CN113162387A - 一种低功耗的电源启停电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低功耗的电源启停电路，其包括启动模块、驱动模块、电源唤醒模块、电源模块和MCU模块，所述启动模块的第一输入端连接VCC端，第二输入端连接电源唤醒模块和驱动模块的输出端，输出端连接电源模块的输入端，而电源模块的输出端连接MCU模块；MCU模块还连接驱动模块的输入端；而电源唤醒模块的输入端连接VCC端。本发明的启动电路是一次上升延有效，当电源正常输出后，启动电路将不再消耗功耗，提高电源的工作效率。

Description

一种低功耗的电源启停电路

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种低功耗的电源启停电路。

背景技术

在电子电路中通常会应用到电源启停电路，以控制电源的通断。但是目前的电源启停电路都存在以下问题：

（1）有些电源电路利用电源芯片本身的回差来控制电源的启停（一般是控制EN脚），当输入电压高于额定值V2，电源开启，当电源低于额定值V1，电源关闭。当输入接光伏极板，光照很弱的时候，输入电压不稳，电源就很容易频繁打嗝。

（2）有些电源电路在电源启动后，启停电路上面依旧有比较大的功耗，这在要求低功耗的场合不适用。

（3）有些电源电路通过按键等硬开关来控制电源的通断，但是不具备软件控制的功能。

（4）有部分电源可以实现硬件开启，软件关断的功能。但是当MCU模块死机后，IO口的状态无法估计，无法正常关断电源，主回路容易出现过流、短路等异常状况，甚至发生起火等严重后果。

有鉴于此，本设计人针对现有电源启停电路存在的问题深入构思，遂产生本案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低功耗的电源启停电路，以提高电源的工作效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种低功耗的电源启停电路，其包括启动模块、驱动模块、电源唤醒模块、电源模块和MCU模块，所述启动模块的第一输入端连接VCC端，第二输入端连接电源唤醒模块和驱动模块的输出端，输出端连接电源模块的输入端，而电源模块的输出端连接MCU模块；MCU模块还连接驱动模块的输入端；而电源唤醒模块的输入端连接VCC端；

所述启动模块包括光耦IC1、电阻R1、电阻R2、电阻R4、电解电容C2、三极管Q1；光耦IC1的阳极经由电阻R4连接VCC端，阴极经由电解电容C2接地；该光耦IC1的集电极经由电阻R2连接三极管Q1的基极，同时，该光耦IC1的集电极还连接电源唤醒模块，光耦IC1的发射极则接地；三极管Q1的发射极连接VCC端，三极管Q1的集电极连接电源模块；电阻R1的一端连接VCC端，另一端连接三极管Q1的基极。

所述驱动模块包括电容C3、电容C4、二极管D1、二极管D2、电阻R6、电阻R7、电阻R10、三极管Q2，电容C3一端连接MCU模块的TPM2_CH1引脚，另一端连接二极管D2的阳极，二极管D2的阴极则连接至二极管D1的阳极端；电容C4和电阻R10并联后一端连接二极管D2的阴极，另一端接地；二极管D1的阴极则经由电阻R6连接三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极连接启动模块的光耦IC1的集电极，三极管Q2的发射极接地；电阻R7一端连接三极管Q2的基极，另一端接地。

所述电源唤醒模块包括按键SW1、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C1、二极管D1、三极管Q2；按键SW1的输入端连接VCC端，输出端连接二极管D1的第一阳极端，二极管D1的阴极则经由电阻R6连接三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极连接启动模块的光耦IC1的集电极，三极管Q2的发射极接地；电阻R7一端连接三极管Q2的基极，另一端接地；电阻R5和电容C1并联后一端连接按键SW1的输出端，另一端接地。

所述电源模块包括电容C5、电容C6、电容C10、电容C7、电容C8、电容C9、电容C11、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电源芯片IC2、电感L1；电容C6一端连接启动模块中三极管Q1的集电极，另一端接地；电阻R11一端连接启动模块中三极管Q1的集电极，另一端则连接芯片IC2的EN引脚；芯片IC2的VIN引脚连接启动模块中三极管Q1的集电极，芯片IC2的pd引脚和GND引脚直接接地，芯片IC2的ss引脚和VREG5引脚分别经由电容C10和电容C11接地；芯片IC2的VBST引脚则经由电容C5连接至芯片IC2的SW引脚，SW引脚则通过电感L1连接至MCU模块的VDD引脚；电容C7和电容C8并联后一端连接MCU模块的VDD引脚，另一端接地；电阻R12和电容C9并联后一端连接MCU模块的VDD引脚，另一端一方面经由电阻R13接地，另一方面则连接芯片IC2的VFB引脚。

所述电源启停电路还包括连接启动模块的快速放电模块。

所述快速放电模块包括三极管Q3、电阻R3、电阻R8、电阻R9，三极管Q3的基极一方面经由电阻R3连接VCC端，另一方面经由电阻R8接地；三极管Q3的发射极连接启动模块的光耦IC1的阴极；三极管Q3的集电极则经由电阻R9接地。

采用上述方案后，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明的启动电路是一次上升延有效，当电源正常输出后，启动电路将不再消耗功耗，提高电源的工作效率。

（2）本发明同时具备硬件开启、软件关断、硬件唤醒等功能，电源电路的控制更加完善。

（3）当电源开启后， MCU模块封锁驱动来保证电源的正常输出。当电源要实现关断时，MCU模块关闭驱动，控制逻辑更加简单，不易出现打嗝的现象。

（4）本发明增加了看门狗的电路，防止MCU模块出现死机或者失效后，其输入输出状态无法控制，可能造成的严重后果。

附图说明

图1为本发明的原理框图；

图2为启动模块、驱动模块和电源唤醒模块的电路图；

图3为电源模块的电路图；

图4为连接端子CN1的示意图；

图5为MCU模块示意图。

标号说明：

启动模块10；驱动模块20；电源唤醒模块30；电源模块40；快速放电模块50；MCU模块60。

具体实施方式

如图1所示，本发明揭示了一种低功耗的电源启停电路，其包括启动模块10、驱动模块20、电源唤醒模块30、电源模块40，启动模块10的第一输入端连接VCC端，第二输入端连接电源唤醒模块30和驱动模块20的输出端，输出端连接电源模块40的输入端，而电源模块40的输出端连接MCU模块60；MCU模块60还连接驱动模块20的输入端；而电源唤醒模块30的输入端连接VCC端。

其中，如图2所示，启动模块10包括光耦IC1、电阻R1、电阻R2、电阻R4、电解电容C2、三极管Q1。光耦IC1的阳极经由电阻R4连接VCC端（电阻R4连接VCC端的一端即为启动模块10的第一输入端），阴极经由电解电容C2接地；该光耦IC1的集电极经由电阻R2连接三极管Q1的基极，同时，该光耦IC1的集电极还连接电源唤醒模块30（光耦IC1的集电极为启动模块10的第二输入端），光耦IC1的发射极则接地。三极管Q1的发射极连接VCC端，三极管Q1的则集电极连接电源模块40（三极管Q1的集电极则为启动模块10的输出端）。电阻R1的一端连接VCC端，另一端连接三极管Q1的基极。

如图3所示，电源模块40可以采用BUCK电源模块、Boost电源模块或者升降压电源模块，本实施例以BUCK电源模块举例说明，其它电源模块的应用是一致的。具体地，本实施例的电源模块40包括电容C5、电容C6、电容C10、电容C7、电容C8、电容C9、电容C11、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电源芯片IC2、电感L1。电容C6一端连接启动模块10（即三极管Q1的集电极），另一端接地；电阻R11一端连接启动模块10，另一端则连接芯片IC2的EN引脚；芯片IC2的VIN引脚连接启动模块10中三极管Q1的集电极（电容C6、电阻R11和芯片IC2连接启动模块10的一端为电源模块40的输入端），芯片IC2的pd引脚和GND引脚直接接地，芯片IC2的ss引脚和VREG5引脚分别经由电容C10和电容C11接地；芯片IC2的VBST引脚则经由电容C5连接至芯片IC2的SW引脚，SW引脚则通过电感L1连接至MCU模块60的VDD引脚。电容C7和电容C8并联后一端连接MCU模块60的VDD引脚，另一端接地。电阻R12和电容C9并联后一端连接MCU模块60的VDD引脚，另一端一方面经由电阻R13接地，另一方面则连接芯片IC2的VFB引脚。如图2所示，电源模块40的+3.3V_D端点为电源模块40的输出端，电源模块40中的元器件都通过该端点与MCU模块60连接。本实施例中芯片IC2的型号为TPS54227，其具备高效率，输入范围宽，输出范围可调，输出纹波小（Vout-pp=20mv）等优点。

继续参照图2所示，电源唤醒模块30包括按键SW1、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C1、二极管D1、三极管Q2。按键SW1的输入端（亦为电源唤醒模块30的输入端）连接VCC端，输出端连接二极管D1的第一阳极端，二极管D1的阴极则经由电阻R6连接三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极连接启动模块10的光耦IC1的集电极，三极管Q2的发射极接地；电阻R7一端连接三极管Q2的基极（三极管Q2的集电极为驱动电路的输出端），另一端接地；电阻R5和电容C1并联后一端连接按键SW1的输出端，另一端接地。

结合图4和图5所示，驱动模块20包括电容C3、电容C4、二极管D1、二极管D2、电阻R6、电阻R7、电阻R10、三极管Q2。电容C3一端（此端为驱动模块20的输入端）连接MCU模块60的TPM2_CH1引脚，另一端连接二极管D2的阳极，二极管D2的阴极则连接至二极管D1的第二阳极端。电容C4和电阻R10并联后一端连接二极管D2的阴极，另一端接地。驱动模块20与电源唤醒模块30共用电阻R6、电阻R7、电阻R10、三极管Q2，所以，此处不再赘述其连接关系。三极管Q2的集电极亦为驱动模块20的输出端。

继续参照图2并结合图4所示，本实施例中，为了保证VCC端电源重复通断的情况下，启动电路始终能够正常工作。启动模块10还连接有快速放电模块50，其包括三极管Q3、电阻R3、电阻R8、电阻R9。三极管Q3的基极一方面经由电阻R3连接VCC端，另一方面经由电阻R8接地；三极管Q3的发射极连接启动模块10的光耦IC1的阴极；三极管Q3的集电极则经由电阻R9接地。另外，本实施例中VCC端的电源由连接端子CN1提供，而连接端子CN1型号为RJ45。

在首次上电时，启动模块10中的三极管Q1导通，电源模块40启动，为MCU模块60提供3.3V电源。一段时间后，启动电路关闭。启动电路关闭前，MCU模块60向驱动模块20输出驱动信号，使三极管Q1保持连续导通，继续为BUCK电路供电，实现电源自锁。当电源需要关闭，MCU模块60关闭驱动，三极管Q1断开，电源模块40停止工作，MCU模块60停止运行。因此，MCU模块60可以控制电源模块40的开通和关断。电源关闭后，摁下按键SW1，三极管Q1导通，然后MCU模块60控制驱动电路实现电源自锁，BUCK电路连续工作，电源唤醒电路成功开启电源。当连接端子CN1上的电源VCC断开，快速放电模块50迅速放掉电容C2上的电量，为下一次电源启动做好准备。由于放电速度快，就算电源VCC马上重新接入，电源模块40也能立刻工作。所以连接端子CN1重复快速热拔插，电源也能正常工作。

本发明的工作原理如下：

在连接端子CN1接入直流电源VCC。VCC通过R4，光耦IC1内部二极管向电容C2充电。光耦IC1原边的二极管导通后，三极管Q1、电阻R1、电阻R2和光耦副边的三极管组成的回路导通，三极管Q1就导通了，然后以芯片IC2为核心的电源模块40正常工作，为MCU模块60提供3.3V电源。随着电容C2上电荷的累积，充电的速度下降，三极管Q1的导通电流变小，完成了缓启动的过程。随着流过光耦IC1内部二极管的电流越来越小，当电流小到不足以让光耦IC1副边的三极管导通时，三极管Q1同时断开，到此，启动模块10的使命完成。

如要让三极管Q1持续开通，需在光耦IC1副边的三极管断开前，MCU模块60输出PWM波（Debug dog），控制驱动模块20使得三极管Q2持续导通，三极管Q1就能持续导通。只要MCU模块60的驱动不关闭，三极管Q1就不会关断，电源模块40就能持续工作，反过来为MCU模块60提供3.3V电源，实现电源的自锁。有时为了电源功耗，需要关闭电源模块40，只要MCU模块60实时检测输入电源的电压，当输入电源达到低压关闭阈值，MCU模块60主动关闭驱动，然后电源模块40关断。当然也可以通过RS485通讯的方式，上位机给MCU模块60下发关闭电源指令，然后MCU模块60将驱动关断，电源完成关断，实现低功耗。

电源唤醒模块30可以重新开启电源。摁下按键SW1，Key up出高电平，驱动三极管Q2使其导通，然后三极管Q1导通，电源模块40重新开启输出3.3V。当电源VCC断开，电容C2上的电荷通过三极管Q3、电阻R8和电阻R9组成的快放电电路迅速放掉，电容C2上的电压很快降到1V以下。如果没有这个快放电路，电解上的电荷是缓慢放掉的，电容C2上电压从12V降到1V以下，可能需要几十秒。而且因为电容C2的存储的电荷还很多，流过光耦内部二极管的电流就很小，不足以使得光耦副边三极管导通或者完全导通，则三极管Q1没有完全导通，电源模块40无法正常工作。所以增加快放电路，使连接端子CN1重复热拔插上下电的功能得以实现。

当MCU模块60出现死机或者失效时，IO口可能输出高电平，也可能输出低电平。但由于驱动模块20电容C3是“隔直通交”的，Dog_HD只能是低电平。因此驱动模块20关断，三极管Q1也无法导通，BUCK电路失去输入电源后关断，3.3V供电的MCU模块60停止运行。所以电容C3，二极管D2，电容C4，电阻R10组成的驱动电路起到了“看门狗”的作用，防止因为MCU模块60死机造成的严重后果。

综上，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明的启动电路是一次上升延有效，当电源正常输出后，启动电路将不再消耗功耗，提高电源的工作效率。

（2）本发明同时具备硬件开启、软件关断、硬件唤醒等功能，电源电路的控制更加完善。

（3）当电源开启后， MCU模块60封锁驱动来保证电源的正常输出。当电源要实现关断时，MCU模块60关闭驱动，控制逻辑更加简单，不易出现打嗝的现象。

（4）本发明增加了看门狗的电路，防止MCU模块60出现死机或者失效后，其输入输出状态无法控制，可能造成的严重后果。

以上所述，仅是本发明实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种低功耗的电源启停电路，其特征在于：包括启动模块、驱动模块、电源唤醒模块、电源模块和MCU模块，所述启动模块的第一输入端连接VCC端，第二输入端连接电源唤醒模块和驱动模块的输出端，输出端连接电源模块的输入端，而电源模块的输出端连接MCU模块；MCU模块还连接驱动模块的输入端；而电源唤醒模块的输入端连接VCC端；

所述启动模块包括光耦IC1、电阻R1、电阻R2、电阻R4、电解电容C2、三极管Q1；光耦IC1的阳极经由电阻R4连接VCC端，阴极经由电解电容C2接地；该光耦IC1的集电极经由电阻R2连接三极管Q1的基极，同时，该光耦IC1的集电极还连接电源唤醒模块，光耦IC1的发射极则接地；三极管Q1的发射极连接VCC端，三极管Q1的集电极连接电源模块；电阻R1的一端连接VCC端，另一端连接三极管Q1的基极。

2.根据权利要求1所述的一种低功耗的电源启停电路，其特征在于：所述驱动模块包括电容C3、电容C4、二极管D1、二极管D2、电阻R6、电阻R7、电阻R10、三极管Q2，电容C3一端连接MCU模块的TPM2_CH1引脚，另一端连接二极管D2的阳极，二极管D2的阴极则连接至二极管D1的阳极端；电容C4和电阻R10并联后一端连接二极管D2的阴极，另一端接地；二极管D1的阴极则经由电阻R6连接三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极连接启动模块的光耦IC1的集电极，三极管Q2的发射极接地；电阻R7一端连接三极管Q2的基极，另一端接地。

3.根据权利要求1所述的一种低功耗电源启停电路，其特征在于：所述电源唤醒模块包括按键SW1、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C1、二极管D1、三极管Q2；按键SW1的输入端连接VCC端，输出端连接二极管D1的第一阳极端，二极管D1的阴极则经由电阻R6连接三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极连接启动模块的光耦IC1的集电极，三极管Q2的发射极接地；电阻R7一端连接三极管Q2的基极，另一端接地；电阻R5和电容C1并联后一端连接按键SW1的输出端，另一端接地。

4.根据权利要求1所述的一种低功耗的电源启停电路，其特征在于：所述电源模块包括电容C5、电容C6、电容C10、电容C7、电容C8、电容C9、电容C11、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电源芯片IC2、电感L1；电容C6一端连接启动模块中三极管Q1的集电极，另一端接地；电阻R11一端连接启动模块中三极管Q1的集电极，另一端则连接芯片IC2的EN引脚；芯片IC2的VIN引脚连接启动模块中三极管Q1的集电极，芯片IC2的pd引脚和GND引脚直接接地，芯片IC2的ss引脚和VREG5引脚分别经由电容C10和电容C11接地；芯片IC2的VBST引脚则经由电容C5连接至芯片IC2的SW引脚，SW引脚则通过电感L1连接至MCU模块的VDD引脚；电容C7和电容C8并联后一端连接MCU模块的VDD引脚，另一端接地；电阻R12和电容C9并联后一端连接MCU模块的VDD引脚，另一端一方面经由电阻R13接地，另一方面则连接芯片IC2的VFB引脚。

5.根据权利要求1所述的一种低功耗的电源启停电路，其特征在于：所述电源启停电路还包括连接启动模块的快速放电模块。

6.根据权利要求5所述的一种低功耗的电源启停电路，其特征在于：所述快速放电模块包括三极管Q3、电阻R3、电阻R8、电阻R9，三极管Q3的基极一方面经由电阻R3连接VCC端，另一方面经由电阻R8接地；三极管Q3的发射极连接启动模块的光耦IC1的阴极；三极管Q3的集电极则经由电阻R9接地。

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