一种低功耗供电电路及电子设备论文和设计-赵平强

全文摘要

本实用新型涉及一种低功耗供电电路及电子设备，该电路包括控制电源、开关、第一电阻、第二电阻、NMOS管、第三电阻、PMOS管、第四电阻、与第四电阻串联的开关元件和开关控制电路；开关连接在控制电源和第一电阻的一端之间，NMOS管的栅极连接在第一电阻的另一端和第二电阻的一端之间，漏极连接在第三电阻的一端和PMOS管栅极之间，源极与第二电阻的另一端相连且均接地；PMOS管源极和第三电阻的另一端相连且均与电池相连，漏极连接负载；开关控制电路的供电端与电池相连，输入端连接在开关和第一电阻之间，输出端与开关元件的控制端相连；根据开关的状态，开关控制电路输出的信号控制开关元件的导通或断开。实现低功耗供电。

主设计要求

1.一种低功耗供电电路，包括切换控制电路和供电控制电路，所述切换控制电路包括控制电源、控制开关、第一电阻、第二电阻和NMOS管，供电控制电路包括第三电阻和第一PMOS管；控制开关连接在控制电源和第一电阻的一端之间，NMOS管的栅极连接在第一电阻的另一端和第二电阻的一端之间，漏极连接在第三电阻的一端和第一PMOS管的栅极之间，源极与第二电阻的另一端相连且均接地；第一PMOS管的源极和第三电阻的另一端相连且均与电池电源相连，漏极连接负载；其特征在于，还包括并联在第三电阻两端的可调阻抗电路、和开关控制电路；可调阻抗电路包括第四电阻和与第四电阻串联的开关元件；所述开关控制电路的供电端与电池电源相连，输入端连接在控制开关和第一电阻之间，输出端与开关元件的控制端相连；根据控制开关的状态，开关控制电路输出的信号控制开关元件的导通或断开。

设计方案

2.根据权利要求1所述的低功耗供电电路，其特征在于，所述开关元件为第一低电平导通的开关元件。

3.根据权利要求2所述的低功耗供电电路，其特征在于，所述第一低电平导通的开关元件为第二PMOS管，其栅极与所述开关控制电路的输出端相连，源极与电池电源相连，漏极与第四电阻相连。

4.根据权利要求1所述的低功耗供电电路，其特征在于，开关控制电路包括第五电阻、高电平导通的开关元件、上拉电阻、第六电阻、第二低电平导通的开关元件、第七电阻和与第七电阻串联的下拉电阻；第五电阻连接在控制开关和高电平导通的开关元件的控制端之间，高电平导通的开关元件的输出端接地，高电平导通的开关元件的输入端连接在上拉电阻和第六电阻的一端之间；第二低电平导通的开关元件的控制端与第六电阻的另一端相连，输入端连接电池电源，输出端连接第七电阻的一端；下拉电阻连接在第七电阻的另一端和可调阻抗电路的控制端之间。

5.根据权利要求4所述的低功耗供电电路，其特征在于，高电平导通的开关元件为NPN三极管，第二低电平导通的开关元件为PNP三极管，第五电阻连接在控制开关和NPN三极管的基极之间，NPN三极管的发射极接地，NPN三极管的集电极连接在上拉电阻和第六电阻的一端之间；PNP三极管的基极与第六电阻的另一端相连，发射极连接电池电源，集电极连接第七电阻的一端；下拉电阻连接在第七电阻的另一端和可调阻抗电路的控制端之间。

6.一种电子设备，其特征在于，包括如上权利要求1-5中任一项所述的低功耗供电电路。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及低功耗供电技术领域，尤其涉及一种低功耗供电电路及电子设备。

背景技术

电子设备，尤其智能穿戴类产品（例如智能手环、智能手表等）体积小巧且便于携带，所以受其内部空间的影响，也只能选择较小容量的电池，比如TWS蓝牙耳机一般采用60mAh-100mAh电池。因此，对于此类产品，如何提高电池利用率，避免不必要的电量消耗是用户及设计人员一直关心的问题。

现有技术中，对信号或电源采用如图1示出的电源路径控制电路，包括切换控制电路和供电控制电路，切换控制电路包括控制电源VCC2、控制开关S、电阻R1、电阻R2和NMOS管U2，供电控制电路包括电阻R3、PMOS管U4和电池电源VCC，其中控制电源VCC2为电池电源VCC在为产品供电时输出的电压信号，控制开关S连接在VCC2和电阻R1的一端之间，R1另一端连接在U2的栅极G和电阻R2的一端之间，电阻R2的另一端与U2的源极S相连且均接地，U2的漏极D连接在电阻R3的一端和PMOS管U4的栅极G之间，U4的源极S和电阻R3的另一端均与电池电源VCC（例如5V）相连，U4的漏极D连接负载Load。在电路正常工作时，即控制开关S1闭合，U2和U4均导通，电池电源VCC为负载Load供电，假设R1=10kΩ，R2=1MΩ且R3=100kΩ，经过探测，流过电阻R3的电流为50uA，这个电流消耗为非正常消耗，因此一般会通过增加R1的阻值降低这个电流，例如R3=1MΩ将此电流降低到5uA，但是当S1打开时，U2截止，原理上U4应该截止，即电池电源VCC不为负载供电，但是经过探测知，VCC端总的消耗电流为9.98mA，负载Load两端的电压依旧为5V，且R3上的压降为1.67V，大于U4的导通电压，表示实际上在S打开时U4却导通。这种电源路径控制电路在降低非正常消耗电流的同时影响了电子设备的正常工作，可靠性低。

实用新型内容

本实用新型提供一种低功耗供电电路及电子设备，用于解决现有技术中电源路径控制电路可靠性低的问题，实现低功耗供电，且提升电路可靠性。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案予以解决：

一种低功耗供电电路，包括切换控制电路和供电控制电路，所述切换控制电路包括控制电源、控制开关、第一电阻、第二电阻和NMOS管，供电控制电路包括第三电阻和第一PMOS管；控制开关连接在控制电源和第一电阻的一端之间，NMOS管的栅极连接在第一电阻的另一端和第二电阻的一端之间，漏极连接在第三电阻的一端和第一PMOS管的栅极之间，源极与第二电阻的另一端相连且均接地；第一PMOS管的源极和第三电阻的另一端相连且均与电池电源相连，漏极连接负载；其特征在于，还包括并联在第三电阻两端的可调阻抗电路、和开关控制电路；可调阻抗电路包括第四电阻和与第四电阻串联的开关元件；所述开关控制电路的供电端与电池电源相连，输入端连接在控制开关和第一电阻之间，输出端与开关元件的控制端相连；根据控制开关的状态，开关控制电路输出的信号控制开关元件的导通或断开。

进一步地，所述开关元件为第一低电平导通的开关元件。

进一步地，所述第一低电平导通的开关元件为第二PMOS管，其栅极与所述开关控制电路的输出端相连，源极与电池电源相连，漏极与第四电阻相连。

进一步地，开关控制电路包括第五电阻、高电平导通的开关元件、上拉电阻、第六电阻、第二低电平导通的开关元件、第七电阻和与第七电阻串联的下拉电阻；第五电阻连接在控制开关和高电平导通的开关元件的控制端之间，高电平导通的开关元件的输出端接地，高电平导通的开关元件的输入端连接在上拉电阻和第六电阻的一端之间；第二低电平导通的开关元件的控制端与第六电阻的另一端相连，输入端连接电池电源，输出端连接第七电阻的一端；下拉电阻连接在第七电阻的另一端和可调阻抗电路的控制端之间。

进一步地，高电平导通的开关元件为NPN三极管，第二低电平导通的开关元件为PNP三极管，第五电阻连接在控制开关和NPN三极管的基极之间，NPN三极管的发射极接地，NPN三极管的集电极连接在上拉电阻和第六电阻的一端之间；PNP三极管的基极与第六电阻的另一端相连，发射极连接电池电源，集电极连接第七电阻的一端；下拉电阻连接在第七电阻的另一端和可调阻抗电路的控制端之间。

本实用新型还涉及一种电子设备，其特征在于，包括如上所述的低功耗供电电路。

与现有技术相比，本实用新型的低功耗供电电路及电子设备具有的优点和有益效果是：控制开关闭合时，此时NMOS管U2和第一PMOS管U4导通，开关控制电路控制开关元件断开，不干扰原有电池电源为负载供电，在控制开关打开时，U2断开，开关控制电路控制开关元件导通，第四电阻与第三电阻并联，降低因U2漏电流引起的第三电阻上的压降，降低非正常供电消耗，提升电路使用可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中电源路径切换电路的电路图；

图2为本实用新型的低功耗供电单路的实施例的电路图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1中示出的现有的电源路径控制电路在控制开关S1闭合时，电路正常供电，但存在流过电阻R1的大电流，导致功耗高，而S1打开时，负载Load两端仍存在压降，导致电路可靠性低。为解决图1中存在的问题，如图2所示，本实施例涉及一种低功耗供电电路，包括切换控制电路和供电控制电路，切换控制电路包括控制电源VCC2、控制开关S1、第一电阻R1、第二电阻R2和NMOS管U2，供电控制电路包括第三电阻R3和第一PMOS管U4；控制开关S1连接在控制电源VCC2和第一电阻R1的一端之间，NMOS管U2的栅极G连接在第一电阻R1的另一端和第二电阻R2的一端之间，漏极D连接在第三电阻R3的一端和第一PMOS管U4的栅极G之间，源极S与第二电阻R2的另一端相连且均接地；第一PMOS管U4的源极S和第三电阻R3的另一端相连且均与电池电源VCC相连，漏极D连接负载Load；该低功耗供电电路还包括并联在第三电阻R3两端的可调阻抗电路、和开关控制电路；可调阻抗电路包括第四电阻R4和与第四电阻R4串联的开关元件；开关控制电路的供电端与电池电源VCC相连，输入端连接在控制开关S1和第一电阻R1之间，输出端与开关元件的控制端相连；根据控制开关S1的状态，开关控制电路输出信号控制开关元件的导通或断开。

具体地，在本实施例中，控制电源VCC2可以是电池电源VCC提供的用于控制例如电子设备开机的电源信号，控制开关S1例如可以是电子设备（例如蓝牙耳机）的开机键。可调阻抗电路中的开关元件为第一低电平导通的开关元件，开关控制电路输出的信号控制第一低电平导通的开关元件的导通或断开，在控制开关S1打开时，U2断开，开关控制电路输出的信号控制第一低电平导通的开关元件闭合，使得第四电阻R4与第三电阻R3并联，并联电阻小于R3，U2断开下漏电流不变，从而降低因U2漏电流引起的电阻R3上的压差，避免U4误导通；在控制开关S1闭合时，U2和U4均导通，开关控制电路输出的信号控制第一低电平导通的开关元件断开，此时如图1中控制开关S1闭合情况相同，电池电源VCC为负载Load供电。本实施例第一低电平导通的开关元件为PMOS管U1，其栅极G与开关控制电路的输出端相连，源极S与电池电源VCC相连，漏极D与第四电阻R4相连,当开关控制电路输出低电平时U1导通，而输出高电平U1断开。

如图2所示，本实施例开关控制电路包括第五电阻R5、NPN三极管Q1、上拉电阻R8、第六电阻R6、PNP三极管Q2、第七电阻R7和与第七电阻R7串联的下拉电阻R9；第五电阻R5连接在控制开关S1和NPN三极管的基极之间，NPN三极管的发射极接地，NPN三极管的集电极连接在上拉电阻R8和第六电阻R6的一端之间；PNP三极管的基极与第六电阻R6的另一端相连，发射极连接电池电源VCC，集电极连接第七电阻R7的一端；下拉电阻R9连接在第七电阻R7的另一端和PMOS管U1的栅极之间，在控制开关S1闭合时，Q1导通且Q2导通，U2栅极G电压被抬高，U2导通，U4栅极G电压被拉低，U4导通，Q1和Q2导通使得U1截止，此时图2电路图等效为图1中控制开关S1闭合时的工作情况一样；在控制开关S1打开时，U2栅极G电压被拉低，U2截止，U4栅极G电压被抬高至电池电源VCC，因此U4也截止，从而关断电池电源VCC为负载Load供电的回路，由于控制开关S1打开，Q1和Q2均断开，U1导通，R4与R3并联，并联后电阻小于R3，降低因U2漏电流引起的R3上的压降，降低非正常供电消耗。

如图2所示，设定R1=10kΩ，R2=1MΩ，R3=1MΩ，R4=10kΩ，R5=1MΩ，R6=10MΩ,R7=100kΩ,R8=10MΩ，R9=10MΩ，负载Load的阻值设定为1kΩ，为了验证该低功耗供电电路的可行性，探测如下线路中的电流和电压：在控制开关S1打开时，流过第三电阻R3的电流为24.6nA，负载Load两端电压为345nV，此可视为U4处于截止状态，VCC端总的消耗电流为2.49uA，与图1中控制开关S1打开时VCC端总的消耗电流为9.98mA比，明显降低了因U2漏电流引起的R3压差过大导致U4导通的问题，从而降低整个电路总的漏电流；当控制开关S1闭合时，VCC端总的消耗电流为9.99mA，PMOS管U1的源极S处的电流为952nA，流过负载Load的电流为9.98mA，负载两端的电压为4.99V，因此在原有的电源路径切换电路的基础上增加的可调阻抗电路和开关控制电路并没有影响到电路的正常功能，提升电路使用可靠性。

本实施例还涉及一种电子设备，包括低功耗供电电路，该低功耗供电电路的具体结构和工作原理参见图1和图2及其如上所述，该电子设备例如可以为TWS蓝牙耳机、智能手环等，其中控制开关S1可以为耳机或手环开机键。

本实施例低功耗供电电路及电子设备，控制开关S1闭合时，U2和U4导通，开关控制电路控制U1断开，不干扰原有电池电源VCC为负载Load供电，在控制开关S1打开时， U2断开，开关控制电路控制U1导通，R4与R3并联，降低因U2漏电流引起的R3上的压降，降低非正常供电消耗，提升电路使用可靠性。最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

设计图

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