一种低功耗的电源启停电路的制作方法

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。

技术实现要素：

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（debugdog），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，keyup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。