CN211240200U - 一种电源控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电源控制电路，该电源控制电路包括依次串联在电源端与地之间的电荷泵模块和第一电阻，串联在电源端与负载端的第一晶体管，串联在电源端与负载端的降压电路，以及连接在电荷泵模块的接地端与地之间的控制模块，其中，控制模块还与电源端连接。控制模块检测电源端电压，控制电荷泵模块的升压有效与否，以电荷泵模块的输出端的电压为第一晶体管的栅极控制电压，选择直接输出电源端电压至负载端或将电源端电压经降压电路降压后输出至负载端。本实用新型的电源控制电路以电荷泵模块为控制媒介控制第一晶体管，结构简单有效，能够将输入端输出至负载端的电压限制在一定值以下。

Description

一种电源控制电路

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，特别涉及一种电源控制电路。

背景技术

发光二极管是一种常用的发光器件，通过电子与空穴复合释放能量发光，它在照明领域应用广泛。发光二极管可高效地将电能转化为光能，在现代社会具有广泛的用途，如照明、平板显示、医疗器件等。

发光二极管的使用一般伴随着发光二极管驱动器，发光二极管驱动器连接电源与发光二极管，以调控发光二极管的工作。发光二极管驱动器是一种精细设备，要求输入电压小于输出电压，而电源的输出电压一般有一个范围，该范围上限高于发光二极管驱动器的输出电压，因此，需求一种电源控制电路，保护发光二极管驱动器。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型的目的在于提供一种电源控制电路，从而限制电源输出至负载的电压。

根据本实用新型的一方面，提供一种电源控制电路，包括输入电源电压的电源端和向负载输出电压的负载端，所述电源控制电路还包括：

第一晶体管，串联在所述电源端和所述负载端之间；

降压电路，串联在所述电源端和所述负载端之间，与所述第一晶体管并联；

第一电阻，连接在所述第一晶体管的栅极与地之间；

电荷泵模块，包括与所述电源端连接的输入端、输出端和接地端，所述电荷泵模块的输出端连接至所述第一晶体管的栅极；

控制模块，连接在所述电荷泵模块的接地端与地之间，与所述电源端连接，与参考电压源连接，

其中，当所述电源端电压大于或等于所述参考电压源的电压时，所述第一晶体管断路。

优选地，所述降压电路包括稳压二极管，所述稳压二极管的阳极连接至所述负载端，阴极连接至所述电源端。

优选地，所述降压电路为降压斩波电路，所述降压斩波电路包括与所述电源端连接的输入端和与所述负载端连接的输出端。

优选地，所述电荷泵模块包括：

第一二极管，包括阳极和阴极，所述第一二极管的阳极与所述电荷泵模块的输入端连接；

第二二极管，包括阳极和阴极，所述第二二极管的阳极与所述第一二极管的阴极连接，所述第二二极管的阴极与所述电荷泵模块的输出端连接；

第一电容，串联在所述第一二极管与所述第二二极管的中间节点与电荷源之间；

第二电容，串联在所述电荷泵的输出端与所述电荷泵的接地端之间。

优选地，所述控制模块包括：

比较器，包括与所述参考电压源连接的同相输入端和与所述电源端耦接的反相输入端，以及输出端；

第二晶体管，串联在所述电荷泵模块的接地端与地之间，栅极与所述比较器的输出端连接。

优选地，所述控制电路还包括：

第二电阻和第三电阻，串联在所述电源端与地之间，所述第二电阻与所述第三电阻的中间节点连接至所述比较器的反相输入端。

优选地，所述控制电路还包括：

第四电阻，串联在所述比较器的输出端与所述第二晶体管的栅极之间。

优选地，所述第二晶体管为NMOS管。

优选地，所述第一晶体管为NMOS管。

优选地，所述第一电阻的阻值小于所述电荷泵模块的等效电阻。

本实用新型提供的电源控制电路包括依次串联在电源端与地之间的电荷泵模块和第一电阻，串联在电源端与负载端的第一晶体管，串联在电源端与负载端的降压电路，以及连接在电荷泵模块的接地端与地之间的控制模块，控制模块还与电源端连接。

控制模块检测电源端电压，控制电荷泵模块的接地端是否接地，从而控制电荷泵模块的升压功能是否有效，电荷泵模块的输出端连接至第一晶体管的栅极，当电荷泵模块的接地端接地时，其升压功能有效，其输出端电压提升为高电平，第一晶体管导通，从而使降压电路短路，电源端直接连接至负载端；当电荷泵模块的接地端未接地时，电荷泵模块的升压功能无效，电荷泵模块等效为一普通电阻，其与第一电阻的中间节点电压低于电源端输入至电荷泵模块的电压，使第一晶体管的栅极电压低于导通电压，第一晶体管断路，电源端电压经降压电路降压后输出至负载端。其中，当电源端电压大于等于阈值时，控制模块断开电荷泵模块的接地端与地的连接，电荷泵模块输出端为低电平，第一晶体管断路，电源端电压降压后输出至负载端；当电源端电压小于阈值时，控制模块导通电荷泵模块的接地端与地的连接，电荷泵模块输出高电平，第一晶体管导通，电源端电压之间输出至负载端。

本实用新型的电源控制电路用电荷泵模块作为控制媒介，电荷泵模块在有效时输出远高于系统输入的电压，在无效时输出低于系统输入电压的电压，以电荷泵模块的输出电压为晶体管的栅极控制信号，实现精确控制，能够有效、准确的控制晶体管的导通与否，准确的在电源端电压高于阈值时使电源端经过降压电路再输出至负载端，能够有效地将输出至负载端的电压限制在一定值以下。

附图说明

通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出了根据本实用新型实施例的电源控制电路的电路结构示意图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本实用新型的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或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。

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。

图1示出了根据本实用新型实施例的电源控制电路的电路结构示意图，如图1所示，本实用新型实施例的电源控制电路100包括晶体管Q1、二极管D1、电荷泵模块110、控制模块120以及电阻R1，电源控制电路100的电源端VIN接收电压输入，负载端VOUT输出电压至负载。在本实施例中的电源控制电路100，晶体管Q1可以选择NMOS管，NMOS管的导通电阻小，其短路效果好。

NMOS管Q1的漏极与电源端VIN连接，源极与负载端VOUT连接。二极管D1与NMOS管Q1并联，二极管D1的阴极连接至负载端VOUT，阳极连接至电源端VIN。NMOS管Q1导通时，电源端VIN与负载端VOUT之间短路，负载端VOUT直接输出电源端VIN的输入电压；NMOS管Q1断开时，电源端VIN经二极管D1连接至负载端VOUT，负载端VOUT的输出电压比电源端VIN的输入电压小一个二极管D1的压降。

稳压二极管在反向击穿状态下两端压降稳定，可以在任何负载下稳定降压，二极管D1可以采用稳压二极管，稳压二极管阳极连接至负载端VOUT，阴极连接至电源端VIN，能使负载端VOUT的电压稳定低于电源端VIN的电压而不受负载影响。二极管D1在电路中实现降压功能，电源端VIN经二极管D1至负载端VOUT的路径为降压电路路径，该降压电路还可以有其他方案，例如，降压斩波电路，该降压斩波电路的输入端与电源端VIN连接，输出端与负载端VOUT连接。

电荷泵模块110包括二极管D2、二极管D3、电容C1、电容C2，二极管D2阳极连接至电源端VIN、阴极连接至二极管D3的阳极，二极管D3的阴极通过电阻R1连接至地，电容C1连接在二极管D2和二极管D3的中间节点与电荷源V1之间，电容C2的第一端连接至二极管D3和电阻R1的中间节点、第二端连接至地。NMOS管Q1的栅极连接至二极管D3和电阻R1的中间节点。A点电压为电荷泵模块的输出电压，也是NMOS管Q1的栅极控制电压。

二极管D2的阳极连接至电荷泵模块110的输入端，二极管D3的阴极连接至电荷泵模块110的输出端，电容C2的第二端连接至电荷泵模块110的接地端。在电荷泵模块110的接地端接地时，电荷泵模块110的输出端输出高于输入端电压的电压至A点。当电荷泵模块110的接地端未接地时，电荷泵模块110的升压功能失效，电荷泵模块110等效为一个普通电阻。

控制模块120连接在电荷泵模块110的电容C2的第二端与地之间，还与电源端VIN连接，根据电源端VIN的输入电压控制电容C2与地之间的连接，从而控制电荷泵模块100的升压功能是否起效。

当电源端VIN的输入电压高于阈值时，控制模块120断开电容C2与地的连接，电荷泵模块110的升压功能失效，电源端VIN的输入电压经过二极管D2、D3降压后至A点，使A点电压小于NMOS管Q1的导通电压，NMOS管Q1断开，负载端VOUT输出电压比电源端VIN的输入电压小一个二极管D1的压降。

当电源端VIN的输入电压小于阈值时，控制模块120导通电容C2的第二端与地之间的连接，电荷泵模块110的升压功能有效，A点电压高于电源端VIN的输入电压，同时达到NMOS管Q1的栅极导通要求，NMOS管Q1导通，负载端VOUT直接输出电源端VIN的输入电压。

本实用新型实施例的电源控制电路100的控制模块120包括比较器121和晶体管Q2，以及电阻R2、R3、R4。在本实施例的电源控制电路100中，晶体管Q2可以选择NMOS管，电阻R2、R3顺次串联在电源端VIN与地之间，电阻R2和电阻R3的中间节点输出电源端VIN输出电压的采样电压连接至比较器121的反相输入端，运算放大器的同相输入端连接至恒压源V2，比较器121的输出端与NMOS管Q2的栅极之间串联着电阻R4，NMOS管Q2的源极接地、漏极与电容C2的第二端连接。比较器121的电源正端口连接至电源端VIN，电源负端口连接至地。

本实用新型实施例的电源控制电路100的控制模块120的电压采样电路可以根据实际条件适应性设计，例如，为适应实用环境的原有稳定电压源，比较器121的同相输入端的参考信号的来源恒压源V2可以选用实际应用电路中的电压源，或者电路中电压稳定的节点。

本实用新型实施例的电源控制电路100巧妙利用电荷泵电路的工作原理，根据输入电压的大小控制电容C2与地的连接，控制电荷泵电路是否升压，以及利用电荷泵电路中的二极管D2、D3的压降，控制A点电压，进而控制NMOS管Q1的通断。在电源端VIN的电压高于阈值时，使电荷泵电路的升压功能失效，电荷泵电路等效为一个普通电阻，A点电压低于电源端VIN的电压，同时也低于NMOS管Q1的导通电压，断开NMOS管Q1；在电源端VIN的电压低于阈值时，使电荷泵电路的升压功能有效，提升A点电压，导通NMOS管Q1；从而使负载端VOUT的电压小于电源端VIN的电压。本电源控制电路100适用的电路的电源端VIN的电源电压较低，使用压降与之对应的稳压二极管，即可达到将输出至负载端的电压限制在要求以下。同时控制电路的电压采样和参考电压可以适当选择，参考电压优选低于电源端VIN的最低电压。

针对本实用新型实施例的电源控制电路100的实用场景，例如一种电源输出电压为5-21V，发光二极管驱动器的输出电压为18V的场景，选择电容C1为0.1微法，电容C2为2.2微法，电阻R1、R4为10千欧，电阻R2为13千欧，电阻R3为3.3千欧，电源V2选择低于5V的3.3V，在负载端VOUT与地之间挂载10千欧的负载电阻，对此电路输入12V、15V、18V的电源电压进行测试。在电源电压为5-21V的实际工作环境中，电源电压相对于18V波动的上限一般为21V，选择反向导通压降为3V的二极管D1即可将最高电源电压21V降至18V，可以达到实用要求。电阻R1的阻值可以选择小于电荷泵模块110的等效电阻，可以增加NMOS管Q1的栅极电压高低差距。

对12V输入，比较器121的输出端电压为10.5V，A点电压为20.8V，远高于12V的输入，负载端VOUT电压为12V；对15V输入，比较器121的输出端电压为13.5V，A点电压为26.3V，远高于15V的输入，负载端VOUT为15V；对18V输入，比较器121的输出端电压为0.00V，A点电压为16.7V，低于18V输入，负载端VOUT为15.7V。测试结果表示本实用新型实施例的电源控制电路有效地将负载端VOUT电压限制在18V以下。

本实用新型的电源控制电路结构简单，输出稳定，输出电压限制效果良好。

依照本实用新型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，也不限制该实用新型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实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本实用新型以及在本实用新型基础上的修改使用。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种电源控制电路，包括输入电源电压的电源端和向负载输出电压的负载端，其特征在于，所述电源控制电路还包括：

第一晶体管，串联在所述电源端和所述负载端之间；

降压电路，串联在所述电源端和所述负载端之间，与所述第一晶体管并联；

第一电阻，连接在所述第一晶体管的栅极与地之间；

电荷泵模块，包括与所述电源端连接的输入端、输出端和接地端，所述电荷泵模块的输出端连接至所述第一晶体管的栅极；

控制模块，连接在所述电荷泵模块的接地端与地之间，与所述电源端连接，与参考电压源连接，

其中，当所述电源端电压大于或等于所述参考电压源的电压时，所述第一晶体管断路。

2.根据权利要求1所述的电源控制电路，其特征在于，

所述降压电路包括稳压二极管，所述稳压二极管的阳极连接至所述负载端，阴极连接至所述电源端。

3.根据权利要求1所述的电源控制电路，其特征在于，

所述降压电路为降压斩波电路，所述降压斩波电路包括与所述电源端连接的输入端和与所述负载端连接的输出端。

4.根据权利要求1所述的电源控制电路，其特征在于，所述电荷泵模块包括：

第一二极管，包括阳极和阴极，所述第一二极管的阳极与所述电荷泵模块的输入端连接；

第二二极管，包括阳极和阴极，所述第二二极管的阳极与所述第一二极管的阴极连接，所述第二二极管的阴极与所述电荷泵模块的输出端连接；

第一电容，串联在所述第一二极管与所述第二二极管的中间节点与电荷源之间；

第二电容，串联在所述电荷泵模块的输出端与所述电荷泵模块的接地端之间。

5.根据权利要求4所述的电源控制电路，其特征在于，所述控制模块包括：

比较器，包括与所述参考电压源连接的同相输入端和与所述电源端耦接的反相输入端，以及输出端；

第二晶体管，串联在所述电荷泵模块的接地端与地之间，栅极与所述比较器的输出端连接。

6.根据权利要求5所述的电源控制电路，其特征在于，所述控制电路还包括：

第二电阻和第三电阻，串联在所述电源端与地之间，所述第二电阻与所述第三电阻的中间节点连接至所述比较器的反相输入端。

7.根据权利要求5所述的电源控制电路，其特征在于，所述控制电路还包括：

第四电阻，串联在所述比较器的输出端与所述第二晶体管的栅极之间。

8.根据权利要求5所述的电源控制电路，其特征在于，所述第二晶体管为NMOS管。

9.根据权利要求1所述的电源控制电路，其特征在于，所述第一晶体管为NMOS管。

10.根据权利要求1所述的电源控制电路，其特征在于，所述第一电阻的阻值小于所述电荷泵模块的等效电阻。

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