CN109995222B - 一种无常备供电的电源电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无常备供电的电源电路，包括设备电源的主处理通道和电源软开关控制电路；设备电源的主处理通道包括输入电源滤波、电源开关以及电源变换处理模块；电源开关作为设备电源开关部件；电源变换处理模块则是设备的内部供电处理部件；电源软开关控制电路包括耦合单元、微动开关单元、即时供电单元、电源切换单元、按键动作生成单元和开关状态生成单元。本发明有利于降低设备功耗，相应电路仅在设备加电工作状态下有少许功耗，设备关电状态下则不产生功耗，因此有利于降低设备的功耗，特别适用于对功耗敏感的设备，如电池供电类设备。关电状态下，控制电路处于无电状态，有利于提高控制电路的寿命，进而提高设备的可靠性。

Description

一种无常备供电的电源电路
技术领域
本发明涉及一种无常备供电的电源电路。
背景技术
常规电源开关位于供电通路中，设备工作电流全部流经电源开关。当设备工作电流较大时，常常需要可通电流较大的电源开关，而可通电流较大的电源开关其体积也将更大。当设备外形较小(如便携式设备中)时，体积大的电源开关的应用常常受到限制。
在手持式、背负式等便携式设备中，由于外形体积较小，常使用电源软开关来替代常规的电源开关。在已有的实现方案中，电源软开关都需要一组常备电源，为相关电路提供工作所需的电源。其电路工作原理框图如下图1所示。
在图1中，常备电源为控制处理电路提供工作所需的电源，其输入来源于设备电源或电池，当电源或电池电压不能满足控制处理电路的工作需求时，常备电源中将进行稳压设计，保证输出在控制处理电路的电压适应范围内。控制处理电路一般由逻辑芯片或单片机组成，实现输入信号的逻辑处理功能。电源开关由低导通电阻的晶体管或继电器等构成，受控于控制处理电路。
常用电源软开关的控制流程如下：微动开关形成控制输入信号，经控制处理电路处理后，输出控制逻辑电平，该控制逻辑电平经驱动后用于控制电源开关，控制电源输入与电源负载相连通或断开。
此方案中的最大特点为控制处理电路需要常备电源。只要电源输入或电池存在，则常备电源及控制处理电路处于全时工作状态，会造成电源或电池长期处理能量损耗状态。在电池供电类设备中，该设计方案会降低设备的续航能力，不是低功耗最优设计方案。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：对电源功耗敏感、空间受限设备中，不需要常备供电，使用一个微动按键，实现对设备大电流电源的开关控制。通过采用无常备供电单键电源软开关电路，在降低设备电源损耗，简化电源软开关电路复杂度的同时，提高了设备的可靠性。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种无常备供电的电源电路，包括设备电源的主处理通道和电源软开关控制电路；
设备电源的主处理通道包括输入电源滤波、电源开关以及电源变换处理模块；
输入电源滤波主要实现隔离器功能，起着双向滤波作用，既防止外部电源干扰对设备内部电源及电路造成影响，也防止设备内部各种干扰通过电源线路窜入外部公用供电信号上，满足对设备与供电相关电磁兼容性能的要求；
电源开关作为设备电源开关部件，在开关控制信号cg的控制下实现对输入供电信号的开通或关闭；
电源变换处理模块则是设备的内部供电处理部件，输出设备需要的主用电源，如+5V、+3.3V等；
电源软开关控制电路包括耦合单元、微动开关单元、即时供电单元、电源切换单元、按键动作生成单元和开关状态生成单元；
耦合单元通过对经滤波处理后的电源输入信号V_inf进行衰减隔离处理，输出满足后续电路需要的低压小电流信号V_k，供后续相关电路单元使用；当微动开关处于释放状态时，耦合单元不消耗电能；
微动开关是设备电源的开关操控部件，具备按下接通，释放断开两种状态；
即时供电单元为整个控制电路提供临时供电；当微动开关按下处于闭合状态后，把耦合的电源V_k接通至即时供电单元，即时供电单元快速产生并输出控制电路需要的直流电源Vc；当释放微动开关处于断开状态后，即时供电单元的输出将在设定时间后关闭对外供电；在该设定时间内，可保证设备电源变换处理模块能完成变换处理，向设备正常供电；
电源切换单元实现即时供电输出电源Vc到电源变换处理模块输出中某一路电源V_s0的无缝切换，为开关状态生成单元提供稳定的供电，以使其可有效控制开关控制信号的状态，保持电源开关稳定受控；
按键动作生成单元在即时供电单元输出电源Vc的触发下，产生一脉冲信号ps，以及时反应微动开关的按压和释放动作；
开关状态生成单元以Vcc为工作电源，在脉冲ps的触发下，产生并输出开关控制信号cg，控制电源开关的动作：接通或断开开关，实现对设备供电的开启或关闭功能。
作为优选方式，为防止误动作并保持控制的稳定性，微动开关K需稳定按压一定时间后，该电路才会输出对应的脉冲信号；微动开关K释放一定时间后，脉冲信号消失。
作为优选方式，输出设备需要的主用电源包括+5V和/或+3.3V。
作为优选方式，电源开关为MOS开关；电源软开关控制电路包括电阻R1、R2和R3，微动开关K、电容C1，稳压管V1，二极管V2和V3，计数器D1；
电阻R1分别连接电源滤波输出和微动开关K，微动开关K分别连接稳压管V1和电阻R2，稳压管V1正极接地；电容C1和电阻R3构成并联电路，该并联电路一端连接电阻R2和计数器D1的cp端，并联电路另一端接地；
二极管V2和V3的负极接到一起并连接至计数器D1的Vcc端，二极管V2的正极接稳压管V1的负极，二极管V3的正极接电源变换处理模块，计数器Q0端接MOS开关。
电阻R1作为电源耦合单元或电源耦合部件，按下微动开关K后，稳压管V1为即时供电单元，立即形成临时供电；
临时供电再经V2给开关状态生成单元D1供电，D1的Q0端输出0电平，使MOS开关处于关闭状态；
V2和V3组成电源切换单元，当设备电源变换处理模块正常供电时，D1的供电立即切换至+5V；
R2、C1和R3组成脉冲成形电路或者按键动作生成单元，临时供电信号经该电路后在D1的cp输入短形成0到1的上升跳变，该跳变上沿触发D1，使D1的Q0端输出信号Vc由0电平跳变为1电平，控制MOS管处于导通状态，接通设备电源，使电源变换处理模块正常工作，实现电源开启功能；
释放微动开关K一定时间后，临时供电消失，再经一定时间，D1的cp端脉冲信号由1变为0，D1的Q0端输出保持1电平不变，使设备供电继续保持在开启工作状态；
再次按下微动开关K，D1的cp端将再次生成一上跳变脉冲，使D1的Q0端输出信号Vc由1跳变至0，控制MOS开关处于关闭状态，实现对设备的关电操作。
设备关电状态下，电路的功耗为0；设备加电工作状态下，电路功耗主要在D1上，电路工作电流在毫安级别。
作为优选方式，将V1改为交流整流电路，V2的正极连接至整流电路输出，实现对交流电源的开关控制。通过对即时供电单元电路的调整，该电路也可用于交流开关控制。
本发明的有益效果是：
(1)控制电路中无需常备电源，有利于降低设备功耗。常规电路中只要电源输入未断开，常规软开关电路中的常备电源就处于工作状态，相应地，其控制电路也处于加电工作状态。工作下的常备电源和控制电路都会引入一定的功耗，增加了设备的功耗。本发明无常备电源，相应电路仅在设备加电工作状态下有少许功耗，设备关电状态下则不产生功耗，因此有利于降低设备的功耗，特别适用于对功耗敏感的设备，如电池供电类设备。
(2)关电状态下，控制电路处于无电状态，有利于提高控制电路的寿命，进而提高设备的可靠性。只要输入电源不断开，常规软开关电路中的常备电源及控制电路都处于加电工作状态，极大地加长了该部分电路的工作时间，增加了该部分电路的失效风险。本发明中的软开关控制电路工作时间与设备工作时间基本一致，设备关电即处于非工作状态。相比常规软开关电路，缩短了加电工作时间，降低了电应力作用时间，有利于提高该部分电路的可靠性，进而提升了设备的可靠性。
附图说明
图1是当前常用软开关工作原理图；
图2是本发明电源软开关控制电路组成；
图3是本发明示例，直流电源软开关电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图2所示，一种无常备供电的电源电路，包括设备电源的主处理通道和电源软开关控制电路；
设备电源的主处理通道包括输入电源滤波模块、电源开关以及电源变换处理模块；
输入电源滤波模块主要实现隔离器功能，起着双向滤波作用，既防止外部电源干扰对设备内部电源及电路造成影响，也防止设备内部各种干扰通过电源线路窜入外部公用供电信号上，满足对设备与供电相关电磁兼容性能的要求；
电源开关作为设备电源开关部件，在开关控制信号cg的控制下实现对输入供电信号的开通或关闭；
电源变换处理模块则是设备的内部供电处理部件，输出设备需要的主用电源，如+5V、+3.3V等；
电源软开关控制电路包括耦合单元、微动开关单元、即时供电单元、电源切换单元、按键动作生成单元和开关状态生成单元；
耦合单元通过对经滤波处理后的电源输入信号V_inf进行衰减隔离处理，输出满足后续电路需要的低压小电流信号V_k，供后续相关电路单元使用；当微动开关处于释放状态时，耦合单元不消耗电能；
微动开关是设备电源的开关操控部件，具备按下接通，释放断开两种状态；
即时供电单元为整个控制电路提供临时供电；当微动开关按下处于闭合状态后，把耦合的电源V_k接通至即时供电单元，即时供电单元快速产生并输出控制电路需要的直流电源Vc；当释放微动开关处于断开状态后，即时供电单元的输出将在设定时间后关闭对外供电；在该设定时间内，可保证设备电源变换处理模块能完成变换处理，向设备正常供电；
电源切换单元实现即时供电输出电源Vc到电源变换处理模块输出中某一路电源V_s0的无缝切换，为开关状态生成单元提供稳定的供电，以使其可有效控制开关控制信号的状态，保持电源开关稳定受控；
按键动作生成单元在即时供电单元输出电源Vc的触发下，产生一脉冲信号ps，以及时反应微动开关的按压和释放动作；为防止误动作并保持控制的稳定性，微动开关需稳定按压一定时间后，该电路才会输出对应的脉冲信号。微动开关释放一定时间后，脉冲信号消失。
开关状态生成单元以Vcc为工作电源，在脉冲ps的触发下，产生并输出开关控制信号cg，控制电源开关的动作：接通或断开开关，实现对设备供电的开启或关闭功能。
在一个优选实施例中，为防止误动作并保持控制的稳定性，微动开关K需稳定按压一定时间后，该电路才会输出对应的脉冲信号；微动开关K释放一定时间后，脉冲信号消失。
在一个优选实施例中，输出设备需要的主用电源包括+5V和/或+3.3V。
在一个优选实施例中，如图3所示，对直流电源进行开关控制，结构如下：电源开关为MOS开关；电源软开关控制电路包括电阻R1、R2和R3，微动开关K、电容C1，稳压管V1，二极管V2和V3，计数器D1；
电阻R1分别连接电源滤波输出和微动开关K，微动开关K分别连接稳压管V1和电阻R2，稳压管V1正极接地；电容C1和电阻R3构成并联电路，该并联电路一端连接电阻R2和计数器D1的cp端，并联电路另一端接地；
二极管V2和V3的负极接到一起并连接至计数器D1的Vcc端，二极管V2的正极接稳压管V1的负极，二极管V3的正极接电源变换处理模块，计数器Q0端接MOS开关。
电阻R1作为电源耦合单元或电源耦合部件，按下微动开关K后，稳压管V1为即时供电单元，立即形成临时供电；
临时供电再经V2给开关状态生成单元D1供电，D1的Q0端输出0电平，使MOS开关处于关闭状态；
V2和V3组成电源切换单元，当设备电源变换处理模块正常供电时，D1的供电立即切换至+5V；
R2、C1和R3组成脉冲成形电路或者按键动作生成单元，临时供电信号经该电路后在D1的cp输入短形成0到1的上升跳变，该跳变上沿触发D1，使D1的Q0端输出信号Vc由0电平跳变为1电平，控制MOS管处于导通状态，接通设备电源，使电源变换处理模块正常工作，实现电源开启功能；
释放微动开关K一定时间后，临时供电消失，再经一定时间，D1的cp端脉冲信号由1变为0，D1的Q0端输出保持1电平不变，使设备供电继续保持在开启工作状态；
再次按下微动开关K，D1的cp端将再次生成一上跳变脉冲，使D1的Q0端输出信号Vc由1跳变至0，控制MOS开关处于关闭状态，实现对设备的关电操作。
设备关电状态下，电路的功耗为0；设备加电工作状态下，电路功耗主要在D1上，电路工作电流在毫安级别。
在一个优选实施例中，通过对即时供电单元电路的调整，该电路也可用于交流开关控制。对交流电源进行开关控制，将直流电源控制电路的V1改为交流整流电路，V2的正极连接至整流电路输出，实现对交流电源的开关控制。即把图3中的V1更改为交流整流电路，V2的正极连接至整流电路输出，即可实现对交流电源的开关控制。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种无常备供电的电源电路，其特征在于：包括设备电源的主处理通道和电源软开关控制电路；
设备电源的主处理通道包括输入电源滤波、电源开关以及电源变换处理模块；
输入电源滤波主要实现隔离器功能，起着双向滤波作用；
电源开关作为设备电源开关部件，在开关控制信号cg的控制下实现对输入供电信号的开通或关闭；
电源变换处理模块则是设备的内部供电处理部件，输出设备需要的主用电源；
电源软开关控制电路包括耦合单元、微动开关单元、即时供电单元、电源切换单元、按键动作生成单元和开关状态生成单元；
耦合单元通过对经滤波处理后的电源输入信号V_inf进行衰减隔离处理，输出满足后续电路需要的低压小电流信号V_k，供后续相关电路单元使用；当微动开关处于释放状态时，耦合单元不消耗电能；
微动开关是设备电源的开关操控部件，具备按下接通，释放断开两种状态；
即时供电单元为整个控制电路提供临时供电；当微动开关按下处于闭合状态后，把耦合的电源V_k接通至即时供电单元，即时供电单元快速产生并输出控制电路需要的直流电源Vc；当释放微动开关处于断开状态后，即时供电单元的输出将在设定时间后关闭对外供电；在该设定时间内，可保证设备电源变换处理模块能完成变换处理，向设备正常供电；
电源切换单元实现即时供电输出电源Vc到电源变换处理模块输出中某一路电源V_s0的无缝切换，为开关状态生成单元提供稳定的供电，以使其可有效控制开关控制信号的状态，保持电源开关稳定受控；
按键动作生成单元在即时供电单元输出电源Vc的触发下，产生一脉冲信号ps，以及时反应微动开关的按压和释放动作；
开关状态生成单元以Vcc为工作电源，在脉冲ps的触发下，产生并输出开关控制信号cg，控制电源开关的动作：接通或断开开关，实现对设备供电的开启或关闭功能；
电阻R1作为所述耦合单元，微动开关K为所述微动开关单元，稳压管V1为所述即时供电单元，V2和V3组成所述电源切换单元，R2、C1和R3组成所述按键动作生成单元，计数器D1为所述开关状态生成单元；
电源开关为MOS开关；电源软开关控制电路包括电阻R1、R2和R3，微动开关K、电容C1，稳压管V1，二极管V2和V3，计数器D1；
电阻R1分别连接电源滤波输出和微动开关K，微动开关K分别连接稳压管V1和电阻R2，稳压管V1正极接地；电容C1和电阻R3构成并联电路，该并联电路一端连接电阻R2和计数器D1的cp端，并联电路另一端接地；
二极管V2和V3的负极接到一起并连接至计数器D1的Vcc端，二极管V2的正极接稳压管V1的负极，二极管V3的正极接电源变换处理模块，计数器Q0端接MOS开关。
2.根据权利要求1所述的一种无常备供电的电源电路，其特征在于：为防止误动作并保持控制的稳定性，微动开关K需稳定按压一定时间后，该电路才会输出对应的脉冲信号；微动开关K释放一定时间后，脉冲信号消失。
3.根据权利要求1所述的一种无常备供电的电源电路，其特征在于：输出设备需要的主用电源包括+5V和/或+3.3V。
4.根据权利要求1所述的一种无常备供电的电源电路，其特征在于：将V1改为交流整流电路，V2的正极连接至整流电路输出，实现对交流电源的开关控制。
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