软开关设计:典型电路及软件代码

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何为软开关?软开关是相对于硬开关而 言。硬开关顾名思义,电源的开断完全取决于硬件,是物理层上的开合;而软开关,则是必须借助于软件,准确地说是借助软件来进行关闭。两者各有优劣。前者因 为是物理层的操作,可以讲电源和系统部分完全阻隔,所以关闭时漏电流非常小,但缺陷是关闭时无法给予软件任何通知信息;而后者的关闭只是电平的操作,关闭 后无法将电源部分与系统部分隔离,因此相对而言,漏电流会比较大,但优点在于,关闭是由软件进行控制,所以能在关闭前做好相应的准备工作。正是因为此特 性,故电子设备来说采用硬开关的设计非常少,更多的是软开关。举个简单的例子,我们常用的家用电脑就是软开关设计。试想加入电脑采用的是硬开关的设计,会是什么结果?结果估计就如同我们在正常使用电脑时,突然将插头给拔掉一样。这样,对于电脑的设备,特别是硬盘而言,所造成的损害是不可估量的。

软开关设计 硬件篇

对于软开关而言,在我们按下那一瞬间,因为还没有给CPU上电,不存在任何程序执行的可能,所以注定“打开”这一个操作只能用硬件完成。当系统跑起来以 后,此时软件已经开始运作,我们就能通过对GPIO进行操作来关闭设备。综上所述,如果要实现软开关,我们必须具备两个GPIO口。一个为 DETECT_KEY,作为输入,用来检测按键是否按下;另一个为GPIO_SHDW,作为输出,用来控制电源的闭合。

现在,我们来看一个典型的软开关电路(图一,以下讲解都以电路图的标号为指代):

 

SoftSwitch01

该电路很简单,对外的节点有四处,分别如下:

PWR_ON:用来控制系统的电源。当其为high时,系统正常供电。

VDD33D:直接接3.3V电压

GPIO_SHDW:当其为low时关闭系统电源

DETECT_KEY:检测按键S1的状态。

我们现在根据开机到关机的过程来一步一步来分析该电路:

1.未开机,S1未按下。

此时GPIO_SHDN为low,直接控制了Q1和Q2的控制脚(PIN1),令VDD33D的电压无法输出到POW_ON端。而D1因为S1未按下,该二极管也处于阻隔状态,S1端的VDD33D也无法输送到POW_ON端。故整个系统还处于关闭状态。

2.S1按下,开机。

S1按下,二极管D1导通,S1端的VDD33D电压输送到PWR_ON端,系统开始启动。系统启动时,将GPIO_SHDN置high。此时 PWR_ON已经输入了R2,R3端的VDD33D电压,D1两边电压基本上处于平衡状态,D1相当于断开,S1端的电压无法加载到PWR_ON。

3.S1放开,系统正常运行。

S1放开,D1不可能再导通,而此时电压已经主要是从R2,R3端的VDD3D输入,令PWR_ON一直保持high状态,故系统一直处于正常运行状态。

4.S1按下,系统正常运行。

因为S1按下,导致Q3导通,拉低R6端下方的电压,此时DETECT_KEY这个GPIO口检测到电平为low,软件开始进入计时状态。

5.S1放开。

因为S1已经放开,Q3不再导通,R6下端电压恢复,DETECT_KEY检测到电平为high。此时软件和阈值做比较,如果超过预定的阈值,则关闭系 统;否则,将本次操作忽略。在这里之所以和阈值进行比较,是出自于防抖的需要。因为在实际使用中,可能R6端会有微小的极为短暂的电压降,如果软件不设置 阈值,检测到该电压降就会关闭,这对于产品而言是不允许的。

软开关设计 软件篇

相对于硬件来说,软开关的软件代码更为简单,只需要检测DETECT_KEY即可。 该功能的实现主要是通过GPIO,而wince并没有对GPIO做上层定义,并且每款CPU的GPIO的操作方式又各自不同,所以本文无法给出一个完整可 用的代码,只能用伪代码作为示例讲解。虽然是伪代码,但对于了解其流程还是有一定的意义。

void Power_On()

{

...

//设置GPIO_SHDN为high

SetGPIO_HIGH(GPIO_SHDN);

...

}

DWORD PWR_IntrThread(PVOID pParam)

{

....

//使能中断

EnableInterrupt();

//初始化中断

InterruptInitialize(btnSysIntr, hNotifyEvent, 0, 0)

while(TRUE)

{

//等待中断事件

dwRet = WaitForSingleObject(hNotifyEvent, INFINITE);

if(dwRet == WAIT_OBJECT_0)

{

//中断处理完毕,让中断再次进入处理

InterruptDone(btnSysIntr);

//再次等待中断处理事件

dwRet = WaitForSingleObject(hNotifyEvent, 1000);

if(dwRet == WAIT_TIMEOUT)

{

//当其位WAIT_TIMEOUT时,意味着为长按,进入poweroff函数

EnterPowerOff();

}

}

}

....

}

void EnterPowerOff()

{

...

while(TRUE)

{

if(IsGPIOHigh(GPIO_DETECT_KEY) != FALSE)

{

//S1已经松开,跳出循环

break;

}

}

//关闭系统电源

SetGPIO_LOW(GPIO_SHDN);

...

}

这里唯一需要注意的是EnterPowerOff函数,在这里必须要检测S1是否已经松开。如果还没有松开S1就将GPIO_SHDN置为LOW,因为S1端还有VDD33D电压输入到PWR_ON端,所以系统还是无法关闭。