CN206575387U - 转换速率可控的半导体电源保护开关 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了转换速率可控的半导体电源保护开关，包括电源、PMOS管负载开关、使能开关、速率转换控制器、微控制器，所述电源与PMOS管负载开关的源极连接，PMOS管负载开关的漏极与负载连接，PMOS管负载开关的栅极与速率转换控制器连接，所述使能开关与速率转换控制器连接，所述微控制器与速率转换控制器连接；所述PMOS管负载开关用于控制浪涌电流；所述速率转换控制器用于控制PMOS管负载开关，所述使能开关用于控制速率转换控制器的工作状态，所述微控制器用于调节速率转换控制器的速率转换的快慢。本实用新型使用多种形式的速率转换控制器及其外围电路实现速率可调的电源保护开关，同时也使用PMOS管负载开关避免负载设备受到浪涌电流的损害。

Description

转换速率可控的半导体电源保护开关

技术领域

本实用新型涉及电源保护开关，具体涉及转换速率可控的半导体电源保护开关。

背景技术

在过去十年移动设备得到迅速的增长和普及，从便携式数字化助理(PDA)，到移动电话、电子阅读器、再到便携式平板电脑，用户希望携带个人的通信和计算设备的需求持续的在增长。这些装置设备都需要电池来操作和运行系统。由于市场对复杂的装置持续的需求，电池系统需要提供更多的能量来支持这些更高水准且复杂的应用需求。有限的化学电池要提供更高的供电电流，然而大电流是很难控制的。

对于具有更高容量的电池和负载，如何控制从电池至负载的浪涌电流是一个重要的问题。如果过快地打开保护开关，可以短时间内产生安培级的大电流，致使在开关的负载端形成电压过冲，并在保护开关的电源输入端或源极端产生电压降。过量的过电压会损坏与保护开关相连接的敏感电路，并且在输入端过大的电压降会对电压源造成不可预测的、甚至毁坏性的影响。现有的半导体保护开关技术在开启保护开关时，对浪涌电流有一定的控制能力；然而，这些设备通常只具有固定的转换速率来控制保护开关，并需要其它相关的器件来产生不同的转换速率。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是现有技术中只具有固定的转换速率来控制保护开关，目的在于提供转换速率可控的半导体电源保护开关，实现电源保护开关的转换速率的可控功能。

本实用新型通过下述技术方案实现：

转换速率可控的半导体电源保护开关，包括电源、PMOS管负载开关、使能开关、速率转换控制器、微控制器，所述电源与PMOS管负载开关的源极连接，PMOS管负载开关的漏极与负载连接，PMOS管负载开关的栅极与速率转换控制器连接，所述使能开关与速率转换控制器连接，所述微控制器与速率转换控制器连接；所述PMOS管负载开关用于控制浪涌电流；所述速率转换控制器用于控制PMOS管负载开关，所述使能开关用于控制速率转换控制器的工作状态，所述微控制器用于调节速率转换控制器的速率转换的快慢。PMOS管负载开关连接了电源的输入电压以及输出负载，使用PMOS管负载开关的目的是为了保护输出端的负载设备，使其免受潜在的过高电压的损坏。当连接负载电容C和电源时有可能会产生浪涌电流，使输出端负载承受过高电压。转换速率控制器可采用多种形式，以产生综合效果。

进一步地，速率转换控制器包括振荡器、门驱动器、参考电流发生器，所述振荡器与参考电流发生器连接，所述振荡器与门驱动器连接，所述参考电流发生器与门驱动器连接；所述使能开关连接在振荡器与参考电流发生器连接的线路上，所述微控制器连接在门驱动器上，所述PMOS管负载开关的栅极与门驱动器连接。振荡器的频率不固定，该振荡器的频率取决于所施加的电压，其中，每施加一个特定的电压，就会产生一个相应的频率，开始时期，将振荡器设置在最低的电压水平上，则频率相应的可以很慢，如上升时间可为30毫秒。如果需要更短的上升时间，调高控制电压，相应的电压控制振荡器的频率越高，从而降低了保护开关的开启上升时间。

进一步地，门驱动器包括场效应管M1、场效应管M2、场效应管M3，所述场效应管M2的栅极与振荡器的一根时钟线CLKB连接，所述场效应管M3的栅极与使能开关连接，场效应管M1的栅极与振荡器的另一根时钟线CLK连接，场效应管M2的漏极与场效应管M3的源极连接，场效应管M2的源极与场效应管M1的源极连接，场效应管M1的漏极与场效应管M3的漏极连接，所述参考电流发生器连接在场效应管M1与场效应管M2连接的线路上。当CLK信号为高电平时，场效应管M1导通，并且在一个短暂的时间内，参考电流IREF可以给PMOS管负载开关的栅极放电。在这段时间内，当使能开关为打开状态，同时参考电流IREF被调到给PMOS管负载开关的栅极放电的模式时，场效应管M3是断开的，当需要关闭PMOS负载开关时，使能开关会被拉到关闭状态，场效应管M3会被用来把PMOS管负载开关的栅极电压拉回到电源输入端的电压，以此来断开PMOS管负载开关。

进一步地，振荡器的两根时钟线产生的两个时钟信号中，其中一个时钟信号的占空比近似为整个时钟周期的1％，该时钟信号的占空比决定了时钟信号的开启上升时间。

进一步地，速率转换控制器包括缓冲器、场效应管M4、场效应管M5、场效应管M6、场效应管M7、场效应管M8、场效应管M9，所述场效应管M4的栅极和场效应管M5的栅极连接，所述场效应管M4的源极与场效应管M6的漏极连接，所述场效应管M4的漏极与场效应管M5的漏极连接；所述场效应管M6的源极接地，且自身的漏极与自身的源极连接；所述场效应管M6的栅极与场效应管M7的栅极连接，场效应管M7的栅极与自身的漏极连接，场效应管M7的漏极与场效应管M8的漏极连接，所述场效应管M8的源极与场效应管M9的源极连接，所述场效应管M9的栅极与场效应管的栅极连接，所述场效应管M9的漏极与微控制器连接，场效应管M9的栅极与自身的漏极连接；场效应管M7的源极与场效应管M6的源极连接；所述场效应管M5的源极连接在场效应管M8的源极与场效应管M9的源极连接的线路上。在微控制器上还连接有一个电阻R，电阻R与微控制器连接的另一端接地；场效应管M3、场效应管M4、场效应管M5、场效应管M6构成一个电流镜；转换速率可以通过电阻R的阻值变化或者电流镜实现，还可以通过参考电流I1实现。使用这个速率转换控制器可以将转换时间从1毫秒延长到3毫秒。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：本实用新型使用多种形式的速率转换控制器及其外围电路实现速率可调的电源保护开关，同时也使用PMOS管负载开关避免负载设备受到浪涌电流的损害。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型结构示意图；

图2为门驱动器机构示意图；

图3为不同与图1中的速率转换控制器的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1

如图1所示，转换速率可控的半导体电源保护开关，包括电源、PMOS管负载开关、使能开关、速率转换控制器、微控制器，所述电源与PMOS管负载开关的源极连接，PMOS管负载开关的漏极与负载连接，PMOS管负载开关的栅极与速率转换控制器连接，所述使能开关与速率转换控制器连接，所述微控制器与速率转换控制器连接；所述PMOS管负载开关用于控制浪涌电流；所述速率转换控制器用于控制PMOS管负载开关，所述使能开关用于控制速率转换控制器的工作状态，所述微控制器用于调节速率转换控制器的速率转换的快慢。电源采用直流电源；电源与PMOS管负载开关连接的那端为输入端，PMOS管负载开关与负载连接的那端为输出端；当转换速率控制器导通之后，会使PMOS管负载开关导通，同时PMOS管负载开关与负载连接的输出端电压将从零伏升高到输入端电压，只是减去了由于PMOS管负载开关自身的导通电阻所产生的小量压降；当PMOS管处于关闭状态，转换速率控制器也处于不工作状态，这样使得PMOS管负载开关位于关闭状态时节约了电源消耗。

速率转换控制器包括振荡器、门驱动器、参考电流发生器，所述振荡器与参考电流发生器连接，所述振荡器与门驱动器连接，所述参考电流发生器与门驱动器连接；所述使能开关连接在振荡器与参考电流发生器连接的线路上，所述微控制器连接在门驱动器上，所述PMOS管负载开关的栅极与门驱动器连接。

如图2所示，门驱动器包括场效应管M1、场效应管M2、场效应管M3，所述场效应管M2的栅极与振荡器的一根时钟线CLKB连接，所述场效应管M3的栅极与使能开关连接，场效应管M1的栅极与振荡器的另一根时钟线CLK连接，场效应管M2的漏极与场效应管M3的源极连接，场效应管M2的源极与场效应管M1的源极连接，场效应管M1的漏极与场效应管M3的漏极连接，所述参考电流发生器连接在场效应管M1与场效应管M2连接的线路上。

振荡器的两根时钟线产生的两个时钟信号中，其中一个时钟信号的占空比近似为整个时钟周期的1％，该时钟信号的占空比决定了时钟信号的开启上升时间。

一个开启上升时间受控的的速率转换控制器提供了PMOS管负载开关的栅极电压，其中包括一个具有固定频率的振荡器，和一个提供参考电流IREF的参考电流发生器。这个上升时间受控的转换速率控制电路的开启或关闭状态由使能开关的信号决定，并且当导通时，振荡器产生一个特定占空比的时钟频率输出，用时序控制参考电流发生器产生的参考电流。

实施例2

实施例2与实施例1的不同之处在于，振荡器产生的频率不固定，该振荡器受电压的控制，其中，每施加一个特定的电压，就会产生一个相应的频率，即振荡器的频率取决于所施加的电压。开始时期，将振荡器设置在最低的电压水平上，则频率相应的可以很慢，如上升时间可为30毫秒。如果需要更短的上升使劲，调高控制电压，相应的电压控制振荡器的频率增高，从而降低了保护开关的开启上升时间。

实施例3

实施例3与实施例1的不同之处在于，如图3所示，速率转换控制器包括缓冲器、场效应管M4、场效应管M5、场效应管M6、场效应管M7、场效应管M8、场效应管M9，所述场效应管M4的栅极和场效应管M5的栅极连接，所述场效应管M4的源极与场效应管M6的漏极连接，所述场效应管M4的漏极与场效应管M5的漏极连接；所述场效应管M6的源极接地，且自身的漏极与自身的源极连接；所述场效应管M6的栅极与场效应管M7的栅极连接，场效应管M7的栅极与自身的漏极连接，场效应管M7的漏极与场效应管M8的漏极连接，所述场效应管M8的源极与场效应管M9的源极连接，所述场效应管M9的栅极与场效应管的栅极连接，所述场效应管M9的漏极与微控制器连接，场效应管M9的栅极与自身的漏极连接；场效应管M7的源极与场效应管M6的源极连接；所述场效应管M5的源极连接在场效应管M8的源极与场效应管M9的源极连接的线路上。在微控制器上还连接有一个电阻R，电阻R与微控制器连接的另一端接地；场效应管M3、场效应管M4、场效应管M5、场效应管M6构成一个电流镜；转换速率可以通过电阻R的阻值变化或者电流镜实现，还可以通过参考电流I1实现。使用这个速率转换控制器可以将转换时间从1毫秒延长到3毫秒。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.转换速率可控的半导体电源保护开关，其特征在于，包括电源、PMOS管负载开关、使能开关、速率转换控制器、微控制器，所述电源与PMOS管负载开关的源极连接，PMOS管负载开关的漏极与负载连接，PMOS管负载开关的栅极与速率转换控制器连接，所述使能开关与速率转换控制器连接，所述微控制器与速率转换控制器连接；所述PMOS管负载开关用于控制浪涌电流；所述速率转换控制器用于控制PMOS管负载开关，所述使能开关用于控制速率转换控制器的工作状态，所述微控制器用于调节速率转换控制器的速率转换的快慢。

2.根据权利要求1所述的转换速率可控的半导体电源保护开关，其特征在于，所述速率转换控制器包括振荡器、门驱动器、参考电流发生器，所述振荡器与参考电流发生器连接，所述振荡器与门驱动器连接，所述参考电流发生器与门驱动器连接；所述使能开关连接在振荡器与参考电流发生器连接的线路上，所述微控制器连接在门驱动器上，所述PMOS管负载开关的栅极与门驱动器连接。

3.根据权利要求2所述的转换速率可控的半导体电源保护开关，其特征在于，所述门驱动器包括场效应管M1、场效应管M2、场效应管M3，所述场效应管M2的栅极与振荡器的一根时钟线CLKB连接，所述场效应管M3的栅极与使能开关连接，场效应管M1的栅极与振荡器的另一根时钟线CLK连接，场效应管M2的漏极与场效应管M3的源极连接，场效应管M2的源极与场效应管M1的源极连接，场效应管M1的漏极与场效应管M3的漏极连接，所述参考电流发生器连接在场效应管M1与场效应管M2连接的线路上。

4.根据权利要求3所述的转换速率可控的半导体电源保护开关，所述振荡器的两根时钟线产生的两个时钟信号中，其中一个时钟信号的占空比近似为整个时钟周期的1％，该时钟信号的占空比决定了时钟信号的开启上升时间。

5.根据权利要求1所述的转换速率可控的半导体电源保护开关，其特征在于，所述速率转换控制器包括缓冲器、场效应管M4、场效应管M5、场效应管M6、场效应管M7、场效应管M8、场效应管M9，所述场效应管M4的栅极和场效应管M5的栅极连接，所述场效应管M4的源极与场效应管M6的漏极连接，所述场效应管M4的漏极与场效应管M5的漏极连接；所述场效应管M6的源极接地，且自身的漏极与自身的源极连接；所述场效应管M6的栅极与场效应管M7的栅极连接，场效应管M7的栅极与自身的漏极连接，场效应管M7的漏极与场效应管M8的漏极连接，所述场效应管M8的源极与场效应管M9的源极连接，所述场效应管M9的栅极与场效应管的栅极连接，所述场效应管M9的漏极与微控制器连接，场效应管M9的栅极与自身的漏极连接；场效应管M7的源极与场效应管M6的源极连接；所述场效应管M5的源极连接在场效应管M8的源极与场效应管M9的源极连接的线路上。