CN111740574A - 输出电压开关电路和供电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种输出电压开关电路和供电系统。输出电压开关电路包括开关单元和开关控制单元；开关单元包括类型相同的至少一个第一开关管和至少一个第二开关管，任一第一开关管和任一第二开关管的栅极与开关控制单元的第一输出端电连接，任一第一开关管的源极与任一第二开关管的源极与开关控制单元的第二输出端电连接，任一第一开关管的漏极与输出电压单元的输出端电连接，任一第二开关管的漏极作为输出电压开关电路的输出端；可以避免反灌现象，从而可以避免输出电压单元的损坏。同时可以使得输出电压上升波形平滑，避免了输出电压的抖动。

Description

输出电压开关电路和供电系统
技术领域
本发明实施例涉及电子技术领域，尤其涉及一种输出电压开关电路和供电系统。
背景技术
现有技术中，显示模组内部构造需要多路的供电电压，各路电压中设置有输出电压开关，以满足各路电压的软启动和时序要求。传统的输出电压开关有继电器开关、单独的金属-氧化层半导体场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor，MOSFET)开关和MOSFET加防反二极管开关。当输出电压开关采用继电器开关时，其属于物理性开关，开关断开的比较彻底。当输出高压时，如果继电器流过大电流或者带的负载电容比较大时，继电器的触点会因瞬时大电流而损坏。另外继电器在开关时，自身会有抖动情况，输出电压不平滑。因此可以通过采用MOSFET开关避免继电器的抖动。当输出电压开关采用单独的MOSFET开关时，由于MOSFET具有体二极管，高电压反向作用于MOSFET时，会形成反灌电压。如果反灌电压高过电源的输入电压，则会损坏电源。当输出电压开关为MOSFTE加防反二极管时，由于二极管的自身压降比较大，导致输出电压开关的损耗比较大。
发明内容
本发明提供一种输出电压开关电路和供电系统，以实现输出电压开关电路在较低损耗的基础上实现防反灌现象。
第一方面，本发明实施例提供了一种输出电压开关电路，包括开关单元和开关控制单元；
所述开关单元包括类型相同的至少一个第一开关管和至少一个第二开关管，任一所述第一开关管和任一所述第二开关管的栅极与所述开关控制单元的第一输出端电连接，任一所述第一开关管的源极与任一所述第二开关管的源极与所述开关控制单元的第二输出端电连接，任一所述第一开关管的漏极与输出电压单元的输出端电连接，任一所述第二开关管的漏极作为所述输出电压开关电路的输出端；
所述开关控制单元用于输出电压控制信号，所述第一开关管和所述第二开关管用于根据所述电压控制信号导通。
可选地，所述第一开关管和所述第二开关管为N型MOSFET晶体管，所述开关控制单元的第一输出端为正极，所述开关控制单元的第二输出端为负极。
可选地，所述开关控制单元包括光电MOSFET驱动器和控制单元；
所述光电MOSFET驱动器的原级与所述控制单元电连接，所述控制单元用于输出电流信号通过所述光电MOSFET驱动器的原级，所述光电MOSFET驱动器的次级根据所述电流信号产生电压控制信号。
可选地，所述控制单元包括控制器和数字模拟转换器；所述控制器与所述数字模拟转换器电连接，所述控制器用于输出电流控制信号至所述数字模拟转换器，所述数字模拟转换器与所述光电MOSFET驱动器的原级电连接，所述数字模拟转换器用于将所述电流控制信号转换为所述电流信号，并输出至所述光电MOSFET驱动器的原级。
可选地，所述控制单元还包括限流电阻器，所述数字模拟转换器通过所述限流电阻器与所述光电MOSFET驱动器的原级电连接，所述限流电阻器用于限制所述数字模拟转换器输出的电流信号。
可选地，所述控制单元包括控制器、数字电位器和第一电压输出单元；所述控制器与所述数字电位器电连接，所述控制器用于输出限位信号至所述数字电位器，所述数字电位器分别与所述第一电压输出单元和所述光电MOSFET驱动器的原级电连接，所述数字电位器用于根据所述限位信号将所述第一电压输出单元提供的第一电压形成所述电流信号，并输出至所述光电MOSFET驱动器的原级。
可选地，所述第一电压输出单元为固定电压输出单元。
可选地，所述开关控制单元还包括第三开关管；
所述第三开关管的控制极与所述控制器电连接，所述第三开关管的第一极与接地端电连接，所述第三开关管的第二极与所述光电MOSFET驱动器的原级电连接。
可选地，所述第三开关管为N型晶体管。
第二方面，本发明实施例还提供了一种供电系统，包括输出电压单元和本发明任意实施例提供的输出电压开关电路；所述输出电压单元通过所述输出电压开关电路与所述供电系统的输出端电连接。
本发明实施例的技术方案，通过在输出电压开关电路中设置背靠背连接的第一开关管和第二开关管，在第一开关管和第二开关管导通时，当输出电压开关电路的输出端的电压大于输出电压单元的输出端提供的输出电压，第一开关管和第二开关管中的一个在输出电压开关电路的输出端提供的高电压的作用下截止，从而可以避免单个开关管因体二极管的作用导致的输出电压开关电压的输出端的电压大于输出电压单元的输出端提供的输出电压时出现反灌现象，从而可以避免了输出电压单元的损坏。同时，采用第一开关管和第二开关管作为输出电压开关，可以使得输出电压上升波形平滑，避免了继电器作为输出电压开关时输出电压的抖动，以及通过大电流时触点粘合等现象。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种输出电压开关电路的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种输出电压开关电路的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种输出电压开关电路的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的另一种输出电压开关电路的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种供电系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1为本发明实施例提供的一种输出电压开关电路的结构示意图。如图1所示，该输出电压开关电路包括开关单元110和开关控制单元120；开关单元110包括类型相同的至少一个第一开关管111和至少一个第二开关管112，任一第一开关管111和任一第二开关管112的栅极与开关控制单元120的第一输出端121电连接，任一第一开关管111的源极与任一第二开关管112的源极与开关控制单元120的第二输出端122电连接，任一第一开关管111的漏极与输出电压单元的输出端OUT1电连接，任一第二开关管112的漏极作为输出电压开关电路的输出端OUT；开关控制单元120用于输出电压控制信号，第一开关管111和第二开关管112用于根据电压控制信号导通。
具体地，第一开关管111和第二开关管112的类型相同，且第一开关管111的源极与第二开关管112的源极电连接，则第一开关管111和第二开关管112为背靠背连接。当开关控制单元120控制第一开关管111和第二开关管112导通时，输出电压单元的输出端OUT1提供的输出电压通过第一开关管111和第二开关管112传输至输出电压开关电路的输出端OUT，为负载提供电源。在第一开关管111和第二开关管112导通时，当输出电压开关电路的输出端OUT的电压大于输出电压单元的输出端OUT1提供的输出电压，第一开关管111和第二开关管112中的一个在输出电压开关电路的输出端OUT提供的高电压的作用下截止，从而可以避免单个开关管因体二极管的作用导致的输出电压开关电压的输出端OUT的电压大于输出电压单元的输出端OUT1提供的输出电压时出现反灌现象，从而可以避免了输出电压单元的损坏。同时，采用第一开关管111和第二开关管112作为输出电压开关，可以使得输出电压上升波形平滑，避免了继电器作为输出电压开关时输出电压的抖动，以及通过大电流时触点粘合等现象。当开关控制单元120控制第一开关管111和第二开关管112截止时，输出电压单元的输出端OUT1提供的输出电压无法通过第一开关管111和第二开关管112输出至输出电压开关电路的输出端OUT。
需要说明的是，图1中示例性地示出了开关单元110包括一个第一开关管111和一个第二开关管112。在其他实施例中，开关单元110还可以包括多个第一开关管111和多个第二开关管112。多个第一开关管111并联，多个第二开关管112并联，可以增加开关单元110的通流量，有利于输出电压开关电路的电压输出。
继续参考图1，第一开关管111和第二开关管112可以为N型MOSFET晶体管，开关控制单元120的第一输出端121为正极+，开关控制单元120的第二输出端122为负极-。
具体地，N型MOSFET晶体管具有较高的电子迁移率，将第一开关管111和第二开关管112设置为N型MOSFET晶体管，可以在保证输出电压开关电路的功率时尽量减小输出电压开关电路的面积，从而减小输出电压开关电路的成本。开关控制单元120的第一输出端121为正极+，输出高电平，第二输出端122为负极-，输出低电平。当开关控制单元120的正极+和负极-能够输出电压时，正极+的高电平输出至第一开关管111和第二开关管112的栅极，负极-的低电平输出至第一开关管111和第二开关管112的源极。即第一开关管111和第二开关管112的栅极和源极之间的压差为开关控制单元120输出的电压控制信号，当电压控制信号的电压大于第一开关管111和第二开关管112的导通阈值电压时，第一开关管111和第二开关管112导通，输出电压单元的输出端OUT1提供的输出电压通过第一开关管111和第二开关管112传输至输出电压开关电路的输出端OUT，为负载提供电源。当开关控制单元120的正极+和负极-无法输出电压时，第一开关管111和第二开关管112的栅极和源极之间无压差，第一开关管111和第二开关管112截止，输出电压单元的输出端OUT1提供的输出电压无法通过第一开关管111和第二开关管112输出至输出电压开关电路的输出端OUT。
需要说明的是，在第一开关管111和第二开关管112选型时，可以首先考虑其SOA曲线，以保证第一开关管111和第二开关管112的瞬间耐功率能力。
图2为本发明实施例提供的另一种输出电压开关电路的结构示意图。如图2所示，开关控制单元120包括光电MOSFET驱动器123和控制单元124；光电MOSFET驱动器123的原级与控制单元124电连接，控制单元124用于输出电流信号通过光电MOSFET驱动器123的原级，光电MOSFET驱动器123的次级根据电流信号产生电压控制信号。
具体地，光电MOSFET驱动器123可以为光电MOS驱动器，例如可以为APV2111VY。光电MOSFET驱动器123的原级包括发光二极管。当控制单元124输出电流信号至光电MOSFET驱动器123的原级时，电流信号通过原级的发光二极管使发光二极管发光，光电MOSFET驱动器123的次级根据发光二极管的光强产生电压，并通过次级输出至第一开关管111和第二开关管112的栅极和源极，控制第一开关管111和第二开关管112导通。示例性地，光电MOSFET驱动器123的次级根据发光二极管的光强可以产生8.2V的电压。当8.2V的电压施加在第一开关管111和第二开关管112的栅极和源极之间时，第一开关管111和第二开关管112导通。由于光电MOSFET驱动器123的次级输出电压的建立时间与光电MOSFET驱动器123的原级的电流大小相关。光电MOSFET驱动器123原级的电流越大，光电MOSFET驱动器123次级的输出电压的建立时间越短，则光电MOSFET驱动器123次级的输出电压控制第一开关管111和第二开关管112导通的速度越快。因此可以通过调节控制单元124输出的电流信号实现调节第一开关管111和第二开关管112的导通速度，从而实现输出电压单元提供的输出电压的上升时间可调节，避免了负载出现启动时的过冲电流，有利于负载的运行。另外，光电MOSFET驱动器123为隔离型的驱动芯片，因此光电MOSFET驱动器123的原级与次级可以实现隔离控制，当次级的电压比较高时，可以保证原级的低压信号避免受到次级的高电压影响，从而保证了原级的低压信号的安全。
图3为本发明实施例提供的另一种输出电压开关电路的结构示意图。如图3所示，控制单元124包括控制器1241和数字模拟转换器1242；控制器1241与数字模拟转换器1242电连接，控制器1241用于输出电流控制信号至数字模拟转换器1242，数字模拟转换器1242与光电MOSFET驱动器123的原级电连接，数字模拟转换器1242用于将电流控制信号转换为电流信号，并输出至光电MOSFET驱动器123的原级。
具体地，控制器1241可以为微控制单元(Micro Control Unit，MCU)，控制器1241可以根据输出电压启动时间的要求，输出电流控制信号至数字模拟转换器1242，其中，电流控制信号为数字信号。数字模拟转换器1242将电流控制信号转换为对应的电流信号，其中，电流信号为模拟信号。电流信号输出至光电MOSFET驱动器123的原级，控制光电MOSFET驱动器123原级的发光二极管根据电流信号发光，光电MOSFET驱动器123的次级根据发光二极管的光强产生电压，并通过次级输出至第一开关管111和第二开关管112的栅极和源极，控制第一开关管111和第二开关管112导通。在上述过程中，第一开关管111和第二开关管112的导通速度受控于电流信号的大小，电流信号的大小受控于控制器1241提供的电流控制信号，因此通过控制器1241可以实现数字化控制第一开关管111和第二开关管112的导通速度，进而实现在输出电压开启时，数字化控制输出电压的爬升时间。
继续参考图3，控制单元124还包括限流电阻器1243，数字模拟转换器1242通过限流电阻器1243与光电MOSFET驱动器123的原级电连接，限流电阻器1243用于限制数字模拟转换器1242输出的电流信号。
具体地，限流电阻器1243具有限流作用。通过限流电阻器1243的限流作用，可以避免数字模拟转换器1242输出的电流过大损坏光电MOSFET驱动器123。
需要说明的是，在其他实施例中，限流电阻器1243可以为可调电阻器，通过调节可调电阻器的阻值，可以进一步地调节电流信号，从而可以进一步地增加了调节输出电压开启时输出电压的爬升时间的调节精度。
继续参考图3，开关控制单元120还包括第三开关管125；第三开关管125的控制极与控制器1241电连接，第三开关管125的第一极与接地端GND电连接，第三开关管125的第二极与光电MOSFET驱动器123的原级电连接。
具体地，光电MOSFET驱动器123的原级包括正极A和负极K。数字模拟转换器1242通过限流电阻器1243与光电MOSFET驱动器123的原级正极A电连接，光电MOSFET驱动器123的原级负极K通过第三开关管125与接地端GND电连接。通过在光电MOSFET驱动器123的原级负极K与接地端GND之间设置第三开关管125，可以通过控制第三开关管125的导通或关断实现控制光电MOSFET驱动器123原级的电流回路，从而可以控制光电MOSFET驱动器123是否能够工作。
示例性地，第三开关管125为N型晶体管。控制器1241可以通过通用输入/输出口(General Purpose Input Output，GPIO)传输信号控制第三开关管125的控制极电位。当控制器1241输出高电平至第三开关管125的控制极时，第三开关管125导通，光电MOSFET驱动器123原级的正极A和负极K之间能够形成电流回路，电流信号通过光电MOSFET驱动器123的原级，使得光电MOSFET驱动器123原级的发光二极管发光，光电MOSFET驱动器123的次级根据发光二极管的光强产生电压，并通过次级输出至第一开关管111和第二开关管112的栅极和源极，控制第一开关管111和第二开关管112导通。当控制器1241输出低电平至第三开关管125的控制极时，第三开关管125截止，光电MOSFET驱动器123原级的正极A和负极K之间无法形成电流回路，电流信号无法通过光电MOSFET驱动器123的原级，光电MOSFET驱动器123原级的发光二极管不发光，次级不产生电压控制信号，第一开关管111和第二开关管112截止。
需要说明的是，第三开关管125可以为N型三极管，此时第三开关管125的控制极为基极，第三开关管125还可以为N型MOSFET管，此时第三开关管125的控制极为栅极，此处不做限定。
图4为本发明实施例提供的另一种输出电压开关电路的结构示意图。如图4所示，控制单元124包括控制器1244、数字电位器1245和第一电压输出单元1246；控制器1244与数字电位器1245电连接，控制器1244用于输出限位信号至数字电位器1245，数字电位器1245分别与第一电压输出单元1246和光电MOSFET驱动器123的原级电连接，数字电位器1245用于根据限位信号将第一电压输出单元1246提供的第一电压形成电流信号，并输出至光电MOSFET驱动器123的原级。
具体地，数字电位器1245可以为数字电位器，其可以根据数字信号调整自身的电阻值。当控制器1244输出限位信号时，限位信号为数字信号。数字电位器1245可以调整阻值。而且，第一电压输出单元1246输出的第一电压通过数字电位器1245，在数字电位器1245的阻值作用下形成电流信号，并输出至光电MOSFET驱动器123的原级，使光电MOSFET驱动器123工作。在上述过程中，数字电位器1245的阻值受控于控制器1244输出的限位信号，电流信号受控于阻值。因此通过控制器1244可以实现数字化控制第一开关管111和第二开关管112的导通速度，进而实现在输出电压开启时，数字化控制输出电压的爬升时间。
示例性地，第一电压输出单元1246为固定电压输出单元。例如，固定电压输出单元输出5V的电压，此时电流信号的大小只与数字电位器1245的阻值相关，即与控制器1244输出的限位信号相关，因此可以实现数字化控制输出电压的爬升时间。
同理，在图4中，开关控制单元120可以包括第三开关管125；第三开关管125的栅极与控制器1244电连接，第三开关管125的源极与接地端GND电连接，第三开关管125的漏极与光电MOSFET驱动器123的原级电连接。通过在光电MOSFET驱动器123的原级负极K与接地端GND之间设置第三开关管125，可以通过控制第三开关管125的导通或关断实现控制光电MOSFET驱动器123原级的电流回路，从而可以控制光电MOSFET驱动器123是否能够工作。
本发明实施例还提供一种供电系统。图5为本发明实施例提供的一种供电系统的结构示意图。如图5所示，该供电系统包括输出电压单元20和本发明任意实施例提供的输出电压开关电路10，输出电压单元20通过输出电压开关电路10与供电系统的输出端VOUT电连接。
具体地，供电系统可以为多种设备进行供电，例如，可以为液晶显示模组检测设备供电。由于液晶显示模组时常需要可调节输出电压，在检测过程中，供电系统输出可调节输出电压至液晶显示模组检测设备。例如输出电压单元20为BUCK电路，其输出的电压通过输出电压开关电路10输出至液晶显示模组检测设备。由于输出电压开关电路10中的开关单元包括的第一开关管和第二开关管采用背靠背连接，从而可以避免单个开关管因体二极管的作用导致的供电系统的输出端VOUT的电压大于输出电压单元20提供的输出电压时出现反灌现象，从而可以降低输出电压单元20损坏的概率，提高了供电系统的可靠性。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种输出电压开关电路，其特征在于，包括开关单元和开关控制单元；
所述开关单元包括类型相同的至少一个第一开关管和至少一个第二开关管，任一所述第一开关管和任一所述第二开关管的栅极与所述开关控制单元的第一输出端电连接，任一所述第一开关管的源极与任一所述第二开关管的源极与所述开关控制单元的第二输出端电连接，任一所述第一开关管的漏极与输出电压单元的输出端电连接，任一所述第二开关管的漏极作为所述输出电压开关电路的输出端；
所述开关控制单元用于输出电压控制信号，所述第一开关管和所述第二开关管用于根据所述电压控制信号导通。
2.根据权利要求1所述的输出电压开关电路，其特征在于，所述第一开关管和所述第二开关管为N型MOSFET晶体管，所述开关控制单元的第一输出端为正极，所述开关控制单元的第二输出端为负极。
3.根据权利要求1所述的输出电压开关电路，其特征在于，所述开关控制单元包括光电MOSFET驱动器和控制单元；
所述光电MOSFET驱动器的原级与所述控制单元电连接，所述控制单元用于输出电流信号通过所述光电MOSFET驱动器的原级，所述光电MOSFET驱动器的次级根据所述电流信号产生电压控制信号。
4.根据权利要求3所述的输出电压开关电路，其特征在于，所述控制单元包括控制器和数字模拟转换器；所述控制器与所述数字模拟转换器电连接，所述控制器用于输出电流控制信号至所述数字模拟转换器，所述数字模拟转换器与所述光电MOSFET驱动器的原级电连接，所述数字模拟转换器用于将所述电流控制信号转换为所述电流信号，并输出至所述光电MOSFET驱动器的原级。
5.根据权利要求4所述的输出电压开关电路，其特征在于，所述控制单元还包括限流电阻器，所述数字模拟转换器通过所述限流电阻器与所述光电MOSFET驱动器的原级电连接，所述限流电阻器用于限制所述数字模拟转换器输出的电流信号。
6.根据权利要求3所述的输出电压开关电路，其特征在于，所述控制单元包括控制器、数字电位器和第一电压输出单元；所述控制器与所述数字电位器电连接，所述控制器用于输出限位信号至所述数字电位器，所述数字电位器分别与所述第一电压输出单元和所述光电MOSFET驱动器的原级电连接，所述数字电位器用于根据所述限位信号将所述第一电压输出单元提供的第一电压形成所述电流信号，并输出至所述光电MOSFET驱动器的原级。
7.根据权利要求6所述的输出电压开关电路，其特征在于，所述第一电压输出单元为固定电压输出单元。
8.根据权利要求4或6所述的输出电压开关电路，其特征在于，所述开关控制单元还包括第三开关管；
所述第三开关管的控制极与所述控制器电连接，所述第三开关管的第一极与接地端电连接，所述第三开关管的第二极与所述光电MOSFET驱动器的原级电连接。
9.根据权利要求8所述的输出电压开关电路，其特征在于，所述第三开关管为N型晶体管。
10.一种供电系统，其特征在于，包括输出电压单元和权利要求1-9任一项所述的输出电压开关电路；所述输出电压单元通过所述输出电压开关电路与所述供电系统的输出端电连接。
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