CN105897240B - 一种具备硬件强制关机功能的单键软开关机电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具备硬件强制关机功能的单键软开关机电路，包括输入电源、输出电源、开关机工作电源产生电路、电源开关、开关驱动电路、开机触发电路、硬件强制关机电路、长延时电路以及开关机信号产生电路，所述输入电源分别连接所述开关机工作电源产生电路、电源开关以及开关驱动电路；所述开关机工作电源产生电路分别连接所述开机触发电路以及开关机信号产生电路，所述电源开关分别连接所述开关驱动电路以及输出电源，所述开关驱动电路分别连接所述开机触发电路以及硬件强制关机电路，所述开机触发电路连接至所述长延时电路，所述长延时电路连接至所述硬件强制关机电路，有效解决目前开关机电路设计结构过于复杂、设计成本高的问题。

Description

一种具备硬件强制关机功能的单键软开关机电路

技术领域

本发明涉及一种开关机电路，特别指一种具备硬件强制关机功能的单键软开关机电路。

背景技术

开关机电路是用来控制电子系统电源开启和关闭的机构，是电子系统至关重要的部分。目前新兴智能产品应用越来越普及，而智能产品一般都配备电池以满足移动应用，因此对产品待机时间要求很高，为了能延伸待机时间，需要在产品有限的结构空间放置尽可能大的电池容量，内置电池的设计变得越来越普及，这是因为外置电池的几乎一半体积是由其结构件所占据的，如果电池内置于智能产品机身中，就可以节省电池的结构件体积，从而在相同乃至更大的体积上大大提高电池的容量；内置电池的设计确实让电池的容量得到了大幅度增加，但也带来一个新的问题：如果智能产品在应用过程中发生软件系统卡机或死机的情况，由于电池内置于机身内，无法采取拆卸电池的办法解除，那如何进行解除操作呢？目前比较落后的解决办法有采用掩藏在机身内的手动机械复位按键，隐藏的复位按键通常又很难触及，这种做法会使用户使用时体验很差。

目前现有的专利技术或市面上智能产品开关机电路的设计多数采用集成电路或专用电源管理芯片(PMU)等实现，导致设计成本很高，也有的采用分立器件实现的，普遍存在电路结构复杂，可靠性较低，同时占用了太多PCB空间，在结构空间紧凑的产品上使用有很大的局限性。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种具备硬件强制关机功能的单键软开关机电路，能够有效解决目前智能产品开关机电路设计结构过于复杂、设计成本高的问题。

本发明是这样实现的：一种具备硬件强制关机功能的单键软开关机电路，包括输入电源、输出电源、开关机工作电源产生电路、电源开关、开关驱动电路、开机触发电路、硬件强制关机电路、长延时电路以及开关机信号产生电路，所述输入电源分别连接所述开关机工作电源产生电路、电源开关以及开关驱动电路；所述开关机工作电源产生电路分别连接所述开机触发电路以及开关机信号产生电路，所述电源开关分别连接所述开关驱动电路以及输出电源，所述开关驱动电路分别连接所述开机触发电路以及硬件强制关机电路，所述开机触发电路连接至所述长延时电路，所述长延时电路连接至所述硬件强制关机电路。

进一步地，所述长延时电路包括电阻R8、电容C1、三极管Q4以及二极管D3；所述电阻R8一端连接至所述开机触发电路，所述电阻R8另一端分别连接所述电容C1的一端、三极管Q4的集电极以及硬件强制关机电路，所述电容C1的另一端连接至所述三极管Q4的基极以及二极管D3的阴极，所述二极管D3的阳极以及三极管Q4的发射极接地。

进一步地，所述开关机工作电源产生电路包括一开关机按键K1，所述输入电源通过所述开关机按键K1分别连接所述开关机信号产生电路以及开机触发电路。

进一步地，所述开关机信号产生电路包括数字IO参考电源、开关机信号输出端、电阻R3、电阻R4以及三级管Q2；所述电阻R3一端连接至所述数字IO参考电源，所述电阻R3另一端分别连接开关机信号输出端以及三极管Q2的集电极，所述三极管Q2的基极通过电阻R4连接至所述开关机按键K1，所述三极管Q2的发射极接地。

进一步地，所述开关机工作电源产生电路包括电阻R1、电阻R12、三极管Q6以及开关机按键K2，所述输入电源分别连接所述电阻R1的一端以及三极管Q6的集电极，所述电阻R1的另一端分别连接所述电阻R12的一端以及三极管Q6的基极，所述电阻R12的另一端分别连接所述开关机信号产生电路以及开关机按键K2的一端，所述三极管Q6的发射极连接至所述开机触发电路，所述开关机按键K2的另一端接地。

进一步地，所述开关机信号产生电路包括数字IO参考电源、开关机信号输出端、电阻R11以及二极管D1，所述数字IO参考电源连接至电阻R11的一端，所述电阻R11的另一端分别连接开关机信号输出端以及二极管D1的阳极，所述二极管D1的阴极分别连接至所述开关机按键K2的一端以及电阻R12的另一端。

进一步地，所述开机触发电路包括电阻R5以及二极管D2，所述电阻R5的一端连接所述开关机工作电源产生电路，所述电阻R5的另一端通过所述二极管D2分别连接所述开关驱动电路以及硬件强制关机电路。

进一步地，所述硬件强制关机电路包括电阻R9、三极管Q5以及电阻R10，所述电阻R9一端连接所述长延时电路，所述电阻R9另一端分别连接所述三极管Q5的基极以及电阻R10的一端，所述三极管Q5的集电极分别连接所述开机触发电路以及开关驱动电路，所述三极管Q5的发射极以及电阻R10的另一端均接地。

本发明的优点在于：本发明一种具备硬件强制关机功能的单键软开关机电路，仅采用小电容附加一些分立器件即可实现常延时电路，而无需采用大容量电容；并且在关机状态时各部分电源是彻底关断的，所有电路元器件都处于开路态，开关机电路本身几乎不耗电，达到了采用机械开关关断一样的效果，硬件强制关机功能采用强制关断电路电源，能够有效解除智能产品软件系统卡机或死机。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1是本发明一种具备硬件强制关机功能的单键软开关机电路的原理图。

图2是本发明一种具备硬件强制关机功能的单键软开关机电路的一种具体实施方式的电路图。

具体实施方式

请参阅图1和图2所示，本发明具备硬件强制关机功能的单键软开关机电路，包括输入电源、输出电源、开关机工作电源产生电路、电源开关、开关驱动电路、开机触发电路、硬件强制关机电路、长延时电路以及开关机信号产生电路，所述输入电源分别连接所述开关机工作电源产生电路、电源开关以及开关驱动电路；所述开关机工作电源产生电路分别连接所述开机触发电路以及开关机信号产生电路，所述电源开关分别连接所述开关驱动电路以及输出电源，所述开关驱动电路分别连接所述开机触发电路以及硬件强制关机电路，所述开机触发电路连接至所述长延时电路，所述长延时电路连接至所述硬件强制关机电路。

所述长延时电路包括电阻R8、电容C1、三极管Q4以及二极管D3；所述电阻R8一端连接至所述开机触发电路，所述电阻R8另一端分别连接所述电容C1的一端、三极管Q4的集电极以及硬件强制关机电路，所述电容C1的另一端连接至所述三极管Q4的基极以及二极管D3的阴极，所述二极管D3的阳极以及三极管Q4的发射极接地。

所述开关机工作电源产生电路包括一开关机按键K1，所述输入电源通过所述开关机按键K1分别连接所述开关机信号产生电路以及开机触发电路，所述开关机信号产生电路包括数字IO参考电源、开关机信号输出端、电阻R3、电阻R4以及三级管Q2；所述电阻R3一端连接至所述数字IO参考电源，所述电阻R3另一端分别连接开关机信号输出端以及三极管Q2的集电极，所述三极管Q2的基极通过电阻R4连接至所述开关机按键K1，所述三极管Q2的发射极接地。

或者，所述开关机工作电源产生电路包括电阻R1、电阻R12、三极管Q6以及开关机按键K2，所述输入电源分别连接所述电阻R1的一端以及三极管Q6的集电极，所述电阻R1的另一端分别连接所述电阻R12的一端以及三极管Q6的基极，所述电阻R12的另一端分别连接所述开关机信号产生电路以及开关机按键K2的一端，所述三极管Q6的发射极连接至所述开机触发电路，所述开关机按键K2的另一端接地，所述开关机信号产生电路包括数字IO参考电源、开关机信号输出端、电阻R11以及二极管D1，所述数字IO参考电源连接至电阻R11的一端，所述电阻R11的另一端分别连接开关机信号输出端以及二极管D1的阳极，所述二极管D1的阴极分别连接至所述开关机按键K2的一端以及电阻R12的另一端。

所述开机触发电路包括电阻R5以及二极管D2，所述电阻R5的一端连接所述开关机工作电源产生电路，所述电阻R5的另一端通过所述二极管D2分别连接所述开关驱动电路以及硬件强制关机电路。

所述硬件强制关机电路包括电阻R9、三极管Q5以及电阻R10，所述电阻R9一端连接所述长延时电路，所述电阻R9另一端分别连接所述三极管Q5的基极以及电阻R10的一端，所述三极管Q5的集电极分别连接所述开机触发电路以及开关驱动电路，所述三极管Q5的发射极以及电阻R10的另一端均接地。

如附图1所示，本发明由1个开关机按键K1、开机触发电路，电源开关管Q1、开关机信号产生电路、开关驱动电路、开关机工作电源产生电路、常延时电路、硬强制关机电路等组成。在电子产品中，电源开关通常采用电子开关来完成，电子开关可以是三极管、MOS管、具有输出使能控制的电源芯片等等，本发明的核心就是通过控制该电子开关的开启和关闭来完成电子产品的开机和关机功能的，本发明在方案描述中电源开关管Q1采用PMOS管来说明，但方案适用范围不限于采用PMOS管，还可以是其它带有开关功能或具有输出使能控制的电子器件，控制方式可以根据所采用的电子器件特性对控制信号做适当变形，如电平、电压转换等。以下是本方案工作原理的描述。

开机触发电路工作原理：开机触发电路有电阻R5、二极管D2等构成。开关机按键K1按下时，开关机工作电源产生电路的输出通过电阻R5、二极管D2产生电压信号给开关驱动电路中的三极管Q3的基极使Q3导通，Q3集电极将电源开关PMOS管Q1的栅极拉低，使Q1导通，输入电源VIN导通到输出电源VOUT，完成开机触发。

开关驱动电路工作原理：开关驱动电路由电阻R2、电阻R6、电阻R7、三级管Q3等构成。附图1中POWER_ON/nFF是开关驱动电路的输入控制接口信号，该信号由开关机电路逻辑产生，在智能产品中通常由智能处理器的输出IO口驱动控制。当POWER_ON/nFF输入高电平时，三极管Q3导通，拉低电源开关PMOS管Q1的栅极维持Q1导通；当POWER_ON/nFF输入低电平时，三极管Q3管关断，电阻R3拉高电源开关PMOS管Q1的栅极关断Q1。

开关机信号产生电路工作原理：开关机信号产生电容由二极管D1、电阻R3构成。附图1中POWER_KEYIN是开关机信号，在智能产品中通常是提供给智能处理器的输入IO口做检测用。开关机按键按下时，通过二极管D1输出低电平的POWER_KEYIN信号，开关机按键松开时，通过电阻R3上拉至数字电路工作电源DVDD(处理器的数字IO参考电源,主要为了让本电路的输出信号与智能处理器IO接口电平匹配而引入的说明)，产生高电平的POWER_KEYIN信号，此POWER_KEYIN信号作为智能产品中智能处理器的开关机检测信号，智能处理器可以设计检测逻辑，根据检测到的信号状态做相应动作，如执行开机维持、关机等动作。

开关机工作电源产生电路工作原理：开关机工作电源产生电路由电阻R1、电阻R4、三级管Q2等构成。当开关机按键按下时，通过电阻R4给三极管Q2发射结提供电流使三极管Q2导通，电路输入电源VIN通过Q2给由开机触发电路及长延时电路提供工作电源。

长延时电路工作原理：长延时电路由电阻R8、电容C1、三极管Q4、二极管D3等构成。其中电容C1、三级管Q4构成电容倍增电路，利用三极管的电流放大效应，相当于将电容C1放大了大约hFE(三极管Q4的直流放大倍数，hFE＝直流IC/IB)倍，也就是说，该电路的等效定时电容大约hFE*C1，因此该电路的充电时间常数≈R8*hFE*C1，这样，应用极其简单的电容倍增电路实现了本发明中的长延时功能。当开关机按键按下时，开关机工作电源产生电路的输出通过R7对该电路等效定时电容充电，此充电电压信号作为硬件强制开关机电路的输入信号。附图1中二极管D3的作用是在松开开关机按键后，给电容C1提供放电回路，让长延时电路电容放电回位。该放电回路由附图1中二极管D3、电容C1、电阻R9及电阻R10与三级管Q5的发射结并联电路等构成。

硬件强制关机电路工作原理：硬件强制开关机电路由电阻R9、电阻R10、三极管Q5等构成。长延时电路输出的充电电压通过R9、R10分压提供给三极管Q5的发射结，当分压值上升到三级管Q5的导通电压(约0.7V)附近时，三级管Q5导通，Q5集电极将开关驱动电路中的三极管Q3管关断，从而关断电源开关管Q1，完成硬件强制关机。当智能产品在应用过程中意外发生软件系统卡机或死机时，可以通过超长按下开关机按键强制关机以解除。

以上分别描述了本发明各个电路组成部分的工作原理，接下来描述一下整个电路工作原理：

软件控制开机：按下开关机按键，开关机工作电源产生电路输出工作电源给开机触发电路，开机触发电路触发开关驱动电路开启电源开关Q1，输入电源VIN导通到输出电源VOUT，完成开机触发，此时智能处理器系统开始工作，智能处理器检测到开关机按键按下(POWER_KEYIN信号低电平)超过0.5S时执行开机维持(输出高电平至POWER_ON/nOFF)，系统上电完成短按软开机，否则，不执行开机维持，系统就无法完成开机。

软件控制关机：开机状态按下开关机按键，智能处理器检测到开关机信号产生电路输出低电平(表示开关机按键按下状态)超过2S时，通过UI(液晶、LED等)提示用户正在关机，接着用户会松开开关机按键，智能处理器会检测到开关机信号产生电路输出高电平(表示开关机按键松开状态)，即执行关机动作(输出低电平至POWER_ON/nOFF)，系统掉电完成长按软关机。

硬件控制关机：开机状态按下开关机按键，一直保持按住直至超过长延时电路设定的时间常数，长延时电路触发硬件强制关机电路工作，关断电源开关Q1，完成硬件强制关机。

如附图2所示的实施例是在以上描述的实施基础上，将开关机工作电源产生电路和开关机信号产生电路做等效变化而来的，电路结构更加精简。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (6)

1.一种具备硬件强制关机功能的单键软开关机电路，其特征在于：包括输入电源、输出电源、开关机工作电源产生电路、电源开关、开关驱动电路、开机触发电路、硬件强制关机电路、长延时电路以及开关机信号产生电路，所述输入电源分别连接所述开关机工作电源产生电路、电源开关以及开关驱动电路；所述开关机工作电源产生电路分别连接所述开机触发电路以及开关机信号产生电路，所述电源开关分别连接所述开关驱动电路以及输出电源，所述开关驱动电路分别连接所述开机触发电路以及硬件强制关机电路，所述开机触发电路连接至所述长延时电路，所述长延时电路连接至所述硬件强制关机电路；

所述长延时电路包括电阻R8、电容C1、三极管Q4以及二极管D3；所述电阻R8一端连接至所述开机触发电路，所述电阻R8另一端分别连接所述电容C1的一端、三极管Q4的集电极以及硬件强制关机电路，所述电容C1的另一端连接至所述三极管Q4的基极以及二极管D3的阴极，所述二极管D3的阳极以及三极管Q4的发射极接地；

所述开关机工作电源产生电路包括一开关机按键K1，所述输入电源通过所述开关机按键K1分别连接所述开关机信号产生电路以及开机触发电路；

软件控制开机：按下开关机按键K1，开关机工作电源产生电路输出工作电源给开机触发电路，开机触发电路触发开关驱动电路开启电源开关，输入电源VIN导通到输出电源VOUT，完成开机触发，此时智能处理器系统开始工作，智能处理器检测到开关机按键K1按下超过第一限定时间时，执行开机维持，系统上电完成短按软开机，否则，不执行开机维持，无法完成开机；

软件控制关机：开机状态按下开关机按键K1，智能处理器检测到开关机信号产生电路输出低电平超过第二限定时间时，通过UI提示用户正在关机，接着用户会松开开关机按键K1，智能处理器会检测到开关机信号产生电路输出高电平，即执行关机动作，系统掉电完成长按软关机；

硬件控制关机：开机状态按下开关机按键K1，保持按住直至超过长延时电路设定的时间常数，长延时电路触发硬件强制关机电路工作，关断电源开关，完成硬件强制关机。

2.如权利要求1所述的一种具备硬件强制关机功能的单键软开关机电路，其特征在于：所述开关机信号产生电路包括数字IO参考电源、开关机信号输出端、电阻R3、电阻R4以及三级管Q2；所述电阻R3一端连接至所述数字IO参考电源，所述电阻R3另一端分别连接开关机信号输出端以及三极管Q2的集电极，所述三极管Q2的基极通过电阻R4连接至所述开关机按键K1，所述三极管Q2的发射极接地。

3.如权利要求1所述的一种具备硬件强制关机功能的单键软开关机电路，其特征在于：所述开关机工作电源产生电路包括电阻R1、电阻R12、三极管Q6以及开关机按键K2，所述输入电源分别连接所述电阻R1的一端以及三极管Q6的集电极，所述电阻R1的另一端分别连接所述电阻R12的一端以及三极管Q6的基极，所述电阻R12的另一端分别连接所述开关机信号产生电路以及开关机按键K2的一端，所述三极管Q6的发射极连接至所述开机触发电路，所述开关机按键K2的另一端接地。

4.如权利要求3所述的一种具备硬件强制关机功能的单键软开关机电路，其特征在于：所述开关机信号产生电路包括数字IO参考电源、开关机信号输出端、电阻R11以及二极管D1，所述数字IO参考电源连接至电阻R11的一端，所述电阻R11的另一端分别连接开关机信号输出端以及二极管D1的阳极，所述二极管D1的阴极分别连接至所述开关机按键K2的一端以及电阻R12的另一端。

5.如权利要求1所述的一种具备硬件强制关机功能的单键软开关机电路，其特征在于：所述开机触发电路包括电阻R5以及二极管D2，所述电阻R5的一端连接所述开关机工作电源产生电路，所述电阻R5的另一端通过所述二极管D2分别连接所述开关驱动电路以及硬件强制关机电路。

6.如权利要求1所述的一种具备硬件强制关机功能的单键软开关机电路，其特征在于：所述硬件强制关机电路包括电阻R9、三极管Q5以及电阻R10，所述电阻R9一端连接所述长延时电路，所述电阻R9另一端分别连接所述三极管Q5的基极以及电阻R10的一端，所述三极管Q5的集电极分别连接所述开机触发电路以及开关驱动电路，所述三极管Q5的发射极以及电阻R10的另一端均接地。