電源斷電控制電路

中穎電子的很多產(chǎn)品是定位于家電和工控應(yīng)用，關(guān)機(jī)電流（@掉電模式）在5~10μA左右，不適合低功耗應(yīng)用。如果想將這些產(chǎn)品用于更低關(guān)機(jī)功耗需求的應(yīng)用，可以用本文介紹的控制電路，實(shí)現(xiàn)零關(guān)機(jī)電流。

電源斷電控制電路的工作原理是：用外部啟動(dòng)信號(hào)和MCU的GPIO通過(guò)MOS開(kāi)關(guān)管控制系統(tǒng)電源的通電和斷電。因?yàn)橄到y(tǒng)在關(guān)機(jī)狀態(tài)是真實(shí)斷電、沒(méi)有功耗，關(guān)機(jī)電流近乎為零。

常見(jiàn)的外部啟動(dòng)信號(hào)包括按鍵啟動(dòng)、插入啟動(dòng)等，例如：按開(kāi)機(jī)鍵啟動(dòng)血壓計(jì)、插入試紙啟動(dòng)血糖儀。根據(jù)有效邏輯的不同，啟動(dòng)信號(hào)可以分為兩種：高有效信號(hào)和低有效信號(hào)。兩種啟動(dòng)信號(hào)對(duì)應(yīng)的控制電路有一些區(qū)別，下文用按鍵舉例分別進(jìn)行說(shuō)明。

1. 高有效信號(hào)的斷電控制電路

高有效信號(hào)是指信號(hào)的無(wú)效狀態(tài)（按鍵釋放）是低電平或高阻態(tài)，有效狀態(tài)（按鍵按下）是高電平。高有效信號(hào)的電源斷電控制電路見(jiàn)下圖。

圖1. 高有效信號(hào)的控制電路，Q2是N-MOS管

圖中：

(1)K1是啟動(dòng)鍵，MCU是系統(tǒng)控制器。

(2)VBAT是外部供電電源，VDD是系統(tǒng)電源，KEY_IN和CTRL_OUT是MCU的GPIO。

(3)Q1是P-MOS管，Q2是N-MOS管。

操作流程：

關(guān)機(jī)狀態(tài)下，Q1和Q2都處于截止?fàn)顟B(tài)，系統(tǒng)斷電。

按下啟動(dòng)鍵K1后，VBAT經(jīng)過(guò)K1和D1加載到Q2柵極，Q2導(dǎo)通；Q1柵極被下拉到低電平，Q1導(dǎo)通；VBAT給VDD供電，系統(tǒng)上電啟動(dòng)。

MCU上電后，首先將KEY_IN引腳設(shè)置為輸入狀態(tài)，用于檢測(cè)按鍵狀態(tài)，并使能此引腳的內(nèi)部下拉電阻（如果沒(méi)有內(nèi)建下拉電阻，則要在KEY_IN引腳上外接下拉電阻）。然后將CTRL_OUT引腳設(shè)置為輸出高電平，用于鎖住Q2導(dǎo)通狀態(tài)。此時(shí)，即使釋放了啟動(dòng)鍵，Q2仍然保持導(dǎo)通狀態(tài)，系統(tǒng)正常供電。

工作狀態(tài)下，按下K1鍵，KEY_IN是高電平；釋放K1鍵，KEY_IN是低電平。

需要關(guān)機(jī)時(shí)，MCU只要設(shè)置CTRL_OUT引腳輸出低電平（@啟動(dòng)鍵已經(jīng)釋放），就可以控制Q2和Q1依次進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)，系統(tǒng)斷電關(guān)機(jī)。

圖1中的Q2可以替換成價(jià)格更低的NPN三極管，功能不變，電路如下。

圖2. 高有效信號(hào)的控制電路，Q2是NPN管

2. 低有效信號(hào)的斷電控制電路

低有效信號(hào)是指信號(hào)的無(wú)效狀態(tài)（按鍵釋放）是高電平或高阻態(tài)，有效狀態(tài)（按鍵按下）是低電平。低有效信號(hào)的電源斷電控制電路見(jiàn)下圖。

圖3. 低有效信號(hào)的控制電路，Q2是NMOS管

低有效信號(hào)控制電路和高有效信號(hào)控制電路相比，主要是增加了一個(gè)N-MOS管Q3，用于在開(kāi)機(jī)狀態(tài)給啟動(dòng)鍵提供地電位。

操作流程：

關(guān)機(jī)狀態(tài)下，Q1、Q2和Q3都處于截止?fàn)顟B(tài)，系統(tǒng)斷電。

按下啟動(dòng)鍵K1后，VBAT經(jīng)過(guò)K1和D1加載到Q2柵極，Q2導(dǎo)通；Q1柵極被下拉到低電平，Q1導(dǎo)通；VBAT給VDD供電，系統(tǒng)上電啟動(dòng)。

MCU上電后，首先將KEY_IN引腳設(shè)置為輸入狀態(tài)，用于檢測(cè)按鍵狀態(tài)，并使能此引腳的內(nèi)部上拉電阻。然后將CTRL_OUT引腳設(shè)置為輸出高電平，用于鎖住Q2導(dǎo)通狀態(tài)；同時(shí)將Q3導(dǎo)通，為K1鍵提供地電位。

工作狀態(tài)下，按下K1鍵，KEY_IN是低電平；釋放K1鍵，KEY_IN是高電平。

需要關(guān)機(jī)時(shí)，MCU先關(guān)閉KEY_IN引腳的上拉電阻，然后設(shè)置CTRL_OUT引腳輸出低電平（@啟動(dòng)鍵已經(jīng)釋放），就可以控制Q3、Q2和Q1依次進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)，系統(tǒng)斷電關(guān)機(jī)。

備注：在啟動(dòng)階段，K1鍵仍然是高有效，按下K1鍵KEY_IN是高電平。MCU啟動(dòng)后，使能KEY_IN上拉電阻，并用CTRL_OUT導(dǎo)通Q3后，K1鍵才切換為低有效，按下K1鍵KEY_IN是低電平。

圖3中的Q2同樣可以用價(jià)格更低的NPN三極管替換，功能不變，電路如下。

圖4. 低有效信號(hào)的控制電路，Q2是NPN管

3. 補(bǔ)充說(shuō)明

(1)使用電源斷電控制電路,只能通過(guò)啟動(dòng)信號(hào)啟動(dòng)系統(tǒng),供電電源(VBAT)上電無(wú)法啟動(dòng)系統(tǒng)。例如，更換電池后系統(tǒng)不會(huì)直接啟動(dòng)，必須再按一次啟動(dòng)鍵才能啟動(dòng)系統(tǒng)。

(2)工作漏電和電阻值選擇

使用電源斷電控制電路，會(huì)給工作狀態(tài)額外增加大約幾十微安的漏電，包括：

-??? VBAT通過(guò)R1-Q3漏電
-??? VBAT通過(guò)R2-R3-Q2漏電
-??? KEY_IN/CTRL_OUT通過(guò)D1/D2-(R5)-R4的漏電
-??? CTRL_OUT通過(guò)R6漏電

這些漏電的大小與VBAT電壓和R1/R2/R4/R6的阻值相關(guān)，R1推薦阻值100k~470kΩ，R2/R4/R6推薦阻值470k~1MΩ。下表是SH86F7088+低有效信號(hào)控制電路的漏電數(shù)據(jù)。

表1. SH86F7088+低有效信號(hào)控制電路的漏電（@7088在PowerDown模式）

(3)R1阻值選擇、D1和Q2選型

在低有效信號(hào)的電源斷電控制電路中，當(dāng)啟動(dòng)鍵K1按下時(shí)，VBAT通過(guò)R1-K1把KEY_IN拉高，因?yàn)镸CU引腳內(nèi)部電路的影響（此時(shí)MCU無(wú)電），KEY_IN并不能被拉到VBAT電壓，R1電阻越大，KEY_IN電壓越低。下表是SH86F7088無(wú)電條件下外部上拉實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

因此，R1阻值、D1和Q2選型時(shí)，必須要保證KEY_IN電壓經(jīng)過(guò)二極管D1的壓降后仍然高于Q2的柵極閾值電壓VGS（或基級(jí)-發(fā)射級(jí)導(dǎo)通電壓VBE(on)），才能確保Q2導(dǎo)通。

表2. SH86F7088無(wú)電條件下外部上拉測(cè)試數(shù)據(jù)

以上內(nèi)容僅供參考,如有任何疑問(wèn)歡迎致電:0755-25181447