CN104104058A - 一种电源管理芯片的温度保护装置和移动终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电源管理芯片的温度保护装置和移动终端，所述温度保护装置包括：检测比较模块、互补模块和控制模块，检测比较模块、互补模块、控制模块、电源管理芯片依次连接。本发明通过检测比较模块检测电源管理芯片的温度并转换为比较电压，将比较电压与基准电压比较并输出对应的电平信号；互补模块对所述电平信号进行反相滤波输出稳定的使能信号，控制模块根据所述使能信号产生对应的中断信号和控制信号、控制电源管理芯片工作或停止；这样就能使电源管理芯片在其温度过高时停止工作，避免被高温烧毁；温度恢复正常后继续工作，以延长电源管理芯片的使用寿命、提高使用安全。

Description

一种电源管理芯片的温度保护装置和移动终端

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种电源管理芯片的温度保护装置和移动终端。  

背景技术

电源管理芯片、作为电子设备硬件结构中的重要组成之一，在电子设备中担负起对电能的变换、分配、检测及其他电能管理的职责。电子设备常通过插入USB数据线实现充电和数据传输。但是，电源管理芯片在USB数据线插入的瞬间、其温度会突然上升到接近100℃甚至更高，高温会损坏电源管理芯片，且对其使用寿命也会造成很大的影响。 

有鉴于此，本发明提供一种电源管理芯片的温度保护装置和移动终端。 

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种电源管理芯片的温度保护装置和移动终端，以解决USB数据插入导致电源管理芯片温度突然上升过高、易损坏电源管理芯片且影响使用寿命的问题。 

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案： 

一种电源管理芯片的温度保护装置，用于防止电源管理芯片的温度瞬间突增对其造成的损坏，其中，所述温度保护装置包括：

用于检测电源管理芯片的温度并转换为比较电压，将所述比较电压与基准电压比较并输出对应的电平信号的检测比较模块；

用于对所述电平信号进行反相滤波输出稳定的使能信号的互补模块；

用于根据所述使能信号产生对应的中断信号和控制信号、控制电源管理芯片工作或停止的控制模块；

所述检测比较模块、互补模块、控制模块、电源管理芯片依次连接。

所述的电源管理芯片的温度保护装置中，所述检测比较模块包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、负温度系数热敏电阻和比较器；所述比较器的正输入端通过第一电阻连接第一电源端、还通过第二电阻接地，比较器的负输入端通过负温度系数热敏电阻连接第一电源端、还通过第三电阻接地；比较器的输出端连接互补模块。 

所述的电源管理芯片的温度保护装置中，所述检测比较模块还包括：第四电阻、第一电容和第二电容，所述第四电阻的一端通过第一电容接地、还通过第三电阻接地，第四电阻的另一端连接比较器的负输入端、还通过第二电容接地。 

所述的电源管理芯片的温度保护装置中，所述检测比较模块还包括：第三电容和稳压二极管，所述稳压二极管的负极连接第一电源端，稳压二极管的正极接地，第三电容的一端连接第一电源端，第三电容的另一端接地。 

所述的电源管理芯片的温度保护装置中，所述第一电阻的阻值为40KΩ，第二电阻的阻值为60KΩ，第三电阻的阻值为20KΩ；负温度系数热敏电阻的型号为3950，当电源管理芯片的温度为100℃时，负温度系数热敏电阻的阻值为0.66KΩ。 

所述的电源管理芯片的温度保护装置中，所述互补模块包括：第一MOS管Q1和第二MOS管，所述第一MOS管的栅极连接第二MOS管的栅极和比较器的输出端，第一MOS管的源极连接第一电源端，第一MOS管的漏极连接第二MOS管的漏极和控制模块，第二MOS管的源极接地。 

所述的电源管理芯片的温度保护装置中，所述第一MOS管为PMOS管，第二MOS管为NMOS管。 

所述的电源管理芯片的温度保护装置中，所述控制模块包括：第五电阻、中断芯片和中央处理器，所述中断芯片的P0脚连接第一MOS管的漏极和第二MOS管的漏极，中断芯片的P1脚、P2脚、P3脚、P4脚、P5脚、P6脚、P7脚、AD0脚、AD1脚均接地，中断芯片的VDD脚连接第一电源端，中断芯片的SDA脚连接中央处理器的SPMI_DATA脚，中断芯片的SCL脚连接中央处理器的SPMI_CLK脚，中断芯片的INT脚连接中央处理器的PS_HOLD脚，中断芯片的RESET脚通过第五电阻连接第二电源端。 

所述的电源管理芯片的温度保护装置中，所述控制模块还包括第四电容、第六电阻、第七电阻和第八电阻，所述第六电阻的一端连接第二电源端，第六电阻的另一端连接中断芯片的SDA脚和中央处理器的SPMI_DATA脚，第七电阻的一端连接第二电源端，第七电阻的另一端连接中断芯片的SCL脚和中央处理器的SPMI_CLK脚，第八电阻的一端连接第二电源端，第八电阻的另一端连接中断芯片的INT脚和中央处理器的PS_HOLD脚。 

一种移动终端，其包括：电源管理芯片和所述的温度保护装置；所述温度保护装置连接电源管理芯片。 

相较于现有技术，本发明提供的电源管理芯片的温度保护装置和移动终端，通过检测比较模块检测电源管理芯片的温度并转换为比较电压，将比较电压与基准电压比较并输出对应的电平信号；互补模块对所述电平信号进行反相滤波输出稳定的使能信号，控制模块根据所述使能信号产生对应的中断信号和控制信号、控制电源管理芯片工作或停止；这样就能使电源管理芯片在其温度过高时停止工作，避免被高温烧毁；温度恢复正常后继续工作，以延长电源管理芯片的使用寿命、提高使用安全。 

附图说明

图1为本发明提供的移动终端的结构框图。 

图2为本发明电源管理芯片的温度保护装置的应用实施例示意图。 

具体实施方式

本发明提供一种电源管理芯片的温度保护装置和移动终端，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 

请参阅图1，其为本发明提供的移动终端的结构框图。如图1所示，所述移动终端包括：电源管理芯片的温度保护装置和电源管理芯片40，所述温度保护装置包括检测比较模块10、互补模块20和控制模块30；所述检测比较模块10、互补模块20、控制模块30、电源管理芯片40依次连接。检测比较模块10用于检测电源管理芯片40的温度并转换为比较电压，将所述比较电压与基准电压比较，并输出对应的电平信号。互补模块20对所述电平信号进行反相滤波输出稳定的使能信号。控制模块根据所述使能信号产生对应的中断信号和控制信号、控制电源管理芯片工作或停止。所述移动终端指内置电源管理芯片40、且可插入USB数据线的所有电子终端，例如手机、平板电脑等。 

请一并参阅图2，所述检测比较模块10包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、负温度系数热敏电阻RT和比较器U1；所述比较器U1的正输入端通过第一电阻R1连接第一电源端V_5、还通过第二电阻R2接地，比较器U1的负输入端通过负温度系数热敏电阻RT连接第一电源端V_5、还通过第三电阻R3接地；比较器U1的输出端连接互补模块20。 

本实施例中，所述电源管理芯片40的型号为PM8926，所述比较器U1的型号为LM393。刚插入USB数据线时，电源管理芯片40的温度会快速上升到接近100℃；对应地，负温度系数热敏电阻RT的阻值迅速降低。在电源管理芯片40的温度接近100℃时，负温度系数热敏电阻RT的阻值为0.66KΩ。当电源管理芯片40的温度下降时，负温度系数热敏电阻RT的阻值对应上升。为了提高温度检测的准确性，在电路板上，负温度系数热敏电阻RT需设置在电源管理芯片40附近，这样电源管理芯片40的温度快速升高后才能很快辐射高温到负温度系数热敏电阻RT上。 

基于负温度系数热敏电阻RT的阻值变化特性，本实施例设置了两个分压电路。一个分压电路用于提供基准电压并输入比较器U1的正输入端，其由第一电阻R1和第二电阻R2组成，。根据比较器U1的参数特性，其基准电压可设置为VCC-2.0。所述VCC是由移动终端提供的5V供电电压，从第一电源端V_5输入。也即是说，基准电压可设置为3V。基于该比较器U1的基准输入端（即正输入端）的输入电流为50nA，则第一电阻R1和第二电阻R2总的阻值为：5V/50 nA=100 KΩ 。可以计算出第二电阻R2的阻值为3V/50nA=60 KΩ ，则第一电阻R1的阻值为100 KΩ-60 KΩ=40 KΩ 。 

另一个分压电路用于根据负温度系数热敏电阻RT的阻值变化来对应电源管理芯片的温度，将电源管理芯片的温度以比较电压的方式来反应；其由第三电阻R3和负温度系数热敏电阻RT组成。负温度系数热敏电阻RT的型号为3950，其阻值随温度的变化呈反向变化。当电源管理芯片的温度为100℃时，负温度系数热敏电阻RT的阻值为0.66KΩ。5V供电电压被分压得到比较电压输入比较器Q1的负输入端。电源管理芯片40在正常的工作环境温度下，比较器U1的比较输入端（即负输入端）的输入电流最大为150nA，此时负温度系数热敏电阻RT的阻值变化范围不大（否则会出现电压不稳定，导致电流产生噪音）。第三电阻R3的阻值设置必须满足：在电源管理芯片温度正常时，比较电压要低于基准电压；在电源管理芯片温度升高时，比较电压要高于基准电压。则比较电压可以3V为准，计算出第三电阻R3的阻值为3V/150nA=20KΩ。 

当电源管理芯片40的温度在瞬间快速上升到高点（100℃）时，由于负温度系数热敏电阻RT的阻值对应快速减小，导致比较器U1的比较电压大于其基准电压，比较器U1输出低电平；在电源管理芯片40的高温下降时，负温度系数热敏电阻RT的阻值对应增大，导致比较电压小于其基准电压，比较器U1输出高电平。 

由于负温度系数热敏电阻RT的阻值会随着温度快速变化，为了防止比较电压的快速变化导致电压不稳定以及产生杂波，所述检测比较模块10还包括：第四电阻R4、第一电容C1和第二电容C2，所述第四电阻R4的一端通过第一电容C1接地、还通过第三电阻R3接地，第四电阻R4的另一端连接比较器U1的负输入端、还通过第二电容C2接地。第四电阻R4、第一电容C1和第二电容C2组成滤波电路，其能稳定比较器U1负输入端的比较电压的信号波形并滤除其产生的杂波。 

为了稳定基准电压的电压波形，滤除第一电源端V_5上的5V供电电压的杂波，进一步地，所述检测比较模块10还包括：第三电容C3和稳压二极管D1，所述稳压二极管D1的负极连接第一电源端V_5，稳压二极管D1的正极接地，第三电容C3的一端连接第一电源端V_5，第三电容C3的另一端接地。 

由于电源管理芯片40的温度在瞬间会出现快速上升的情况，比较器U1的负输入端的电压瞬间变化很大，导致比较器U1输出的电平信号也会发生快速变化。为防止比较器U1输出的高低电平突变产生的毛刺或波形抖动，需要通过互补模块来稳定比较器U1输出的电平信号。 

本实施例中，所述互补模块包括：第一MOS管Q1和第二MOS管Q2，所述第一MOS管Q1为PMOS管，第二MOS管Q2为NMOS管。所述第一MOS管Q1的栅极连接第二MOS管Q2的栅极和比较器的输出端，第一MOS管Q1的源极连接第一电源端，第一MOS管Q1的漏极连接第二MOS管Q2的漏极和控制模块，第二MOS管Q2的源极接地。 

该第一MOS管Q1和第二MOS管Q2的组合相当于一个反相器。当比较器U1输出高电平时，第一MOS管Q1截止，第二MOS管Q2导通，互补模块20输出低电平的使能信号；当比较器U1输出低电平时，第一MOS管Q1导通，第二MOS管Q2截止，互补模块20输出高电平的使能信号。本实施例采用的互补型的PMOS管和NMOS管，其温度的稳定性较好，不会因为温度的快速变化而发生误输出的问题。 

互补模块20处理后的使能信号传输至控制模块30中。所述控制模块30包括：第五电阻R5、中断芯片U2和中央处理器U3，所述中断芯片U2的P0脚连接第一MOS管Q1的漏极和第二MOS管Q2的漏极，中断芯片U2的P1脚、P2脚、P3脚、P4脚、P5脚、P6脚、P7脚、AD0脚、AD1脚均接地，中断芯片U2的VDD脚连接第一电源端V_5，中断芯片U2的SDA脚连接中央处理器U3的SPMI_DATA脚，中断芯片U2的SCL脚连接中央处理器U3的SPMI_CLK脚，中断芯片U2的INT脚连接中央处理器U3的PS_HOLD脚，中断芯片U2的RESET脚通过第五电阻R5连接第二电源端V_1.8。 

其中，所述中断芯片U2的型号为PCA9672。中央处理器U3的型号为MSM8926，其PS_HOLD脚为输入输出脚。中央处理器U3的PS_HOLD脚还连接中央处理器U3的PS_HOLD脚。中断芯片U2的P0脚输入高电平有效。 

当互补模块20输出高电平的使能信号时，中断芯片U2的INT脚发送中断信号（低电平有效）到中央处理器U3。同时，中断芯片U2的I2C信号（即SDA脚与SCL脚输出的数据）开始与中央处理器U3进行通讯，提示中央处理器U3有紧急信号输入需要处理。中央处理器U3接收到中断信号后发送控制信号MSM_PS_HOLD给电源管理芯片40，电源管理芯片40接收到该控制信号MSM_PS_HOLD后快速断开其工作电源的输入，停止工作。 

当互补模块20输出低电平的使能信号时，由于中断芯片U2的P0脚的输入信号为高电平才有效，则中断芯片U2的中断信号被拉高，其I2C信号停止与中央处理器U3通讯，电源管理芯片40开始继续工作。 

为了防止中断芯片U2与中央处理器U3停止通讯时出现误信号导致中央处理器U3误动作，在I2C信号停止输出时，需要将其拉高；同时中断信号也要被拉高才能失效。则所述控制模块30还包括第四电容C4、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8，所述第六电阻R6的一端连接第二电源端，第六电阻R6的另一端连接中断芯片U2的SDA脚和中央处理器U3的SPMI_DATA脚，第七电阻R7的一端连接第二电源端V_1.8，第七电阻R7的另一端连接中断芯片U2的SCL脚和中央处理器U3的SPMI_CLK脚，第八电阻R8的一端连接第二电源端V_1.8，第八电阻R8的另一端连接中断芯片U2的INT脚和中央处理器U3的PS_HOLD脚（也叫中断脚）。所述第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8为上拉电阻，能起到限流的作用。 

在具体实施时，由于中断芯片U2的P1脚~P7脚没有使用，需要用1K的下拉电阻下拉到地，防止有误输入的问题出现。中断芯片U2的RESET脚上的复位信号是低电平有效，平时需通过第五电阻R5上拉至1.8V防止其在工作时复位。上电时通过第二电源端V_1.8输入一段低电平脉冲、中断芯片U2即可复位。 

请继续参阅图2，所述温度保护装置的工作原理为： 

负温度系数热敏电阻RT实时检测电源管理芯片40的温度。

当电源管理芯片40的温度在瞬间快速上升到接近100℃时，负温度系数热敏电阻RT的阻值对应迅速降低，比较器U1的负输入端上的比较电压的电压值迅速升高，由于其正输入端上的基准电压的电压值为3V保持不变，则比较器U1的负输入端的电压大于其正输入端的电压，比较器U1输出低电平；则第一MOS管导通，第二MOS管截止，第一MOS管的漏极输出高电平的使能信号给中断芯片U2的P0脚。由于中断芯片U2的P0脚是高电平有效，则中断芯片U2的INT脚输出低电平的中断信号至中央处理器U3的PS_HOLD脚。此时中断芯片U2的SDA脚和SCL脚输出I2C信号（SDA数据信号和SCL时钟信号），开始与中央处理器U3进行通讯，提示中央处理器U3有紧急信号输入需要及时处理。中央处理器U3接收到低电平的中断信号后发送控制信号MSM_PS_HOLD（又叫电源管理控制信号）给电源管理芯片40，电源管理芯片40接收到该信号后快速断开其工作电源的输入，电源管理芯片40无工作电源导致其停止工作。 

当电源管理芯片40的温度恢复到正常的环境工作温度时，负温度系数热敏电阻RT的阻值对应快速增加，比较电压降低且小于基准电压，使比较器U1输出高电平。此时第二MOS管导通，第一MOS管截止，第二MOS管将使能信号拉低为低电平。则中断芯片U2的中断信号被第八电阻R8拉高，中断芯片U2的I2C信号停止与中央处理器U3的通讯，电源管理芯片40恢复供电、开始继续工作。 

基于上述的温度保护装置，本发明还相应提供一种移动终端，其温度保护装置和电源管理芯片。由于上文已对温度保护装置的电路结构和工作原理进行了详细描述，此处不再赘述。 

综上所述，本发明提供的电源管理芯片的温度保护装置和移动终端，当电源管理芯片的温度在瞬间快速上升到接近100℃时，负温度系数热敏电阻的阻值降低使比较电压升高，导致比较器输出低电平，经过反相稳压处理后输出高电平的使能信号给中断芯片，中断芯片与中央处理器通讯，中央处理器发出控制信号使电源管理芯片无供电输入；温度恢复正常后负温度系数热敏电阻的阻值升高使比较器输出高电平，经过反相稳压处理后输出低电平的使能信号给中断芯片，中断芯片与中央处理器断开通讯，电源管理芯片恢复供电、开始继续工作；这样就能使电源管理芯片在其温度过高时停止工作，避免被高温烧毁，以延长电源管理芯片的使用寿命、提高使用安全；温度正常时电源管理芯片继续工作，从而可确保电源管理芯片工作的稳定性。 

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。 

Claims (10)

1.一种电源管理芯片的温度保护装置，用于防止电源管理芯片的温度瞬间突增对其造成的损坏，其特征在于，所述温度保护装置包括：

用于检测电源管理芯片的温度并转换为比较电压，将所述比较电压与基准电压比较并输出对应的电平信号的检测比较模块；

用于对所述电平信号进行反相滤波输出稳定的使能信号的互补模块；

用于根据所述使能信号产生对应的中断信号和控制信号、控制电源管理芯片工作或停止的控制模块；

所述检测比较模块、互补模块、控制模块、电源管理芯片依次连接。

2.根据权利要求1所述的电源管理芯片的温度保护装置，其特征在于，所述检测比较模块包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、负温度系数热敏电阻和比较器；所述比较器的正输入端通过第一电阻连接第一电源端、还通过第二电阻接地，比较器的负输入端通过负温度系数热敏电阻连接第一电源端、还通过第三电阻接地；比较器的输出端连接互补模块。

3.根据权利要求2所述的电源管理芯片的温度保护装置，其特征在于，所述检测比较模块还包括：第四电阻、第一电容和第二电容，所述第四电阻的一端通过第一电容接地、还通过第三电阻接地，第四电阻的另一端连接比较器的负输入端、还通过第二电容接地。

4.根据权利要求2所述的电源管理芯片的温度保护装置，其特征在于，所述检测比较模块还包括：第三电容和稳压二极管，所述稳压二极管的负极连接第一电源端，稳压二极管的正极接地，第三电容的一端连接第一电源端，第三电容的另一端接地。

5.根据权利要求2所述的电源管理芯片的温度保护装置，其特征在于，所述第一电阻的阻值为40KΩ，第二电阻的阻值为60KΩ，第三电阻的阻值为20KΩ；负温度系数热敏电阻的型号为3950，当电源管理芯片的温度为100℃时，负温度系数热敏电阻的阻值为0.66KΩ。

6.根据权利要求2所述的电源管理芯片的温度保护装置，其特征在于，所述互补模块包括：第一MOS管和第二MOS管，所述第一MOS管的栅极连接第二MOS管的栅极和比较器的输出端，第一MOS管的源极连接第一电源端，第一MOS管的漏极连接第二MOS管的漏极和控制模块，第二MOS管的源极接地。

7.根据权利要求6所述的电源管理芯片的温度保护装置，其特征在于，所述第一MOS管为PMOS管，第二MOS管为NMOS管。

8.根据权利要求6所述的电源管理芯片的温度保护装置，其特征在于，所述控制模块包括：第五电阻、中断芯片和中央处理器，所述中断芯片的P0脚连接第一MOS管的漏极和第二MOS管的漏极，中断芯片的P1脚、P2脚、P3脚、P4脚、P5脚、P6脚、P7脚、AD0脚、AD1脚均接地，中断芯片的VDD脚连接第一电源端，中断芯片的SDA脚连接中央处理器的SPMI_DATA脚，中断芯片的SCL脚连接中央处理器的SPMI_CLK脚，中断芯片的INT脚连接中央处理器的PS_HOLD脚，中断芯片的RESET脚通过第五电阻连接第二电源端。

9.根据权利要求8所述的电源管理芯片的温度保护装置，其特征在于，所述控制模块还包括第四电容、第六电阻、第七电阻和第八电阻，所述第六电阻的一端连接第二电源端，第六电阻的另一端连接中断芯片的SDA脚和中央处理器的SPMI_DATA脚，第七电阻的一端连接第二电源端，第七电阻的另一端连接中断芯片的SCL脚和中央处理器的SPMI_CLK脚，第八电阻的一端连接第二电源端，第八电阻的另一端连接中断芯片的INT脚和中央处理器的PS_HOLD脚。

10.一种移动终端，其特征在于，包括：电源管理芯片和如权利要求1-9任意一项所述的温度保护装置；所述温度保护装置连接电源管理芯片。