CN106972622B - 双电源功率开关通路的控制电路、芯片 - Google Patents

双电源功率开关通路的控制电路、芯片 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双电源功率开关通路的控制电路、芯片，属于集成电路技术领域。所述控制电路包括充电电路、检测电路以及切换电路；所述充电电路的一端连接主电源，所述充电电路的另一端连接备用电源，用于所述主电源对所述备用电源充电；所述检测电路的输入端分别与所述主电源和所述备用电源连接，所述检测电路的输出端与所述切换电路连接，所述检测电路用于检测所述主电源和所述备用电源的电压值，并将与所述电压值对应的检测信号输出至所述切换电路；所述切换电路与所述充电电路连接。本发明通过对主电源和备用电源的电压进行实时采样和判断，实现了对备用电源进行充电管理和保护。

Description

双电源功率开关通路的控制电路、芯片
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种双电源功率开关通路的控制电路、芯片。
背景技术
在芯片设计中，有时会遇到双电源供电的情况，在这种情况下，对于双电源出现切换和交替供电的情况，需要对功率通路进行控制，在有些工作模式(比如过冲模式、保护模式或者断电模式等)下，需要关闭功率通路，并且使这两个供电电源都能可靠关闭，防止双电源之间出现反向功率传输的情况。
然而，现有的控制电路仅仅实现双电源选择，无法实现对备用电源的充放电控制和保护。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种双电源功率开关通路的控制电路、芯片。所述技术方案如下：
一方面，提供了一种双电源功率开关通路的控制电路，包括充电电路、检测电路以及切换电路；
所述充电电路的一端连接主电源，所述充电电路的另一端连接备用电源，用于所述主电源对所述备用电源充电；
所述检测电路的输入端分别与所述主电源和所述备用电源连接，所述检测电路的输出端与所述切换电路连接，所述检测电路用于检测所述主电源和所述备用电源的电压值，并将与所述电压值对应的检测信号输出至所述切换电路；
所述切换电路与所述充电电路连接，用于根据所述检测信号对所述充电电路进行接通或者关断。
进一步的，所述充电电路包括第一PMOS管，所述第一PMOS管寄生有二极管。
进一步的，所述检测电路包括比较器，所述比较器的输入端分别接所述主电源、所述备用电源以及参考电压，所述比较器的输出端输出所述检测信号至所述切换电路。
进一步的，所述切换电路包括第一NMOS管、第二PMOS管，所述第一NMOS管和所述第二PMOS管的栅极接入所述检测信号，所述第一NMOS管和所述第二PMOS管的漏极与所述第一PMOS管的栅极连接。
进一步的，所述主电源为直流电源。
另一方面，提供了一种芯片，包括双电源功率开关通路的控制电路，所述双电源功率开关通路的控制电路包括充电电路、检测电路以及切换电路；
所述充电电路的一端连接主电源，所述充电电路的另一端连接备用电源，用于所述主电源对所述备用电源充电；
所述检测电路的输入端分别与所述主电源和所述备用电源连接，所述检测电路的输出端与所述切换电路连接，所述检测电路用于检测所述主电源和所述备用电源的电压值，并将与所述电压值对应的检测信号输出至所述切换电路；
所述切换电路与所述充电电路连接，用于根据所述检测信号对所述充电电路进行接通或者关断。
进一步的，所述充电电路包括第一PMOS管，所述第一PMOS管寄生有二极管。
进一步的，所述检测电路包括比较器，所述比较器的输入端分别接所述主电源、所述备用电源以及参考电压，所述比较器的输出端输出所述检测信号至所述切换电路。
进一步的，所述切换电路包括第一NMOS管、第二PMOS管，所述第一NMOS管和所述第二PMOS管的栅极接入所述检测信号，所述第一NMOS管和所述第二PMOS管的漏极与所述第一PMOS管的栅极连接。
进一步的，所述主电源为直流电源。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过对主电源和备用电源的电压进行实时采样和判断，实现了当备用电源电量不足时自动给备用电源进行充电，直到应急电源充满后自动停止充电；实现了对备用电源进行充电管理和保护的功能；当主电源故障时，自动启用备用电源，并且由于PMOS管的阻隔，避免了备用电源向主电源进行电流倒灌。同时，还具有电路结构简单，可靠性高，反应灵敏，精度高的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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是本发明实施例一提供的一种双电源功率开关通路的控制电路示意图；
图2是本发明实施例一提供的一种双电源功率开关通路的控制电路图；
图3是本发明实施例一提供的一种检测电路图；
图4是本发明实施例一提供的另一种双电源功率开关通路的控制电路图；
图5是本发明实施例二提供的一种芯片示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
本发明实施例提供了一种双电源功率开关通路的控制电路，参见图1，包括充电电路101、检测电路102以及切换电路103；
所述充电电路101的一端连接主电源，所述充电电路101的另一端连接备用电源，用于所述主电源对所述备用电源充电；
所述检测电路102的输入端分别与所述主电源和所述备用电源连接，所述检测电路102的输出端与所述切换电路103连接，所述检测电路102用于检测所述主电源和所述备用电源的电压值，并将与所述电压值对应的检测信号输出至所述切换电路103；
所述切换电路103与所述充电电路101连接，用于根据所述检测信号对所述充电电路101进行接通或者关断。
在本实施例中，所述主电源为直流电源。具体而言，主电源可以为交流电压经过变压后的直流电源，也可以为蓄电池等直流电源。对于备用电源，备用电源同样为直流电源，例如锂电池等可充放电电池，考虑到主电源具有对备用电源充电的功能，主电源的正常电压要比备用电源稍高，例如主电源为5V电压，备用电源为4.2V。
在本实施例中，所述充电电路101包括第一PMOS管，所述第一PMOS管寄生有二极管。
具体而言，参见图2，第一PMOS管包括两只PMOS管MP1和MP2，每一只PMOS管寄生有一个二极管。工作时，主电源通过MP1、MP2和备用电源连接，实现主电源对备用电源的充电，通过控制MP1和MP2的栅级电压来实现该充电电路101的开启或者关断。
在本实施例中，所述检测电路102包括比较器，所述比较器的输入端分别接所述主电源、所述备用电源以及参考电压VREF，所述比较器的输出端输出所述检测信号至所述切换电路103。
具体而言，通过选择不同的VREF电压值，可以设置主电源VDD和备用电源VBAT的过压、欠压状态。例如主电源正常的供电电压是5V，低于3V则视为欠压，再例如备用电源其满充的供电电压是4.2V，低于3V为欠压状态，高于4.25V为过压状态。
参见图3，举例一组参数进行具体说明。当VDD为5V，RA为100欧，RB为100欧，RHYS为100欧，经计算，能够得出，从电阻RA和RB之间取的检测电压为5/3V，约为1.66V，假设VREF为1.2V，则比较器比较得出VDD电压不欠压，则不输出欠压检测信号至切换电路103。当VDD为3V，RA为100欧，RB为100欧，RHYS为100欧，经计算，能够得出，从电阻RA和RB之间取的检测电压为1V，假设VREF为1.2V，则比较器比较得出VDD电压欠压，输出欠压检测信号至切换电路103。
需要说明的是，图3是检测电路102的一种检测功能的比较器检测电路，通过改变电阻阻值和电源，以及VREF值，能够实现多种检测功能。例如，检测备用电源VBAT是否过压时，此时，图3中的VDD替换为VBAT，同时，VREF从比较器COMP的负端输入，将电阻RA和RB之间取的检测电压从比较器的正端输入，当检测电压大于VREF时，表明备用电源过压。
进一步的，检测电路102的每一个检测功能均需要一个相应的比较器电路，例如对主电源VDD的过压检测、欠压检测，对备用电源VBAT的过压检测、欠压检测，因而至少需要四个比较器电路。
在本实施例中，所述切换电路103包括第一NMOS管、第二PMOS管，所述第一NMOS管和所述第二PMOS管的栅极接入所述检测信号，所述第一NMOS管和所述第二PMOS管的漏极与所述第一PMOS管的栅极连接。
具体而言，再次参见图2，第一NMOS管包括两只NMOS管，分别为MN1和MN2，第二PMOS管包括两只PMOS管，分别为MP3和MP4。对于检测信号，检测信号分为四种，分别是主电源供电且备用电源充电、主电源供电且备用电源满充、主电源故障且备用电源供电以及主电源故障且备用电源故障，其中，故障包括断电和欠压。不同的检测信号对应切换电路103不同的切换状态。
当切换电路103接收到主电源供电且备用电源充电的检测信号时，MN1和MN2导通，MP3导通，MP4断开，此时，由主电源进行供电，同时主电源对备用电源进行充电。
当切换电路103接收到主电源供电且备用电源满充的检测信号时，MN1和MN2断开，MP3导通，MP4导通，此时，由主电源进行供电，并且备用电源已充满电，由于主电源与备用电源之间的充电电路101断开，对备用电源起到了保护作用。
当切换电路103接收到主电源故障且备用电源供电的检测信号时，MN1和MN2断开，MP3导通，MP4导通，此时，主电源故障，备用电源投入使用。
当切换电路103接收到主电源故障且备用电源故障的检测信号时，MN1和MN2断开，MP3断开，MP4导通，此时，主电源和备用电源均故障，进入待机状态，既不充电也无功率输出。
需要说明的是，为了提高备用电源的使用时间，将主电源和备用电源的输出端进行分开，通过对负载进行分级设置，将低负载设置的负载接到备用电源的输出端VOUT2，将满负载设置的负载接到主电源的输出端VOUT1，例如，参见图4，负载为LED灯，从图4中可以看出，主电源与所有的LED连接，备用电源与一部分LED灯连接，当主电源故障切换到备用电源时，备用电源只为一部分LED灯供电，相对于常规的备用电源为所有的LED灯供电，延长了备用电源的使用时间。
在本实施例中，所述主电源为直流电源。
本发明通过对主电源和备用电源的电压进行实时采样和判断，实现了当备用电源电量不足时自动给备用电源进行充电，直到应急电源充满后自动停止充电；实现了对备用电源进行充电管理和保护的功能；当主电源故障时，自动启用备用电源，并且由于PMOS管的阻隔，避免了备用电源向主电源进行电流倒灌。同时，还具有电路结构简单，可靠性高，反应灵敏，精度高的优点。
实施例二
参见图5，本发明实施例提供了一种芯片，包括实施例一中提供的双电源功率开关通路的控制电路，所述双电源功率开关通路的控制电路包括充电电路101、检测电路102以及切换电路103；
所述充电电路101的一端连接主电源，所述充电电路101的另一端连接备用电源，用于所述主电源对所述备用电源充电；
所述检测电路102的输入端分别与所述主电源和所述备用电源连接，所述检测电路102的输出端与所述切换电路103连接，所述检测电路102用于检测所述主电源和所述备用电源的电压值，并将与所述电压值对应的检测信号输出至所述切换电路103；
所述切换电路103与所述充电电路101连接，用于根据所述检测信号对所述充电电路101进行接通或者关断。
在本实施例中，所述充电电路101包括第一PMOS管，所述第一PMOS管寄生有二极管。
在本实施例中，所述检测电路102包括比较器，所述比较器的输入端分别接所述主电源、所述备用电源以及参考电压，所述比较器的输出端输出所述检测信号至所述切换电路103。
在本实施例中，所述切换电路103包括第一NMOS管、第二PMOS管，所述第一NMOS管和所述第二PMOS管的栅极接入所述检测信号，所述第一NMOS管和所述第二PMOS管的漏极与所述第一PMOS管的栅极连接。
在本实施例中，所述主电源为直流电源。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种双电源功率开关通路的控制电路，其特征在于，包括充电电路、检测电路以及切换电路；
所述充电电路包括第一PMOS管，所述第一PMOS管寄生有二极管；所述充电电路的一端连接主电源，所述充电电路的另一端连接备用电源，用于所述主电源对所述备用电源充电；
所述检测电路的输入端分别与所述主电源和所述备用电源连接，所述检测电路的输出端与所述切换电路连接，所述检测电路用于检测所述主电源和所述备用电源的电压值，并将与所述电压值对应的检测信号输出至所述切换电路；切换电路包括NMOS管、PMOS管，NMOS管包括MN1和MN2；PMOS管包括MP1、MP2、MP3和MP4；电源电压输入端VDD电连接电源输出端VOUT1;电源电压输入端VDD依次电连接电阻R1、MN1后接地;电源电压输入端VDD依次电连接MP1、MP2、MP3、电源输出端VOUT2，MP1、MP2之间的连接线上通过二极管D1与电源电压输入端VDD和MP1之间的连接线连接，MP1、MP2之间的连接线上通过二极管D2与MP3和MP1之间的连接线连接；MP1的栅极端与R1和MN1之间的连接线连接，MP2的栅极端通过电阻R3后接地；MP2和MP3之间的连接线依次通过MP4、电阻R2后与MP2的栅极端和电阻R3之间的连接线连接；电阻R2、R3之间的连接线通过MN2后接地；MN1、MN2与MP4的栅极端连接检测电路；检测电路的输出端通过非门与MP4的栅极连接；
所述切换电路与所述充电电路连接，用于根据所述检测信号对所述充电电路进行接通或者关断；
所述检测电路包括比较器，所述比较器的输入端分别接所述主电源、所述备用电源以及参考电压，所述比较器的输出端输出所述检测信号至所述切换电路；
所述切换电路包括第一NMOS管、第二PMOS管，所述第一NMOS管和所述第二PMOS管的栅极接入所述检测信号，所述第一NMOS管和所述第二PMOS管的漏极与所述第一PMOS管的栅极连接；
对于检测信号，检测信号分为四种，分别是主电源供电且备用电源充电、主电源供电且备用电源满充、主电源故障且备用电源供电以及主电源故障且备用电源故障，不同的检测信号对应切换电路不同的切换状态；
当切换电路接收到主电源供电且备用电源充电的检测信号时，第一NMOS管中的两只NMOS管MN1、MN2均导通，第二PMOS管中的NMOS管MP3导通、MP4断开，此时，由主电源进行供电，同时主电源对备用电源进行充电；
当切换电路接收到主电源供电且备用电源满充的检测信号时，第一NMOS管中的两只NMOS管MN1、MN2均断开，第二PMOS管中的NMOS管MP3、MP4均导通，此时，由主电源进行供电，并且备用电源已充满电，由于主电源与备用电源之间的充电电路断开，对备用电源起到了保护作用；
当切换电路接收到主电源故障且备用电源供电的检测信号时，第一NMOS管中的两只NMOS管MN1、MN2均断开，第二PMOS管中的NMOS管MP3、MP4均导通，此时，主电源故障，备用电源投入使用；
当切换电路接收到主电源故障且备用电源故障的检测信号时，第一NMOS管中的两只NMOS管MN1、MN2均断开，第二PMOS管中的NMOS管MP3断开、NMOS管MP4导通，此时，主电源和备用电源均故障，进入待机状态，既不充电也无功率输出。
2.根据权利要求1所述的双电源功率开关通路的控制电路，其特征在于，所述充电电路包括第一PMOS管，所述第一PMOS管寄生有二极管。
3.根据权利要求1所述的双电源功率开关通路的控制电路，其特征在于，所述主电源为直流电源。
4.一种芯片，其特征在于，包括双电源功率开关通路的控制电路，所述双电源功率开关通路的控制电路包括充电电路、检测电路以及切换电路；
所述充电电路包括第一PMOS管，所述第一PMOS管寄生有二极管；所述充电电路的一端连接主电源，所述充电电路的另一端连接备用电源，用于所述主电源对所述备用电源充电；
所述检测电路的输入端分别与所述主电源和所述备用电源连接，所述检测电路的输出端与所述切换电路连接，所述检测电路用于检测所述主电源和所述备用电源的电压值，并将与所述电压值对应的检测信号输出至所述切换电路；切换电路包括NMOS管、PMOS管，NMOS管包括MN1和MN2；PMOS管包括MP1、MP2、MP3和MP4；电源电压输入端VDD电连接电源输出端VOUT1;电源电压输入端VDD依次电连接电阻R1、MN1后接地;电源电压输入端VDD依次电连接MP1、MP2、MP3、电源输出端VOUT2，MP1、MP2之间的连接线上通过二极管D1与电源电压输入端VDD和MP1之间的连接线连接，MP1、MP2之间的连接线上通过二极管D2与MP3和MP1之间的连接线连接；MP1的栅极端与R1和MN1之间的连接线连接，MP2的栅极端通过电阻R3后接地；MP2和MP3之间的连接线依次通过MP4、电阻R2后与MP2的栅极端和电阻R3之间的连接线连接；电阻R2、R3之间的连接线通过MN2后接地；MN1、MN2与MP4的栅极端连接检测电路；检测电路的输出端通过非门与MP4的栅极连接；
所述切换电路与所述充电电路连接，用于根据所述检测信号对所述充电电路进行接通或者关断；
所述检测电路包括比较器，所述比较器的输入端分别接所述主电源、所述备用电源以及参考电压，所述比较器的输出端输出所述检测信号至所述切换电路；
所述切换电路包括第一NMOS管、第二PMOS管，所述第一NMOS管和所述第二PMOS管的栅极接入所述检测信号，所述第一NMOS管和所述第二PMOS管的漏极与所述第一PMOS管的栅极连接；
对于检测信号，检测信号分为四种，分别是主电源供电且备用电源充电、主电源供电且备用电源满充、主电源故障且备用电源供电以及主电源故障且备用电源故障，不同的检测信号对应切换电路不同的切换状态；
第一NMOS管包括两只NMOS管，分别为MN1和MN2；第二PMOS管包括两只PMOS管，分别为MP3和MP4；
当切换电路接收到主电源供电且备用电源充电的检测信号时，第一NMOS管中的两只NMOS管MN1、MN2均导通，第二PMOS管中的NMOS管MP3导通、MP4断开，此时，由主电源进行供电，同时主电源对备用电源进行充电；
当切换电路接收到主电源供电且备用电源满充的检测信号时，第一NMOS管中的两只NMOS管MN1、MN2均断开，第二PMOS管中的NMOS管MP3、MP4均导通，此时，由主电源进行供电，并且备用电源已充满电，由于主电源与备用电源之间的充电电路断开，对备用电源起到了保护作用；
当切换电路接收到主电源故障且备用电源供电的检测信号时，第一NMOS管中的两只NMOS管MN1、MN2均断开，第二PMOS管中的NMOS管MP3、MP4均导通，此时，主电源故障，备用电源投入使用；
当切换电路接收到主电源故障且备用电源故障的检测信号时，第一NMOS管中的两只NMOS管MN1、MN2均断开，第二PMOS管中的NMOS管MP3断开、NMOS管MP4导通，此时，主电源和备用电源均故障，进入待机状态，既不充电也无功率输出。
5.根据权利要求4所述的芯片，其特征在于，所述充电电路包括第一PMOS管，所述第一PMOS管寄生有二极管。
6.根据权利要求5所述的芯片，其特征在于，所述主电源为直流电源。
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