CN216434877U - 一种防倒灌耐高压的电源开关电路及终端设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种防倒灌耐高压的电源开关电路及终端设备，终端设备包括电源开关电路、控制器和接口；所述电源开关电路包括开关切换模块和防倒灌耐高压模块；所述开关切换模块连接防倒灌耐高压模块和控制器，防倒灌耐高压模块连接接口；所述开关切换模块根据控制器传输的使能信号的波形控制供电通路的通断；所述防倒灌耐高压模块在供电通路导通时，防止接口的电流反灌，还进行耐高压保护；将开关和防倒灌耐高压保护分开设置，出现故障时能对开关切换模块和防倒灌耐高压模块的输出分别检测，即可判断出故障原因；同时，任一模块故障时，可单独替换，与现有集成的电源开关必须整体替换相比，成本更低，节省了成本。

Description

一种防倒灌耐高压的电源开关电路及终端设备

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，尤其涉及一种防倒灌耐高压的电源开关电路及终端设备。

背景技术

Power Switch(电源开关)在电子设备领域得到了广泛应用，特别是在笔记本产品中，例如Type-C接口的笔记本做Sink(灌电流，即外部适配器的输入电流供笔记本使用)/Source(拉电流，输出电流给外部TypeC接口的设备)供电切换电路设计时，大部分产品的设计，针对Source应用场景(输出电流供外设使用)，都采用专用集成的防倒灌耐高压的电源开关(Power Switch)。如图1所示，即当Type-C接口接入外部设备(除了适配器以外的设备，如U盘或手机)时，使能信号PSON_ENABLE控制电源开关Ua(常规器件封装为WLCSP-12或WLCSP-9)导通，主板提供的额定电压+V_IN(额定工作设计电压值为5V)通过电源开关Ua输出，转换为输出电压+V_OUT从TypeC接口输出，给外部设备供电。

但是，这种专用的集成的电源开关成本很高，并且其将用于实现开关切换、防倒灌、耐高压的器件直接集成在电源开关内部，若内部器件出现故障，或焊接时由于引脚(9个引脚，1个悬空)虚焊或漏焊，则同时影响电源的开关切换、防倒灌和耐高压功能的实现。出现故障时，无法判断是开关切换出现问题，还是防倒灌或耐高压出现问题引起的故障，只能整体更换，增加成本。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种防倒灌耐高压的电源开关电路及终端设备，以解决现有器，防倒灌耐高压模块连接接口；所述开关切换模块根据控制器传集成的电源开关不能判断故障原因的问题。

本实用新型实施例提供一种防倒灌耐高压的电源开关电路，连接控制器和接口，其包括开关切换模块和防倒灌耐高压模块；所述开关切换模块连接防倒灌耐高压模块和控制器，防倒灌耐高压模块连接接口；

所述开关切换模块根据控制器传输的使能信号的波形控制供电通路的通断；

所述防倒灌耐高压模块在供电通路导通时，防止接口的电流反灌，还进行耐高压保护。

可选地，所述的防倒灌耐高压的电源开关电路中，所述开关切换模块包括电源开关芯片、第一电阻、第二电阻和第一电容；

所述电源开关芯片的IN脚输入额定电压、还通过第一电容接地；电源开关芯片的EN脚连接第一电阻的一端和控制器，电源开关芯片的SET脚通过第二电阻接地，电源开关芯片的OUT脚连接防倒灌耐高压模块，电源开关芯片的GND脚和第一电阻的另一端均接地。

可选地，所述的防倒灌耐高压的电源开关电路中，所述防倒灌耐高压模块包括第一开关管、第二开关管、第三电阻、第四电阻和第五电阻；

所述第一开关管的栅极连接第三电阻的一端和第四电阻的一端，第四电阻的另一端和第一开关管的源极均接地，第一开关管的漏极连接第二开关管的栅极和第五电阻的一端，第二开关管的漏极连接第三电阻的另一端和电源开关芯片的OUT脚，第二开关管的源极连接第五电阻的另一端和接口。

可选地，所述的防倒灌耐高压的电源开关电路中，所述防倒灌耐高压模块还包括第六电阻、第二电容和第三电容；

所述第二电容与第四电阻并联，第六电阻的一端连接第一开关管的漏极，第六电阻的另一端连接第二开关管的栅极和第五电阻的一端。

可选地，所述的防倒灌耐高压的电源开关电路中，所述第一开关管为NMOS管，第二开关管为PMOS管。

可选地，所述的防倒灌耐高压的电源开关电路中，所述第一开关管和第二开关管的工作击穿电压范围是25V至30V。

可选地，所述的防倒灌耐高压的电源开关电路中，所述电源开关芯片的型号为AP1621或LPW5209A-03。

可选地，所述的防倒灌耐高压的电源开关电路中，所述电源开关芯片的封装为SOT23-5。

本实用新型实施例第二方面提供了一种终端设备，包括一主板，所述主板上设置有控制器和接口，其中，所述主板上还设置所述的防倒灌耐高压的电源开关电路，所述防倒灌耐高压的电源开关电路连接控制器和接口；

所述控制器检测接口连接的外设类型，输出对应波形的使能信号；所述电源开关电路根据使能信号的波形控制输出电压的输出状态，还进行电流防倒灌和耐高压保护；有输出电压输出时，接口将输出电压传输给外设供电。

本实用新型实施例提供的技术方案中，终端设备包括电源开关电路、控制器和接口；所述电源开关电路包括开关切换模块和防倒灌耐高压模块；所述开关切换模块连接防倒灌耐高压模块和控制输的使能信号的波形控制供电通路的通断；所述防倒灌耐高压模块在供电通路导通时，防止接口的电流反灌，还进行耐高压保护；将开关和防倒灌耐高压保护分开设置，出现故障时能对开关切换模块和防倒灌耐高压模块的输出分别检测，即可判断出故障原因；同时，任一模块故障时，可单独替换，与现有集成的电源开关必须整体替换相比，成本更低，节省了成本。

附图说明

图1为现有电源开关的电路图。

图2为本实用新型实施例中终端设备的结构框图。

图3为本实用新型实施例中防倒灌耐高压的电源开关电路的电路示意图。

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一部分实施例，而不是全部的实施例。本实用新型中的实施例，本领域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。

请同时参阅图2和图3，本实用新型实施例提供的终端设备包括一主板，所述主板上设置有防倒灌耐高压的电源开关电路10、控制器20和接口30，所述防倒灌耐高压的电源开关电路10连接控制器20和接口30。所述控制器20检测接口30连接的外设类型，输出对应波形的使能信号PSON_ENABLE；所述电源开关电路10根据使能信号PSON_ENABLE的波形控制输出电压+V_OUT的输出状态，还进行电流防倒灌和耐高压保护；有输出电压+V_OUT输出时，接口30将输出电压+V_OUT传输给外设供电。

其中，所述终端设备优选为平板电脑或笔记本。控制器20是嵌入式控制器(EC，Embedded Controller)或Type-C的PD(Power Delivery)控制芯片，接口30优选为Type-C接口。当控制器20检测接口30连接的是适配器之类的用于对终端设备供电的外设时，输出低电平(波形为电平信号，且持续为低)的使能信号PSON_ENABLE。当控制器20检测接口30连接的是U盘、手机之类的用于与终端设备之间进行数据传输的外设时，输出高电平(波形为电平信号，且持续为高)的使能信号PSON_ENABLE。

需要理解的是，所述控制器20和接口30为现有技术，本实施例主要是使用控制器20输出的使能信号PSON_ENABLE，以及将输出电压V_OUT通过接口30输出，此处对控制器20、接口30与电源开关电路10连接的具体引脚不做详述。

本实施例中，所述防倒灌耐高压的电源开关电路10包括开关切换模块110和防倒灌耐高压模块120；所述开关切换模块110连接防倒灌耐高压模块120和控制器20，防倒灌耐高压模块120连接接口。所述开关切换模块110根据控制器传输的使能信号PSON_ENABLE的波形控制供电通路的通断，所述防倒灌耐高压模块120在供电通路导通时，用于防止接口30的电流反灌至主板，还进行耐高压保护。

由于本实施例将开关和防倒灌耐高压保护分开设置，出现故障时能对开关切换模块110和防倒灌耐高压模块120的输出分别检测，即可判断出故障原因；同时，任一模块故障时，可单独替换，与现有集成的电源开关必须整体替换相比，成本更低，节省了成本。

请继续参阅图3，所述开关切换模块110包括电源开关芯片U、第一电阻R1、第二电阻R2和第一电容C1；所述电源开关芯片U的IN脚输入额定电压+V_IN、还通过第一电容C1接地；电源开关芯片U的EN脚连接第一电阻R1的一端和控制器20，电源开关芯片U的SET脚通过第二电阻R2接地，电源开关芯片U的OUT脚连接防倒灌耐高压模块120，电源开关芯片U的GND脚和第一电阻R1的另一端均接地。

其中，所述电源开关芯片U可采用各类价格低的通用5V工作电压的电源开关器件，例如型号为AP1621或LPW5209A-03的SOT23-5封装的器件；其成本比现有的集成的防倒灌耐高压的电源开关更便宜，大大降低了成本。所述额定电压+V_IN为5V，由主板的现有电源模块提供，由第一电容C1对其进行滤波。

当没有使能信号PSON_ENABLE输入时，电源开关芯片U的EN脚被第一电阻R1下拉为低电平；当使能信号PSON_ENABLE为低电平时，EN脚也为低电平；此时电源开关芯片U断开其IN脚与OUT脚之间的连接，则供电通路断开。当使能信号PSON_ENABLE为高电平时，电源开关芯片U导通其IN脚与OUT脚之间的连接，则供电通路导通。

所述防倒灌耐高压模块120包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5；所述第一开关管Q1的栅极连接第三电阻R3的一端和第四电阻R4的一端，第四电阻R4的另一端和第一开关管Q1的源极均接地，第一开关管Q1的漏极连接第二开关管Q2的栅极和第五电阻R5的一端，第二开关管Q2的漏极连接第三电阻R3的另一端和电源开关芯片U的OUT脚，第二开关管Q2的源极连接第五电阻R5的另一端和接口。

其中，第一开关管Q1为增强型的NMOS管，第二开关管Q2为PMOS管，两者的工作击穿电压一般是25V，甚至高至30V，大于有外部输入时的20V的额定工作电压(由适配器提供)，从而实现耐高压保护。同时，第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5组合在一起，实现绝对单向导通的功能(即防倒灌)，具体工作如下：

1、接口没有接入任何设备时，输出电压+V_OUT的电压准位值(即电压值)是0V。此时无使能信号PSON_ENABLE输入，电源开关芯片U断开，供电通路断开；虽然有5V的额定电压+V_IN，但供电通路断开，不会传输至输出电压+V_OUT上。

2、当适配器接入Type-C接口时，输出电压+V_OUT的电压准位值会跟随适配器的电压值最高上升到20V，这个20V通过其他供电通路传输给主板供电。控制器20输出的使能信号PSON_ENABLE为低电平，电源开关芯片U断开，供电通路断开，电源开关芯片U的OUT脚没有输出任何电压，第一开关管Q1的栅极被第四电阻R4拉低，第一开关管Q1截止，第二开关管Q2截止，这样输出电压+V_OUT上的电流就不会通过第二开关管Q2、电源开关芯片U反灌至额定电压+V_IN上，从而实现了防倒灌保护。由于第一开关管Q1和第二开关管Q2的工作击穿电压大于适配器提供的20V，实现了耐高压功能。

3、当接入的外设是U盘或者手机时，控制器20输出的使能信号PSON_ENABLE为高电平，则电源开关芯片U导通，供电通路导通，额定电压+V_IN从电源开关芯片U的OUT脚输出，经过第三电阻R3和第四电阻R4的分压使第一开关管Q1导通，将第二开关管Q2的栅极电压拉低，第二开关管Q2导通，使输出电压+V_OUT的电压准位值接近额定电压+V_IN的电压准位值，即额定电压+V_IN通过第二开关管Q2(有很小的降压)输出，变成输出电压+V_OUT。这样主板提供的5V的额定电压+V_IN就能从接口输出给外设供电。

输出电压+V_OUT会变成5V(即主板对外设供电的情况)，或高达20V(主板接入适配器的情况)，供电通路具备单向导通(只能从额定电压+V_IN输入，从输出电压+V_OUT输出)、反向隔离(接入适配器时20V的输出电压+V_OUT不能传输至到额定电压+V_IN)，实现了防倒灌功能；同时，与和输出电压+V_OUT直接接触的开关管器件有耐高压功能，不会被高压击穿而被损坏，实现了耐高压保护。

优选地，所述防倒灌耐高压模块120还包括第六电阻R6、第二电容C2和第三电容C3；所述第二电容C2与第四电阻R4并联，第六电阻R6的一端连接第一开关管Q1的漏极，第六电阻R6的另一端连接第二开关管Q2的栅极和第五电阻R5的一端。

所述第二电容C2用于对第一开关管Q1的栅极电压进行滤波，使Q1的导通更加稳定。第六电阻R6用于保护第二开关管Q2，避免高压烧坏Q2。第三电容C3用于对输出电压+V_OUT进行滤波，使供电更加稳定。

在具体实施时，为了确保第二开关管Q2通断控制的稳定性，还可增加第三开关管Q3，所述第三开关管Q3的基极连接第一开关管Q1的栅极，第三开关管Q3的发射极接地，第三开关管Q3的集电极连接第二开关管Q2的栅极。第三开关管Q3的工作原理与第一开关管Q1相同，当第一开关管Q1故障时，还可通过第三开关管Q3来控制第二开关管Q2的通断。也可用第三开关管Q3来替换第二开关管Q2。

防倒灌耐高压模块120中的各个电阻、电容都是价格非常便宜的分离的阻容器件，各个开关管都是耐高压的Mosfet器件。当出现故障时，可检测电源开关芯片U的OUT脚上的电压是否正常来判断开关切换是否正常，也可检测开关管各个极上的电压来判断防倒灌或耐高压是否正常，并且当任一器件故障时，可单独替换，成本非常低。

综上所述，本实用新型提供的防倒灌耐高压的电源开关电路及终端设备，采用低成本电源开关芯片来控制供电通路的通断，采用分离的阻容器件和Mosfet器件来实现防反灌和耐高压的单向导通供电功能，可以省去成本更贵的集成的电源开关，以更低的成本实现电源开关、防反灌和耐高压功能；通过将电源开关与防反灌耐高压分开设置，更方便故障排查和器件更换，与现有必须整个电源开关更换相比，维修成本更低。

可以省去专门的Power Switch切换集成电路器件，采用普通的低成本Powerswitch方案+少数几个普通器件，就可以以最低成本实现该功能，提升产品市场竞争力。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种防倒灌耐高压的电源开关电路，连接控制器和接口，其特征在于，包括开关切换模块和防倒灌耐高压模块；所述开关切换模块连接防倒灌耐高压模块和控制器，防倒灌耐高压模块连接接口；

所述开关切换模块根据控制器传输的使能信号的波形控制供电通路的通断；

所述防倒灌耐高压模块在供电通路导通时，防止接口的电流反灌，还进行耐高压保护；

所述开关切换模块包括电源开关芯片、第一电阻、第二电阻和第一电容；

所述电源开关芯片的IN脚输入额定电压、还通过第一电容接地；电源开关芯片的EN脚连接第一电阻的一端和控制器，电源开关芯片的SET脚通过第二电阻接地，电源开关芯片的OUT脚连接防倒灌耐高压模块，电源开关芯片的GND脚和第一电阻的另一端均接地；

所述防倒灌耐高压模块包括第一开关管、第二开关管、第三电阻、第四电阻和第五电阻；

所述第一开关管的栅极连接第三电阻的一端和第四电阻的一端，第四电阻的另一端和第一开关管的源极均接地，第一开关管的漏极连接第二开关管的栅极和第五电阻的一端，第二开关管的漏极连接第三电阻的另一端和电源开关芯片的OUT脚，第二开关管的源极连接第五电阻的另一端和接口。

2.根据权利要求1所述的防倒灌耐高压的电源开关电路，其特征在于，所述防倒灌耐高压模块还包括第六电阻、第二电容和第三电容；

所述第二电容与第四电阻并联，第六电阻的一端连接第一开关管的漏极，第六电阻的另一端连接第二开关管的栅极和第五电阻的一端。

3.根据权利要求1所述的防倒灌耐高压的电源开关电路，其特征在于，所述第一开关管为NMOS管，第二开关管为PMOS管。

4.根据权利要求1所述的防倒灌耐高压的电源开关电路，其特征在于，所述第一开关管和第二开关管的工作击穿电压范围是25V至30V。

5.根据权利要求1所述的防倒灌耐高压的电源开关电路，其特征在于，所述电源开关芯片的型号为AP1621或LPW5209A-03。

6.根据权利要求5所述的防倒灌耐高压的电源开关电路，其特征在于，所述电源开关芯片的封装为SOT23-5。

7.一种终端设备，包括一主板，所述主板上设置有控制器和接口，其特征在于，还设置如权利要求1-6任一项所述的防倒灌耐高压的电源开关电路；所述防倒灌耐高压的电源开关电路连接控制器和接口；

所述控制器检测接口连接的外设类型，输出对应波形的使能信号；所述电源开关电路根据使能信号的波形控制输出电压的输出状态，还进行电流防倒灌和耐高压保护；有输出电压输出时，接口将输出电压传输给外设供电。

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