实现低压关闭高压的零功耗电子开关驱动电路及控制方法与流程

本发明涉及电源功耗处理电路技术领域，特别涉及一种实现低压关闭高压的零功耗电子开关驱动电路及控制方法。

背景技术：

目前现有的低压关闭高压控制电路普遍采用如图1所示电路耦接方式，具体控制过程如下：

(1)当回路中仅有高压供电时，三极管q10的基极通过电阻r22及上拉电阻r21与高压电源耦接，故三极管q10导通，同时p型mos管m9的栅极与地线耦接，此时p型mos管m9的栅极为低电平，故p型mos管m9处于导通状态，高压电源为回路供电。

(2)当低压适配器电源接入到回路中时，三极管q6的基极与低压适配器电源耦接，故三极管q6导通，此时三极管q10的基极与地线耦接，故三极管q10处于截止状态，实现低压适配器电源为回路供电。

该低压关闭高压控制电路中，当回路中仅有高压供电时，由于mos管m9的导通，回路中同时接入高压电源，此时高压电源与电阻r19及三极管q10构成回路，电阻r19会消耗高压回路中的部分电能，进而引发回路中无功功率增大、电路发热量大及产品使用寿命短的问题。当低压适配器电源也同时接入到该回路中时，由于三极管q6的导通，回路中同时接入高压电源，高压电源与电阻r21及三极管q6构成回路，其中，负载电阻r21因消耗回路中的部分电能，同样会引发回路中功耗增大的问题。因此亟待设计一种能够利用低压电源回路实现对高压电源回路进行零功耗的可靠关断的实现低压关闭高压的零功耗电子开关驱动电路及控制方法。

其中，图1中以低压供电电源为+6v,高压供电电源为+9v为例进行说明。

技术实现要素：

为解决背景技术中提到的目前现有的低压关闭高压控制电路存在的“在电路导通后低压电源回路对高压供电回路进行关断时由于因负载对高压端电量的消耗，引发低压回路中功耗增大及发热量升高”的问题，本发明提供的实现低压关闭高压的零功耗电子开关驱动电路，包括电源模块、低压关闭高压控制模块及mcu微控制器模块；其中，

所述低压关闭高压控制模块分别与所述电源模块及所述mcu微控制器模块的脉冲宽度调制控制端口io_pwm耦接；

所述电源模块包括高压供电电源及低压供电电源；所述电源模块向所述低压关闭高压控制模块分别提供低压或高压两种不同电压的电源；

当所述mcu微控制器模块检测到高压以及低压供电电源同时与所述低压关闭高压控制模块耦接后；向所述低压关闭高压控制模块传输脉冲宽度调制信号的电平信息；

所述低压关闭高压控制模块依据所述mcu微控制器模块传输的脉冲宽度调制信号的电平信息开启或关闭，使所述低压供电回路对所述高压供电回路进行关闭。

进一步地，所述高压供电电源为采用6节+1.5v电池串接成的+9v电池组；所述低压供电电源为+6v适配器。

进一步地，所述低压关闭高压控制模块包括电源切换电路、升压电路及电子开关控制驱动电路；所述升压电路的输入端与输出端分别与所述电子开关控制驱动电路以及所述电源切换电路耦接。

进一步地，所述电源切换电路分别与所述高压供电电源与所述低压供电电源耦接；所述升压电路与所述低压供电电源耦接。

进一步地，所述电源切换电路包括mos管m1,所述mos管m1通过二极管d4、二极管d1及电阻r2分别与+9v高压供电电源、+6v低压供电电源以及地线耦接。

进一步地，电子开关控制驱动电路包括三极管q1；所述三极管q1分别与电阻r3及地线耦接；所述三极管q1通过电阻r7与所述mcu微控制器模块的脉冲宽度调制控制端口io_pwm耦接；所述三极管q1为电子开关。

进一步地，所述升压电路包括电阻r3；所述电阻r3通过二极管d2及二极管d3分别与电容c4及电容c5耦接；所述电阻r3与+6v低压供电电源耦接。

进一步地，所述mcu微控制器模块向所述低压关闭高压控制模块传输的脉冲宽度调制信号为占空比可调的方波信号。

进一步地，所述mos管m1的类型为pmos绝缘栅型场效应管，所述三极管q1的类型为npn型双极性晶体管。

本发明另外提供一种实现低压关闭高压的零功耗电子开关驱动电路的控制方法，采用如上任意所述的实现低压关闭高压的零功耗电子开关驱动电路，包括以下具体电路控制步骤：

步骤a、当所述低压供电电源与所述高压供电电源同时接入回路时；所述mcu微控制器模块的脉冲宽度调制控制端口io_pwm输出高电平，所述电子开关q1导通，所述+6v低压供电电源通过所述二极管d2对所述电容c4充电至回路中a点的电压值为+6v；

步骤b、所述mcu微控制器模块的脉冲宽度调制控制端口io_pwm输出低电平，所述电子开关q1截止，所述+6v低压供电电源通过所述电阻r3对所述电容c4及所述电容c5进行充电；

步骤c、所述mcu微控制器模块采用编程的方式产生2-3个脉冲宽度调制循环周期；在所述2-3个脉冲宽度调制循环周期内不断重复上述过程，至电容所述c5的电压值稳定在+12v，mos管m1截止，所述高压供电电源回路关闭。

本发明提供的实现低压关闭高压的零功耗电子开关驱动电路及控制方法，通过与现有技术对比，本发明具备以下有益效果：

1.当回路中同时存在+6v低压及+9v高压两种供电方式时，采用mcu编程的方式对低压关闭高压控制模块中的电子开关驱动电路的通断进行控制，以此实现+6v低压供电回路与+9v高压供电回路间的转换，同时结合电容具有的充电储能升压的特点，完成对电源切换电路中mos管m1栅极的升压操作，使mos管m1因栅极电压高于漏极电压而截止，进而完成对+9v高压供电线路的可靠关断，最终实现+6v低压供电电源与+9v高压供电电源对回路进行单独供电，有效解决了传统低压关闭高压控制电路存在的“在电路导通后存在+6v低压电源回路无法对+9v高压供电回路进行可靠的关断”的问题。

2.整个控制电路通过mcu编程的方式控制电子开关的通断，确保当回路中同时存在+6v低压供电电源和+9v高压供电电源同时供电的时，+6v低压供电回路能够可靠的切断+9v高供电回路，进而实现+6v低压电源对回路的单独供电，有效解决了传统低压关闭高压控制电路存在的“因回路中负载对高压端产生电量消耗，进而引发回路中功耗增大、发热量升高及产品使用寿命缩短”的问题。整个电路具有零功耗、执行效率高、无额外的高压端电量损耗及实用性强等优势。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为传统的低压关闭高压控制电路原理图；

图2为本发明提供的一种实现低压关闭高压的零功耗电子开关驱动电路的原理框图；

图3为图2中低压关闭高压控制模块电路原理图；

图4为本发明提供的一种实现低压关闭高压的零功耗电子开关驱动电路的控制方法中电源切换电路控制流程图。

图5为本发明提供的一种实现低压关闭高压的零功耗电子开关驱动电路的控制方法的电路控制流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的实现低压关闭高压的零功耗电子开关驱动电路，包括电源模块、低压关闭高压控制模块及mcu微控制器模块；

所述低压关闭高压控制模块分别与所述电源模块及所述mcu微控制器模块的脉冲宽度调制控制端口io_pwm耦接；

所述电源模块包括高压供电电源及低压供电电源；所述电源模块向所述低压关闭高压控制模块分别提供低压或高压两种不同电压的电源；

当所述mcu微控制器模块检测到高压以及低压供电电源同时与所述低压关闭高压控制模块耦接后；向所述低压关闭高压控制模块传输脉冲宽度调制信号的电平信息；

所述低压关闭高压控制模块依据所述mcu微控制器模块传输的脉冲宽度调制信号的电平信息开启或关闭，使所述低压供电回路对所述高压供电回路进行关闭。

具体实施时如图2所示，本发明提供的实现低压关闭高压的零功耗电子开关驱动电路，包括电源模块、低压关闭高压控制模块及mcu微控制器模块。所述低压关闭高压控制模块分别与所述电源模块及所述mcu微控制器模块的脉冲宽度调制控制端口io_pwm耦接。其中，电源模块为回路提供+9v高压及+6v低压两种不同电压的电源，当mcu微控制器检测到回路中同时存在+6v低压及+9v高压两种供电方式时，mcu为控制器模块通过编程的方式，利用脉冲宽度调制控制端口io_pwm向所述低压关闭高压控制模块输出脉冲宽度调制(pulse-widthmodulation，简称pwm)信号的电平信息，控制+6v低压电源回路对+9v高压电源回路进行可靠关闭，进而实现回路中仅有+6v低压电源对回路的单独供电。整个电路具有零功耗、响应速度快、无额外高压端损耗等优势，具有广泛的发展及市场应用前景。

本发明提供的实现低压关闭高压的零功耗电子开关驱动电路及控制方法，通过与现有技术对比，本发明具备以下有益效果：

1.当回路中同时存在+6v低压及+9v高压两种供电方式时，采用mcu编程的方式对低压关闭高压控制模块中的电子开关驱动电路的通断进行控制，以此实现+6v低压供电回路与+9v高压供电回路间的转换，同时结合电容具有的充电储能升压的特点，完成对电源切换电路中mos管m1栅极的升压操作，使mos管m1因栅极电压高于漏极电压而截止，进而完成对+9v高压供电线路的可靠关断，最终实现+6v低压供电电源与+9v高压供电电源对回路进行单独供电，有效解决了传统低压关闭高压控制电路存在的“在电路导通后存在+6v低压电源回路无法对+9v高压供电回路进行可靠的关断”的问题。

2.整个控制电路通过mcu编程的方式控制电子开关的通断，确保当回路中同时存在+6v低压供电电源和+9v高压供电电源同时供电的时，+6v低压供电回路能够可靠的切断+9v高供电回路，进而实现+6v低压电源对回路的单独供电，有效解决了传统低压关闭高压控制电路存在的“因回路中负载对高压端产生电量消耗，进而引发回路中功耗增大、发热量升高及产品使用寿命缩短”的问题。整个电路具有零功耗、执行效率高、无额外的高压端电量损耗及实用性强等优势。

优选地，所述高压供电电源为采用6节+1.5v电池串接成的+9v电池组；所述低压供电电源为+6v适配器。

优选地，所述低压关闭高压控制模块包括电源切换电路、升压电路及电子开关控制驱动电路；所述升压电路的输入端与输出端分别与所述电子开关控制驱动电路以及所述电源切换电路耦接。

优选地，所述电源切换电路分别与所述高压供电电源与所述低压供电电源耦接；所述升压电路与所述低压供电电源耦接。

具体实施时，如图2所示，本发明中回路可采用+9v电池以及+6v适配器两种不同电压的供电方式，且当电路中同时存在+9v电池及+6v适配器同时供电时，mcu微控制器通过编程的方式控制电子开关驱动电路的开启或关闭，利用+6v适配器低压供电回路对+9v电池高压供电回路进行可靠的关断，进而实现+6v适配器电源单独对回路供电。其中+9v电池高压供电电源与所述电源切换电路耦接，所述+6v低压适配器电源与所述升压电路及电源切换电路耦接。

优选地，所述电源切换电路包括mos管m1,所述mos管m1通过二极管d4、二极管d1及电阻r2分别与+9v高压供电电源、+6v低压供电电源以及地线耦接。

具体实施时，如图3所示，由于mos管m1属于绝缘栅场效应管，故mos管m1的栅极是无直流通路的，且输入阻抗极高，容易引起静电荷聚集，产生较高的电压降，进而引发漏极和源极间的绝缘层击穿，故需要mos管m1的漏极和源极间耦接一只稳压管，当电路中产生很大的瞬间反向电压时，用于将mos管m1内部的静电电压钳位在稳压管的稳压值之下，有效地保护了漏极与源极间的绝缘层，防止mos管m1击穿。该稳压管又被称为寄生二极管。

优选地，电子开关控制驱动电路包括三极管q1；所述三极管q1分别与电阻r3及地线耦接；所述三极管q1通过电阻r7与所述mcu微控制器模块的脉冲宽度调制控制端口io_pwm耦接；所述三极管q1为电子开关。

优选地，所述升压电路包括电阻r3；所述电阻r3通过二极管d2及二极管d3分别与电容c4及电容c5耦接；所述电阻r3与+6v低压供电电源耦接。

优选地，所述mcu微控制器模块向所述低压关闭高压控制模块传输的脉冲宽度调制信号为占空比可调的方波信号。

优选地，所述mos管m1的类型为pmos绝缘栅型场效应管，所述三极管q1的类型为npn型双极性晶体管。

本发明另外提供一种实现低压关闭高压的零功耗电子开关驱动电路的控制方法，采用如上任意所述的实现低压关闭高压的零功耗电子开关驱动电路，包括以下具体电路控制步骤：

步骤a、当所述低压供电电源与所述高压供电电源同时接入回路时；所述mcu微控制器模块的脉冲宽度调制控制端口io_pwm输出高电平，所述电子开关q1导通，所述+6v低压供电电源通过所述二极管d2对所述电容c4充电至回路中a点的电压值为+6v；

步骤b、所述mcu微控制器模块的脉冲宽度调制控制端口io_pwm输出低电平，所述电子开关q1截止，所述+6v低压供电电源通过所述电阻r3对所述电容c4及电容c5进行充电；

步骤c、所述mcu微控制器模块采用编程的方式产生2-3个脉冲宽度调制循环周期；在所述2-3个脉冲宽度调制循环周期内不断重复上述过程，至电容c5的电压值稳定在+12v，mos管m1截止，所述高压供电电源回路关闭。

进一步地，以下参照图3、图4及图5说明上述实现低压关闭高压的零功耗电子开关驱动电路的控制方法的工作原理具体实现过程如下：

如图3及图4所示，当回路中仅有+9v电池供电时，即低压关闭高压控制模块中仅有电源切换电路工作，此时由于低压关闭高压控制模块中的升压电路及电子开关控制驱动电路不工作，且mos管m1通过电阻r2与地线耦接，故mos管m1的栅极为低电平，由于mos管的漏极端直接与+9v高压电源耦接，故mos管m1导通，mos管m1的源极作为电压输出端为后续电源回路供电。

如图3及图5所示，当回路中出现+9v高压电源与+6v低压电源同时供电的情况时，+6v低压电源分别从低压关闭高压控制模块中的电源切换电路端及升压电路端同时接入回路，从电源切换电路端接入回路的+6v低压电源通过二极管d1为后续电源回路供电。

进一步地，如图3及图5所示，从升压电路端接入的+6v低压电源用于实现利用+6v低压电源回路关闭+9v高压电源回路的具体实现过程如下：

如图5所示，当mcu微控制器检测到+6v低压电源接入到升压电路时，mcu进行初始化，包括对用于控制的pwm脉冲个数的初始化，即设置目标循环次数为cm及循环计数值c，并另循环计数值c＝0。当mcu初始化完成后，mcu的脉冲宽度调制控制端口io_pwm首先输出一个高电平pwm脉冲，三极管q1导通，+6v低压电源通过防反充二极管d2及d3分别对电容c4和电容c5进行充电，充电至a点的电压va＝vm＝+6v时，刚好到达mcu内部设定的高电平pwm脉冲持续时间，此时mcu的脉冲宽度调制控制端口io_pwm开始输出一个低电平pwm脉冲，三级管q1截止，+6v低压电源通过电阻r3向电容c4充电至c点的电压vc＝vm＝+6v,此时a点的电压va`≈vc+va≈2vm≈+12v,电容c4通过二极管d3继续对电容c5充电，同时循环计数值c+1，即mcu的脉冲宽度调制控制端口io_pwm已经完成一个完整的pwm脉冲的输出。此时程序对当前的循环计数值c与设置目标循环次数为cm进行比较，若二者不相等则重复执行上述程序。反之若相等，则此时电容c5对应的b点电压值vb≈2vm≈+12v，由于电容c5与mos管m1的栅极耦接，故mos管m1的栅极电压值为+12v，而mos管m1的漏极通过二极管d4与+9v电池耦接，故mos管m1因栅极电压高于漏极电压，至使mos管m1截止，此时+9v电池高压供电回路完全被切断，回路中仅有+6v低压电源完成对回路的单独供电。其中目标循环次数为cm为2或3。

尽管本文中较多的使用了诸如电源模块、低压关闭高压控制模块、mcu微控制器模块、脉冲宽度调制pwm、高压供电电源、低压供电电源、电池、适配器、电源切换电路、升压电路、电子开关驱动电路、mos管、电阻、电容、三极管、方波信号、pmos型场效应晶体管及npn型双极性晶体管等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。