一种开关机控制系统、开关机控制方法和安全开关机电源

摘要

本发明实施例公开了一种开关机控制系统、方法和安全开关机电源，该系统包括控制器、开关机控制电路和电源开关，其中：开关机控制电路分别与新型工作电源的使能端、电源开关和控制器相连，当电源开关闭合时，向使能端周期性发出激活信号、向控制器发出闭合表征信号，当电源开关断开时，停止向使能端发出激活信号、并向控制器发出断开表征信号；控制器分别与主板和使能端相连，当接收到闭合表征信号时，向主板发出开启信号、向使能端周期性发出激活信号，当接收到断开表征信号时，向主板发出关闭信号，并在确定主板系统已关闭时，停止向使能端发出激活信号，以保证更换工作电源后的X86计算机能够实现安全开关机。

说明书

技术领域

本发明涉及嵌入式系统开发技术领域，更具体地说，涉及一种开关机控 制系统、一种开关机控制方法和一种安全开关机电源。

背景技术

ATX电源是基于X86架构平台的嵌入式计算机（简称“X86计算机”）的 主流工作电源，但是ATX电源对恶劣工作环境的适应能力较差，致使X86计算 机的应用领域受到了极大限制。

为此，本领域技术人员计划采用具有更高可靠性的新型工作电源来替换 所述ATX电源，然而该方案的局限之处在于：在X86计算机中，用于控制所述 X86计算机安全开关机的开关机控制系统主要是面向ATX电源进行设计，因此 直接更换X86计算机的工作电源的话，必然会使得所述开关机控制系统无法正 常工作，容易造成X86计算机的主板系统崩溃。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种开关机控制系统、开关机控制方法和安全开 关机电源，以保证更换工作电源后的X86计算机能够实现安全开关机。

一种开关机控制系统，包括控制器、开关机控制电路和电源开关，其中：

所述开关机控制电路分别与新型工作电源的使能端、所述电源开关和所 述控制器相连，用于当所述电源开关闭合时，向所述使能端周期性发出激活 信号，并向所述控制器发出表征所述电源开关已闭合的闭合表征信号；以及 当所述电源开关断开时，停止向所述使能端发出激活信号，并向所述控制器 发出表征所述电源开关已断开的断开表征信号；

所述控制器分别与X86计算机的主板和所述使能端相连，用于当接收到 所述闭合表征信号时，向所述主板发出用于启动主板系统的开启信号，并向 所述使能端周期性发出激活信号；以及当接收到所述断开表征信号时，向所 述主板发出用于关闭所述主板系统的关闭信号，并在确定所述主板系统已关 闭时，停止向所述使能端发出激活信号。

可选地，所述控制器向所述主板发出所述关闭信号后，还用于在确定所 述主板系统已死机时，停止向所述使能端发出激活信号。

其中，所述电源开关包括双刀双掷开关。

其中，所述开关机控制电路包括：NMOS管、二极管、第一电阻和第二 电阻；其中，所述双刀双掷开关包括位于同一刀的第一接线端和第三接线端、 位于另一刀的第二接线端和第四接线端，且所述第一接线端和所述第二接线 端位于同一侧；所述第一电阻的一端接电源进线、另一端分别接所述第一接 线端和所述控制器的一个引脚；所述第三接线端、所述第四接线端和所述 NMOS管的源极均接地；所述第二接线端接所述二极管的负极；所述二极管 的正极分别接所述使能端和所述NMOS管的漏极；所述第二电阻的一端接地、 另一端分别接所述控制器的另一引脚和所述NMOS管的栅极。

可选地，所述开关机控制系统还包括：与所述控制器的电源接线端相连 接的滤波电路。

可选地，所述开关机控制系统还包括：与所述控制器相连接的通信接口 电路；其中所述通信接口电路可包括：JTAG接口电路。

可选地，所述开关机控制系统还包括：与所述控制器的时钟脉冲输入端 相连接的时钟电路。

一种开关机控制方法，所述方法应用于上述任一种开关机控制系统，所 述方法包括开机控制方法和关机控制方法，其中：

所述开机控制方法包括：

当电源开关闭合时，开关机控制电路向新型工作电源的使能端周期性发 出激活信号，并向控制器发出表征所述电源开关已闭合的闭合表征信号；所 述控制器在接收到所述闭合表征信号时，向主板发出用于启动主板系统的开 启信号；并向所述使能端周期性发送激活信号；

所述关机控制方法包括：

当所述电源开关断开时，所述开关控制电路停止发出激活信号，并向所 述控制器发出表征所述电源开关已断开的断开表征信号；所述控制器在接收 到所述断开表征信号时，向所述主板发出用于关闭所述主板系统的关闭信号； 当所述控制器确定所述主板系统已关闭时，停止向所述使能端发出激活信号。

可选地，所述向所述主板发出用于关闭所述主板系统的关闭信号之后， 所述关机控制方法还包括：所述控制器在确定所述主板系统已死机时，停止 向所述使能端发出激活信号。

一种安全开关机电源，包括：新型工作电源和上述任一种开关机控制系 统；其中所述新型工作电源包括：输出电压为+3.3V的电源模块、输出电压为 +5V的电源模块、输出电压为+12V的电源模块和/或输出电压为-12V的电源 模块；所述新型工作电源的使能端为低电平有效、且所述使能端装设有上拉 电阻。

从上述的技术方案可以看出，本发明实施例在工作人员闭合电源开关时， 通过开关机控制电路向新型工作电源的使能端周期性发出激活信号，并通过 控制器向X86计算机的主板发出启动主板系统的开启信号，从而达到了在保 证所述新型工作电源开始正常供电的前提下才控制所述主板系统进入工作状 态的目的，实现了所述X86计算机的安全开机；此外，所述控制器在检测到 所述电源开关闭合后，还用于向所述使能端周期性发出激活信号，直到确定 所述主板系统已关闭时停止。在工作人员断开所述电源开关时，所述开关机 控制电路停止继续输出激活信号，同时所述控制器向所述主板发出关闭信号， 此时，由于所述使能端仍能接收到来自所述控制器的激活信号，因此所述新 型工作电源的工作状态不会因为所述电源开关的断开而立即改变，而是在所 述控制器停止发出激活信号时才会停止供电，从而达到了在保证所述主板系 统完全退出工作状态的前提下才控制所述新型工作电源停止供电的目的，实 现了所述X86计算机的安全关机。

综上所述，本发明实施例完全是面向所述新型工作电源进行设计，因此 达到了在将所述X86计算机原有的ATX电源更换为所述新型工作电源的情况 下，仍能保证所述X86计算机实现安全开关机的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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简单地介绍，显而易见地，下面 描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明实施例一公开的一种开关机控制系统结构示意图；

图2a-2b为本发明实施例二公开的又一种开关机控制系统结构示意图；

图3为本发明实施例三公开的一种新型工作电源结构示意图；

图4为本发明实施例四公开的一种开关机控制方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而 不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

参见图1，本发明实施例一公开了一种开关机控制系统，以保证更换工作 电源后的X86计算机能够实现安全开关机，包括：控制器100、开关机控制 电路200和电源开关300，其中：

开关机控制电路200分别与X86计算机的新型工作电源400的使能端EN、 电源开关300和控制器100相连，用于当电源开关300闭合时，向使能端EN 周期性发出激活信号，并向控制器100发出闭合表征信号（所述闭合表征信 号用于表征电源开关300已闭合）；以及当电源开关300断开时，停止向使 能端EN发出激活信号，并向控制器100发出断开表征信号（所述断开表征信 号用于表征电源开关300已断开）；

控制器100分别与X86计算机的主板500和使能端EN相连，用于当接收 到所述闭合表征信号时，向主板500发出用于启动主板系统的开启信号，并 向使能端EN周期性发出激活信号；以及当接收到所述断开表征信号时，向主 板500发出用于关闭所述主板系统的关闭信号，并在确定所述主板系统已关 闭时，停止向使能端EN发出激活信号。

由上述描述可知，本实施例一在工作人员闭合电源开关300时，通过开 关机控制电路200向使能端EN周期性发出激活信号，并通过控制器100向主 板500发出开启信号，从而达到了在保证新型工作电源400开始正常供电的 前提下才控制主板系统进入工作状态的目的，实现了X86计算机的安全开机； 此外，控制器100在检测到电源开关300闭合后，还用于向使能端EN周期性 发出激活信号，直到确定所述主板系统已关闭时为止；

在工作人员断开电源开关300时，开关机控制电路200停止继续输出激 活信号，同时控制器100向主板500发出关闭信号，此时，由于使能端EN仍 能接收到控制器100发出的激活信号，因此新型工作电源400的工作状态不 会因为电源开关300的断开而立即改变，而是在控制器100停止发出激活信 号时才会停止供电，从而达到了在保证所述主板系统完全退出工作状态的前 提下才控制新型工作电源停止供电的目的，实现了所述X86计算机的安全关 机。

实施例二：

基于实施例一，参见图2a-2b，本发明实施例二公开了又一种开关机控制 系统，以保证更换工作电源后的X86计算机能够实现安全开关机，包括（如 图2a所示）：控制器100、开关机控制电路200和电源开关300，其中：

控制器100向主板500发出所述关闭信号后，还用于在确定所述主板系 统已死机时，停止向使能端EN发出激活信号。

当系统死机时，控制器100始终无法判断得到所述主板系统已关闭的判 断结果，致使新型工作电源400在系统死机的情况下仍持续供电、浪费电能， 因此本实施例二在检测到所述系统死机时，令控制器100停止发出激活信号、 强制新型工作电源400停止工作，即强制X86计算机关机。具体的，控制器 100可在向主板500发出所述关闭信号后等待1分钟，若1分钟之后未能从主 板500中读取到所述主板系统已关闭的表征信号，则判定为系统死机。

此外，作为优选，本实施例二所述的开关机控制系统还可包括（如图2a 所示）：滤波电路600、时钟电路700和通信接口电路800；其中，

滤波电路600与控制器100的电源接线端相连接，用于过滤控制器100 的电源噪声；

时钟电路700与控制器100的时钟脉冲输入端相连接，用于为控制器100 提供本地时钟；具体的，时钟电路700可选用32.768KHz时钟晶振进行构建；

通信接口电路800与控制器100相连接，用于为控制器100提供程序下 载接口，具体的，通信接口电路800可选用JTAG接口电路。

以新型工作电源400的使能端EN为低电平有效为例，本实施例二所述的 开关机控制系统，可具体采用如下电路结构（如图2b所示）：

电源开关300采用双刀双掷开关SW1，其4个接线端包括：位于同一刀 的第一接线端A1和第三接线端A3、位于另一刀的第二接线端A2和第四接 线端A4，且第一接线端A1和第二接线端A2位于双刀双掷开关SW1的同一 侧；

开关机控制电路200包括：NMOS管U2、二极管D1、第一电阻R1和第 二电阻R2；具体的，第一电阻R1的一端接电源进线、另一端分别接第一接 线端A1和控制器100的24脚；NMOS管U2的源极S、第三接线端A3和第 四接线端A4接地；第二接线端A2接二极管D1的负极；二极管D1的正极分 别接使能端EN和NMOS管U2的漏极D；第二电阻R2的一端接地、另一端 分别接控制器100的25脚和NMOS管U2的栅极；其中，二极管D1的型号 可选用为1N4148，NMOS管U2的型号可选用为ME2302，第一电阻R1和/ 或第二电阻R2可选用阻值为100KΩ、功率1/4W的电阻；

控制器100的40脚、41脚和42脚依次对应与主板500的SUS_S3#脚、 SUS_S4#脚和SUS_S5#脚相连接（SUS_S3#脚、SUS_S4#脚和SUS_S5#脚为 主板状态输出引脚，当主板系统已关闭时，SUS_S3#脚、SUS_S4#脚和SUS_S5# 脚均为低电平状态）；控制器100的44脚与主板500的开关机控制引脚 PWR_BTN#脚相连接，所述PWR_BTN#脚用于接收控制器100发出的开启信 号和关闭信号；其中，控制器100可具体选用型号为LC4064V-5T44C的CPLD （Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件），但并不局限。

滤波电路600包括：相并联的第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3 和第四电容C4；具体的，第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和/或第 四电容C4可选用容值为0.1Uf、耐压值为25V的电容。

该电路的工作原理具体为：

当双刀双掷开关SW1闭合时，使能端EN依次通过二极管D1、第二接线 端A2和第四接线端A4接地，由此使能端EN的电平状态由高变低、使能端EN 被成功激活；同时随着第一接线端A1与第三接线端A3的接通，控制器100 的24脚的电平状态由高变低、由此控制器100可根据该电平变化成功检测到 双刀双掷开关SW1当前已闭合；

进而，控制器100控制44脚向主板500的PWR_BTN#脚输出开启信号、 主板系统启动；同时，控制器100控制25脚输出高电平信号，由此，NMOS 管U2的栅极G的电平状态由低变高，此时NMOS管U2导通、漏极D的电 平状态被拉低；

当双刀双掷开关SW1断开时，虽然使能端EN不能够再依次通过二极管 D1、第二接线端A2和第四接线端A4成功接地，但是使能端EN仍能够接收 到漏极D发出的低电平信号、并保持激活状态；

待控制器100控制44脚向主板500的PWR_BTN#脚输出关闭信号后、 且检测到40脚、41脚和42脚均接收到低电平信号（或等待1分钟之后40脚、 41脚和42脚仍未能全部接收到低电平信号）时，即可控制25脚输出低电平 信号，此时NMOS管U2截止、漏极D的电平信号由低变高，由此，与漏极 D相连接的使能端EN进入去激活状态、新型工作电源400停止供电。

实施例三：

本发明实施例三公开了一种安全开关机电源，以实现X86计算机的安全 开关机，包括：新型工作电源和实施例一或实施例二所述的任一种开关机控 制系统；

其中，参见图3，所述新型工作电源包括：输出电压为+3.3V的电源模块 U3、输出电压为+5V的电源模块U4、输出电压为+12V的电源模块U4和输 出电压为-12V的电源模块U6，其中图3所示的VIN表示所述新型工作电源 的电源接线端。

其中，所述新型工作电源的使能端为低电平有效、且所述使能端装设有 上拉电阻，以保证在所述使能端未接收到激活信号时，所述使能端始终保持 在高电平状态、所述新型工作电源稳定保持在未供电状态。

实施例四：

参见图4，本发明实施例四公开了一种开关机控制方法，所述方法应用于 上述任一实施例所述的开关机控制系统，以保证更换工作电源后的X86计算 机能够实现安全开关机，具体的，所述方法包括开机控制方法和关机控制方 法，其中：

所述开机控制方法包括：

步骤401：当电源开关闭合时，开关机控制电路向新型工作电源的使能端 周期性发出激活信号，并向控制器发出表征所述电源开关已闭合的闭合表征 信号；

步骤402：所述控制器在接收到所述闭合表征信号时，向主板发出用于启 动主板系统的开启信号；并向所述使能端周期性发送激活信号；

承接步骤402，所述关机控制方法包括：

步骤403：当所述电源开关断开时，所述开关控制电路停止发出激活信号， 并向所述控制器发出表征所述电源开关已断开的断开表征信号；

步骤404：所述控制器在接收到所述断开表征信号时，向所述主板发出用 于关闭所述主板系统的关闭信号；

步骤405：当所述控制器确定所述主板系统已关闭时，停止向所述使能端 发出激活信号。

此外，作为优选，在所述404之后，还包括（仍参见图4）：

步骤406：当所述控制器确定所述主板系统已死机时，停止向所述使能端 发出激活信号。

对于实施例公开的开关机控制方法而言，由于其与实施例公开的开关机 控制系统相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见所述开关机控制系统 部分的相关说明即可。

综上所述，本发明实施例在工作人员闭合电源开关时，通过开关机控制 电路向新型工作电源的使能端周期性发出激活信号，并通过控制器向X86计 算机的主板发出启动主板系统的开启信号，从而达到了在保证所述新型工作 电源开始正常供电的前提下才控制所述主板系统进入工作状态的目的，实现 了所述X86计算机的安全开机；此外，所述控制器在检测到所述电源开关闭 合后，还用于向所述使能端周期性发出激活信号，直到确定所述主板系统已 关闭时停止。在工作人员断开所述电源开关时，所述开关机控制电路停止继 续输出激活信号，同时所述控制器向所述主板发出关闭信号，此时，由于所 述使能端仍能接收到来自所述控制器的激活信号，因此所述新型工作电源的 工作状态不会因为所述电源开关的断开而立即改变，而是在所述控制器停止 发出激活信号时才会停止供电，从而达到了在保证所述主板系统完全退出工 作状态的前提下才控制所述新型工作电源停止供电的目的，实现了所述X86 计算机的安全关机。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都 是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用 本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易 见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的 情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所 示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽 的范围。