一键开关机电路

原创 硬件之路学习笔记 2024-08-06 06:00

-----本文简介-----

主要内容包括:

  • 简单介绍一个一键开关机电路


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----- 正文 -----

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一、常见的一键开关机电路   
    1. 典型电路
        典型电路如下图,需要1个NMOS、1个PMOS、两个二极管、一个按键、两个IO。

    2. 按键按下
        按键按下后电流路径如下箭头所示,按键按下后下方的二极管正极电压为0.7V,即MOS的栅极G点电压也大约0.7V,VGS大约-11.3V,PMOS管Q4导通,12V_OUT输出电压。

    3. IO2置高
        12V_OUT输出电压后,按键还未松开前,后级的单片机上电,将IO2置高,NMOS管Q2导通,导通后电流路径如下,此时VGS约等于-12V,此时在松开按键,PMOS管Q4保持导通状态,完成开机。

    4. IO1状态
        在完成开机后,PMOS管的开启状态已经被IO2锁死,此时按键KEY1的状态已经不会影响系统的电源,因此KEY1的短按状态可以由IO1来检测,即开关机按键KEY1也能做其他功能使用。
    5. 关机
        为了使按键KEY1短按能作为其他功能,可以软件定义KEY长按时才使系统关机。  过程是IO1引脚检测到KEY1长按,此时将IO2拉低,NMOS管Q2断开,此时回到了按键KEY1维持12V_OUT输出的状态,当按键KEY1松开后,PMOS的VGS为0V,PMOS断开,系统掉电关机。

二、 根据需求改进     
    1. 需求描述
        我这里的需求是:
        ① USB插入时电池断开供电
        ② 电池在3V~4.2V电压内都能稳定输出3.3V电压给MCU供电
        ③ USB插入时可以不关机
         ④ 开关机按键可以用作其他作用
    2. 电池升压电路  
        首先将电池电压升到4.3V

    3. USB与电池供电切换电路
        实现USB的电源VBUS插入时,Q5关断,即电池升压出的4.3V关断,3.3V由VBUS经过二极管D3以及LDO后转出。
        当VBUS不在时,电池经过升压到4.3V后再降到3.3V。

    4. 实现一键开关机
         由于这里只需要控制电池电压通断,因此原电路的3.3V与12V都直接连VBAT即可,按键按下,VBAT_OUT输出电压,升降压后MCU启动并将PWR_CTRL置高锁死Q3保持开启状态,完成开机。

    5. 存在的问题
        ① 这个电路的问题是USB插入时无法关机,是因为考虑到:如果直接控制下图中POWER处的通断倒是可以实现插入USB时实现关机,但是这样的话即使关机后BOOST电路也一直在工作,会有不小的静态功耗,对电池来说不太能接受因此两者相较比较接受插入USB不进行关机,只是MCU进行休眠。
        ② Q3的VGS(ts)需要选择,如果阈值较大,电池电压很低时(低于3V),MOS导通内阻可能比较大,大电流时发热大。参考文章:IC与器件的热设计
        有没有其他好方案呢?器件更少的?原理更简单的?

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