第九电阻17的第二端和第十电阻18的第二端连接至所述CPU按键检测输入引脚D。

当电子设备处于关机设备时，开关S未按下，开关S的第一端、开关S的第二端、上拉信号源VDD和CPU按键检测输入引脚D均处于低电平。第一三极管6和第二三极管12处于截止状态，信号使能端C为低电平，***电源VIN关闭，***处于关机状态。

开关按键S按下，此时上拉信号源VDD上电，通过CPU按键检测输入引脚D进行判断开关按键S的按下时间，判断是否为开机信号。例如开关按键S按下超过一预设时间(例如3秒)，判定为开机信息。在开关按键S按下的时间段里，使能端C持续生效为CPU上电，运行在CPU中的***程序进入一个短暂初始启动状态。CPU按键检测输入引脚D根据开关按键S按下的时间判断需要***开机。当S松开之后，使能端C失效***掉电，无法正常运行，因此需要控制端在S松开之后输入控制信号保持使能端C有效。

当CPU按键检测输入引脚D判定***开始时，***CPU控制第一电源开关控制端A输出高电平信号，高电平信号通过第一电阻1和第二电阻2使得第一三极管6导通，第一三极管6的集电极端电压被拉低至0V，第一三极管基集端电压有第四电阻8、第五电阻10和第六电阻11组成的分压网络取得电压，第二三极管12导通。此时***电源VIN的电压经第七电阻13和第八电阻14分压取得激活电压使得信号使能端C有效，输出开机使能信号，由于此时信号使能端C可以持续为***进行供电，因此***可以正常启动并运行。

由上述可知，本实施例中的按键触发子电路105和按键检测子电路104只是对***开机起到一个触发的作用，当按键检测子电路104对按键触发子电路105发出的开机触发信号检测到之后，由CPU按键检测输入引脚D进行判断，并控制第一电源开关控制端A输出高电平信号，控制开机。因此CPU按键检测输入引脚D没有判断出是否开机之前，第一电源开关控制端A没有信号输出。

第一电源开关控制端A输出高电平，信号使能端C有效后。***延迟一预设时间段，所述预设时间段的取值与***稳定时间和电路中各个器件的参数选取有关。此时根据***运行的信号参数生成一控制信号，输入到第一电源开关控制端B。在控制信号高电平时，第一三极管6导通，第二电容9经过第四电阻8放电，在方波低电平时，第一三极管6截止，第二电容9经过第五电阻10和第六电阻11放电。调整第四电阻8、第二电容9、第五电阻10和第六电阻11的参数使得第二三极管12在整个控制信号周期内处于导通的状态。同时地，将第一电源开关控制端A置为低电平，包括输入高阻态和输出低电平状态。

如果在CPU中正常运行的***发生故障，则***运行的信号参数发生变化，则控制信号也会发生变化，包括方波的幅度和周期，一旦控制信号发生变化，由于第四电阻8、第二电容9、第五电阻10和第六电阻11的参数是确定好的，因此一旦控制信号发生变化，则不能保证第二三极管12能在整个控制信号内处于导通，第二三极管12截止状态时，第七电阻13和第八电阻14无法获得激活电压，信号使能端无法获得有效电压激活，使得信号使能端持续生效，控制电子设备关机，如此避免通过用户操作按键控制关机，降低关机的复杂性。

需要说明的是，本实施例中第一三极管6可以为MMBT3904型号的三极管，第二三极管12可以为MMBT3906型号的三极管，第一二极管5、第二二极管7和第三二极管16可以为IN4148型号的二极管。第一电容4取值为1uF，第二电容9取值为100nF，第三电容15取值为10uF；第一电阻1和第十电阻18取值为10K，第二电阻2和第四电阻8取值为2K，第五电阻10取值为20K，第三电阻3、第六电阻11、第七电阻13和第八电阻14取值为100K。上述取值只是根据本申请开关电路运行时，能够准确控制电子设备开关机获取的一组实施数值，但根据不同***参数获取的方波，上述参数值可以进行调整。

如图4所示，第二三极管12导通后，***电源VIN的电压经第七电阻13和第八电阻14分压取得激活电压使得信号使能端C有效，信号使能端C输出高电平信号b，高电平信号b即为开机信号。***开机，信号使能端C一直保持有效状态，根据***运行的信号参数生成一方波信号a,方波信号a即为控制信号。

控制信号输出后，到达vc点时，由于电路中存在分压，因此控制信号到达vc点时如图4所示信号幅度衰减。其中在vc点高电平时第一三极管6导通，低电平时第一三极管6截止。

当第一三极管6导通之后，第四电阻8和第二电容9构成放电回路，进行放电。第一三极管6截止时，第四电阻8和第二电容9构成充电回路，进行充电。因此，va点的电压从三极管导时的一个瞬时高电平信号，慢慢趋于稳定的高电平信号，但是趋于稳定后的va点电压一直可以保证电路的正常运行。

由于va点稳定在一个高电平状态，因此在整个过程中vb点也可以保持在一个高电平状态，由于vb点的电压小于***电源VIN的电压，因此第二三极管12处于导通状态，保证了信号使能端C有效。

如果***发生故障，则***运行的信号参数发生变化，则控制信号也会发生变化，包括方波的幅度和周期，一旦控制信号发生变化，则不能保证第二三极管12能在整个控制信号内处于导通，第二三极管12截止状态时，第七电阻13和第八电阻14无法获得激活电压，信号使能端无法获得有效电压激活，使得信号使能端生效，控制电子设备关机。

上述实施例相对应，本申请实施例还提供了一种电子设备，如图5所示，电子设备包括开关电路201、处理器202和存储器203。处理器202分别连接至开关电路的第一电源开关控制端、第二电源开关控制端和CPU按键检测输入引脚。

开关按键S按下，上拉信号源VDD上电，通过处理器202的CPU按键检测输入引脚进行判断开关按键S的按下时间，判断是否为开机信号。例如开关按键S按下超过一预设时间(例如3秒)，判定为开机信息。此时处理器202通过CPU按键检测输入引脚判断需要***开机。

此时处理器202控制第一电源开关控制端向开关电路201输出高电平，保证信号使能端C有效，输出开机使能信号。第一电源开关控制端输出高电平，信号使能端有效后。***延迟一预设时间段，处理器202采集***运行的信号参数生成一控制信号，并通过第二电源开关控制端输入到开关电路201。保证在控制信号周期内，信号使能端有效。同时地，将第一电源开关控制端置为低电平，包括输入高阻态和输出低电平状态。

如果***发生故障，则***运行的信号参数发生变化，则控制信号也会发生变化，处理器202只能采集到故障瞬间的电平信号，故障瞬间的电平信号与***正常运行时采集到的控制信号不同，使得开关电力201信号使能端无法获得有效电压激活，使得信号使能端生效，控制电子设备关机。

电子设备还包括一存储器203，用于存储处理器可执行指令的，存储器203与处理器202之间通过一数据总线通信连接。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本申请说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，对于电子设备实施例而言，由于其基本相似于电路实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例中的说明即可。

以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (8)

1.一种兼备手动开机和自动关机功能的开关电路，其特征在于，包括：

信号转换子电路，所述信号转换子电路的第一输入端与电压输出端相连接，所述信号转换子电路包括：第二二极管、第四电阻、第五电阻、第六电阻，第二电容和第二三极管，其中：所述第四电阻的第一端分别连接信号识别子电路的输出端和所述第二二极管的正极端，所述第四电阻的第二端分别连接所述第五电阻的第一端和第二电容的第一端，所述第二二极管的负极端连接按键控制电路的输出端；所述第二电容的第二端和所述第六电阻的第一端连接所述电压输出端；所述第五电阻的第二端和所述第六电阻的第二端连接所述第二三极管的基极端连接；所述第二三极管的发射极端与所述电压输出端连接，所述第二三极管的集电极端与信号输出子电路的输入端连接；

所述 信号输出子电路，所述信号输出子电路的输入端与所述信号转换子电路的输出端相连接，所述信号输出子电路的输出端连接至信号使能端，所述信号使能端用于输出开机信号；

所述信号识别子电路，所述信号识别子电路的输入端分别连接第一电源开关控制端和第二电源开关控制端，所述信号识别子电路的输出端连接所述信号转换子电路的第二输入端；其中：所述第二电源开关控制端输出在***运行正常时产生的控制信号，所述第二电源开关控制端输出所述控制信号后，将所述第一电源开关控制端设置为低电平，所述控制信号用于控制所述信号使能端持续有效且在***运行异常时发生改变，以使所述信号使能端失效，其中所述信号识别子电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第一二极管和第一三极管，所述第一电阻的第一端连接所述第一电源开关控制端，所述第一电容的第一端连接所述第二电源开关控制端，所述第一电阻的第二端和所述第一电容的第二端均连接至所述第二电阻的第一端，所述第二电阻的第二端分别与所述第三电阻的第一端、所述第一二极管的负极端和第一三极管的基极端相连，所述第三电阻的第二端和所述第一二极管的正极端接地，所述第一三极管的发射极端接地，集电极端与所述信号转换子电路的第二输入端相连接；

所述按键控制电路，所述按键控制电路的输出端连接所述信号转换子电路的第三输入端，所述按键控制电路用于将操作按键后产生的开机判断信号发送给所述信号转换子电路。

2.根据权利要求1所述的开关电路，其特征在于，所述按键控制电路包括：

按键检测子电路，所述按键检测子电路的输出端与所述信号转换子电路的第三输入端相连接，所述按键检测子电路的输入端分别连接至上拉信号源的输出端和CPU按键检测输入引脚；

按键触发子电路，所述按键触发子电路的两端分别连接至所述按键检测子电路和接地端。

3.根据权利要求1所述的开关电路，其特征在于，所述第四电阻、第五电阻、第六电阻和第二电容根据所述第二电源开关控制端输出控制信号控制所述第二三极管导通。

4.根据权利要求1所述的开关电路，其特征在于，所述信号输出子电路包括第七电阻和第八电阻，所述第七电阻的第一端与所述第二三极管的集电极端连接，所述第七电阻的第二端分别连接所述第八电阻的第一端和所述信号使能端，所述第八电阻的第二端接地。

5.根据权利要求2所述的开关电路，其特征在于，所述按键触发子电路包括按键开关和第三电容，所述按键开关的第一端和所述第三电容的第一端接地，所述按键开关的第二端和所述第三电容的第二端与所述按键检测子电路的输出端连接。

6.根据权利要求5所述的开关电路，其特征在于，所述按键检测子电路包括第三二极管、第九电阻和第十电阻，所述第三二极管的负极端分别连接所述第二二极管的负极端、所述按键开关的第二端和所述第三电容的第二端；所述第九电阻的第一端与所述第三二极管的正极端连接，所述第十电阻的第一端与上拉信号源的输入端连接，所述第九电阻的第二端和所述第十电阻的第二端连接至CPU按键检测输入引脚。

7.一种电子设备，其特征在于，包括：

权利要求1-6任一项所述的开关电路；

处理器，所述处理器分别连接至所述开关电路的第一电源开关控制端、第二电源开关控制端和CPU按键检测输入引脚；

用于存储处理器可执行指令的存储器。

8.根据权利要求7所述的电子设备，其特征在于，所述处理器通过所述CPU按键检测输入引脚检测到按键信号为开机信号时，控制所述第一电源开关控制端置为高电平，所述第一电源开关控制端输出高电平信号；

所述处理器检测到所述第二电源开关控制端输出预设频率的控制信号后，将所述第一电源开关控制端置为低电平。

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