CN118100590A - 电源管理芯片及其使能控制电路和使能控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电源管理芯片及其使能控制电路和使能控制方法，包括：预降压模块，用于在输入使能信号上升至第一阈值时根据输入电压产生第一电源电压；基准模块，用于根据第一电源电压产生基准电压；使能信号检测模块，用于将输入使能信号与基准电压进行比较以生成使能良好信号；线性稳压器，用于根据使能良好信号和输入电压产生第二电源电压；以及内部使能信号产生模块，用于在第二电源电压建立之后产生有效的内部使能信号，以控制电源管理芯片使能开启。其中，线性稳压器的输出端与预降压模块的输出端相互短接，以允许预降压模块在开启时可以使用线性稳压器中的大电容对第一电源电压进行稳压，有利于提高芯片使能的精度和速度。

Description

电源管理芯片及其使能控制电路和使能控制方法

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，更具体地涉及一种电源管理芯片及其使能控制电路和使能控制方法。

背景技术

随着人们对电源的需求日益增加，电压转换器得以快速发展，广泛应用于各种电子设备电源、日常照明电源、家用电器电源等方面。转换器的工作模式根据输出状态分为恒压输出模式和恒流输出模式。以BUCK电路为例，图1为BUCK电路的基本拓扑结构。恒压输出电路通过上管S1和下管S2的通断，使输出电压Vout保持额定电压。

在电源管理芯片的应用过程中，为了便于系统对电源管理芯片的控制，一般芯片外部会设置一个使能脚位，来实现电源芯片的切换、休眠唤醒等不同的功能。

电源管理芯片使能控制电路传统的做法是从芯片内部稳压电源供电，而该电源来自于芯片内部转换后的稳压电源，其建立需要一定的时间。在一些情况下，电源管理芯片需要快速响应外部的使能控制信号，否则芯片的输出有可能危害到芯片所带负载的安全性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电源管理芯片及其使能控制电路和使能控制方法，提高了芯片使能控制的精度和速度。

根据本发明的一方面，提供一种电源管理芯片的使能控制电路，包括：预降压模块，用于在输入使能信号上升至第一阈值时根据芯片的输入电压在输出端产生第一电源电压；基准模块，用于接收所述第一电源电压，并根据所述第一电源电压产生基准电压；使能信号检测模块，用于接收所述第一电源电压和所述基准电压，并在所述基准电压建立之后将所述输入使能信号与所述基准电压进行比较，并在所述输入使能信号上升至所述基准电压时生成使能良好信号；线性稳压器，用于根据所述使能良好信号和所述输入电压在输出端产生第二电源电压；以及内部使能信号产生模块，用于在所述第二电源电压建立之后产生有效的内部使能信号，以控制所述电源管理芯片使能开启，其中，所述线性稳压器的输出端与所述预降压模块的输出端相互短接，以允许所述预降压模块在开启时可以使用所述线性稳压器中的大电容对所述第一电源电压进行稳压。

可选地，在所述第二电源电压建立之前，由所述预降压模块为所述电源管理芯片供电，所述线性稳压器还用于在所述第二电源电压上升至第二阈值后产生稳压器良好信号，所述预降压模块在接收到所述稳压器良好信号时受控关闭，以切换至由所述线性稳压器为所述电源管理芯片供电。

可选地，所述使能控制电路还包括：电源状态检测模块，用于对所述第二电源电压进行过压或欠压检测，并在所述第二电源电压大于欠压阈值且小于过压阈值时产生电源良好信号。

可选地，所述基准模块还用于在所述基准电压上升至第三阈值时产生基准良好信号，所述使能信号检测模块在接收到所述基准良好信号后将所述输入使能信号与所述基准电压进行比较。

可选地，所述内部使能信号产生模块用于接收所述基准良好信号、所述使能良好信号、所述稳压器良好信号以及所述电源良好信号，并在所述基准良好信号、所述使能良好信号、所述稳压器良好信号以及所述电源良好信号均有效时产生所述有效的内部使能信号。

可选地，所述线性稳压器包括低压差线性稳压电路。

可选地，所述基准模块包括带隙基准电路。

根据本发明的另一方面，提供一种电源管理芯片的使能控制方法，包括：在输入使能信号上升至第一阈值时使用预降压模块根据芯片的输入电压在产生第一电源电压；根据所述第一电源电压产生基准电压；在所述基准电压建立之后将所述输入使能信号与所述基准电压进行比较，并在所述输入使能信号上升至所述基准电压时生成使能良好信号；根据所述使能良好信号使用线性稳压器根据所述输入电压产生第二电源电压；在所述第二电源电压建立之后产生有效的内部使能信号，以控制所述电源管理芯片使能开启；以及将所述线性稳压器的输出端与所述预降压模块的输出端相互短接，以允许所述预降压模块在开启时可以使用所述线性稳压器中的大电容对所述第一电源电压进行稳压。

可选地，所述使能控制方法还包括：在所述第二电源电压建立之前，由所述预降压模块为所述电源管理芯片供电；以及在所述第二电源电压上升至第二阈值后将所述预降压模块关闭，以切换至由所述线性稳压器为所述电源管理芯片供电。

根据本发明的另一方面，提供一种电源管理芯片，其中，包括上述的使能控制电路。

综上所述，本发明实施例提供的使能控制电路在芯片刚上电时，通过预降压模块的输出电压为电源管理芯片中的基准模块和使能信号检测模块进行供电，以产生精确的电压基准和比较器来判断使能信号的电压状态，可以提供精准的使能阈值控制，并且还可以快速地对输入使能信号的电压阈值进行检测，提高芯片唤醒或者上电时的响应速度。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1为传统的BUCK电路的基本拓扑结构图。

图2为根据本发明实施例的一种电源管理芯片的结构示意图。

图3为根据本发明实施例的使能控制电路的时序示意图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，在图中可能未示出某些公知的部分。

在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如部件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。

应当理解，在以下的描述中，“电路”可包括单个或多个组合的硬件电路、可编程电路、状态机电路和/或能存储由可编程电路执行的指令的元件。当称元件或电路“连接到”或者“耦合到”另一元件，或称元件/电路“连接在”或者“耦合在”两个节点之间时，它可以直接耦合或连接到另一元件或者二者之间也可以存在中间元件，元件之间的连接或耦合可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦合到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。

在一些应用场合中，对芯片的使能信号的精度要求很高，例如当使能信号抬升时，要求使能信号升高到1.225V以上芯片才可以开始开关动作，而当使能信号下降时，要求当使能信号下降到1.105V以下芯片再停止开关动作，而如此精准的使能阈值控制意味着需要在芯片内部使用精确的电压基准和比较器来判断使能信号的电压状态。

参考图1，本发明实施例提供了一种带有使能引脚的电源管理芯片100，所述电源管理芯片100可以用于DC-DC转换器的PWM控制。本发明可以关联任何类型的DC-DC转换器架构来使用本发明公开的各种概念，例如根据功率电路的拓扑分类，包括降压型(Buck)转换器、升压型(Boost)转换器、反激型(Flyback)转换器和降压-升压型(Buck-Boost)转换器等。

如图1所示，本实施例的电源管理芯片100包括用于连接输入使能信号EN_in的使能引脚、用于连接输入电压Vin的输入引脚、输出引脚OUT、使能控制电路、控制电路107、驱动输出电路108以及电源线110。其中，使能控制电路包括预降压模块101、基准模块102、使能信号检测模块103、线性稳压器104、电源状态检测模块105以及内部使能信号EN_dc产生模块106。

其中，预降压模块101的输入端与芯片的输入引脚和使能引脚连接，预降压模块101的输出端与电源线110连接，其用于在输入使能信号EN_in上升至第一阈值(例如，0.7V)时在输出端产生第一电源电压Prevdd。其中，第一电源电压Prevdd为芯片内部初始的电源电压，当芯片的输入电压Vin和输入使能信号EN_in上电后就可以建立，因此建立速度比较快。

基准模块102的供电端与所述电源线110连接，并用于根据所述电源线110上的第一电源电压Prevdd产生基准电压Vbg。其中，基准电压Vbg为芯片内部的电压基准，其值很精确且不随温度变化，所以芯片内部的所有参考电压其实都来自于基准模块102。示例的，所述基准模块102可以通过带隙基准电路来实现，以确保产生的基准电压精准且不随温度变化。进一步的，所述基准模块102还用于在基准电压Vbg上升至第三阈值(例如，1.2V)产生有效(例如，高电平)的基准良好信号BG_OK，该基准良好信号BG_OK用来告知芯片基准模块102产生的基准电压Vbg已经建立成功。

使能信号检测模块103用来接收所述输入使能信号EN_in、基准电压Vbg和所述基准良好信号BG_OK，其供电端与所述电源线110连接。使能信号检测模块103用于在基准良好信号BG_OK表示基准电压Vbg建立成功后将输入使能信号EN_in与所述基准电压Vbg进行比较，并在所述输入使能信号EN_in上升至所述基准电压Vbg时生成有效(例如，高电平)的使能良好信号EN_OK。

所述线性稳压器104的输入端用于接收所述使能良好信号EN_OK、基准良好信号BG_OK和输入电压Vin，所述线性稳压器104的输出端与所述电源线110连接，其用于在所述使能良好信号EN_OK和基准良好信号BG_OK均有效时根据输入电压Vin在输出端产生第二电源电压Vdd。其中，第二电源电压Vdd为芯片内部的控制电路107和驱动输出电路108的供电电压，也可以通过芯片的引脚为外部供电。示例的，所述线性稳压器104可以通过低压差线性稳压电路(LDO，Low Dropout Regulator)来实现，LDO具有电路简单、功耗低、输出噪声小、电源抑制比高等优点，成为电源管理芯片重要组成单元，广泛应用于各种电子设备中。功率级LDO驱动电路能够为后级电路(BUCK电路或BUCK_BOOST)提供稳定的输出电压和足够的电流，因而被广泛应用于电源管理芯片中。

为了提高芯片的响应速度，在线性稳压器104处于关断状态时，即线性稳压器104尚未输出电压时，此时通过预降压模块101输出的第一电源电压Prevdd为电源管理芯片100中的基准模块102和使能信号检测模块103进行供电，可以快速地对输入使能信号EN_in的电压阈值进行检测。但是由于预降压模块101的输出端无法接大电容，导致第一电源电压Prevdd的稳定性较差，特别是当芯片负载较重时，输入电压Vin上的纹波会对第一电源电压Prevdd造成影响，继而影响电压基准的稳定性，甚至会影响使能信号的精准控制，导致整个芯片的工作异常。为了避免这种情况，本发明还包括将线性稳压器104的输出端与所述预降压模块101的输出端通过电源线110相互短接，由于很多芯片中都带有LDO引脚用来外接大电容来帮助稳压，因此本实施例的预降压模块101在开启时可以使用LDO中的大电容对第一电源电压Prevdd进行稳压，避免了输入电压Vin的纹波对电压基准的影响，提高了第一电源电压Prevdd的稳定性。

进一步的，本实施例还包括当第二电源电压Vdd上升至第二阈值(例如，4.3V)时，线性稳压器104产生一个有效(例如，高电平)的稳压器良好信号LDO_OK，并将其施加到预降压模块101的控制端，此时预降压模块101在有效的稳压器良好信号LDO_OK的作用下处于关断状态，切换至由线性稳压器104为电源管理芯片中的各个模块供电。结合图1，预降压模块101和线性稳压器104的输出均与电源线110连接，且电源线110与电源管理芯片100中的各个模块的供电端连接，通过电源线110为电源管理芯片100中的各个模块供电。

电源状态检测模块105与所述电源线110连接，用于在所述线性稳压器104使能激活后对所述第二电源电压Vdd的电压检测，并在所述第二电源电压Vdd的电压符合设定阈值时产生有效(例如，高电平)的电源良好信号Vdd_good。示例的，所述电源状态检测模块105包括过压检测(OVP)单元和欠压检测(UVP)检测单元，分别对第二电源电压Vdd进行过压检测和欠压检测，当第二电源电压Vdd大于欠压阈值且小于过压阈值时，所述电源状态检测模块105产生有效的电源良好信号Vdd_good。

内部使能信号EN_dc产生模块106用于接收所述基准良好信号BG_OK、所述使能良好信号EN_OK、所述稳压器良好信号LDO_OK以及所述电源良好信号Vdd_good，并在所述基准良好信号BG_OK、所述使能良好信号EN_OK、所述稳压器良好信号LDO_OK以及所述电源良好信号Vdd_good均有效时产生有效(例如，高电平)的内部使能信号EN_dc，以控制所述控制电路107和所述驱动输出电路108使能激活，继而控制芯片开始进行开关动作。

图3为根据本发明实施例的使能控制电路的时序示意图。下面参照图2和图3对本发明实施例的使能控制电路的原理进行说明。

如图3所示，在时间t1，电源管理芯片100的电源开始上电，输入电压Vin升高，之后输入使能信号EN_in开始上升。在时间t2，当输入使能信号EN_in上升至0.7V时，预降压模块101使能激活，因此第一电源电压Prevdd开始上升，由于预降压模块101的输出和线性稳压器104的输出短接在一起，因此第二电源电压Vdd也开始上升，其斜率与第一电源电压Prevdd的上升斜率相同。同时，基准模块102根据第一电源电压Prevdd产生基准电压Vbg，因此基准电压Vbg也开始上升。在时间t3，基准电压Vbg上升至1.2V，基准良好信号BG_OK翻转为高电平，同时使能信号检测模块103被高电平的基准良好信号BG_OK使能激活，将输入使能信号EN_in与基准电压Vbg进行比较。在时间t4，输入使能信号EN_in的电压值(例如，1.225V)大于基准电压Vbg，因此使能良好信号EN_OK翻高为高电平，同时线性稳压器104根据高电平的使能良好信号EN_OK和基准良好信号BG_OK使能激活，因此第一电源电压Prevdd和第二电源电压Vdd的上升斜率增大。在时间t5，第二电源电压Vdd上升至4.3V，稳压器良好信号LDO_OK和电源良好信号Vdd_good均翻转为高电平，同时内部使能信号EN_dc产生模块根据高电平的基准良好信号BG_OK、使能良好信号EN_OK、稳压器良好信号LDO_OK以及电源良好信号Vdd_good将内部使能信号EN_dc翻转为高电平，控制电源管理芯片100中的控制电路107和驱动输出电路108使能激活。

综上所述，本发明实施例提供的使能控制电路在芯片刚上电时，通过预降压模块的输出电压为电源管理芯片中的基准模块和使能信号检测模块进行供电，以产生精确的电压基准和比较器来判断使能信号的电压状态，可以提供精准的使能阈值控制，并且还可以快速地对输入使能信号的电压阈值进行检测，提高芯片唤醒或者上电时的响应速度。

此外，本发明的使能控制电路还将线性稳压器的输出端与预降压模块的输出端通过电源线相互短接，并在线性稳压器的输出建立之后将预降压模块关闭，这样可以保证在芯片刚上电时还是由预降压模块为基准模块供电，此时芯片内部没有开关动作，因此输入电压的纹波几乎没有，并且由于很多芯片中都带有LDO引脚用来外接大电容来帮助稳压，因此预降压模块在开启时可以使用LDO中的大电容对预降压模块的输出电压进行稳压，滤除输入电压的纹波对电压基准的影响。当然，此时由于预降压模块的输出也相对于带上了大电容，所以其输出电压的上升速度可能比传统的要小点，但是不会影响芯片的正常工作。当线性稳压器被使能激活后，LDO大电容的充电速度回被显著加快，这种状态一直维持到线性稳压器的输出电压建立成功，之后直接使用开关将预降压模块关闭，这时候芯片内的开关动作导致的输入电压纹波不会影响到基准模块的稳定性，从而能够大大提高系统的稳定性。

在上述实施例的基础上，本发明实施例还提供了一种电源管理芯片的使能控制方法，该使能控制方法可以应用于上述任一项实施例所述的使能控制电路，具体步骤在上述实施例中已经描述，在此不再赘述。

应当说明的是，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。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种电源管理芯片的使能控制电路，包括：

预降压模块，用于在输入使能信号上升至第一阈值时根据芯片的输入电压在输出端产生第一电源电压；

基准模块，用于接收所述第一电源电压，并根据所述第一电源电压产生基准电压；

使能信号检测模块，用于接收所述第一电源电压和所述基准电压，并在所述基准电压建立之后将所述输入使能信号与所述基准电压进行比较，并在所述输入使能信号上升至所述基准电压时生成使能良好信号；

线性稳压器，用于根据所述使能良好信号和所述输入电压在输出端产生第二电源电压；以及

内部使能信号产生模块，用于在所述第二电源电压建立之后产生有效的内部使能信号，以控制所述电源管理芯片使能开启，

其中，所述线性稳压器的输出端与所述预降压模块的输出端相互短接，以允许所述预降压模块在开启时可以使用所述线性稳压器中的大电容对所述第一电源电压进行稳压。

2.根据权利要求1所述的使能控制电路，其中，在所述第二电源电压建立之前，由所述预降压模块为所述电源管理芯片供电，

所述线性稳压器还用于在所述第二电源电压上升至第二阈值后产生稳压器良好信号，所述预降压模块在接收到所述稳压器良好信号时受控关闭，以切换至由所述线性稳压器为所述电源管理芯片供电。

3.根据权利要求2所述的使能控制电路，其中，还包括：

电源状态检测模块，用于对所述第二电源电压进行过压或欠压检测，并在所述第二电源电压大于欠压阈值且小于过压阈值时产生电源良好信号。

4.根据权利要求3所述的使能控制电路，其中，所述基准模块还用于在所述基准电压上升至第三阈值时产生基准良好信号，

所述使能信号检测模块在接收到所述基准良好信号后将所述输入使能信号与所述基准电压进行比较。

5.根据权利要求4所述的使能控制电路，其中，所述内部使能信号产生模块用于接收所述基准良好信号、所述使能良好信号、所述稳压器良好信号以及所述电源良好信号，并在所述基准良好信号、所述使能良好信号、所述稳压器良好信号以及所述电源良好信号均有效时产生所述有效的内部使能信号。

6.根据权利要求1所述的使能控制电路，其中，所述线性稳压器包括低压差线性稳压电路。

7.根据权利要求1所述的使能控制电路，其中，所述基准模块包括带隙基准电路。

8.一种电源管理芯片的使能控制方法，包括：

在输入使能信号上升至第一阈值时使用预降压模块根据芯片的输入电压在产生第一电源电压；

根据所述第一电源电压产生基准电压；

在所述基准电压建立之后将所述输入使能信号与所述基准电压进行比较，并在所述输入使能信号上升至所述基准电压时生成使能良好信号；

根据所述使能良好信号使用线性稳压器根据所述输入电压产生第二电源电压；

在所述第二电源电压建立之后产生有效的内部使能信号，以控制所述电源管理芯片使能开启；以及

将所述线性稳压器的输出端与所述预降压模块的输出端相互短接，以允许所述预降压模块在开启时可以使用所述线性稳压器中的大电容对所述第一电源电压进行稳压。

9.根据权利要求8所述的使能控制方法，其中，还包括：

在所述第二电源电压建立之前，由所述预降压模块为所述电源管理芯片供电；以及

在所述第二电源电压上升至第二阈值后将所述预降压模块关闭，以切换至由所述线性稳压器为所述电源管理芯片供电。

10.一种电源管理芯片，其中，包括如权利要求1-7任一项所述的使能控制电路。