CN109962463A - 防抖电源开关电路及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防抖电源开关电路及电子设备。电路包括第一可控开关、延迟电路、放电电路及电压比较电路。电压比较电路接收到的电压高于参考电压时，放电电路关断，延迟电路被充电，第一可控开关导通；电压比较电路接收到的电压低于参考电压时，放电电路导通，延迟电路放电，第一可控开关关断，以有效抑制电压输入端抖动产生的上电瞬态电流，解决了电压输入端上电瞬态电流引发的电磁干扰、连接器触点烧坏以及滤波电容损坏的问题。

Description

防抖电源开关电路及电子设备
技术领域
本发明涉及电子技术领域，特别是涉及一种防抖电源开关电路及电子设备。
背景技术
电子产品在上电瞬间，因为给电源电路的滤波电容充电，因此在供电电路中会产生较大的瞬态电流，瞬态电流将造成在供电电源线上产生强的电磁干扰、电源连接器的触点打火可能烧坏连接器触点及较大的瞬态电流冲击可能损坏电源滤波电容。针对上述问题，现有的解决方式是改变电源连接器的设计，然而这种方式只改善了连接器触点打火及延长连接器触点寿命，而对上电时瞬间电流引发的电磁干扰以及对滤波电容的冲击破坏没有改善作用，而现有的解决方式中为减小瞬间电流对电容的冲击是通过在大容量的电源滤波电容的滤波电路中串接小电阻以限制充电瞬态电流，但是如此却降低了电容的滤波性能，因此电子产品的电源连接器触点打火、上电干扰以及滤波电容上电冲击损坏已成为业界亟待解决的问题。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种防抖电源开关电路及电子设备，以抑制瞬态电流来解决电子产品的电源连接器触点打火、上电干扰以及滤波电容上电冲击损坏的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种一种防抖电源开关电路，包括：
第一可控开关，包括控制端、第一端及第二端，所述第一可控开关的第一端连接电压输入端，所述第一可控开关的第二端连接电压输出端，所述第一可控开关设置成根据所述控制端的输入来导通所述第一可控开关；
延迟电路，与所述电压输入端和所述第一可控开关的控制端连接，所述延迟电路用于当所述电压输入端上电时，通过对所述第一可控开关的控制端的输入来延迟所述第一可控开关的导通；
放电电路，与所述延迟电路连接，当所述放电电路接通时，所述放电电路使所述延迟电路关断所述第一可控开关；
电压比较电路，与所述电压输入端和所述放电电路连接，当所述电压比较电路从所述电压输入端接收到的电压高于预设的参考电压时，所述电压比较电路向所述放电电路输出第一控制信号以关断所述放电电路，当所述电压比较电路从所述电压输入端接收到的电压低于所述参考电压时，所述电压比较电路向所述放电电路输出第二控制信号以使所述放电电路导通。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种电子设备，所述电子设备包括上述任一所述的防抖电源开关电路。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明的所述防抖电源开关电路及电子设备在所述电压输入端上电时，所述电压比较电路从所述电压输入端接收到的电压高于预设在所述电压比较电路中的参考电压，所述电压比较电路输出第一控制信号控制所述放电电路关断，所述延迟电路充电以控制所述第一可控开关导通；在所述电压输入端掉电时，所述电压比较电路从所述电压输入端接收到的电压低于所述参考电压，所述电压比较电路输出第二控制信号控制所述放电电路导通，所述延迟电路通过所述放电电路进行放电以控制所述第一可控开关关断，以此有效抑制电压输入端抖动产生的上电瞬态电流，解决了电压输入端上电瞬态电流引发的电磁干扰、连接器触点烧坏以及滤波电容损坏的问题，提高了电子设备工作可靠性。
附图说明
图1是现有的抑制瞬态电流的电路示意图；
图2是本发明的防抖电源开关电路的框图示意图；
图3是图2的电路示意图；
图4是图3的电路示意图；
图5是本发明的防抖电源开关电路断电后瞬态电流值与再上电的间隔时间变化波形示意图；
图6是本发明的防抖电源开关电路中的第一可控开关短接后上电瞬态电流波形示意图；
图7是本发明的防抖电源开关电路首次上电的瞬态电流波形示意图；
图8是本发明的防抖电源开关电路掉电后间隔30毫秒再上电的瞬态电流波形示意图；
图9是本发明的防抖电源开关电路掉电后间隔40毫秒再上电的瞬态电流波形示意图；
图10是本发明的电子设备示意图。
具体实施方式
请参阅图1，是现有的抑制瞬态电流的电路示意图。其中，在电压输入端Vin与电压输出端Vout之间设置有延迟开关Q1以抑制上电的瞬态电流，所述抑制瞬态电流的电路对单次上电或断电后较长时间再上电的瞬态电流能有效抑制，但是，在电源连接器拔插瞬间或在机器受机械振动时电源连接器触点有可能会因振动而多次弹开，电源供电电路有短时间内连续多次抖动接通(即电压输入端Vin有上电抖动现象)的情况时，如果电压输入端Vin掉电后再上电时延迟电容C1两端剩余电压高于延迟开关Q1的导通偏置门限电压VGS(即开启电压)，则所述延迟开关Q1一直处于导通状态而失去变阻开通的作用，这将造成电路对瞬态电流抑制性能变差。
请参阅图2，是本发明的防抖电源开关电路的框图示意图。所述防抖电源开关电路包括第一可控开关Q1，包括控制端、第一端及第二端，所述第一可控开关Q1的第一端连接电压输入端Vin，所述第一可控开关Q1的第二端连接电压输出端Vout；
延迟电路10，所述延迟电路10连接所述电压输入端Vin、所述第一可控开关Q1的第一端、所述第一可控开关Q1的控制端及接地端；
放电电路20，所述放电电路20连接所述电压输入端Vin及所述延迟电路10；
电压比较电路30，所述电压比较电路30连接所述电压输入端Vin、所述放电电路20及接地端GND；
其中，当上电时，所述电压比较电路30从所述电压输入端Vin接收到的电压高于预设在所述电压比较电路30中的参考电压Vref，所述电压比较电路30输出第一控制信号控制所述放电电路20关断，所述延迟电路10被充电，所述第一可控开关Q1以变阻延时方式导通，以提供电压给所述电压输出端Vout；当掉电时，所述电压比较电路30从所述电压输入端Vin接收到的电压低于所述参考电压Vref，所述电压比较电路30输出第二控制信号控制所述放电电路20导通，所述延迟电路10通过所述放电电路20进行放电，所述第一可控开关Q1关断，以不提供电压给所述电压输出端Vout。
请参阅图3，是本发明的防抖电源开关电路的电路示意图。其中，所述延迟电路10包括第一电阻R1及第一电容C1，所述第一电阻R1的第一端连接所述第一可控开关Q1的控制端，所述第一电阻R1的第二端接地，所述第一电容C1的第一端连接所述电压输入端Vin及所述第一可控开关Q1的第一端，所述第一电容C1的第二端连接所述第一可控开关Q1的控制端及所述第一电阻R1的第一端。
所述放电电路20包括一开关K1，所述开关K1的第一端连接所述电压输入端Vin及所述第一可控开关Q1的第一端，所述开关K1的第二端连接所述第一可控开关Q1的控制端、所述第一电容C1的第二端及所述第一电阻R1的第一端，所述开关K1的控制端连接所述电压比较电路30。所述开关K1可设置为继电器开关。
请参阅图4，所述开关也可设置为第二可控开关Q2，所述放电电路20还包括第二电阻R2，所述第二可控开关Q2的控制端连接所述电压比较电路30，所述第二可控开关Q2的第一端经所述第二电阻R2连接所述电压输入端Vin及所述第一电容C1的第一端，所述第二可控开关Q2的第二端连接所述第一可控开关Q1的控制端、所述第一电容C1的第二端及所述第一电阻R1的第一端。
所述电压比较电路30包括第三可控开关Q3及第三至第五电阻R3-R5，所述第三可控开关Q3的控制端经所述第四电阻R4连接所述电压输入端Vin及经所述第五电阻R5接地，所述第三可控开关Q3的第一端连接所述电压输入端Vin，所述第三可控开关Q3的第二端连接所述第二可控开关Q2的控制端及经所述第三电阻R3接地。
在本实施例中，所述第一至第三可控开关Q1-Q3均为P型场效应管，所述第一至第三可控开关Q1-Q3的控制端、第一端及第二端分别对应所述P型场效应管的栅极、源极及漏极。在其他实施例中，所述第一至第三可控开关也可为其他类型的开关，只要能实现本发明的目的即可。
在本实施例中，所述延迟电路10的时间常数设置由所述电压输出端Vout连接的负载的电容Co的电容值、上电瞬态电流最大值、所述电压输入端Vin的最高电压值以及所述第一可控开关Q1的导通电阻RDS与开启电压VGS之间的关系值来决定。
在本实施例中，所述电压比较电路30中预设的所述参考电压Vref的电压值低于所述电压输入端Vin的电压值。
所述防抖电源开关电路的工作原理如下所示：
上电时，所述电压输入端Vin的电压给所述第一电容C1充电，所述第一可控开关Q1的控制端与第一端之间的电压VGS随所述第一电容C1充电逐渐升高，随着所述第一电容C1充电，所述第一可控开关Q1的开通电阻由大到小渐变，这样所述第一可控开关Q1就成了由所述第一电容C1充电电压控制的可变电阻。
当所述电压输出端Vout连接电容性负载时，所述负载的充电电流IPK受所述第一可控开关Q1导通电阻RDS的限制，开始上电时充电电阻大，限制了瞬态电流，所述第一电容C1充电结束后，所述第一可控开关Q1的控制端与第一端之间的电压VGS提高，所述第一可控开关Q1完全导通不影响电路的供电效率，根据所述电压输出端Vout连接负载的电容值Co和所述电压输入端Vin的电压值以及所述第一可控开关Q1的导通电阻RDS与开启电压VGS之间的曲线关系来选择所述延迟电路10中的所述第一电阻R1与所述第一电容C1的时间常数，保证在所述电压输出端Vout连接负载的电容充满电以后，所述第一可控开关Q1的控制端与第一端之间的电压VGS才升到完全导通需要的偏置电压值，所述第一电阻R1与所述第一电容C1的时间常数越大，所述第一可控开关Q1导通变阻越慢，上电时的瞬态电流越小。
为了在所述电压输入端Vin断电时所述第一可控开关Q1快速关断以恢复变阻限流功能，在所述第一电容C1上并接由所述第二可控开关Q2及所述第二电阻R2构成的放电电路20，所述第二可控开关Q2由电压比较电路30输出的第一及第二控制信号来控制，所述电压比较电路30的输入端连接所述电压输入端Vin，用于检测所述电压输入端Vin的电压，当所述电压输入端Vin的电压低于所述电压比较电路30中预设的参考电压Vref时，所述第三可控开关Q3关断，所述第二可控开关Q2的控制端接收所述第二控制信号，如低电平信号而导通，以使所述第一电容C1通过所述第二电阻R2及所述第二可控开关Q2放电以快速关断所述第一可控开关Q1，以不提供电压给所述电压输出端Vout连接的负载40；当所述电压输入端Vin的电压高于所述参考电压Vref时，所述第三可控开关Q3导通，所述第二可控开关Q2的控制端接收所述第一控制信号(如高电平信号)而关断，所述第一电容C1被充电，所述第一可控开关Q1导通，以提供电压给所述电压输出端Vout连接的负载40。
在连接器触点抖动的情况下，触点断开后所述电压输入端Vin掉电，所述电压输出端Vout连接的负载40的电容Co将以负载40工作的电流Io放电，随负载的电容Co放电，所述电压输出端Vout的剩余电压Vo下降(所述剩余电压Vo是所述电压输出端Vout连接的负载40的电容Co放电的剩余电压)，在剩余电压Vo高于所述参考电压Vref期间，所述第一可控开关Q1一直导通，这期间内如果电压输入端Vin再次上电，所述第一可控开关Q1几乎没有限流作用，这期间的瞬态电流是(其中RD为负载40的电容Co的充电电阻，包含有所述第一可控开关Q1的导通电阻RDS与负载40的电容Co的引线电阻以及电路板连接线电阻等的总电阻之和RC)，所述电压输入端Vin断电时间越短，所述电压输出端Vout连接的负载40的电容Co放电的剩余电压Vo越高，再次上电的瞬态电流就越小，瞬态电流最大值产生在所述剩余电压Vo下降到接近所述参考电压Vref的瞬间，其值随着断电时间加长，所述电压输出端Vout连接的负载的电容Co的剩余电压Vo低于所述参考电压Vref，此时所述电压比较电路30输出所述第二控制信号控制所述第二可控开关Q2导通，以使所述第一电容C1放电，所述第一可控开关Q1恢复变阻限流的功能，所述电压输入端Vin上电的瞬态电流将减小为IE(IE为使用所述防抖电源开关电路后上第一次上电的瞬态电流值)，所述电压输入端Vin掉电后，所述负载的电容Co放电其端电压Vo下降到所述参考电压Vref需要时间Td，(Co是所述电压输出端Vout连接的负载40的电容值，Io是负载40的工作电流)，在Td时间内，上电的瞬态电流(T是所述电压输入端Vin掉电到再上电的间隔时间)，所述参考电压Vref的设置根据所述电压输入端Vin的设计允许波动范围确定，所述参考电压Vref比所述电压输入端Vin的最低允许电压略低即可，所述参考电压Vref越接近所述电压输入端Vin的电压，上电瞬态电流IPKM越小。
本实施例中所述电压输出端Vout连接的负载40为对讲机主电路板，其静态工作电流Io＝0.05A，输入总电容容量Co＝330uF，所述参考电压Vref为4V，第一次上电的瞬态电流值IE＝3A，所述第一可控开关Q1的导通电阻RDS＝0.03Ω，所述第一可控开关Q1的控制端与第一端之间的电压VGS＝1V，总电阻RC＝0.2Ω，所述电压输入端Vin的电压为8.7V，所述第一电容C1的电容值为0.1微法，所述第一电阻R1的电阻值为100千欧，所述第二电阻R2的电阻值为10欧，所述第三电阻R3的电阻值为470千欧，所述第四电阻R4的电阻值为68千欧，所述第五电阻R5的电阻值为390千欧。
在所述电压输入端Vin断电后从所述第一电容C1开始放电到所述第一可控开关Q1关断的时间 (因为Td远大于TK，从所述电压输入端Vin掉电到所述第一可控开关Q1恢复变阻限流的时间由Td起决定作用)。根据可以得到在所述电压输入端Vin抖动情况下，再上电时的瞬态电流值与间隔时间变化图，请参阅图5，断电后在Td等于30.02mS内随时间间隔加长瞬态电流增加，最大瞬态电流值为20.18A，在Td以后，由于所述第一可控开关Q1恢复了变阻限流功能，再上电的瞬态电流降到IE等于3A。
图6至图9是本发明防抖电源开关电路使用前后电源上电瞬态电流实测比较图。其中，图6是所述第一可控开关Q1短接后上电的瞬态电流波形，其中不采用所述防抖电源开关电路的上电最大充电电流为41.75A，图7是首次上电的瞬态电流波形，其中最大充电电流为3A，图8是掉电后间隔30mS再上电的瞬态电流波形，其中最大充电电流为12.7A，图9是掉电后间隔40mS再上电的瞬态电流波形，其中最大充电电流为2A，从图6至图9中可以看出不采用所述防抖电源开关电路，所述电压输入端Vin的上电瞬态电流为41.75A，采用所述防抖电源开关电路后，所述电压输入端Vin的上电瞬态电流下降到3A以下，即便所述电压输入端Vin上电抖动频度超出所述防抖电源开关电路的响应能力，所述电压输入端Vin的上电的瞬态电流也降到了12.7A，比不采用所述防抖电源开关电路时的瞬态电流明显减小。使用中，电源连接器的触点机械振动周期一般都在100mS以上远大于Td，不会出现有12.7A的上电电流的机会。采用所述防抖电源开关电路后，机械振动引发的电源上电瞬态电流被限制在IE等于3A以内，可见，所述防抖电源开关电路能够有效抑制所述电压时输入端Vin上电的瞬态电流，解决了电子设备上电的电磁干扰、损坏电源连接器触点以及损坏滤波电容的问题。
请参阅图10，是本发明的电子设备的结构示意图。所述电子设备包括上述任一所述的防抖电源开关电路，所述电子设备可以为例如手机、电脑等。所述电子设备中的其他器件及功能与现有电子设备的器件及功能相同，在此不再赘述。
所述防抖电源开关电路及电子设备在所述电压输入端上电时，所述电压比较电路从所述电压输入端接收到的电压高于预设在所述电压比较电路中的参考电压，所述电压比较电路输出第一控制信号控制所述放电电路关断，所述延迟电路被充电，所述第一可控开关导通，所述电压输出端提供电压给负载；在所述电压输入端掉电时，所述电压比较电路从所述电压输入端接收到的电压低于所述参考电压，所述电压比较电路输出第二控制信号控制所述放电电路导通，所述延迟电路通过所述放电电路进行放电，所述第一可控开关关断，所述电压输出端不提供电压给负载，以此有效抑制电压输入端抖动产生的上电瞬态电流，解决了电压输入端上电瞬态电流引发的电磁干扰、连接器触点烧坏以及滤波电容损坏的问题，提高了电子设备工作可靠性。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种防抖电源开关电路，其特征在于，所述防抖电源开关电路包括：
第一可控开关，包括控制端、第一端及第二端，所述第一可控开关的第一端连接电压输入端，所述第一可控开关的第二端连接电压输出端，所述第一可控开关设置成根据所述控制端的输入来导通所述第一可控开关；
延迟电路，与所述电压输入端和所述第一可控开关的控制端连接，所述延迟电路用于当所述电压输入端上电时，通过对所述第一可控开关的控制端的输入来延迟所述第一可控开关的导通；
放电电路，与所述延迟电路连接，当所述放电电路接通时，所述放电电路使所述延迟电路关断所述第一可控开关；
电压比较电路，与所述电压输入端和所述放电电路连接，当所述电压比较电路从所述电压输入端接收到的电压高于预设的参考电压时，所述电压比较电路向所述放电电路输出第一控制信号以关断所述放电电路，当所述电压比较电路从所述电压输入端接收到的电压低于所述参考电压时，所述电压比较电路向所述放电电路输出第二控制信号以使所述放电电路导通。
2.根据权利要求1所述的防抖电源开关电路，其特征在于，所述延迟电路包括第一电阻和第一电容,所述第一电阻的第一端连接所述第一可控开关的控制端，所述第一电阻的第二端接地，所述第一电容的第一端与所述电压输入端和所述第一可控开关的第一端连接，所述第一电容的第二端连接所述第一可控开关的控制端和所述第一电阻的第一端。
3.根据权利要求1所述的防抖电源开关电路，其特征在于，所述第一可控开关是P型场效应管，所述第一可控开关的控制端、第一端及第二端分别对应所述P型场效应管的栅极、源极及漏极。
4.根据权利要求2所述的防抖电源开关电路，其特征在于，所述放电电路包括开关，所述开关包括第一端、第二端及控制端，所述开关的第一端连接所述第一电容的第一端，所述开关的第二端连接所述第一电容的第二端，所述开关的控制端连接所述电压比较电路，当所述开关接通时，使所述第一电容放电，所述电压比较电路可通过所述开关的控制端接通或关断所述开关。
5.根据权利要求4所述的防抖电源开关电路，其特征在于，所述开关为第二可控开关，所述放电电路还包括第二电阻，所述第二可控开关的控制端连接所述电压比较电路，所述第二可控开关的第一端经所述第二电阻连接所述电压输入端及所述第一电容的第一端，所述第二可控开关的第二端连接所述第一可控开关的控制端、所述第一电容的第二端及所述第一电阻的第一端。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的防抖电源开关电路，其特征在于，所述电压比较电路包括第三可控开关及第三至第五电阻，所述第三可控开关的控制端经所述第四电阻连接所述电压输入端及经所述第五电阻接地，所述第三可控开关的第一端连接所述电压输入端，所述第三可控开关的第二端连接所述第二可控开关的控制端及经所述第三电阻接地。
7.根据权利要求6所述的防抖电源开关电路，其特征在于，所述第二至第三可控开关均为P型场效应管，所述第二至第三可控开关的控制端、第一端及第二端分别对应所述P型场效应管的栅极、源极及漏极。
8.根据权利要求2所述的防抖电源开关电路，其特征在于，所述延迟电路的时间常数设置由所述电压输出端连接的第一电容的电容值、上电瞬态电流最大值、所述电压输入端的最高电压值以及所述第一可控开关的导通电阻与开启电压之间的关系值来决定。
9.根据权利要求1所述的防抖电源开关电路，其特征在于，所述预设的参考电压的电压值低于所述电压输入端的电压值。
10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求1-9项任一所述的防抖电源开关电路。
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