CN116700106B - 一种上下电时序控制电路和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种上下电时序控制电路和方法，该电路包括：电源监控单元和多级电源转换单元，每级电源转换单元对应一级电源泄放单元，根据各级电源转换单元的输出电压的大小输出相应的上电使能信号和/或泄放使能信号，在上电时基于各上电使能信号依次启动各级电源转换单元进行上电，在下电时基于各泄放使能信号依次启动各级泄放单元进行电压泄放，从而以简单的电路结构可靠的实现了电源上下电时序控制，降低了成本。

Description

一种上下电时序控制电路和方法
技术领域
本申请涉及电子电路技术领域，更具体地，涉及一种上下电时序控制电路和方法。
背景技术
微处理器、现场可编程门阵列、数字信号处理器、模数转换器和片上系统器件一般需要多个电压轨才能运行。为防止出现锁定、总线争用问题和高涌流，设计人员需要按特定顺序启动和关断这些电压轨，此过程称为电源时序控制或电源定序。
现有技术中，有许多解决方案可以有效实现电源时序控制，常见的解决方案包括采用专用的时序控制芯片、利用阻容等无源元件延迟控制时序、采用电阻分压结合比较器比较的方式控制时序等。然而，采用专用的时序控制芯片时，存在成本高，设计复杂的问题；利用阻容等无源元件延迟控制时序时，电阻电容值受温度波动的影响较大，时序偏差较大；采用电阻分压结合比较器比较的方式控制时序时，需要设置一个独立的比较基准，实现比较复杂。
因此，如何提供一种简单可靠的上下电时序控制电路，是目前有待解决的技术问题。
发明内容
本申请实施例提出了一种上下电时序控制电路和方法，用以简单可靠的实现上下电时序控制。
第一方面，提供一种上下电时序控制电路，所述电路包括电源监控单元和多级电源转换单元，每级所述电源转换单元对应一级电源泄放单元，其中，各级电源转换单元用于根据上电使能信号将输入电压转换为本级输出电压，并将本级输出电压输出到本级负载和本级电源泄放单元，还用于在本级输出电压达到本级预设高限电压时向下一级电源转换单元发送上电使能信号，和/或，在本级输出电压低于本级预设低限电压时向上一级电源泄放单元发送泄放使能信号；各级电源泄放单元用于在收到下一级电源转换单元和/或所述电源监控单元发送的泄放使能信号时，对本级输出电压进行泄放；所述电源监控单元用于在所述输入电压低于预设门限电压时向电源泄放单元发送泄放使能信号；其中，首级电源转换单元对应的上电使能信号为所述输入电压。
第二方面，提供一种上下电时序控制方法，包括：根据负载的电压需求数值以及各负载间的电连接关系，确定各负载在上下电时序控制电路中的级别；根据输入电压、各级别负载的电压需求数值，确定各级电源转换单元的转换系数以使各级电源转换单元输出相应的输出电压，并将各级转换系数发送至相应电源转换单元；根据所确定的、所述上下电时序控制电路中最后一级别负载的最低工作电压值，以及最后一级别电源转换单元的转换系数，确定门限电压并发送至所述上下电时序控制电路的电源监控单元；根据各级负载的电阻值以及电压需求数值，确定所述上下电时序控制电路的消耗功率并发送至所述上下电时序控制电路的稳压单元。
通过应用以上技术方案，上下电时序控制电路包括：电源监控单元和多级电源转换单元，每级所述电源转换单元对应一级电源泄放单元，根据各级电源转换单元的输出电压的大小输出相应的上电使能信号和/或泄放使能信号，在上电时基于各上电使能信号依次启动各级电源转换单元进行上电，在下电时基于各泄放使能信号依次启动各级泄放单元进行电压泄放，从而以简单的电路结构可靠的实现了电源上下电时序控制，降低了成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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示出了本发明实施例提出的一种上下电时序控制电路的结构示意图；
图2示出了本发明实施例中电源转换单元的结构示意图；
图3示出了本发明另一实施例提出的一种上下电时序控制电路的结构示意图；
图4示出了本发明又一实施例提出的一种上下电时序控制电路的结构示意图；
图5示出了本发明实施例中与图4对应的时序控制结果示意图；
图6示出了本发明又一实施例提出的一种上下电时序控制电路的结构示意图；
图7示出了本发明实施例提出的一种上下电时序控制方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求部分指出。
应当理解的是，本申请并不局限于下面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。
本申请实施例提供一种上下电时序控制电路，如图1所示，该电路包括电源监控单元10和多级电源转换单元20，每级电源转换单元20对应一级电源泄放单元30，其中，
各级电源转换单元20用于根据上电使能信号将输入电压Vin转换为本级输出电压，并将本级输出电压输出到本级负载和本级电源泄放单元，还用于在本级输出电压达到本级预设高限电压时向下一级电源转换单元发送上电使能信号，和/或，在本级输出电压低于本级预设低限电压时向上一级电源泄放单元发送泄放使能信号；
各级电源泄放单元30用于在收到下一级电源转换单元和/或电源监控单元发送的泄放使能信号时，对本级输出电压进行泄放；
电源监控单元10用于在输入电压Vin低于预设门限电压时向电源泄放单元发送泄放使能信号；
其中，首级电源转换单元对应的上电使能信号为输入电压Vin。
本领域技术人员可以理解到的是，部分实施例中所提及到的下一级、上一级，其概念相对于某一级别而言。示例性地，如若当前级别为第3级，则对于该级别而言的下一级为第4级、上一级为第2级。而对于最后一级的概念则理解为最下一级，示例性地，若当前存在5个级别，则第5级为最后一级。首级的概念则对应第1级。
本实施例中，各级输出电压对各级负载40进行供电，上电顺序为：从第1级电源转换单元到最后一级电源转换单元，优先级依次降低，即先启动第1级电源转换单元上电，最后启动最后一级电源转换单元上电。相应的，下电顺序为：从最后一级电源泄放单元到第1级电源泄放单元，依次进行电压泄放。
具体的，上电时，将输入电压Vin接入首级电源转换单元，首级电源转换单元开始工作，之后，各级电源转换单元20根据本级上电使能信号依次将输入电压Vin转换为本级输出电压，并将本级输出电压输出到本级负载和本级电源泄放单元，在本级输出电压达到本级预设高限电压时向下一级电源转换单元发送上电使能信号，以使下一级电源转换单元根据上电使能信号进行电源转换，各级电源转换单元按上电顺序依次开始工作。各级电源转换单元均正常工作时，各级电源泄放单元处于不工作状态。
下电时，电源监控单元10在输入电压Vin低于预设门限电压时向最后一级电源泄放单元发送泄放使能信号，之后，各级电源转换单元20在本级输出电压低于本级预设低限电压时依次向上一级电源泄放单元发送泄放使能信号，各级电源泄放单元按下电顺序依次进行电压泄放。
可选地，下电时，电源监控单元10在输入电压Vin低于预设门限电压时向电路中所有电源泄放单元发送泄放使能信号，之后，各级电源转换单元20在本级输出电压低于本级预设低限电压时依次向上一级电源泄放单元发送泄放使能信号。也就是说，针对某一级电源泄放单元，其在电源监控单元、以及下一级电源泄放单元的共同作用下，进行本级电源泄放。进而各级电源泄放单元按下电顺序依次进行电压泄放。
可选的，上电使能信号为高电平，泄放使能信号为低电平。
以此根据各级电源转换单元的输出电压的大小输出相应的上电使能信号和/或泄放使能信号，在上电时基于各上电使能信号依次启动各级电源转换单元进行上电，在下电时基于各泄放使能信号依次启动各级泄放单元进行电压泄放，从而以简单的电路结构可靠的实现了电源上下电时序控制。
在一些实施例中，电源转换单元在既未输出上电使能信号、又未输出泄放使能信号的情况下，不进行任何信号的输出。
在一些实施例中，各级预设高限电压可根据各级对应的输出电压确定，具体可以为该级输出电压的百分数，示例性地为90％。
在一些实施例中，各级预设低限电压可根据各级对应的输出电压确定，具体可以为该级输出电压的百分数，示例性地为10％。
在一些实施例中，预设门限电压可以根据最后一级负载的最低工作电压确定，可选地将最后一级负载的最低工作电压作为预设门限电压。
在一些实施例中，如若电源转换单元在既未输出上电使能信号、又未输出泄放使能信号的情况下，不能达到不输出任何信号的要求，则电源监控单元用于在输入电压低于预设门限电压时向各级电源泄放单元发送泄放使能信号。
在本申请一些实施例中，多级电源转换单元中的级别数量为m，m为大于等于2的整数；
第1级电源转换单元用于将输入电压转换为第1级输出电压，并将第1级输出电压输出到第1级负载和第1级电源泄放单元，还用于在第1级输出电压达到第1级预设高限电压时向第2级电源转换单元发送第1级上电使能信号；
第n级电源转换单元用于根据第n-1级上电使能信号将输入电压转换为第n级输出电压，并将第n级输出电压输出到第n级负载和第n级电源泄放单元，还用于在第n级输出电压达到第n级预设高限电压时向第n+1级电源转换单元发送第n级上电使能信号，在第n级输出电压低于第n级预设低限电压时向第n-1级电源泄放单元发送第n级泄放使能信号，n为大于1且小于m的整数；
第m级电源转换单元用于根据第m-1级上电使能信号将输入电压转换为第m级输出电压，并将第m级输出电压输出到第m级负载和第m级电源泄放单元，还用于在第m级输出电压低于第m级预设低限电压时向第m-1级电源泄放单元发送第m级泄放使能信号。
本领域技术人员可以理解到的是，部分实施例中第1级上电使能信号为第1级电源转换单元所发出，使第2级电源转换单元启动的信号。“第1级上电使能信号”中的第1级，意为第1级电源转换单元所发出，其并不对该使能信号的作用端起到限定作用。可以理解到的是，第1级电源转换单元的作用端为第2级电源转换单元。同样地，对于部分实施例中的第n级上电使能信号、第n级泄放使能信号、第m级上电使能信号、第m级泄放使能信号，其中的n级、m级只限定信号发出单元的级别，并不限制信号的作用单元。可以理解到的是，第n级上电使能信号的作用为启动第n+1级电源转换单元，第n级泄放使能信号的作用为启动第n-1级电源泄放单元，第m级泄放使能信号的作用为启动第m-1级电源泄放单元。同理，第m级上电使能信号的作用为启动第m+1级电源转换单元。
在一些实施例中，若电路中只存在m个级别，则第m级电源转换单元不再发出第m级上电使能信号。
本实施例中，多级电源转换单元中的级别数量为m，具体的，如图1所示，若电源转换单元在既未输出上电使能信号、又未输出泄放使能信号的情况下，达到不输出任何信号的要求，则上电时，将输入电压Vin接入第1级电源转换单元，第1级电源转换单元开始工作，第1级电源转换单元将输入电压Vin转换为第1级输出电压Vout1，并将第1级输出电压Vout1输出到第1级负载和第1级电源泄放单元，在第1级输出电压Vout1达到第1级预设高限电压时向第2级电源转换单元发送第1级上电使能信号PG1；
n为大于1且小于m的整数，n＝2时，第2级电源转换单元接收到第1级上电使能信号PG1后开始工作，第2级电源转换单元将输入电压Vin转换为第2级输出电压Vout2，并将第2级输出电压Vout2输出到第2级负载和第2级电源泄放单元，在第2级输出电压Vout2达到第2级预设高限电压时向第3级电源转换单元发送第2级上电使能信号PG2；n＝3时，第3级电源转换单元接收到第2级上电使能信号PG2后开始工作，第3级电源转换单元将输入电压Vin转换为第3级输出电压Vout3，并将第3级输出电压Vout3输出到第3级负载和第3级电源泄放单元，在第3级输出电压Vout3达到第3级预设高限电压时向第4级电源转换单元发送第3级上电使能信号PG3；n＝4时，第4级电源转换单元接收到第3级上电使能信号PG3后开始工作，第4级电源转换单元将输入电压Vin转换为第4级输出电压Vout4，并将第4级输出电压Vout4输出到第4级负载和第4级电源泄放单元，在第4级输出电压Vout4达到第4级预设高限电压时向第5级电源转换单元发送第4级上电使能信号PG4；
以此类推，直至第m-1级电源转换单元输出第m-1级输出电压和第m-1级上电使能信号；
第m级电源转换单元接收到第m-1级上电使能信号后开始工作，第m级电源转换单元将输入电压Vin转换为第m级输出电压Voutm，并将第m级输出电压Voutm输出到第m级负载和第m级电源泄放单元。
至此，完成电源的启动上电，当第1至m级电源转换单元均正常工作时，第1至m级电源泄放单元均处于不工作状态。
当输入电压Vin低于预设门限电压时，电源监控单元10向第m级电源泄放单元发送第m+1级泄放使能信号PGm+1，第m级电源泄放单元对第m级输出电压进行电压泄放，第m级输出电压Voutm低于第m级预设低限电压时，第m级电源转换单元输出第m级泄放使能信号PGm；
第m-1级电源泄放单元接收第m级泄放使能信号PGm，使第m-1级电源泄放单元对第m-1级输出电压进行电压泄放，第m-1级输出电压低于第m-1级预设低限电压时，第m-1级电源转换单元输出第m-1级泄放使能信号，第m级电源转换单元停止工作；
从n＝m-1开始，按n的值从大到小依次进行后续下电步骤，直至第1级电源泄放单元完成对第1级输出电压的电压泄放，第2级电源泄放单元停止工作，上述所提及的后续下电步骤包括：使第n级电源转换单元在第n级输出电压低于第n级预设低限电压时向第n-1级电源泄放单元发送第n级泄放使能信号，以使第n-1级电源泄放单元对第n-1级输出电压进行电压泄放，第n-1级输出电压低于第n-1级预设低限电压时，第n-1级电源转换单元输出第n-1级泄放使能信号，使第n级电源转换单元停止工作。
在输入电压Vin低于第1级电源转换单元的使能有效电平时，第1级电源转换单元停止工作。至此，完成下电时序控制。
以此在上电时根据各级电源转换单元的输出电压输出相应的上电使能信号，在下电时根据各级电源转换单元的输出电压输出相应的泄放使能信号，从而更加可靠的进行电源上下电时序控制。
在本申请一些实施例中，如图1所示，电源转换单元20包括电压输入端、使能输入端、电压输出端和使能输出端，电源泄放单元30包括电压输入端、输出端和使能输入端，其中，
第1级电源转换单元的电压输入端和使能输入端分别为输入电压Vin的输入端，以获得Vin信号，并使第1级电源转换单元对Vin进行电源转换；第1级电源转换单元的电压输出端连接第1级电源泄放单元的电压输入端和第1级负载，以便将转换后的输出电压输入至负载，且后续通过第1级电源泄放单元的输出端进行电压泄放；第1级电源转换单元的使能输出端连接第2级电源转换单元的使能输入端，以在达到第1级预设高限电压时向第2级电源转换单元输出第1级上电使能信号；
第n级电源转换单元的使能输入端连接第n-1级电源转换单元的使能输出端，以接收第n-1级上电使能信号，使第n级电源转换单元处于工作状态；第n级电源转换单元的电压输入端为输入电压Vin的输入端，进而获得Vin以便进行电压转换；第n级电源转换单元的电压输出端连接第n级电源泄放单元的电压输入端和第n级负载，进而向负载输出转换后电压，并在后续通过第n级电源泄放单元的输出端进行电压泄放；第n级电源转换单元的使能输出端连接第n+1级电源转换单元的使能输入端和第n-1级电源泄放单元的使能输入端，进而向第n+1级电源转换单元发送上电使能信号并向第n-1级电源泄放单元发送泄放使能信号；
第m级电源转换单元的使能输入端连接第m-1级电源转换单元的使能输出端，以接收第m-1级电源转换单元发送的上电使能信号使第m级电源转换单元处于工作状态；第m级电源转换单元的电压输入端为输入电压Vin的输入端，进而获取Vin以使第m级电源转换单元进行电压转换；第m级电源转换单元的电压输出端连接第m级电源泄放单元的电压输入端和第m级负载，以将所转换电压输出至负载并在泄放电压时通过第m级电源泄放单元的输出端泄放；第m级电源转换单元的使能输出端连接第m-1级电源泄放单元的使能输入端，以发送相应泄放使能信号至第m-1级电源泄放单元；
电源监控单元10的输入端为输入电压Vin的输入端；电源监控单元10的输出端连接第m级电源泄放单元的使能输入端，以向第m级电源泄放单元发送相应泄放使能信号。
部分实施例中，针对除第1级、最后一级以外的某一级电源转换单元，其使能输出端一方面连接下一级电源转换单元的使能输入端，另一方面连接上一级电源泄放单元的使能输入端，进而在其向下一级电源转换单元发送上电使能信号时该信号不可避免地流向上一级电源泄放单元，同理，在其向上一级电源泄放单元发送泄放使能信号时该信号不可避免地流向下一级电源转换单元。针对此现象，本申请各级电源转换单元对泄放使能信号并不进行处理，同时各级电源泄放单元对上电使能信号不进行处理，原因在于本申请的各级电源转换单元、电源泄放单元设置了相关实现方式，对于实现方式的具体介绍，请参见相关实施例。
通过将电源转换单元的使能输出端连接后一级电源转换单元的使能输入端和前一级电源泄放单元的使能输入端，使各级电源转换单元可靠的接收到上电使能信号，使各级泄放单元可靠的接收到下电使能信号，提高了电路的可靠性。
在本申请一些实施例中，电路还包括稳压单元，稳压单元的第一端连接输入电压、各级电源转换单元20和电源监控单元10的输入端，稳压单元的第二端接地，用于通过输入电压充电，并在输入电压低于预设门限电压时向电源监控单元、各级电源转换单元20供电。
本实施例中，通过设置稳压单元，保证在输入电压关停跌落时，稳压单元能够提供足够的能量，使得输入电压的跌落呈现缓慢跌落，让所有电源泄放单元完成电源泄放工作，提高了电路的可靠性。
在本申请一些实施例中，如图6所示，稳压单元包括稳压电容Chold，稳压电容Chold的正极作为第一端连接输入电压Vin、各电源转换单元的电压输入端和电源监控单元10的输入端，稳压电容Chold的负极作为第二端接地，稳压电容Chold的电容值由公式一确定，公式一具体为：
其中，Chold为稳压电容Chold的电容值，v1为输入电压Vin，v2为预设门限电压，Δt为从v1跌落到v2所需时长，Psystem为电路中各级负载消耗的总功率，Eff为各电源转换单元的转换效率数值中的最小值。
本实施例中，通过设置合适的稳压电容Chold，保证在输入电压跌落时，稳压电容Chold能够提供足够的能量，让所有电源泄放单元完成电源泄放工作，提高了电路的可靠性。
在本申请一些实施例中，如图2所示，电源转换单元包括：
使能子单元21，用于接收上电使能信号EN；
核心转换子单元22，用于根据上电使能信号EN将输入电压Vin转换为与电源转换单元的级别对应的本级输出电压Vout；
监测子单元23，用于监测本级输出电压Vout，并在本级输出电压Vout达到本级预设高限电压时输出本级上电使能信号，和/或，在本级输出电压Vout小于本级预设低限电压时输出本级泄放使能信号；
其中，使能子单元21的一端为电源转换单元的使能输入端，使能子单元21的另一端连接核心转换子单元22的第一输入端，核心转换子单元22的第二输入端为电源转换单元的电压输入端，核心转换子单元22的输出端连接电源转换单元的电压输出端和监测子单元23的输入端，监测子单元23的输出端为电源转换单元的使能输出端。
本实施例中，使能子单元21接收与电源转换单元的级别对应的上电使能信号EN，具体的，首级电源转换单元中，上电使能信号EN为输入电压Vin。非首级电源转换单元中，上电使能信号EN为上一级电源转换单元输出的上电使能信号。使能子单元21将上电使能信号EN发送到核心转换子单元22，核心转换子单元22根据上电使能信号EN将输入电压Vin转换为与电源转换单元的级别对应的本级输出电压Vout。监测子单元23监测本级输出电压Vout，并在本级输出电压Vout达到本级预设高限电压时输出本级上电使能信号，和/或，在本级输出电压Vout低于本级预设低限电压时输出本级泄放使能信号，从而提高了电源转换单元的可靠性。
在一些实施例中，部分实施例中的监测子单元23输出信号的方式为开漏输出。也就是说，在监测子单元23监测到本级输出电压达到本级预设高限电压时输出相应上电使能信号，监测到本级输出电压达到本级预设低限电压时输出相应泄放使能信号，而在本级输出电压既未达到相应预设高限电压、又未达到相应预设低限电压时，监测子单元23并不进行任何信号的输出。举例而言，如若上电使能信号为高电平、泄放使能信号为低电平，当本级输出电压既未达到相应预设高限电压、又未达到相应预设低限电压时，监测子单元23既不输出高电平、也不输出低电平，而处于不输出任何信号的状态。
在本申请一些实施例中，电源泄放单元包括第一泄放子单元和第二泄放子单元，第一泄放子单元与第二泄放子单元分别包括电压输入端、使能输入端、以及输出端；第一泄放子单元的使能输入端在未接收到泄放使能信号时，将输入电压经由其电压输入端至输出端导出；在接收到泄放使能信号时，断开其电压输入端至输出端的导通，使输入电压导通至第二泄放子单元的使能输入端；第二泄放子单元的使能输入端在接收到输入电压时，将本级对应的输出电压由相应负载经由其电压输入端、输出端导出。
一些实施例中，针对第一泄放子单元，其使能输入端与前一级的电压转换单元的使能输出端连接，以接收泄放使能信号；电压输入端与输入电压电连接、输出端与地连接，以在未接收到泄放使能信号时将输入电压泄放至地端，避免输入电压开启第二泄放子单元，而在接收到泄放使能信号时将输入电压导通至第二泄放子单元的使能输入端，开启第二泄放子单元。针对第二泄放子单元，其使能输入端与输入电压接通、电压输入端与负载电连接、输出端与地端接通，以在其使能输入端接收到输入电压时，导通电压输入端与输出端，将负载电压泄放。
在一些实施例中，第一泄放子单元、第二泄放子单元包括MOS管，MOS管的栅极为泄放子单元的使能输入端，MOS管的漏极为泄放子单元的电压输入端，MOS管的源极为泄放子单元的输出端。
在一些实施例中，第一泄放子单元包括第一MOS管，第二泄放子单元包括第二MOS管。第一MOS管的栅极为电源泄放单元的使能输入端，第一MOS管、第二MOS管的漏极为电源泄放单元的两路输入端，第一MOS管、第二MOS管的源极同为电源泄放单元的输出端。在电源泄放单元未接收到泄放使能信号时，第一MOS管的栅极为高电平，第一MOS管导通，使第二MOS管的栅极为低电平，第二MOS管截止，电源泄放单元不能对本级输出电压进行泄放；在电源泄放单元接收到泄放使能信号时，第一MOS管的栅极为低电平，第一MOS管截止，使第二MOS管的栅极为高电平，第二MOS管导通，电源泄放单元对本级输出电压进行泄放。
本实施例中，在电源泄放单元未接收到泄放使能信号时，第一MOS管的栅极为高电平，第一MOS管导通，使电源泄放单元的供电电流流向地，进而使第二MOS管的栅极为低电平，第二MOS管截止，电源泄放单元不能对本级输出电压进行泄放；
在电源泄放单元接收到泄放使能信号时，第一MOS管的栅极为低电平，第一MOS管截止，使电源泄放单元的供电电流流向第二MOS管的栅极，进而使第二MOS管的栅极为高电平，第二MOS管导通，电源泄放单元对本级输出电压进行泄放。
本实施例中，通过两个MOS管即可实现电源泄放单元的功能，在保证可靠性的基础上简化了电源泄放单元的结构。
在本申请一些实施例中，第一MOS管的栅极连接电源泄放单元的使能输入端，第一MOS管的漏极和第二MOS管的栅极连接输入电压Vin，第二MOS管的漏极连接电源泄放单元的电压输入端，第一MOS管的源极和第二MOS管的源极均接地。
在一些实施例中，电源转换单元的监测子单元不能达到开漏输出，则电源泄放单元包括或门、第一泄放子单元和第二泄放子单元。电源监测单元、下一级电源转换单元分别向电源泄放单元输出泄放使能信号，两路泄放使能信号经由或门输出至第一泄放子单元的使能输入端。也就是说，当电源泄放单元同时接收到电源监测单元、下一级电源转换单元所发送的两路泄放使能信号时，对相应输出电压进行泄放。
在本申请一些实施例中，第m级输出电压高于第n级输出电压，第n级输出电压高于第n-1级输出电压。
本实施例中，按输出电压从低到高的顺序进行上电控制，先输出低电压，后输出高电压，低电压值需求的单元先启动，相对高电压值需求的单元后启动，进而在各负载间存在电连接的场景下避免高电压值需求单元的电压泄漏到其他低电压值需求的单元，提高了安全性。当下电关断时，按输出电压从高到低的顺序进行下电控制，高电压值首先关断，低电压值后关断，同样可以避免电压泄露。
另外，对于不存在电压泄露风险的其他应用场景，本领域技术人员可依据启动需求随意确定上电、下电顺序。
在本申请一些实施例中，每一级别中电源转换单元的数量为一个或多个，每个电源转换单元对应一个电源泄放单元。
本实施例中，每一级别中电源转换单元的数量可以为一个，也可以为多个，也就是说，每一级别可包括1个电源转换单元、或者包括2个电源转换单元、或者包括3个电源转换单元，等等。在电源转换单元的数量为多个时，同一级别中各电源转换单元同时上下电，具体的，同一级别中各电源转换单元接收相同的上电使能信号，同时开始工作，相应的，各电源泄放单元接收相同的泄放使能信号，同时进行电压泄放，从而进一步提高了电路的灵活性。
举例来说，如图3所示，第2级电源转换单元包括第2级电源转换单元1和第2级电源转换单元2，第1级电源转换单元在第1优先级启动，向第2级电源转换单元1和第2级电源转换单元2发送第1级上电使能信号PG1，第2级电源转换单元1和第2级电源转换单元2作为同一个级别以第2优先级启动，第3级电源转换单元以第3优先级启动，其他依次类推；在下电关断时，第2级电源泄放单元1和第2级电源泄放单元2接收第3电源转换单元输出的第3级泄放使能信号PG3，同时进行电压泄放，第2级电源转换单元1和第2级电源转换单元2同时停止工作。
可选地，当某一级别中电源转换单元不唯一时，该级别的上电使能信号由其中任一电源转换单元向下一级别发出，而对于该级别的泄放使能信号，由其中任一电源转换单元向上一级电源泄放单元发出。
在本申请一些实施例中，电源监控单元还用于在输入电压低于预设门限电压时，将泄放使能信号作为复位信号发送到与各级负载对应的控制芯片，以使控制芯片对预设功能进行复位。
本实施例中，控制芯片可以为包括微处理器、现场可编程门阵列、数字信号处理器、模数转换器和片上系统器件中的任一种，通过将泄放使能信号作为复位信号发送到控制芯片，可使控制芯片对预设功能进行复位，以降低断电过程中的功率效率。例如，当控制芯片为FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)时，对预设功能进行复位，即关闭FPGA芯片所运行的某些程序、某些算法，某一个应用场景中，例如可以关闭数据存储、加速程序算法、数据处理程序、数据清洗等程序，进而降低负载的消耗。再例如当控制芯片为其他类型的芯片时，对预设功能进行复位，即关闭外围电路功能，以降低断电过程中的功率消耗。
通过应用以上技术方案，上下电时序控制电路包括电源监控单元和多级电源转换单元，每级电源转换单元对应一级电源泄放单元，根据各级电源转换单元的输出电压的大小输出相应的上电使能信号和/或泄放使能信号，在上电时基于各上电使能信号依次启动各级电源转换单元进行上电，在下电时基于各泄放使能信号依次启动各级泄放单元进行电压泄放，从而以简单的电路结构可靠的实现了电源上下电时序控制，降低了成本。
为了进一步阐述本发明的技术思想，现结合具体的应用场景，对本发明的技术方案进行说明。
本申请实施例提供一种上下电时序控制电路，如图4所示，该电路包括电源监控单元10、4个电源转换单元20和4个电源泄放单元30。
上电时，将输入电压Vin接入第1级电源转换单元，使能第1级电源转换单元，第1级电源转换单元开始工作，第1级电源转换单元将输入电压Vin转换为第1级输出电压Vout1，并将第1级输出电压Vout1输出到第1级负载和第1级电源泄放单元，在第1级输出电压Vout1达到第1级预设高限电压时向第2级电源转换单元发送高电平的第1级上电使能信号PG1；
第2级电源转换单元接收到高电平的第1级上电使能信号PG1后开始工作，第2级电源转换单元将输入电压Vin转换为第2级输出电压Vout2，并将第2级输出电压Vout2输出到第2级负载和第2级电源泄放单元，在第2级输出电压Vout2达到第2级预设高限电压时向第3级电源转换单元发送高电平的第2级上电使能信号PG2；
第3级电源转换单元接收到高电平的第2级上电使能信号PG2后开始工作，第3级电源转换单元将输入电压Vin转换为第3级输出电压Vout3，并将第3级输出电压Vout3输出到第3级负载和第3级电源泄放单元，在第3级输出电压Vout3达到第3级预设高限电压时向第4级电源转换单元发送高电平的第3级上电使能信号PG3；
第4级电源转换单元接收到高电平的第3级上电使能信号PG3后开始工作，第4级电源转换单元将输入电压Vin转换为第4级输出电压Vout4，并将第4级输出电压Vout4输出到第4级负载和第4级电源泄放单元。
至此，完成电源的启动上电，电源的启动先后依次是Vout1->Vout2->Vout3->Vout4。当第1至4级电源转换单元均正常工作时，第1至4级电源泄放单元均处于不工作状态。
当输入电压Vin低于预设门限电压时，电源监控单元10向第4级电源泄放单元发送低电平的第5级泄放使能信号PG5，第4级电源泄放单元对第4级负载进行电压泄放，第4级输出电压Vout4低于第4级预设低限电压时，第4级电源转换单元输出低电平的第4级泄放使能信号PG4；
第3级电源泄放单元接收到低电平的第4级泄放使能信号PG4后开始进行电压泄放，使第3级电源转换单元在第3级输出电压Vout3低于第3级预设低限电压时向第4级电源转换单元和第2级电源泄放单元发送低电平的第3级泄放使能信号PG3，以使第2级电源泄放单元对第2级负载进行电压泄放，并使第4级电源转换单元停止工作。
第2级电源泄放单元接收到低电平的第3级泄放使能信号PG3后开始进行电压泄放，使第2级电源转换单元在第2级输出电压Vout2低于第2级预设低限电压时向第3级电源转换单元和第1级电源泄放单元发送低电平的第2级泄放使能信号PG2，以使第1级电源泄放单元对第1级负载进行电压泄放，并使第3级电源转换单元停止工作。
第1级电源泄放单元接收到低电平的第2级泄放使能信号PG2后开始进行电压泄放，使第1级电源转换单元在第1级输出电压Vout1低于第1级预设低限电压时，第2级电源转换单元失去第1级上电使能信号PG1，第2级电源转换单元停止工作。
在输入电压Vin低于第1级电源转换单元的使能有效电平时，第1级电源转换单元停止工作，至此，完成下电时序控制，下电先后顺序为：Vout4->Vout3->Vout2->Vout1。
如图5所示为与图4对应的时序控制结果示意图。上电时，电压最低的Vout1最先启动，它一般供核心器件的内核电压，然后Vout2，Vout3，Vout4依次启动，Vout2供核心器件内部高速接口，Vout3供核心器件内部的低速接口单元，Vout4一般为核心器件对外I/O等工作电压；而在下电时，工作电压最高的Vout4最先关断，然后Vout3，Vout2，Vout1依次关断，电压最低的Vout1最后关断，从而保证芯片的上下电时序要求，不至于因为上电时序不符合要求而导致芯片毁坏或损伤。
本申请实施例还提出了一种上下电时序控制电路，如图6所示，分别采用LTM4650和LTM4644作为第1级电源转换单元到第5级电源转换单元的DC/DC转换芯片，LMT4650可以满足第1-5级任一电源转换单元对电压、电流的要求，但其成本较高，LMT4644只可满足第2、5级电源转换单元的电压电流要求，综合性能、成本考虑，第1、3、4级电源转换单元使用LMT4650，第2、5级电源转换单元使用LMT4644。LTM4650和LTM4644均具备使能功能和电源监测功能，使能功能通过RUN引脚实现，电源监测功能的指示通过PGOOD引脚输出；图6中负载1(第1级负载)为FPGA的内核，负载2(第2级负载)为FPGA内部高速接口，负载3(第3级负载)为内部器件的低速接口单元，负载4(第4级负载)为FPGA对外I/O等，负载5(第5级负载)为FPGA外围电路。
第1级电源泄放单元到第5级电源泄放单元均由FDV305和FDMC8878两个MOS管组成。
输入电源Vin经电阻分压后连接第1级电源转换单元的RUN引脚，第1级电源转换单元的LTM4650的PGOOD引脚输出PG1信号用于控制第2级电源转换单元的RUN引脚。
当第1级电源转换单元完成电源转换，并且其输出第1级输出电压Vout1达到0.85V*90％时，第1级电源转换单元的LTM4650的PGOOD引脚输出高电平的PG1信号，该高电平的PG1信号输出到第2级电源转换单元的RUN引脚；
第2级电源转换单元启动电源转换，并在第2级输出电压Vout2达到0.9V*90％时，通过其PGOOD引脚输出高电平的PG2信号，该高电平的PG2信号输出到第3级电源转换单元的RUN引脚；
第3级电源转换单元启动电源转换，并在第3级输出电压Vout3达到1.12V*90％时，通过其PGOOD引脚输出高电平的PG3信号，该高电平的PG3信号输出到第4级电源转换单元的RUN引脚；
第4级电源转换单元启动电源转换，并在第4级输出电压Vout4达到1.8V*90％时，通过其PGOOD引脚输出高电平的PG4信号，该高电平的PG4信号输出到第5级电源转换单元的RUN引脚；
第5级电源转换单元启动电源转换，并在第5级输出电压Vout5达到3.3V*90％时，通过其PGOOD引脚输出高电平的PG5信号，至此，完成上电的时序控制。
当输入电源Vin掉电时，电源监控单元的TPS3700监测到Vin低于预设门限电压，则通过其OUTA引脚输出低电平的PG6信号，此时先对FPGA进行复位，关掉FPGA其他功能单元，以降低各电源转换单元负载端功耗，使稳压电容Chold能够稳定供能。同时，低电平PG6输入至第5级泄放单元的或门，或门在两路低电平的PG6信号的作用下输出低电平，第5级电源泄放单元的FDV305的栅极G接收低电平，相应D-S极断开，进而FDMC8878的栅极G接收高电平，其漏极D和源极S导通，第5级输出电压Vout5通过第5级电源泄放单元的FDMC8878的漏极D和源极S进行泄放，将第5级输出电压Vout5泄放到地，(在PG6高电平时，第5级电源泄放单元的FDV305的栅极G接收高电平，进而FDV305的D-S极导通，电信号流向地，FDMC8878的栅极G接收低电平，FDMC8878的漏极D和源极S间的压差不足以导通，进而第5级输出电压Vout5不能泄放到地)。
当第5级输出电压Vout5低于3.3V*10％时，第5级电源转换单元的LTM4644的PGOOD引脚会输出低电平的PG5信号，低电平的PG5信号、以及低电平的PG6信号输入至或门，或门输出低电平启动第4级电源泄放单元的泄放，将第4级输出电压Vout4泄放到地；
当第4级输出电压Vout4低于1.8V*10％时，第4级电源转换单元的LTM4650的PGOOD引脚会输出低电平的PG4信号，低电平的PG4以及低电平的PG6信号共同输入到第3级电源泄放单元的或门，或门输出低电平，启动第3级电源泄放单元的泄放，将第3级输出电压Vout3泄放到地；
当第3级输出电压Vout3低于1.12V*10％时，第3级电源转换单元的LTM4650的PGOOD引脚会输出低电平的PG3信号，低电平的PG3信号与低电平PG6信号共同输入到第2级电源泄放单元的或门，或门输出低电平启动第2级电源泄放单元的泄放，将第2级输出电压Vout2泄放到地；
当第2级输出电压Vout2低于0.9V*10％时，第2级电源转换单元的LTM4644的PGOOD引脚会输出低电平的PG2信号，低电平的PG2信号与低电平PG6信号共同输入到第1级电源泄放单元的或门，或门输出低电平启动第1级电源泄放单元的泄放，将第1级输出电压Vout1泄放到地；
当第1级输出电压Vout1低于0.85V*10％时，第1级电源转换单元的LTM4650的PGOOD引脚会输出低电平的PG1信号，PD4-PG1均为低电平后，依次关闭对后级电源转换单元的使能，后级各个电源转换单元停止电源转换。
本申请实施例还提出了一种上下电时序控制方法，应用于如上所述的上下电时序控制电路中，如图7所示，该方法包括以下步骤：
步骤S101，根据负载的电压需求数值以及各负载间的电连接关系，确定各负载在上下电时序控制电路中的级别。
本实施例中，上下电时序控制电路包括电源监控单元和多级电源转换单元，每级电源转换单元对应一级电源泄放单元和一级负载，各级负载对应相应的电压需求数值，根据负载的电压需求数值以及各负载间的电连接关系，确定各负载的级别。在某些场景下，负载的级别可根据其电压需求数值从小到大确定，即第1级负载电压需求数值最小，随着电压需求数值增高级别增加；在另一些场景下，负载的级别由其电压需求数值从大到小确定；或者在其他场景下，负载的级别可根据其电压需求数值随意确定。
步骤S102，根据输入电压、各级别负载的电压需求数值，确定各级电源转换单元的转换系数以使各级电源转换单元输出相应的输出电压，并将各级转换系数发送至相应电源转换单元。
各级电源转换单元需要根据相应的转换系数将输入电压转换为本级输出电压，因此，先根据输入电压、各级别负载的电压需求数值确定各转换系数，并将各级转换系数发送至相应电源转换单元，以确保各级电源转换单元能够准确将输入电压转换为各级对应的输出电压。
步骤S103，根据所确定的、上下电时序控制电路中最后一级别负载的最低工作电压值，以及最后一级别电源转换单元的转换系数，确定门限电压并发送至上下电时序控制电路的电源监控单元；
电源监控单元对输入电压进行监测，当输入电源低于预设门限电压时，负载不能运行，电源监控单元向最后一级电源泄放单元发送泄放使能信号，为了使电源监控单元可靠的工作，先根据所确定的、上下电时序控制电路中最后一级别负载的最低工作电压值，以及最后一级别电源转换单元的转换系数，确定门限电压，之后将门限电压并发送至电源监控单元。
步骤S104，根据各级负载的电阻值以及电压需求数值，确定上下电时序控制电路的消耗功率并发送至上下电时序控制电路的稳压单元。
上下电时序控制电路中还设置有稳压单元，用于通过输入电压充电，并在输入电压低于预设门限电压时向电源监控单元、各级电源转换单元供电，为了保证稳压单元的可靠性，根据各级负载的电阻值以及电压需求数值，确定上下电时序控制电路的消耗功率，然后将消耗功率发送至稳压单元，以保证在下电过程中，稳压单元能够提供足够的能量使各级电源泄放单元完成电压泄放。
通过应用以上技术方案，根据负载的电压需求数值以及各负载间的电连接关系确定各负载的级别，并基于各级转换系数对各级电源转换单元进行配置，使各级电源转换单元的启动顺序与上电时序一致。基于门限电压对电源监控单元进行配置，并基于上下电时序控制电路的消耗功率配置稳压单元，使各级电源泄放单元在输入电源低于预设门限电压时，可靠的完成电压泄放，从而简单可靠的实现了电源上下电时序控制。
对于本申请的一种上下电时序控制方法的其他实施例，可参见本申请的一种上下电时序控制电路中相关实施例。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种上下电时序控制电路，其特征在于，所述电路包括电源监控单元和多级电源转换单元，每级所述电源转换单元对应一级电源泄放单元，其中，
各级电源转换单元用于根据上电使能信号将输入电压转换为本级输出电压，并将本级输出电压输出到本级负载和本级电源泄放单元，还用于在本级输出电压达到本级预设高限电压时向下一级电源转换单元发送上电使能信号，和/或，在本级输出电压低于本级预设低限电压时向上一级电源泄放单元发送泄放使能信号；
各级电源泄放单元用于在收到下一级电源转换单元和/或所述电源监控单元发送的泄放使能信号时，对本级输出电压进行泄放；
所述电源监控单元用于在所述输入电压低于预设门限电压时向电源泄放单元发送泄放使能信号；
其中，首级电源转换单元对应的上电使能信号为所述输入电压；
所述电源泄放单元包括第一泄放子单元和第二泄放子单元，所述第一泄放子单元与所述第二泄放子单元分别包括电压输入端、使能输入端、以及输出端；
所述第一泄放子单元的使能输入端在未接收到泄放使能信号时，将所述输入电压经由其电压输入端至输出端导出；在接收到泄放使能信号时，断开其电压输入端至输出端的导通，使所述输入电压导通至所述第二泄放子单元的使能输入端；
所述第二泄放子单元的使能输入端在接收到所述输入电压时，将本级对应的输出电压由相应负载经由其电压输入端、输出端导出。
2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述多级电源转换单元中的级别数量为m，所述m为大于等于2的整数；
第1级电源转换单元用于将所述输入电压转换为第1级输出电压，并将第1级输出电压输出到第1级负载和第1级电源泄放单元，还用于在第1级输出电压达到第1级预设高限电压时向第2级电源转换单元发送第1级上电使能信号；
第n级电源转换单元用于根据第n-1级上电使能信号将所述输入电压转换为第n级输出电压，并将第n级输出电压输出到第n级负载和第n级电源泄放单元，还用于在第n级输出电压达到第n级预设高限电压时向第n+1级电源转换单元发送第n级上电使能信号，在第n级输出电压低于第n级预设低限电压时向第n-1级电源泄放单元发送第n级泄放使能信号，n为大于1且小于m的整数；
第m级电源转换单元用于根据第m-1级上电使能信号将所述输入电压转换为第m级输出电压，并将第m级输出电压输出到第m级负载和第m级电源泄放单元，还用于在第m级输出电压低于第m级预设低限电压时向第m-1级电源泄放单元发送第m级泄放使能信号。
3.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电路还包括稳压单元，所述稳压单元的第一端连接所述输入电压、各级电源转换单元和所述电源监控单元的输入端，所述稳压单元的第二端接地，用于通过所述输入电压充电，并在所述输入电压低于所述预设门限电压时向所述电源监控单元、各级电源转换单元供电。
4.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电源转换单元包括：
使能子单元，用于接收所述上电使能信号；
核心转换子单元，用于根据所述上电使能信号将所述输入电压转换为与所述电源转换单元的级别对应的本级输出电压；
监测子单元，用于监测所述本级输出电压，并在所述本级输出电压达到本级预设高限电压时输出本级上电使能信号，和/或，在所述本级输出电压低于所述本级预设低限电压时输出本级泄放使能信号；
其中，所述使能子单元的一端为所述电源转换单元的使能输入端，所述使能子单元的另一端连接所述核心转换子单元的第一输入端，所述核心转换子单元的第二输入端为所述电源转换单元的电压输入端，所述核心转换子单元的输出端连接所述电源转换单元的电压输出端和所述监测子单元的输入端，所述监测子单元的输出端为所述电源转换单元的使能输出端。
5.如权利要求2所述的电路，其特征在于，第m级输出电压高于第n级输出电压，第n级输出电压高于第n-1级输出电压。
6.如权利要求1所述的电路，其特征在于，每一级别中所述电源转换单元的数量为一个或多个，每个所述电源转换单元对应一个所述电源泄放单元。
7.如权利要求1-6任一项所述的电路，其特征在于，所述电源监控单元还用于在所述输入电压低于预设门限电压时，将泄放使能信号作为复位信号发送到与各级负载对应的控制芯片，以使所述控制芯片对预设功能进行复位。
8.一种上下电时序控制方法，应用于如权利要求1至7中任一项所述的上下电时序控制电路中，其特征在于，包括：
根据负载的电压需求数值以及各负载间的电连接关系，确定各负载在上下电时序控制电路中的级别；
根据输入电压、各级别负载的电压需求数值，确定各级电源转换单元的转换系数以使各级电源转换单元输出相应的输出电压，并将各级转换系数发送至相应电源转换单元；
根据所确定的、所述上下电时序控制电路中最后一级别负载的最低工作电压值，以及最后一级别电源转换单元的转换系数，确定门限电压并发送至所述上下电时序控制电路的电源监控单元；
根据各级负载的电阻值以及电压需求数值，确定所述上下电时序控制电路的消耗功率并发送至所述上下电时序控制电路的稳压单元。
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