一种可利用串口关断电源的电路的制作方法

1.本发明涉及电子电路领域，尤其涉及一种超级电容充电电路。


背景技术：

2.一般的开关控制电路大多采用如图1所示的结构，利用mcu的gpio口去控制电源电路的关断，这需要占用mcu的一个gpio口，对于模块与电表之间的插针连接紧俏此类情况而言，目前的电路结构无法适用，而对于电表已批量出货，无法更改插接口的情形而言，现有的关断电路使用也不切实际。
3.因而，有必要设计一种新的关断控制电路，在mcu的gpio口资源有限，或者产品定义受限的情况下，不新增或浪费io口或其他资源，却依旧可实现电源的关断功能，同时确保器件的正常工作。


技术实现要素：

4.鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种可利用串口关断电源的电路，该电路能在不增加新的io口或对已有产品结构进行改动的情形下，实现电源关断功能，同时结构设计简单，可靠性高。
5.为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种可利用串口关断电源的电路，所述电路包括电源输入端、电源输出端和mcu串口，其特征在于：
6.所述电路还包括可通过充放电方式使自身导通或关断以控制电源通断的一级关断模块、与一级关断模块相连并可通过自身的充放电速度影响一级关断模块的启闭时间以控制电源通断的二级关断模块；
7.所述一级关断模块连接在电源输入端和电源输出端之间，所述二级关断模块与mcu串口、电源输入端以及一极关断模块分别相连；
8.且所述二级关断模块的放电时间与一级关断模块的充电时间之和大于mcu串口作为正常通信信道时一个信号周期内的低电平持续时间t1的k倍以确保电路正常工作，而小于关断电源时mcu串口持续输入的低电平时长t2以确保实现电源关断功能。
9.进一步的，所述二级关断模块包括与电源输入端相连的上拉电阻、与上拉电阻和mcu串口分别电性连接并在mcu串口输入高电平时导通的二级开关管、设置在上拉电阻与二级开关管之间并在二级开关管导通时充电而在mcu串口输入低电平时可通过放电方式使二级开关管关断的rcd充放电模块。
10.进一步的，所述一级关断模块包括连接在电源输入端和电源输出端之间以通过自身通断控制电源通断的一级开关管、与一级开关管和二级开关管分别连接并在二级开关管导通时通过放电方式使一级开关管导通而在二级开关管关断时通过充电方式使一级开关管关断的rc充放电模块。
11.进一步的，所述rcd充放电模块包括与二级开关管相连的二级电容、与上拉电阻和二级电容串接以在二级开关管导通时供二级电容充电的单向导流部件、与二极电容和mcu
串口串接并在mcu串口持续输入低电平时供二级电容放电的二级泄放电阻，所述单向导通部件与二级泄放电阻并联设置。
12.进一步的，所述单向导流部件为正向串联在上拉电阻与二级电容之间的二极管。
13.进一步的，所述rcd充放电模块还包括串接在单向导流部件与上拉电阻之间的第二电阻，所述mcu串口连接在第二电阻与上拉电阻之间，所述二级泄放电阻的阻值大于第二电阻的阻值的n倍。
14.进一步的，所述一级开关管与二级开关管相连，所述rc充放电模块包括与一级开关管和二级开关管分别连接并在二级开关管导通时放电的一级电容、串接在二级开关管与一级开关管之间并与一级电容相连以供一级电容放电的一级泄放电阻、连接在电源输入端和一级电容之间并在二级开关管关断时供一级电容充电的一级充电电阻。
15.进一步的，所述一级电容一端连接在电源输入端和一级开关管之间而另一端连接在一级开关管和一级泄放电阻之间；
16.所述一级充电电阻一端连接在二级开关管和一级泄放电阻之间而另一端连接在电源输入端和一级电容之间。
17.进一步的，所述一级充电电阻的阻值大于一级泄放电阻的阻值的m倍。
18.进一步的，所述一级开关管为p沟道增强型mos管，二级开关管为n沟道增强型mos管。
19.与现有技术相比，本发明的优点在于：
20.通过设置均能进行充放电的一级关断模块和二级关断模块，一级关断模块的充放电时间受二级关断模块影响，并使二级关断模块的放电时间与一级关断模块的充电时间之和大于mcu串口正常通信时一个周期内的低电平时长而小于关断电源时mcu串口持续输入低电平的时长，从而有效实现在不增加串口的基础上，即可实现电源的关断以及电路的正常工作，结构简单，可靠性高。
附图说明
21.图1为本技术可利用串口关断电源的电路原理图。
具体实施方式
22.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
23.图1示出了本技术可利用串口关断电源的电路的优选实施例。该电路包括电源输入端1、电源输出端2和mcu串口3，同时，该电路还包括可通过充放电方式使自身导通或关断以控制电源通断的一级关断模块4、与一级关断模块4相连并可通过自身的充放电速度影响一级关断模块4的启闭时间以控制电源通断的二级关断模块5，该一级关断模块4连接在电源输入端1和电源输出端2之间，二级关断模块5与mcu串口3、电源输入端1以及一极关断模块4分别相连。
24.同时，二级关断模块5的放电时间t2与一级关断模块4的充电时间t1之和大于mcu串口3作为正常通信信道时一个信号周期内的低电平持续时间t1的k倍，从而确保电路正常
工作，而小于关断电源时mcu串口3持续输入的低电平时长t2，以确保实现电源关断功能，即t1＜＜t1 t2＜t2，此处k取值100。
25.具体而言，该二级关断模块5包括与电源输入端1相连的上拉电阻r25、与上拉电阻r25和mcu串口3分别电性连接并在mcu串口3输入高电平时导通的二级开关管m4、设置在上拉电阻r25与二级开关管m4之间并在二级开关管m4导通时充电而在mcu串口3输入低电平时可通过放电方式使二级开关管m4关断的rcd充放电模块51。
26.对应的，一级关断模块4包括连接在电源输入端1和电源输出端2之间以通过自身通断控制电源通断的一级开关管m2、与一级开关管m2和二级开关管m4分别连接并在二级开关管m4导通时通过放电方式使一级开关管m2导通而在二级开关管m4关断时通过充电方式使一级开关管m2关断的rc充放电模块41。
27.如图1所示，该rcd充放电模块51包括与二级开关管m4相连的二级电容c28、与上拉电阻r25和二级电容c28串接以在二级开关管m4导通时供二级电容c28充电的单向导流部件、与二极电容c28和mcu串口3串接并在mcu串口3持续输入低电平时供二级电容c28放电的二级泄放电阻r27，单向导通部件与二级泄放电阻r27并联设置。
28.在本实施例中，单向导流部件为正向串联在上拉电阻r25与二级电容c28之间的二极管vd7。同时，rcd充放电模块还包括串接在单向导流部件与上拉电阻r25之间的第二电阻r26，mcu串口3连接在第二电阻r26与上拉电阻r25之间，二级泄放电阻r27的阻值大于第二电阻r26的阻值的n倍。此处，n取值50。
29.继续参见图1，一级开关管m2与二级开关管m4相连，rc充放电模块41包括与一级开关管m2和二级开关管m4分别连接并在二级开关管m4导通时放电的一级电容c24、串接在二级开关管m4与一级开关管m2之间并与一级电容c24相连以供一级电容c24放电的一级泄放电阻r22、连接在电源输入端1和一级电容c24之间并在二级开关管m4关断时供一级电容c24充电的一级充电电阻r20。
30.该一级电容c24一端连接在电源输入端1和一级开关管m2之间而另一端连接在一级开关管m2和一级泄放电阻r22之间，同时，一级充电电阻r20一端连接在二级开关管m4和一级泄放电阻r22之间而另一端连接在电源输入端1和一级电容c24之间，一级充电电阻r20的阻值大于一级泄放电阻r22的阻值的m倍。此处，m取值5。
31.本技术中，一级开关管m2为p沟道增强型mos管，二级开关管为n沟道增强型mos管。
32.下面对该电路的工作原理进行描述。本技术中，电源输入端1和电源输出端2均对应5v，5v电源输入5v_in为系统的开关输入前端，是本系统的输入电源，给系统供电用，5v电源输出5v_out为系统的开关输入后端，前端电源输入经过开关后，给系统供电用。
33.mcu串口3对应引脚mcu_tx，平时可作为串口的发送功能进行正常通信，当需要关断5v_out电源时，通过控制此引脚长时间拉低，比如10s来实现，该时间由电路中的rc参数决定，具体理由为：
34.二级mos管开关m4和rcd充放电电路中，m4的g级平时为高，因为有r25上拉到电源5v，m4导通。当需要关闭后端电源时，长时间把mcu_tx拉低，使m4的g级拉低，m4关断。
35.mos管m4开通时不是立即开通的，而是由5v_in高电平经过r25以及由r26、vd7和c28组成的rcd充电电路给m4开通，当充电电压达到m4的vgs开通阈值时，m4开通。
36.mos管m4关断时也不是立即关断，当mcu_tx拉低时，m4端的电压是由电容c28经过
r27、r26到地放电，当电压掉至m4的vgs阈值以下时，m4关闭。
37.一级mos管开关m2的rc充放电控制电路中，当m4开通时，m2不是立马导通，而是c24上的5v电压经过r22对地释放电容中的电压，当电压下降到m2的关断阈值以下时，m2打开，5v_in经过开关管到5v_out。
38.当二级mos管m4关闭时，m2也不是立马跟着关断，而是5v_in经过串联电阻r20和r22对电容c24充电，当充电电压上升到m2的关断阈值以上时，m2关闭，5v_in不能通过开关管m2。
39.由上分析可知，m2是在m4彻底关断后才开始进行充电关断，故m2的关断时间乃至开启时间均受到m4的关断/开启时间快慢的影响。
40.如前所述，若令m4由开启到关闭，也即c28通过放电使m4关断所用时间为t2，m2由开启到关断，也即c24通过充电使m2关断所采用的时间为t1，则m2最终实现关断所采用的时间是t1 t2。串口平时作为正常通信通道时，输入的是高低电平交替出现的信号，一个周期内低电平持续时间为t1，而前述已经已批露，t1 t2远大于t1，则当串口输入高低电平信号时，其无论如何也不可能将m2关闭，从而确保了mcu串口可作为正常通信信道以传输高低电平信号。
41.同时，当要实现关断电源时，则可以使mcu串口持续输入低电平，且时间t2大于t1 t2，这样即可在不增加串口的前提下，实现电源的关断。
42.本技术在mcu资源有限的情况下，可以节省mcu的i/o口，不占mcu资源，在表与模块之间的接口标准化的情况下，可以实现关闭模块电源功能，在不使用关电功能时，mcu可以进行串口正常通信，mcu的串口功能和控制电源功能可复用，电路设计简单，可靠性高。
43.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。