CN209267542U - 斜率控制开关电路及电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种斜率控制开关电路及电子设备，本实用新型通过开关单元与供电电压输入端、驱动电压输入端、控制单元、负反馈单元及电压输出端分别连接，控制单元与控制电压输入端及负反馈单元分别连接，反馈电路与电压输出端连接，供电电压输入端接收供电电压，驱动电压输入端接收驱动电压，驱动电压大于供电电压；控制单元为开关单元提供开启电压，开关单元根据开启电压进行导通或关断，负反馈单元在开关单元导通时，通过控制单元对开关单元的输出电压进行斜率控制，不仅保障了电路在低电压时良好导通，同时也满足开关后电压线性上升以及电路快速响应，减少了对开关电路后端电路的冲击。

Description

斜率控制开关电路及电子设备

技术领域

本实用新型涉及电源控制领域，尤其涉及一种斜率控制开关电路及电子设备。

背景技术

电压开关电路是电源控制领域不可或缺的部分，在各电子产品中得到了广泛应用，目前的电压开关电路通常使用P沟道的金属-氧化物半导体场效应管(P-Metal-Oxide-Semiconductor,P-MOS)来实现，但是由于P-MOS的栅极相对于源极的电压(以下简称VGS)为负压，当VCC_INPUT电压较低时，采用电线接地端(Ground，GND)为参考地且没有低于GND电压的系统无法提供P-MOS饱和导通的VGS电压，否则会导致P-MOS管导通不良甚至无法导通。

另外，为了避免对开关后端的电路造成冲击，同时满足电路系统对时序的要求，需要开关后级的电压成一定斜率线性增长，并且还需要在快速开关机时满足响应时间和斜率一致性的要求，目前普通的电压开关电路或者是将N沟道的金属-氧化物半导体场效应管(N-Metal-Oxide-Semiconductor,N-MOS)加电阻-电容电路来做斜率的开关电路均无法满足这一要求。

上述内容仅用于辅助理解本实用新型的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种斜率控制开关电路及电子设备，旨在解决现有技术中开关电路低电压导通性不好及无法满足输出斜率控制和快速响应的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提供一种斜率控制开关电路，所述电路包括供电电压输入端、驱动电压输入端、控制电压输入端、电压输出端、开关单元、控制单元及负反馈单元；所述开关单元与所述供电电压输入端、所述驱动电压输入端、所述控制单元、所述负反馈单元及所述电压输出端分别连接，所述控制单元与所述控制电压输入端及所述负反馈单元分别连接，所述负反馈单元与所述电压输出端连接，所述供电电压输入端接收供电电压，所述驱动电压输入端接收驱动电压，所述驱动电压大于所述供电电压；其中，

所述控制单元，用于为所述开关单元提供开启电压；

所述开关单元，用于根据所述开启电压进行导通或关断；

所述负反馈单元，用于在所述开关单元导通时，通过所述控制单元对所述开关单元的输出电压进行斜率控制。

优选地，所述开关单元包括N-MOS管及第一电阻；所述N-MOS管的漏极与所述供电电压输入端连接，所述N-MOS管的源极与所述电压输出端及所述负反馈单元连接，所述N-MOS管的栅极与所述第一电阻的第一端及所述控制单元连接，所述第一电阻的第二端与所述驱动电压输入端连接。

优选地，所述负反馈单元包括电容；所述电容的第一端与所述N-MOS管的源极连接，所述电容的第二端与所述控制单元连接。

优选地，所述电容为可调电容。

优选地，所述控制单元包括第一三极管及第二电阻；所述第一三极管的集电极与所述N-MOS管的栅极连接，所述第一三极管的基极与所述第二电阻的第一端及所述电容的第二端分别连接，所述第一三极管的发射极接地，所述第二电阻的第二端与所述控制电压输入端连接。

优选地，所述控制电压输入端与芯片的输入/输出脚连接。

优选地，所述控制单元还包括前级电源输入端、第三电阻、第四电阻及第二三极管；其中，

所述第三电阻的第一端与所述前级电源输入端连接，所述第三电阻的第二端与所述第二三极管的集电极及所述第二电阻的第二端分别连接；

所述第二三极管的基极与所述第四电阻的第一端连接，所述第二三极管的发射极接地；

所述第四电阻的第二端与所述控制电压输入端连接。

本实用新型还提出一种电子设备，所述电子设备包括如上所述的斜率控制开关电路。

本实用新型通过开关单元与供电电压输入端、驱动电压输入端、控制单元、负反馈单元及电压输出端分别连接，控制单元与控制电压输入端及负反馈单元分别连接，反馈电路与电压输出端连接，供电电压输入端接收供电电压，驱动电压输入端接收驱动电压，驱动电压大于供电电压；控制单元为开关单元提供开启电压，开关单元根据开启电压进行导通或关断，负反馈单元在开关单元导通时，通过控制单元对开关单元的输出电压进行斜率控制，不仅保障了电路在低电压时良好导通，同时也满足开关后电压线性上升以及电路快速响应，减少了对开关电路后端电路的冲击。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1是本实用新型一种斜率控制开关电路第一实施例的功能模块图；

图2为无图1中负反馈单元时的导通电压和电流波形图；

图3为有图1中负反馈单元时的导通电压和电流波形图；

图4是本实用新型一种斜率控制开关电路第一实施例的结构示意图；

图5是本实用新型一种斜率控制开关电路第二实施例的结构示意图。

附图标号说明：

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提供一种斜率控制开关电路，参照图1，在第一实施例中，所述电路包括供电电压输入端VCC-INPUT、驱动电压输入端DRIVER_VCC、控制电压输入端VCC_CTL、电压输出端VCC_OUT、开关单元100、控制单元200及负反馈单元300；所述开关单元100与所述供电电压输入端VCC-INPUT、所述驱动电压输入端DRIVER_VCC、所述控制单元200、所述负反馈单元300及所述电压输出端VCC_OUT分别连接，所述控制单元200与所述控制电压输入端VCC_CTL及所述负反馈单元300分别连接，所述负反馈单元300与所述电压输出端VCC_OUT连接，所述供电电压输入端VCC-INPUT接收供电电压，所述驱动电压输入端DRIVER_VCC接收驱动电压，所述驱动电压大于所述供电电压；其中，所述控制单元200，用于为所述开关单元100提供开启电压；所述开关单元100，用于根据所述开启电压进行导通或关断；所述负反馈单元300，用于在所述开关单元导通时，通过所述控制单元200对所述开关单元100的输出电压进行斜率控制。

需要说明的是，为了保障所述开关单元100在输入电压为低电压时正常导通，所述驱动电压一般大于所述供电电压3V及以上，如当所述供电电压小于1.5V时，所述驱动电压为5V，当所述供电电压为5V或3.3V时，所述驱动电压为12V。

应理解的是，因为所述电压输出端VCC_OUT后端容性负载的存在，如果没有所述负反馈单元300，所述开关单元100在导通的瞬间，会产生冲击电流，容易造成所述开关单元100中元器件的损坏。图2为无图1中负反馈单元300时的导通电压和电流波形图，图3为有图1中负反馈单元300时的导通电压和电流波形图，由图2及图3可知，在没有所述负反馈单元300时，在所述开关单元100导通瞬间有较大的过冲电流，在有所述负反馈单元300时，所述开关单元100的输出电压和导通电流平滑上升，无过冲。

在具体实现中，所述控制电压输入端VCC_CTL与芯片的通用输入/输出(GeneralPurpose Input Output，GPIO)脚连接，通过软件对该GPIO设定，满足不同模块下的开关控制状态，最终实现对所述供电电压输入端VCC_INPUT的控制。通过调整所述控制电压输入端VCC_CTL的GPIO打开时间，也可以有效控制输出电压的时间，从而满足电子设备各模块供电时序要求。

本实用新型通过开关单元与供电电压输入端、驱动电压输入端、控制单元、负反馈单元及电压输出端分别连接，控制单元与控制电压输入端及负反馈单元分别连接，反馈电路与电压输出端连接，供电电压输入端接收供电电压，驱动电压输入端接收驱动电压，驱动电压大于供电电压；控制单元为开关单元提供开启电压，开关单元根据开启电压进行导通或关断，负反馈单元在开关单元导通时，通过控制单元对开关单元的输出电压进行斜率控制，不仅保障了电路在低电压时良好导通，同时也满足开关后电压线性上升以及电路快速响应，减少了对开关电路后端电路的冲击。

参照图4，图4为本实用新型一种斜率控制开关电路第一实施例的结构示意图。

在本实施例中，所述开关单元100包括N-MOS管QW100及第一电阻R1；所述N-MOS管QW100的漏极与所述供电电压输入端VCC_INPUT连接，所述N-MOS管QW100的源极与所述电压输出端VCC_OUT及所述负反馈单元300连接，所述N-MOS管QW100的栅极与所述第一电阻R1的第一端及所述控制单元200连接，所述第一电阻R1的第二端与所述驱动电压输入端DRIVER_VCC连接。

应理解的是，通常的开关电路中使用的是P-MOS管，考虑到当开关控制低于VGS的最小导通电压时，P-MOS管会出现无法导通或导通不良的现象，本实施例采用N-MOS管QW100实现导通。

需要说明的是，由于N-MOS管具有栅极高电平导通，低电平断开特点，本实施例引入N-MOS管QW100及驱动电压，以满足供电电压为低电压时电路正常导通。

在具体实现中，所述第一电阻R1为上拉电阻，用于将所述N-MOS管QW100的栅极提供偏置电流。

进一步地，所述负反馈单元300包括电容C1；所述电容C1的第一端与所述N-MOS管QW100的源极连接，所述电容C1的第二端与所述控制单元200连接。

所述电容C1为可调电容，通过调整所述电容C1，可以实现电压斜率上升的时间控制。

进一步地，所述控制单元200包括第一三极管QW101及第二电阻R2；所述第一三极管QW101的集电极与所述N-MOS管QW100的栅极连接，所述第一三极管QW101的基极与所述第二电阻R2的第一端及所述电容C1的第二端分别连接，所述第一三极管QW101的发射极接地，所述第二电阻R2的第二端与所述控制电压输入端VCC_CTL连接。

在具体实现中，当所述控制电压输入端VCC_CTL拉高时，所述第一三极管QW101导通，所述第一三极管QW101上的基极电流增加，相应地，所述第一三极管QW101的集电极电流增加，所述N-MOS管QW100的栅极电压拉低，所述N-MOS管QW100的栅极为低电平(约为0)，所述N-MOS管QW100截止，此时所述电压输出端VCC_OUT的输出电压为0。

当所述控制电压输入端VCC_CTL拉低时，所述第一三极管QW101截止，所述N-MOS管QW100的栅极为高电平，与所述驱动电压输入端DRIVER_VCC的驱动电压相等，所述N-MOS管QW100导通，此时所述电压输出端VCC_OUT的输出电压为所述供电电压输入端VCC_INPUT的供电电压。

在所述N-MOS管QW100从断开到导通的过程中，所述控制电压输入端VCC_CTL拉低，所述第一三极管QW101的基极电流减小、所述第一三极管QW101的集电极电流减小、所述N-MOS管QW100的栅极电压增加，所述N-MOS管QW100开始导通，VCC_OUT的输出电压开始上升，为所述电容C1充电，为所述第一三极管QW101的基极补充电流，使所述第一三极管QW101的基极电流减小速度变缓，使得所述第一三极管QW101的集电极电流减小速度变缓，使得所述N-MOS管QW100的栅极电压上升增速变缓，使得所述N-MOS管QW100的导通电流逐渐上升，实现对负载的保护，同时，由于所述N-MOS管QW100缓慢导通，所述电压输出端VCC_OUT的输出电压及导通电流平滑上升，避免了因导通电流超过所述N-MOS管QW100的最大极限电流导致N-MOS管损坏，实现了对N-MOS管的保护。

本实施例通过开关单元与供电电压输入端、驱动电压输入端、控制单元、负反馈单元及电压输出端分别连接，控制单元与控制电压输入端及负反馈单元分别连接，反馈电路与电压输出端连接，供电电压输入端接收供电电压，驱动电压输入端接收驱动电压，驱动电压大于供电电压；控制单元为开关单元提供开启电压，开关单元根据开启电压进行导通或关断，负反馈单元在开关单元导通时，通过控制单元对开关单元的输出电压进行斜率控制，不仅保障了电路在低电压时良好导通，同时也满足开关后电压线性上升以及电路快速响应，减少了对开关电路后端电路的冲击。

进一步地，参照图5，图5为本实用新型一种斜率控制开关电路第二实施例的结构示意图。

本实施例中，所述控制单元200还包括前级电源输入端3V3SB、第三电阻R3、第四电阻R4及第二三极管QW102；其中，所述第三电阻R3的第一端与所述前级电源输入端3V3SB连接，所述第三电阻R3的第二端与所述第二三极管QW102的集电极及所述第二电阻R2的第二端分别连接；所述第二三极管QW102的基极与所述第四电阻R4的第一端连接，所述第二三极管QW102的发射极接地；所述第四电阻R4的第二端与所述控制电压输入端VCC_CTL连接。

本实施例的工作原理如下：

当所述控制电压输入端VCC_CTL拉高时，所述第二三极管QW102导通，所述第一三极管QW101截止，所述N-MOS管QW100的栅极为高电平，与所述驱动电压输入端DRIVER_VCC的驱动电压相等，所述N-MOS管QW100导通，此时所述电压输出端VCC_OUT的输出电压为所述供电电压输入端VCC_INPUT的供电电压。

当所述控制电压输入端VCC_CTL拉低时，所述第二三极管QW102截止，所述第一三极管QW101导通，所述N-MOS管QW100的栅极为低电平(约为0)，所述N-MOS管QW100截止，此时所述电压输出端VCC_OUT的输出电压为0。

在所述N-MOS管QW100从断开到导通的过程中，所述控制电压输入端VCC_CTL拉高，所述第二三极管QW102导通，所述第一三极管QW101的基极电流逐渐减小、所述第一三极管QW101的集电极电流逐渐减小、所述N-MOS管QW100的栅极电压增加，由于所述电容C1的存在，给予所述第一三极管QW101的基极补充电流，使所述第一三极管QW101的基极电流减小速度变缓，使得所述第一三极管QW101的集电极电流减小速度变缓，使得所述N-MOS管QW100的栅极电压上升增速变缓，使得所述N-MOS管QW100的导通电流逐渐上升，实现对所述N-MOS管QW100及负载的保护。

本实施例通过在控制单元中增加电阻及三极管，使第一三极管的基极电流缓慢变化，在实现对N-MOS管导通或关断控制的同时，有效地保护了电路元器件，通过负反馈单元实现了开关电路的斜率控制及在快速开关机时响应时间和斜率一致性的要求，通过开关单元实现了在供电电压为高电平或低电平时均能良好导通。

本实用新型还提出一种电子设备，所述电子设备包括如上所述的斜率控制开关电路，所述电子设备的斜率控制开关电路的电路结构可参照上述实施例，在此不再赘述；可以理解的是，由于本实施例的电子设备采用了上述斜率控制开关电路的技术方案，因此所述电子设备具有上述所有的有益效果。

以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种斜率控制开关电路，其特征在于，所述电路包括供电电压输入端、驱动电压输入端、控制电压输入端、电压输出端、开关单元、控制单元及负反馈单元；所述开关单元与所述供电电压输入端、所述驱动电压输入端、所述控制单元、所述负反馈单元及所述电压输出端分别连接，所述控制单元与所述控制电压输入端及所述负反馈单元分别连接，所述负反馈单元与所述电压输出端连接，所述供电电压输入端接收供电电压，所述驱动电压输入端接收驱动电压，所述驱动电压大于所述供电电压；其中，

所述控制单元，用于为所述开关单元提供开启电压；

所述开关单元，用于根据所述开启电压进行导通或关断；

所述负反馈单元，用于在所述开关单元导通时，通过所述控制单元对所述开关单元的输出电压进行斜率控制。

2.如权利要求1所述的斜率控制开关电路，其特征在于，所述开关单元包括N-MOS管及第一电阻；所述N-MOS管的漏极与所述供电电压输入端连接，所述N-MOS管的源极与所述电压输出端及所述负反馈单元连接，所述N-MOS管的栅极与所述第一电阻的第一端及所述控制单元连接，所述第一电阻的第二端与所述驱动电压输入端连接。

3.如权利要求2所述的斜率控制开关电路，其特征在于，所述负反馈单元包括电容；所述电容的第一端与所述N-MOS管的源极连接，所述电容的第二端与所述控制单元连接。

4.如权利要求3所述的斜率控制开关电路，其特征在于，所述电容为可调电容。

5.如权利要求3至4中任一项所述的斜率控制开关电路，其特征在于，所述控制单元包括第一三极管及第二电阻；所述第一三极管的集电极与所述N-MOS管的栅极连接，所述第一三极管的基极与所述第二电阻的第一端及所述电容的第二端分别连接，所述第一三极管的发射极接地，所述第二电阻的第二端与所述控制电压输入端连接。

6.如权利要求5所述的斜率控制开关电路，其特征在于，所述控制电压输入端与芯片的输入/输出脚连接。

7.如权利要求6所述的斜率控制开关电路，其特征在于，所述控制单元还包括前级电源输入端、第三电阻、第四电阻及第二三极管；其中，

所述第三电阻的第一端与所述前级电源输入端连接，所述第三电阻的第二端与所述第二三极管的集电极及所述第二电阻的第二端分别连接；

所述第二三极管的基极与所述第四电阻的第一端连接，所述第二三极管的发射极接地；

所述第四电阻的第二端与所述控制电压输入端连接。

8.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-7任一权利要求所述的斜率控制开关电路。