CN112003458A - 通路管控制电路、电源管理芯片以及电源装置 - Google Patents

通路管控制电路、电源管理芯片以及电源装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种通路管控制电路、电源管理芯片以及电源装置，该电路包括：复用端子、逻辑控制电路、MOS类型检测电路、PMOS驱动电路和NMOS驱动电路；MOS类型检测电路用于检测与复用端子电连接的通路管类型并将检测信号输送至逻辑控制电路；PMOS驱动电路用于向复用端子发送PMOS驱动控制信号；NMOS驱动电路用于向复用端子发送NMOS驱动控制信号；逻辑控制电路用于根据检测信号控制PMOS驱动电路或NMOS驱动电路使能。该电源管理芯片应用该通路管控制电路。该电源装置应用该电源管理芯片。应用本发明的通路管控制电路可兼容对PMOS管和NMOS管进行控制。

Description

通路管控制电路、电源管理芯片以及电源装置
技术领域
本发明涉及电源技术领域，具体的，涉及一种通路管控制电路，还涉及应用该通路管控制电路的电源管理芯片，还涉及应用该电源管理芯片的电源装置。
背景技术
随着手机、平板、无线耳机、智能手表和笔记本电脑等一系列便携式电子产品的快速普及，USB充电技术也迎来了飞速的发展。
新型的USB Type－C接口由于支持双面插入，同时具有更纤薄的设计，更小的尺寸，以及可拓展功能性更强等特点，自推出以来得到了广泛的应用。适配器端的Type－C接口，需要用通路管对输出进行隔离。当Type－C没有处于连接态时，通路管关断，使得Type－C的输出为0V；当Type－C处于连接态时，通路管导通，使得电源打到Type－C的输出。
此外，一些复杂的电源管理系统，例如，多口移动电源、多口充电器、以及手机和平板等同时支持电池供电和外部接口供电的电子产品，往往允许多个输入输出口连接在同一个电源网络上，通过通路管进行隔离，并根据各个输入输出口的连接状态，进行通路管导通和关断的控制。
通路管一般选择PMOS管或者NMOS管两种类型，串联接在电源端。PMOS管的导通控制比较简单，只需要把栅极电压拉低。但是，PMOS管一般不容易实现低内阻，相同内阻的对比下，PMOS的成本比NMOS更高。NMOS的导通控制则相对比较复杂，需要升压电路产生高于输出电源的电压来驱动栅极，而升压电路会引入开关噪声以及EMI辐射等干扰，这些干扰是有些电路系统所不能接受的。因此，通路管的选型一般会结合内阻、成本以及电路性能进行综合考虑。同时，在芯片设计时，考虑通路管选型的灵活性是很有必要的。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种可兼容对PMOS管和NMOS管进行控制的通路管控制电路。
本发明的第二目的是提供一种可兼容对PMOS管和NMOS管进行控制的电源管理芯片。
本发明的第三目的是提供一种可兼容对PMOS管和NMOS管进行控制的电源装置。
为了实现上述第一目的，本发明提供的通路管控制电路包括复用端子、逻辑控制电路、MOS类型检测电路、PMOS驱动电路和NMOS驱动电路；MOS类型检测电路的输入端与复用端子电连接，MOS类型检测电路的输出端与逻辑控制电路电连接，MOS类型检测电路用于检测与复用端子电连接的通路管类型并将检测信号输送至逻辑控制电路；PMOS驱动电路的输入端与逻辑控制电路电连接，PMOS驱动电路的输出端与复用端子电连接，PMOS驱动电路用于向复用端子发送PMOS驱动控制信号；NMOS驱动电路的输入端与逻辑控制电路电连接，NMOS驱动电路的输出端与复用端子电连接，NMOS驱动电路用于向复用端子发送NMOS驱动控制信号；逻辑控制电路用于根据检测信号控制PMOS驱动电路或NMOS驱动电路使能。
由上述方案可见，本发明的通路管控制电路通过设置MOS类型检测电路用于检测与复用端子电连接的通路管类型，使得逻辑控制电路可根据检测信号控制PMOS驱动电路或NMOS驱动电路使能，从而兼容PMOS和NMOS两种通路管的控制，可以使得应用时在通路管的选型上更为灵活方便。
进一步的方案中，MOS类型检测电路包括第一控制开关、电流源以及电压比较器，第一控制开关的控制端与逻辑控制电路电连接，第一控制开关的第一端与复用端子电连接，第一控制开关的第二端与电流源的第一端电连接，电流源的第二端接地，电压比较器的第一输入端与复用端子电连接，电压比较器的第二输入端与参考电压端电连接，电压比较器的输出端与逻辑控制电路电连接。
由上述可见，MOS类型检测电路通过设置第一控制开关、电流源以及电压比较器，第一控制开关导通时，电流源下拉与复用端子电连接的通路管的控制端。如果通路管为PMOS管，由于PMOS管的源极和栅极之间有上拉电阻，并且电流源的电流值跟上拉电阻的电阻值的乘积小于PMOS管的阈值电压，所以PMOS管的栅极的电压会维持在供电电路的输出电压附近，PMOS管仍然处于关断状态。如果通路管为NMOS管，在第一控制开关导通时，NMOS的栅极会被电流源下拉到地。因此，通过电压比较器对复用端子的电压跟参考电压进行对比，如果复用端子的电压比参考电压高，则代表通路管的检测结果为PMOS管，如果复用端子的电压比参考电压低，则代表通路管的检测结果为NMOS管，从而可检测出通路管的类型。
进一步的方案中，PMOS驱动电路包括第二控制开关，第二控制开关的控制端与逻辑控制电路电连接，第二控制开关的第一端与复用端子电连接，第二控制开关的第二端接地。
由此可见，PMOS驱动电路通过设置第二控制开关，在通路管检测为PMOS管后，将PMOS管的栅极下拉到地，从而PMOS管导通。
进一步的方案中，PMOS驱动电路还包括分压电阻，第二控制开关的第一端通过分压电阻与复用端子电连接。
由此可见，通过设置分压电阻，可避免PMOS管导通时源极和栅极之间的电压出现过压。
进一步的方案中，NMOS驱动电路包括导通控制电路和关断控制电路，导通控制电路和关断控制电路并联在逻辑控制电路与复用端子之间。
由此可见，NMOS驱动电路通过设置导通控制电路和关断控制电路分别对NMOS管进行导通和关断控制。
进一步的方案中，导通控制电路包括交叉耦合电荷泵电路，交叉耦合电荷泵电路的输入端与逻辑控制电路电连接，交叉耦合电荷泵电路的输出端与复用端子电连接。
由此可见，由于NMOS管的导通控制时产生高于输出电源的电压来驱动栅极，导通控制电路设置交叉耦合电荷泵电路，可满足NMOS管的导通电压要求。
进一步的方案中，关断控制电路包括第三控制开关，第三控制开关的控制端与逻辑控制电路电连接，第三控制开关的第一端与复用端子电连接，第三控制开关的第二端接地。
由此可见，关断控制电路通过设置第三控制开关，可在第三控制开关导通时将NMOS管的栅极下拉至地，使NMOS管的栅极电压降低，从而关断。
为了实现上述第二目的，本发明提供的电源管理芯片包括通路管控制电路，通路管控制电路采用上述的通路管控制电路。
由上述方案可见，本发明的通路管控制电路通过设置MOS类型检测电路用于检测与复用端子电连接的通路管类型，使得逻辑控制电路可根据检测信号控制PMOS驱动电路或NMOS驱动电路使能，从而兼容PMOS和NMOS两种通路管的控制，可以使得应用时在通路管的选型上更为灵活方便。
为了实现上述第三目的，本发明提供的电源装置包括供电电路、电源管理芯片、通路管和电源输出端；电源管理芯片采用上述的电源管理芯片；通路管的控制端与复用端子电连接，通路管的第一端与供电电路电连接，通路管的第二端与电源输出端电连接。
进一步的方案中，通路管为PMOS管或NMOS管。
由上述方案可见，本发明的通路管控制电路通过设置MOS类型检测电路用于检测与复用端子电连接的通路管类型，使得逻辑控制电路可根据检测信号控制PMOS驱动电路或NMOS驱动电路使能，从而兼容PMOS和NMOS两种通路管的控制，可以使得应用时在通路管的选型上更为灵活方便。
附图说明
图1是应用本发明电源管理芯片实施例的电路框图。
图2是本发明电源管理芯片实施例中MOS类型检测电路的电路原理图。
图3是本发明电源管理芯片实施例中PMOS驱动电路的电路原理图。
图4是本发明电源管理芯片实施例中NMOS驱动电路的电路原理图。
图5是本发明电源装置第一实施例的电路框图。
图6是本发明电源装置第二实施例的电路框图。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
电源管理芯片实施例：
如图1所示，本实施例的电源管理芯片1包括通路管控制电路，通路管控制电路用于接入通路管电路，并对通路管电路进行导通或关断控制。
本实施中，通路管控制电路包括复用端子GATE、逻辑控制电路10、MOS类型检测电路20、PMOS驱动电路30、和NMOS驱动电路40。MOS类型检测电路20的输入端与复用端子GATE电连接，MOS类型检测电路20的输出端与逻辑控制电路10电连接，MOS类型检测电路20用于检测与复用端子GATE电连接的通路管类型并将检测信号输送至逻辑控制电路10。PMOS驱动电路30的输入端与逻辑控制电路10电连接，PMOS驱动电路30的输出端与复用端子GATE电连接，PMOS驱动电路30用于向复用端子GATE发送PMOS驱动控制信号。NMOS驱动电路40的输入端与逻辑控制电路10电连接，NMOS驱动电路40的输出端与复用端子GATE电连接，NMOS驱动电路40用于向复用端子GATE发送NMOS驱动控制信号。逻辑控制电路10用于根据检测信号控制PMOS驱动电路30或NMOS驱动电路40使能。
参见图2，MOS类型检测电路20包括第一控制开关S1、电流源I1以及电压比较器CMP1，第一控制开关S1的控制端与逻辑控制电路10电连接，第一控制开关S1的第一端与复用端子GATE电连接，第一控制开关S1的第二端与电流源I1的第一端电连接，电流源I1的第二端接地，电压比较器CMP1的第一输入端与复用端子GATE电连接，电压比较器CMP1的第二输入端与参考电压端VREF电连接，电压比较器CMP1的输出端与逻辑控制电路10电连接。当然，电流源I1也可用大阻值电阻代替。
MOS类型检测电路20在检测时，逻辑控制电路10控制第一控制开关S1导通，电流源I1下拉与复用端子GATE电连接的通路管(未示出)的控制端。如果通路管为PMOS管，由于PMOS管的源极和栅极之间有上拉电阻，并且电流源I1的电流值跟上拉电阻的电阻值的乘积小于PMOS管的阈值电压，所以PMOS管的栅极的电压会维持在供电电路的输出电压附近，PMOS管仍然处于关断状态。如果通路管为NMOS管，在第一控制开关S1导通时，NMOS的栅极会被电流源I1下拉到地。因此，通过电压比较器CMP1对复用端子的电压跟参考电压VREF进行对比，如果复用端子的电压比参考电压高，检测信号为高电平，则代表通路管的检测结果为PMOS，如果复用端子的电压比参考电压低，检测信号为低电平，则代表通路管的检测结果为NMOS，从而可检测出通路管的类型。
参见图3，PMOS驱动电路30包括第二控制开关NM1和分压电阻R2，第二控制开关NM1的控制端与逻辑控制电路10电连接，第二控制开关NM1的第一端通过分压电阻R2与复用端子GATE电连接，第二控制开关NM1的第二端接地。第二控制开关NM1可采用三极管、MOS管或场效应管等开关管，本实施例中，第二控制开关NM1采用NMOS管。PMOS驱动电路30在工作时，逻辑控制电路10向第二控制开关NM1发送使能控制信号，使第二控制开关NM1导通，从而导通与复用端子GATE电连接的通路管。由于PMOS驱动电路30用于驱动的通路管为PMOS管，分压电阻R2用于调节PMOS管的源栅电压，避免PMOS管导通时源极和栅极之间的电压出现过压。
参见图4，NMOS驱动电路40包括导通控制电路41和关断控制电路42，导通控制电路41和关断控制电路42并联在逻辑控制电路10与复用端子GATE之间。
本实施例中，导通控制电路41包括交叉耦合电荷泵电路，交叉耦合电荷泵电路的输入端与逻辑控制电路10电连接，交叉耦合电荷泵电路的输出端与复用端子GATE电连接。
交叉耦合电荷泵电路包括PMOS管PM1、PMOS管PM2、NMOS管NM2、NMOS管NM3、电容C1、电容C2、与非门NAND1以及反相器INV1，PMOS管PM1的源极与PMOS管PM2的源极电连接，复用端子GATE与PMOS管PM1的源极与PMOS管PM2的源极之间的通路电连接，PMOS管PM1的栅极分别与电容C1的第一端和NMOS管NM2的栅极电连接，PMOS管PM1的漏极与NMOS管NM2的漏极电连接，NMOS管NM2的源极与NMOS管NM3的源极电连接，PMOS管PM2的栅极分别与NMOS管NM3的栅极和电容C2的第一端电连接，PMOS管PM2的漏极与NMOS管NM3的漏极电连接，PMOS管PM2的栅极和NMOS管NM3的栅极之间的通路与PMOS管PM1的漏极与NMOS管NM2的漏极之间的通路电连接，PMOS管PM1的栅极和NMOS管NM2的栅极之间的通路与PMOS管PM2的漏极与NMOS管NM3的漏极之间的通路电连接，电容C2的第二端与反相器INV1的输出端电连接，反相器INV1输入端分别与电容C1的第二端和与非门NAND1的输出端电连接，与非门NAND1的第一输入端电连接时钟信号端CK，与非门NAND1的第二输入端与逻辑控制电路10电连接。
交叉耦合电荷泵电路在工作时，来自逻辑控制电路10的使能信号置1后，在时钟信号端CK的时钟信号作用下，电容C1和电容C2的下极板周期性地在VDD和GND电压之间翻转。当CKA从VDD翻转到GND，CKB从GND翻转到VDD时，节点V1被拉低，节点V2被抬高，于是PMOS管PM1和NMOS管NM3导通，NMOS管NM2和PMOS管PM2关闭，节点V2的高电压通过PMOS管PM1导通到GATE，节点V1通过NMOS管NM3拉低到VOUT。当CKA从GND翻转到VDD，CKB从VDD翻转到GND时，节点V1被抬高，节点V2被拉低，于是NMOS管NM2和PMOS管PM2导通，PMOS管PM1和NMOS管NM3关闭，节点V1的高电压通过PMOS管PM2导通到GATE，节点V2通过NMOS管NM2拉低到VOUT。如此周期性地工作，使得节点V1和节点V2的电压在VOUT和VOUT+VDD之间变化，复用端子GATE的电压升高到VOUT+VDD，从而使通路管导通，VOUT和VDD根据通路管的导通电压设定。
关断控制电路包括第三控制开关NM4，第三控制开关NM4的控制端与逻辑控制电路10电连接，第三控制开关NM4的第一端与复用端子GATE电连接，第三控制开关NM4的第二端接地。第三控制开关NM4可采用三极管、MOS管或场效应管等开关管，本实施例中，第三控制开关NM4采用NMOS管。关断控制电路在工作时，当逻辑控制电路10发送的使能信号为低电平时，第三控制开关NM4导通，从而把复用端子GATE拉低到地，从而使通路管关断。
电源装置第一实施例：
参见图5，本实施例中，电源装置包括电源管理芯片1、供电电路2、通路管P1和电源输出端VBUS，电源管理芯片1采用上述实施例中的电源管理芯片。通路管P1为PMOS管，通路管P1的控制端与复用端子GATE电连接，通路管P1的第一端与供电电路2电连接，通路管P1的第二端与电源输出端VBUS电连接。通路管P1的控制端通过上拉电阻R1与供电电路2电连接。
本实施例的电源装置在工作时，通过MOS类型检测电路20检测通路管P1的类型，当判断通路管P1为PMOS管时，逻辑控制电路10控制PMOS驱动电路30使能，PMOS驱动电路30向通路管P1的控制端发送控制信号使其导通，从而导通供电电路2与电源输出端VBUS之间的通路。
电源装置第二实施例：
参见图6，本实施例中，电源装置包括电源管理芯片1、供电电路2、通路管N1和电源输出端VBUS，电源管理芯片1采用上述实施例中的电源管理芯片。通路管N1为NMOS管，通路管N1的控制端与复用端子GATE电连接，通路管N1的第一端与供电电路2电连接，通路管N1的第二端与电源输出端VBUS电连接。
本实施例的电源装置在工作时，通过MOS类型检测电路20检测通路管N1的类型，当判断通路管N1为NMOS管时，逻辑控制电路10控制NMOS驱动电路40使能，NMOS驱动电路40向通路管N1的控制端发送控制信号使其导通，从而导通供电电路2与电源输出端VBUS之间的通路。
由上述方案可见，本发明的通路管控制电路通过设置MOS类型检测电路用于检测与复用端子电连接的通路管类型，使得逻辑控制电路可根据检测信号控制PMOS驱动电路或NMOS驱动电路使能，从而兼容PMOS和NMOS两种通路管的控制，可以使得应用时在通路管的选型上更为灵活方便。
需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例，但发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明做出的非实质性修改，也均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种通路管控制电路，其特征在于：包括复用端子、逻辑控制电路、MOS类型检测电路、PMOS驱动电路和NMOS驱动电路；
所述MOS类型检测电路的输入端与所述复用端子电连接，所述MOS类型检测电路的输出端与所述逻辑控制电路电连接，所述MOS类型检测电路用于检测与所述复用端子电连接的通路管类型并将检测信号输送至所述逻辑控制电路；
所述PMOS驱动电路的输入端与所述逻辑控制电路电连接，所述PMOS驱动电路的输出端与所述复用端子电连接，所述PMOS驱动电路用于向所述复用端子发送PMOS驱动控制信号；
所述NMOS驱动电路的输入端与所述逻辑控制电路电连接，所述NMOS驱动电路的输出端与所述复用端子电连接，所述NMOS驱动电路用于向所述复用端子发送NMOS驱动控制信号；
所述逻辑控制电路用于根据检测信号控制所述PMOS驱动电路或所述NMOS驱动电路使能。
2.根据权利要求1所述的通路管控制电路，其特征在于：
所述MOS类型检测电路包括第一控制开关、电流源以及电压比较器，所述第一控制开关的控制端与所述逻辑控制电路电连接，所述第一控制开关的第一端与所述复用端子电连接，所述第一控制开关的第二端与所述电流源的第一端电连接，所述电流源的第二端接地，所述电压比较器的第一输入端与所述复用端子电连接，所述电压比较器的第二输入端与参考电压端电连接，所述电压比较器的输出端与所述逻辑控制电路电连接。
3.根据权利要求1所述的通路管控制电路，其特征在于：
所述PMOS驱动电路包括第二控制开关，所述第二控制开关的控制端与所述逻辑控制电路电连接，所述第二控制开关的第一端与所述复用端子电连接，所述第二控制开关的第二端接地。
4.根据权利要求3所述的通路管控制电路，其特征在于：
所述PMOS驱动电路还包括分压电阻，所述第二控制开关的第一端通过所述分压电阻与所述复用端子电连接。
5.根据权利要求1至4任一项所述的通路管控制电路，其特征在于：
所述NMOS驱动电路包括导通控制电路和关断控制电路，所述导通控制电路和所述关断控制电路并联在所述逻辑控制电路与所述复用端子之间。
6.根据权利要求5所述的通路管控制电路，其特征在于：
所述导通控制电路包括交叉耦合电荷泵电路，所述交叉耦合电荷泵电路的输入端与所述逻辑控制电路电连接，所述交叉耦合电荷泵电路的输出端与所述复用端子电连接。
7.根据权利要求5所述的通路管控制电路，其特征在于：
所述关断控制电路包括第三控制开关，所述第三控制开关的控制端与所述逻辑控制电路电连接，所述第三控制开关的第一端与所述复用端子电连接，所述第三控制开关的第二端接地。
8.一种电源管理芯片，其特征在于：包括通路管控制电路，所述通路管控制电路采用权利要求1至7任一项所述的通路管控制电路。
9.一种电源装置，其特征在于：包括供电电路、电源管理芯片、通路管和电源输出端；
所述电源管理芯片采用权利要求8所述的电源管理芯片；
所述通路管的控制端与所述复用端子电连接，所述通路管的第一端与所述供电电路电连接，所述通路管的第二端与所述电源输出端电连接。
10.根据权利要求9所述的电源装置，其特征在于：
所述通路管为PMOS管或NMOS管。
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