# 软开关机电路设计方案（长按 2 秒开机 + 自动关机）

> 适用于 MotherCup 整机：电池供电，按键软开关，防误触开机，无操作自动断电。

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## 1. 需求

| 项 | 要求 |
|---|---|
| 开机 | **长按按键 2 秒**才开机（防误触，短按不开机） |
| 关机 | **自动关机**：无操作超时后自动断电（固件定时，超时值可配） |
| 掉电后 | 整机彻底断电（VSYS=0），待机电流仅 P-MOS 漏电流（<1µA 级） |

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## 2. 电路设计

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                        VBAT（电池 3.0~4.2V）
                         │
                         │ S
                 Q1 ─────┤   P-MOS (AO3401)
                         │ D
                         ├─────────────────────── VSYS（整机电源，去 LDO/升压/制冷片）
                         │ G（栅极节点 G）
                         │
        R2 100K ─────────┼────┬──────────────────┬─────────────────────┐
        (接 VBAT)         │    │                  │                     │
                          │    │D                 │D                    │
                          │   Q2(N-MOS 2N7002)   Q3(N-MOS 2N7002)      │
                          │    │G                 │G                    │
                          │    │                  │                     │
                          │    ├─ R3 10K ─┐       ├── C1 3.3µF ── GND   │
                          │    │          │       │                     │
                          │    ├─ R5 100K ┴ GND   ├── R4 10M ── GND      │
                          │    │    (PWR_HOLD 下拉，MCU 掉电时确保 Q2 关) │
                          │    │                  │                     │
                          │    └──── PWR_HOLD (MCU 输出)                │
                          │                               R1 1M         │
                          │                                │            │
                          │                               SW1 ──── VBAT │
                          │                                │            │
                          │                    (可选) KEY_DET (MCU 输入) │
                          │     Q2/Q3 源极 ── GND        Q2/Q3 源极 ── GND
```

> 说明：Q2 的漏极与 Q3 的漏极都并到栅极节点 G，任一路导通都能把 Q1 栅极拉低。

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## 3. 工作原理

### 3.1 开机（长按 2 秒）

1. 初始：`PWR_HOLD` 悬空（MCU 未上电），R5 把 Q2 栅极拉低 → Q2 关断；
   R2 把 Q1 栅极拉高到 VBAT → Q1 关断 → VSYS=0，整机断电。
2. 按住 SW1：VBAT 经 SW1 → R1 给 C1 充电（τ = R1×C1 ≈ 3.3s）。
3. 约 **2.1 秒**后 C1 电压达到 Q3(2N7002) 阈值(~2V) → Q3 导通 → 拉低 Q1 栅极 → Q1 导通 → VSYS 得电。
4. MCU 上电启动，**第一时间置 `PWR_HOLD=高`** → Q2 导通 → 持续拉低 Q1 栅极（锁存开机）。
5. 松开 SW1：C1 经 R4 缓慢泄放，Q3 逐渐关断，但 Q2 已锁存，不影响供电。
6. 若按的时间不足 2 秒就松手：C1 没充到阈值，Q3 不导通，Q1 不开机（防误触）。

### 3.2 自动关机

1. MCU 运行中检测「无操作」超时（BLE 无指令 / 按键无动作，超时值可配，见 §6）。
2. 超时到 → 置 `PWR_HOLD=低` → Q2 关断 → R2 把 Q1 栅极拉高 → Q1 关断 → VSYS=0 → 整机断电。

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## 4. 器件清单（BOM）

| 位号 | 器件 | 参数/型号 | 封装 | 数量 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Q1 | P-MOSFET | AO3401（-30V/-4A，低压开启） | SOT23 | 1 | 高边主开关 |
| Q2 | N-MOSFET | 2N7002（Vth≈2V） | SOT23 | 1 | PWR_HOLD 锁存 |
| Q3 | N-MOSFET | 2N7002（Vth≈2V） | SOT23 | 1 | 长按开机触发 |
| R1 | 电阻 | 1MΩ ±5% | 0402 | 1 | C1 充电电阻（定 2s 延时） |
| R2 | 电阻 | 100KΩ | 0402 | 1 | Q1 栅极上拉（默认关机） |
| R3 | 电阻 | 10KΩ | 0402 | 1 | PWR_HOLD → Q2 栅极 |
| R4 | 电阻 | 10MΩ | 0402 | 1 | C1 泄放 |
| R5 | 电阻 | 100KΩ | 0402 | 1 | Q2 栅极下拉（MCU 掉电时确保 Q2 关） |
| C1 | 电容 | 3.3µF / 10V X7R | 0603 | 1 | 延时电容 |
| SW1 | 轻触按键 | 6×6 侧按/顶按 | — | 1 | 电源键 |
| (可选) D1 | 二极管 | BAT54 | SOT23 | 1 | 如 KEY_DET 需隔离时用 |

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## 5. RC 延时计算

- 充电：`Vc(t) = VBAT × (1 − e^(−t/RC))`，RC = R1×C1 = 1M×3.3µF = 3.3s。
- 2N7002 阈值约 2V，取 VBAT=4.2V：到达 2V 的时间
  `t = −RC·ln(1 − 2/4.2) = −3.3·ln(0.524) ≈ 2.13s` ✓（约 2 秒）。
- 若需更精确 2.0s，可调 R1=910K 或 C1=3.0µF；**最终以实测为准微调 R1/C1**。

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## 6. 固件配合

### 6.1 GPIO

| 引脚 | 方向 | 说明 |
|---|---|---|
| `PWR_HOLD` | 输出 | **`main()` 最开头就置高**（先于 banner/初始化），锁存开机；自动关机时置低 |
| `KEY_DET`（可选） | 输入 | 接 C1 节点/按键节点，运行中检测按键，用于复位自动关机定时器 |

> 注意：`PWR_HOLD` 必须在 MCU 复位后**立即**拉高，否则用户一松键就掉电。

### 6.2 自动关机定时（伪代码）

```c
// 空闲超时值（可做成 APP_DATA 参数，appset 配置）
#define AUTO_OFF_TIMEOUT_MS   120000   /* 默认 2 分钟，可配 */

void activity_heartbeat(void) {        // 任何活动（BLE 指令/按键）都调
    s_last_activity = xTaskGetTickCount();
}

// 在某个常驻任务里（如 BLE 调度任务）周期性检查：
if ((xTaskGetTickCount() - s_last_activity) >= pdMS_TO_TICKS(AUTO_OFF_TIMEOUT_MS)) {
    display_set(0, DISP_TYPE_CELSIUS, DISP_BASE_DECIMAL); // 可先清屏/提示
    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500));
    PWR_HOLD_LOW();    // 断电
    for(;;) {}         // 等电源跌落
}
```

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## 7. 注意事项

1. **开机时序**：`PWR_HOLD` 必须在 MCU 启动后立即置高，且 R5 保证 MCU 掉电时 Q2 可靠关断。
2. **C1 泄放**：R4 取 10M 时泄放 τ≈33s；若担心「短按后快速再长按」会把上次残余电荷算进去，可把 R4 调小（如 4.7M）或加受控泄放。
3. **待机功耗**：关机时只有 R2(100K→VBAT) 与 P-MOS 漏电流，约 0.04µA + 漏电流，可满足低待机要求。
4. **VBAT 下限**：Q3(2N7002) 阈值 2V，电池低到 ~2.5V 时 C1 充不到阈值会导致开不了机；若需支持更低电压，换低压开启的 N-MOS（如 SI2302，Vth<1V）并重算 RC。
5. **栅极保护**：Q1 栅极如需加 TVS/钳位（防静电/浪涌），可在 G 节点对 VBAT 加 4.7~6.8V 稳压管（可选）。

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## 8. 待确认

1. **自动关机超时值**：本文默认 2 分钟（`AUTO_OFF_TIMEOUT_MS`），你之前写的是「2 秒」——请确认用多少。
2. 是否需要 **KEY_DET**（按键复位自动关机定时 / 手动关机）。
3. 电池最低电压（决定 Q3 选型与 RC 是否需重算）。