CN111766912A - 一种宽电压低功耗稳压源的控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电路技术领域，尤其涉及一种宽电压低功耗稳压源的控制电路，其中，包括：一供电模块，根据一电压输入端的输入电压以形成一电源电压；一输出模块，根据输入电压通过一驱动元件输出一输出电压；一判断模块，用于根据输入电压输出一参考电压；一开关模块，用于根据输出电压及参考电压形成一开关信号；一驱动模块，用于根据电源电压在开关信号的控制下形成一驱动电压输出至驱动元件，使驱动元件输出的输出电压趋近一目标电压。有益效果：无需额外增加供电电源，减少成本，降低功耗，且适合较宽范围电压输入达到稳定电压状态，同时也减小控制电路中的元器件面积。

Description

一种宽电压低功耗稳压源的控制电路

技术领域

本发明涉及电路技术领域，尤其涉及一种宽电压低功耗稳压源的控制电路。

背景技术

目前，市面上的USBtypeC接口以及快充应用等基本为宽电压的控制电路，而快充应用的系统始终需要一个3.3V或5V的低压电源给系统内芯片供电。在现有技术中，快充应用的系统通常有一个主直流电源变直流电源电路，该主直流电源变直流电源电路一般通过锂电池充放电，然而并不适合做快充应用的系统的供电电源，若额外增加一套供电电源会造成成本偏高的问题，而且很难实现低功耗的功能。

另外，在宽电压的控制电路中，需要对该控制电路做稳压处理。现有技术中，对控制电路做稳压处理的技术手段是通过一个高压PMOS管，然而除了该高压PMOS管之外，其内部控制也需要是高压器件，并且不仅是高压PMOS管的源漏端之间需要耐高压，栅源端之间也需要高压，从而造成高压PMOS管的面积较大的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种宽电压低功耗稳压源的控制电路。

具体技术方案如下：

本发明提供一种宽电压低功耗稳压源的控制电路，其中，包括：

一供电模块，根据一电压输入端的输入电压以形成一电源电压；

一输出模块，根据所述输入电压通过一驱动元件输出一输出电压；

一判断模块，用于根据所述输入电压输出一参考电压；

一开关模块，用于根据所述输出电压及所述参考电压形成一开关信号；

一驱动模块，用于根据所述电源电压在所述开关信号的控制下形成一驱动电压输出至所述驱动元件，使所述驱动元件输出的所述输出电压趋近一目标电压。

优选的，所述供电模块包括：

一分压电路，所述分压电路包括依次串联于所述电压输入端与地之间的限流元件及钳位电压单元，所述限流元件与所述钳位电压单元的连接点形成一分压节点；

一第一NMOS管，所述第一NMOS管的栅极连接至所述分压节点，所述第一NMOS管的漏极连接至所述电压输入端，所述第一NMOS管的源极输出所述电源电压。

优选的，所述钳位电压单元为复数个二极管，复数个所述二极管以正极朝向所述分压节点，负极朝向地的方式依次串联。

优选的，所述钳位电压单元为一齐纳二极管，所述齐纳二极管的负极连接至所述分压节点，所述齐纳二极管的正极接地。

优选的，还包括一基准电压模块，用于根据所述电源电压以形成一基准电压。

优选的，当所述判断模块判断所述输入电压大于等于一预设电压时，所述参考电压为所述基准电压；

当所述判断模块判断所述输入电压小于所述预设电压时，所述参考电压为经一第一分压电路分压后的所述输入电压。

优选的，所述开关模块包括：

一第一比较器，所述第一比较器的第一输入端通过一第二分压电路连接至所述输出模块的输出端，所述第一比较器的第二输入端可控制的连接至所述基准电压端或通过所述第一分压电路连接所述电压输入端，用于根据输入形成所述开关信号，以检测所述输出电压是否达到所述目标电压，在所述输出电压达到所述目标电压时，所述第一比较器输出所述开关信号以关断所述驱动模块，在所述输出电压低于所述目标电压时，所述第一比较器输出所述开关信号以打开所述驱动模块；

所述输出模块的输出端与地之间并联一电容，所述电容用以于所述驱动模块关闭时输出所述输出电压。

优选的，所述驱动模块包括：

一电压跟随器，所述电压跟随器的输入端连接至所述基准电压模块，通过所述电源电压供电，以根据所述基准电压输出一跟随电压；

一电荷泵电路，所述电荷泵电路的输入端连接所述电压跟随器的输出端，通过所述电源电压供电，以根据所述跟随电压输出所述驱动电压。

优选的，所述驱动元件为一第二NMOS管，所述第二NMOS管的栅极连接至所述驱动模块的输出端，所述第二NMOS管的漏极连接至所述电压输入端，所述第二NMOS管的源极输出所述输出电压。

优选的，还包括：

一计数器，连接所述电荷泵电路，用以当所述输出模块接入的负载为轻载状态时，关闭所述驱动模块；

一第二比较器，用以于所述输出电压低于一采样输出电压时，打开所述驱动模块。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：通过供电模块供电，形成电源电压，驱动模块根据电源电压在开关模块形成的开关信号的控制下形成驱动电压输出至驱动元件，使得驱动元件输出的输出电压趋近目标电压，无需额外增加供电电源，减少成本，降低功耗，且适合较宽范围电压输入达到稳定电压状态，同时也减小控制电路中的元器件面积。

附图说明

参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。

图1为本发明的实施例的电路示意图；

图2为本发明的实施例的一种供电模块的电路示意图；

图3为本发明的实施例的另一种供电模块的电路示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明提供一种宽电压低功耗稳压源的控制电路，其中，包括：

一供电模块1，根据一电压输入端的输入电压VIN以形成一电源电压VCC；

一输出模块2，根据输入电压VIN通过一驱动元件输出一输出电压VOUT；

一判断模块3，用于根据输入电压VIN输出一参考电压；

一开关模块4，用于根据输出电压VOUT及参考电压形成一开关信号；

一驱动模块5，用于根据电源电压VCC在开关信号的控制下形成一驱动电压VG输出至驱动元件，使驱动元件输出的输出电压VOUT趋近一目标电压。

如图1所示，本实施例中，首先通过供电模块1将电压输入端的输入电压VIN形成电源电压VCC，该电源电压VCC通常不超过5V，用于向上述中输出模块2、判断模块3、开关模块4以及驱动模块5供电，无需额外增加供电电源，以达到减少成本，降低功耗的作用。

进一步地，需要对控制电路做稳态处理，即当开关模块4检测到输出电压VOUT未达到目标电压时，从而导通形成开关信号，进而驱动模块5根据上述电源电压VCC在开关信号的控制下形成驱动电压VG，用以驱动输出电压VOUT达到目标电压，从而使得控制电路达到稳定电压状态，同时也减小控制电路中的元器件面积。

在一种较优的实施例中，供电模块1包括：

一分压电路10，分压电路10包括依次串联于电压输入端与地GND之间的限流元件100及钳位电压单元101，限流元件100与钳位电压单元101的连接点形成一分压节点102；

一第一NMOS管NMOS1，第一NMOS管NMOS1的栅极连接至分压节点102，第一NMOS管NMOS1的漏极连接至电压输入端，第一NMOS管NMOS1的源极输出电源电压VCC。

具体地，如图1所示，本实施例中的供电模块1先是通过分压电路10将电压输入端的输入电压VIN分去一部分，剩下另一部分通过驱动第一NMOS管NMOS1形成电源电压VCC，以向控制电路中其它模块供电。

另外，上述分压电路10中的限流元件100为限流电阻R，用于限制钳位电压单元101的耗电，第一NMOS管NMOS1为高压NMOS管。

在一种较优的实施例中，钳位电压单元101为复数个的二极管D，复数个二极管D以正极朝向分压节点102，负极朝向地GND的方式依次串联。

具体地，如图2所示，本实施例中的钳位电压单元101为复数个依次串联的二极管D，以形成n个二极管压降，当上述技术方案中的输入电压VIN大于n个二极管压降时，则上述第一NMOS管NMOS1的源极输出的电源电压VCC由下述公式可得：

VCC＝n*VD-V_THN，

其中，VCC为电源电压；

VD为一个二极管的电压；

n*VD为复数个二极管的电压；

V_THN为第一NMOS管NMOS1的阈值电压。

在一种较优的实施例中，钳位电压单元101为一齐纳二极管Z，齐纳二极管Z的负极连接至分压节点102，齐纳二极管Z的正极接地GND。

具体地，如图3所示，本实施例中将上述钳位电压单元101中的复数个依次串联的二极管D替换为一个齐纳二极管Z，那么上述第一NMOS管NMOS1的源极输出的电源电压VCC由下述公式可得：

VCC＝VZ-V_THN，

其中，VCC为电源电压；

VZ为齐纳二极管的电压；

V_THN为第一NMOS管NMOS1的阈值电压。

在一种较优的实施例中，还包括一基准电压模块6，用于根据电源电压VCC以形成一基准电压VBG。

具体地，如图1所示，基准电压模块6连接至上述第一NMOS管NMOS1的源极，由第一NMOS管NMOS1的源极输出的电源电压VCC形成基准电压VBG。

在一种较优的实施例中，当判断模块3判断输入电压VIN大于等于一预设电压时，参考电压为基准电压VBG；

当判断模块3判断输入电压VIN小于预设电压时，参考电压为经一第一分压电路7分压后的电压VIN1。

具体地，判断模块3根据输入电压VIN进行判断，当判断出输入电压VIN大于等于预设电压时，则参考电压为上述技术方案中的基准电压VBG。

进一步地，本实施例中还包括第一分压电路7，该第一分压电路7用于将电压输入端的输入电压VIN进行分压后输出电压VIN1，当判断出输入电压VIN小于预设电压时，则参考电压为电压VIN1。另外，本实施例中的预设电压设置为5V。

在一种较优的实施例中，开关模块4包括：

一第一比较器COMP1，第一比较器COMP1的第一输入端通过一第二分压电路8连接至输出模块2的输出端，第一比较器COMP1的第二输入端可控制的连接至基准电压模块6或通过第一分压电路7连接电压输入端，用于根据输入形成开关信号，以检测输出电压VOUT是否达到目标电压，在输出电压VOUT达到目标电压时，第一比较器COMP1输出开关信号以关断驱动模块5，在输出电压VOUT低于目标电压时，第一比较器COMP1输出开关信号以打开驱动模块5；

输出模块2的输出端与地GND之间并联一电容C，电容C用以于驱动模块5关闭时输出输出电压VOUT。

具体地，如图1所示，本实施例中还包括第二分压电路8，用于将输出电压VOUT进行分压后输出电压VOUT1，当上述技术方案中判断出输入电压VIN大于等于5V时，则第一比较器COMP1的第二输入端连接至基准电压模块6的输入端，进而该第一比较器COMP1根据基准电压模块6的基准电压VBG及电压VOUT1形成开关信号，以检测输出电压VOUT是否达到目标电压。

进一步地，当上述技术方案中判断出输入电压VIN小于5V时，则第一比较器COMP1的第二输入端通过第一分压电路7连接电压输入端，进而该第一比较器COMP1根据经第一分压电路7分压后的电压VIN1及电压VOUT1形成开关信号，以检测输出电压VOUT是否达到目标电压。

本实施例中，输出模块2的输出端与地GND之间并联电容C，当驱动模块5关闭时，通过电容C向输出模块2接入的负载LOAD供电。

在一种较优的实施例中，驱动模块5包括：

一电压跟随器BUFFER，电压跟随器BUFFER的输入端连接至基准电压模块6，通过电源电压VCC供电，以根据基准电压VBG输出一跟随电压VX；

一电荷泵电路50，电荷泵电路50的输入端连接至电压跟随器BUFFER的输出端，通过电源电压VCC供电，以根据跟随电压VX输出驱动电压VG。

具体地，如图1所示，本实施例中的驱动电压VG通过电压跟随器BUFFER和电荷泵电路50形成，在驱动模块5启动时，电压跟随器BUFFER和电荷泵电路50均通过电源电压VCC供电。

进一步地，当上述技术方案中的第一比较器COMP1检测输出电压VOUT达到目标电压时，则电压跟随器BUFFER和电荷泵电路50均停止工作，进而可减小控制电路的功耗；当第一比较器COMP1检测输出电压VOUT未达到目标电压时，也就是说此时的输出电压VOUT下降一个电压差时，此时第一比较器COMP1也产生一个迟滞电压，该迟滞电压就是上述的电压差，电压跟随器BUFFER和电荷泵电路50启动以输出驱动电压VG，以此反复，从而使得电压跟随器BUFFER和电荷泵电路50不用一直工作，以将控制电路的功耗控制在较小的范围内。

本实施例中的电荷泵电路50包括电荷泵500和振荡器501，其中电荷泵500的输入端连接至电压跟随器BUFFER的输出端，振荡器501与电荷泵500电连接。

在一种较优的实施例中，驱动元件为一第二NMOS管NMOS2，第二NMOS管NMOS2的栅极连接至驱动模块5的输出端，第二NMOS管NMOS2的漏极连接至电压输入端，第二NMOS管NMOS2的源极输出输出电压VOUT。

具体地，如图1所示，本实施例中，驱动元件为第二NMOS管NMOS2，通过上述技术方案中的驱动电压VG驱动第二NMOS管NMOS2，使得第二NMOS管NMOS2输出电压VOUT。

在一种较优的实施例中，还包括：

一计数器9，连接电荷泵电路，用以当输出模块2接入的负载LOAD为轻载状态时，关闭驱动模块5；

一第二比较器COMP2，用以于输出电压VOUT低于一采样输出电压VOUT-SP时，打开驱动模块5。

具体地，如图1所示，为进一步地降低控制电路的功耗，本实施例中采用计数器9与上述电荷泵电路50中的振荡器501连接，该计数器9为轻载时间计数器，其用于检测振荡器501产生的频率，当检测出该频率较低时，从而获知输出模块2接入的负载LOAD为轻载状态，驱动模块5不工作。

进一步地，上述负载LOAD为轻载状态，驱动模块5不工作，当再次启动驱动模块5时，可通过第二比较器COMP2进行比较当前的输出电压VOUT和前一个工作周期中的采样输出电压VOUT-SP，以此判断当前的输出电压VOUT是否达到目标电压，在当前的输出电压VOUT未达到目标电压时，从而导通驱动模块5，使输出电压VOUT趋近目标电压。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种宽电压低功耗稳压源的控制电路，其特征在于，包括：

一供电模块，根据一电压输入端的输入电压以形成一电源电压；

一输出模块，根据所述输入电压通过一驱动元件输出一输出电压；

一判断模块，用于根据所述输入电压输出一参考电压；

一开关模块，用于根据所述输出电压及所述参考电压形成一开关信号；

一驱动模块，用于根据所述电源电压在所述开关信号的控制下形成一驱动电压输出至所述驱动元件，使所述驱动元件输出的所述输出电压趋近一目标电压。

2.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述供电模块包括：

一分压电路，所述分压电路包括依次串联于所述电压输入端与地之间的限流元件及钳位电压单元，所述限流元件与所述钳位电压单元的连接点形成一分压节点；

一第一NMOS管，所述第一NMOS管的栅极连接至所述分压节点，所述第一NMOS管的漏极连接至所述电压输入端，所述第一NMOS管的源极输出所述电源电压。

3.如权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述钳位电压单元为复数个二极管，复数个所述二极管以正极朝向所述分压节点，负极朝向地的方式依次串联。

4.如权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述钳位电压单元为一齐纳二极管，所述齐纳二极管的负极连接至所述分压节点，所述齐纳二极管的正极接地。

5.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，还包括一基准电压模块，用于根据所述电源电压以形成一基准电压。

6.如权利要求5所述的控制电路，其特征在于，当所述判断模块判断所述输入电压大于等于一预设电压时，所述参考电压为所述基准电压；

当所述判断模块判断所述输入电压小于所述预设电压时，所述参考电压为经一第一分压电路分压后的所述输入电压。

7.如权利要求6所述的控制电路，其特征在于，所述开关模块包括：

一第一比较器，所述第一比较器的第一输入端通过一第二分压电路连接至所述输出模块的输出端，所述第一比较器的第二输入端可控制的连接至所述基准电压模块或通过所述第一分压电路连接所述电压输入端，用于根据输入形成所述开关信号，以检测所述输出电压是否达到所述目标电压，在所述输出电压达到所述目标电压时，所述第一比较器输出所述开关信号以关断所述驱动模块，在所述输出电压低于所述目标电压时，所述第一比较器输出所述开关信号以打开所述驱动模块；

所述输出模块的输出端与地之间并联一电容，所述电容用以于所述驱动模块关闭时输出所述输出电压。

8.如权利要求5所述的控制电路，其特征在于，所述驱动模块包括：

一电压跟随器，所述电压跟随器的输入端连接至所述基准电压端，通过所述电源电压供电，以根据所述基准电压输出一跟随电压；

一电荷泵电路，所述电荷泵电路的输入端连接所述电压跟随器的输出端，通过所述电源电压供电，以根据所述跟随电压输出所述驱动电压。

9.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述驱动元件为一第二NMOS管，所述第二NMOS管的栅极连接至所述驱动模块的输出端，所述第二NMOS管的漏极连接至所述电压输入端，所述第二NMOS管的源极输出所述输出电压。

10.如权利要求8所述的控制电路，其特征在于，还包括：

一计数器，连接所述电荷泵电路，用以当所述输出模块接入的负载为轻载状态时，关闭所述驱动模块；

一第二比较器，用以于所述输出电压低于一采样输出电压时，打开所述驱动模块。

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