CN203243032U - 一种供电防过冲保护电路及移动终端 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种供电防过冲保护电路及移动终端。供电防过冲保护电路，包括延时电路和开关管，所述延时电路连接在外部供电电源的接入端子与开关管的控制极之间，在有外部供电电源接入时，控制开关管延时导通；所述开关管的开关通路连接在外部供电电源的接入端子与用电负载之间。一种移动终端，在移动终端的电路板上设置有外部供电电源的接入端子和用电负载，在所述外部供电电源的接入端子与用电负载之间连接有供电防过冲保护电路。可以满足移动终端在使用过程中的安全充电要求，而且可以保证电源管理芯片在生产测试阶段的用电安全。
Description
技术领域
本实用新型属于电源电路技术领域，具体地说，是涉及一种电源防过冲和缓上电的供电保护电路以及采用所述供电保护电路设计的移动终端。
背景技术
为了适应手机电源管理芯片的小型化和集成化发展趋势，在单个电源管理芯片中需要集成的DC-DC（直流-直流转换电路）和LDO（低压差线性稳压器）等电源电路越来越多。而手机电源管理芯片的面积以及内部互联线的尺寸越来越小，因此，在手机生产测试以及后期的使用过程中，对电源管理芯片的防护能力提出了更高的要求。
在使用外部电源对电源管理芯片进行供电时，由于电源在上电瞬间经常会产生过冲电压等问题，而电源管理芯片对外部电源的稳定性要求又比较高，因此会对电源管理芯片产生不利的影响，需要对这种上电瞬时过冲电压进行有效地抑制。传统解决此类问题的方法是在手机生产测试过程中，在外部供电电源的输出端子上增加大容值的电容，并在手机端增加瞬态电压抑制器TVS配合实现。而生产线上，大都使用的是带有反馈线的程控电源，当使用这种程控电源对电源管理芯片进行供电时，如果在外部供电电源的输出端子上增加大电容的话会影响到反馈线的效果，而且瞬态电压抑制器TVS的响应时间有时候也不能完全保证这种抑制方法的有效性和可靠性。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种供电防过冲保护电路，通过控制外部供电电源在上电后延迟一段时间后再传输至用电负载，由此可以防止外部供电电源在上电瞬间所产生的过冲电压对负载造成的不利影响，确保用电负载工作的安全性和可靠性。
为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：
一种供电防过冲保护电路，包括延时电路和开关管，所述延时电路连接在外部供电电源的接入端子与开关管的控制极之间，在有外部供电电源接入时，控制开关管延时导通；所述开关管的开关通路连接在外部供电电源的接入端子与用电负载之间。
进一步的，在所述延时电路中设置有电容和第一电阻，所述电容和第一电阻串联后连接在所述外部供电电源的接入端子之间，电容和第一电阻的中间节点连接所述开关管的控制极。
优选的，所述电容连接在外部供电电源的接入端子的正极与开关管的控制极之间，所述第一电阻连接在开关管的控制极与外部供电电源的接入端子的负极之间。
又进一步的，在所述电容的两端并联有第二电阻，第二电阻的阻值至少为第一电阻的阻值的30倍。
再进一步的，所述开关管优选采用PMOS管，PMOS管的栅极连接所述电容和第一电阻的中间节点，源极连接所述外部供电电源的接入端子的正极，漏极连接所述的用电负载。
更进一步的，在所述供电防过冲保护电路中还设置有去耦电容，所述去耦电容的一端接地，另一端连接在所述开关管的开关通路连接用电负载的线路上。
基于上述供电防过冲保护电路，本实用新型还提出了一种移动终端，在移动终端的电路板上设置有外部供电电源的接入端子和用电负载，在所述外部供电电源的接入端子与用电负载之间连接有供电防过冲保护电路，在所述供电防过冲保护电路中设置有延时电路和开关管，所述延时电路连接在外部供电电源的接入端子与开关管的控制极之间，在有外部供电电源接入时，控制开关管延时导通；所述开关管的开关通路连接在外部供电电源的接入端子与用电负载之间，在外部供电电源上电瞬间，对用电负载实现电压防过冲保护。
当所述用电负载为电源管理芯片，而所述外部供电电源的接入端子为电路板上用于连接充电器的充电电源接入端子时，所述开关管的开关通路可以连接在充电电源接入端子与电源管理芯片的充电端子之间，在移动终端使用过程中，避免插入充电器时，充电电源在上电瞬间产生的过冲电压对电源管理芯片造成影响。
进一步的，所述电源管理芯片连接电池，在有外部供电电源接入时，输出充电电流为所述的电池充电。
当所述用电负载为电源管理芯片，而所述外部供电电源的接入端子为电路板上用于连接电池的电池端子时，所述开关管的开关通路可以连接在电池端子与电源管理芯片的供电端子之间，所述电池端子在移动终端生产测试过程中连接外部供电电源，利用外部供电电源为电源管理芯片提供工作电源，完成移动终端的测试任务。
与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型的供电防过冲保护电路通过控制开关管在外部供电电源接入时延时导通，由此可以防止供电电源在上电瞬间所产生的过冲电压传输至后级负载，造成对后级负载的冲击损坏，进而在确保电子设备用电安全的同时，还可以达到电源缓慢上电的效果，能够很好地满足对外部电源的稳定性要求较高的电子部件的供电要求。将所述供电防过冲保护电路应用在手机、平板电脑等移动终端产品中，对接入到电源管理芯片的外部供电电源进行上电瞬间的防过冲处理，由此不仅可以满足移动终端在使用过程中的安全充电要求，而且可以保证电源管理芯片在工厂生产测试和校准阶段用电的安全性。
结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其它特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1是本实用新型所提出的供电防过冲保护电路的一种实施例的电路原理图；
图2是本实用新型所提出的供电防过冲保护电路的另一种实施例的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细地描述。
本实施例为了解决外部供电电源在上电瞬间所产生的过冲电压对用电负载造成冲击影响的问题，采用延时电路配合开关管组成供电防过冲保护电路，通过将外部供电电源输出的电压延时传输至用电负载，避开外部供电电源上电瞬间产生过冲电压的时段，由此可以防止过冲电压对用电负载所造成的冲击损坏，确保负载供电安全。
下面以手机作为所述的移动终端为例，通过一个具体的实施例来详细阐述所述供电防过冲保护电路的具体组建结构及其工作原理。
实施例一，在手机中，电源管理芯片由于其面积小，内部集成的DC-DC和LDO电源模块多等因素，导致其对供电电源的稳定性要求比较高，很容易受供电电源上电瞬时过冲电压的影响而导致芯片内部器件的损坏。出于这方面的考虑，本实施例选择电源管理芯片作为所述的用电负载，实现对其的供电防过冲保护。
本实施例的供电防过冲保护电路主要由延时电路和开关管两部分组成，其中，开关管连接在外部供电电源的接入端子与电源管理芯片之间，用于控制外部的供电电源与手机内部的电源管理芯片接通或者断开，即对电源管理芯片的供电时刻进行控制。延时电路连接在外部供电电源的接入端子与开关管的控制极之间，用于在有外部供电电源接入到手机时，控制开关管延时导通，以避免外部供电电源在上电瞬间所产生的过冲电压传输至电源管理芯片，对电源管理芯片造成冲击损坏，由此可以提高手机在生产测试阶段以及后期的使用过程中的防护能力，确保了手机的安全性。
对于处于生产测试阶段的手机来说，所述外部供电电源的接入端子可以具体指手机电路板上的电池端子，即用于连接电池的端子，该电池端子在手机测试过程中往往用来作为测试点连接外部的供电电源，通过外部的供电电源对电源管理芯片供电，完成对电源管理芯片的测试任务。此时，供电防过冲保护电路应该连接在手机的电池端子与电源管理芯片的供电端子VDD之间，参见图1、图2所示，以确保电源管理芯片的用电安全。
在本实施例中，所述延时电路优选采用第一电阻R1和电容C1组成RC网络，控制开关管Q1的导通时间，参见图1所示。首先，将第一电阻R1和电容C1串联后，连接在手机的电池端子之间。其中，电容C1一端连接电池端子的正极+，电阻R1一端连接电池端子的负极-。然后，将电阻R1和电容C1的中间节点连接开关管Q1的控制极，利用电容电压不能突变的原理，在外部供电电源VBATT接入时，控制开关管Q1的导通电压缓慢建立，以推迟开关管Q1的导通时间。通过手机上电瞬间对电容C1充电时间的调整来控制开关管Q1的导通延迟时间，从而可以有效防止上电瞬间过冲电压经由开关管Q1的开关通路传输至手机内部的电源管理芯片，对电源管理芯片产生不利影响。同时，通过控制开关管Q1缓慢导通，还可以达到手机电源缓慢上电的效果。
在所述电容C1的两端还可以进一步并联第二电阻R2，如图2所示，在外部的供电电源VBATT拔下后，电容C1中存储的电量可以通过电阻R1和R2快速泄放，由此可以确保手机能够快速地进入到下一次供电测试过程。
在本实施例中，所述第二电阻R2的阻值应远大于第一电阻R1的阻值，最好是第一电阻R1阻值的30倍以上，以确保对开关管Q1实现稳定地控制。
作为本实施例的一种优选设计方案，所述开关管Q1优选采用一颗PMOS管进行电路设计，如图1、图2所示。将PMOS管Q1的栅极G连接电容C1和第一电阻R1的中间节点，源极S连接电池端子的正极+，漏极D连接电源管理芯片的供电端子VDD。在外部供电电源VBATT接入时，避开电源上电瞬间产生过冲电压的时段，将稳定后的供电电源VBATT传输至电源管理芯片的供电端子VDD，为电源管理芯片提供稳定的工作电源。
为了提高系统运行的可靠性，将电池端子的负极-和电源管理芯片的接地端子GND连接到手机PCB板上的同一个系统地上，使外部供电电源与电源管理芯片共地。
在所述电源管理芯片的供电端子VDD与地之间还可以进一步连接去耦电容C2，如图1、图2所示，用于对输入到电源管理芯片的供电电源起到去耦合的作用。
下面结合图2对本实施例所提出的供电防过冲保护电路的具体工作原理进行详细地阐述。
当外部的供电电源VBATT刚接入到手机主板上的电池端子上时，由于电容C1两端的电压不能突变，因此电容C1两端的电压为0V，即PMOS管Q1的栅极电压VG等于外部供电电源的电压VBATT。此时，由于PMOS管Q1的源极电压VS也等于外部供电电源的电压VBATT，因此，PMOS管Q1的栅源极两端的电压为VGS=0V。根据PMOS管的工作特性，此时PMOS管Q1处于截止状态，这就保证了外部供电电源给手机主板上电瞬间的过冲电压不会被传递到电源管理芯片的供电端子VDD，从而保护了电源管理芯片不会受到外部电源过冲的影响。
随着时间的增加，外部供电电源VBATT对电容C1充电，电容C1两端的电压差逐渐增大，使得PMOS管Q1的栅极电压VG缓慢下降，PMOS管Q1的导通电阻也会逐渐变小，通过PMOS管Q1的漏极输出的电压随着电容C1的充电基本成线性增加。当电容C1充电完成后，PMOS管Q1的栅极电压VG下降到VBATT*R2/(R1+R2),此时，PMOS管Q1的栅源极电压VGS接近于VBATT，根据PMOS管的工作特性，PMOS管Q1饱和导通，导通阻抗很小，外部供电电源VBATT通过PMOS管Q1给后端的电源管理芯片供电，使电源管理芯片上电运行，执行后续的生产测试及校准工作。
由于电容C1充电的时间常数为：T=(R1//R2)*C1，因此可以通过选取不同参数值的电阻R1、R2和电容C1来获得不同的电源缓启动时间坡度，确保输入到电源管理芯片的供电电源稳定，保证电源管理芯片用电安全。
在手机主板上增加如图1或图2所示的供电防过冲保护电路后，当手机测试完毕投入市场，进入正常的使用阶段时，由于此时手机主板上电池端子连接的是手机内部的充电电池，当手机开机后，电池输出供电电源为电容C1充电，控制开关管Q1延时导通，使电源管理芯片延时上电，进入正常的工作模式。虽然在手机主板上增加所述的供电防过冲保护电路会对手机的开机启动时间产生一定的滞后影响，但是这种滞后也仅仅为几十或者几百毫秒，不会对用户的使用体验带来明显的影响。
当然，也可以将本实施例所提出的供电防过冲保护电路连接在电源管理芯片的充电端子与手机主板上用于连接充电器的充电电源接入端子之间，即将延时电路连接在充电电源接入端子之间，在手机插入充电器时，接收充电器输出的充电电源为电容C1充电，控制开关管Q1延时导通，将充电电源延时一段时间后再传输至所述电源管理芯片的充电端子，以避免充电电源上电瞬间产生过冲电压对电源管理芯片造成影响。将电源管理芯片连接手机内部的充电电池，通过电源管理芯片控制充电电源对电池充电蓄能。
当然，所述延时电路和开关管也可以采用其他电路组建形式和电子部件进行供电防过冲保护电路的具体设计，以满足电源管理芯片对外部供电电源的稳定性要求。当然，在不具备电源管理芯片的电子设备中，通过开关管输出的供电电源也可以传输至其他对外部电源稳定性要求比较高的用电负载，实现对该类用电负载的供电保护，并达到电源缓慢上电的效果。
需要说明的是，以上所述仅是本实用新型的一种优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种供电防过冲保护电路，其特征在于：包括延时电路和开关管，所述延时电路连接在外部供电电源的接入端子与开关管的控制极之间，在有外部供电电源接入时，控制开关管延时导通；所述开关管的开关通路连接在外部供电电源的接入端子与用电负载之间。
2.根据权利要求1所述的供电防过冲保护电路，其特征在于：在所述延时电路中设置有电容和第一电阻，所述电容和第一电阻串联后连接在所述外部供电电源的接入端子之间，电容和第一电阻的中间节点连接所述开关管的控制极。
3.根据权利要求2所述的供电防过冲保护电路，其特征在于：所述电容连接在外部供电电源的接入端子的正极与开关管的控制极之间，所述第一电阻连接在开关管的控制极与外部供电电源的接入端子的负极之间。
4.根据权利要求3所述的供电防过冲保护电路，其特征在于：在所述电容的两端并联有第二电阻，第二电阻的阻值至少为第一电阻的阻值的30倍。
5.根据权利要求3所述的供电防过冲保护电路，其特征在于：所述开关管为PMOS管，PMOS管的栅极连接所述电容和第一电阻的中间节点，源极连接所述外部供电电源的接入端子的正极，漏极连接所述的用电负载。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的供电防过冲保护电路，其特征在于：在所述供电防过冲保护电路中还设置有去耦电容，所述去耦电容的一端接地，另一端连接在所述开关管的开关通路连接用电负载的线路上。
7.一种移动终端，在移动终端的电路板上设置有外部供电电源的接入端子和用电负载，其特征在于：在所述外部供电电源的接入端子与用电负载之间连接有如权利要求1至6中任一项权利要求所述的供电防过冲保护电路。
8.根据权利要求7所述的移动终端，其特征在于：所述用电负载为电源管理芯片，所述外部供电电源的接入端子为电路板上用于连接充电器的充电电源接入端子，所述开关管的开关通路连接在充电电源接入端子与电源管理芯片的充电端子之间。
9.根据权利要求8所述的移动终端，其特征在于：所述电源管理芯片连接电池，在有外部供电电源接入时，输出充电电流为所述的电池充电。
10.根据权利要求7所述的移动终端，其特征在于：所述用电负载为电源管理芯片，所述外部供电电源的接入端子为电路板上用于连接电池的电池端子，所述电池端子在移动终端生产测试过程中连接外部供电电源，所述开关管的开关通路连接在电池端子与电源管理芯片的供电端子之间。
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