CN2870287Y - Pwm开关电源上下电控制电路和pwm开关电源系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及PWM开关电源上下电控制电路和PWM开关电源系统。所述系统包括PWM开关电源电路，所述PWM开关电源电路中包括PWM芯片，并且，所述开关电源系统还包括：电阻R1、R2、R3，MOS场效应管M1、M2，其中，电阻R1、R2串联于电源与地之间；R1与R2的连接点与M1的栅极连接；M1的源极接地，M1的漏极与R3连接，R3的另一端连接到电源；R3与M1漏极的连接点与M2的栅极连接，M2的源极接地，M2的漏极与PWM开关电源电路的中所述PWM芯片的SS/ON端连接。本电源开关系统的上下电顺序满足了后级芯片的要求，并且在下电过程中，该系统不产生振铃现象。

Description

PWM开关电源上下电控制电路和PWM开关电源系统

技术领域

本实用新型涉及电源电路上下电控制技术，尤其是一种PWM开关电源上下电控制电路和PWM开关电源电路。

背景技术

随着集成电路芯片功能越发强大，以及IC制造工艺不断升级，芯片越来越多采用低电压、大电流的工作方式，因而推动PWM(Pulse Wide Modulation)降压型电压控制芯片广泛应用。这种PWM电压控制芯片和MOSFET管、电感、电容等一起，组成PWM开关电源电路，为芯片提供所需的各种电压，成为电子系统可靠运行的关键。

现有芯片多采用多路电压供电，因此在系统单板中多采用直流到直流(DC/DC)的供电方式，由同一个一次直流电压源(12V)经过不同的二次电源，最终输出后级芯片所需要的不同电压(3.3v、2.5v、1.2v)，所述二次电源为PWM电压控制芯片构成的PWM开关电源。由于不同开关电源电路存在差异，因而采用上述供电方式会导致到达后级芯片端各路电压上下电顺序不满足芯片要求，从而影响后级芯片正常工作和热插拔功能；并且，电路板的容感特性通常会造成一次直流电源下电缓慢，从而不同程度的导致二次电源掉电过程中出现振铃现象(即下电时的电压振荡)，影响后级芯片正常工作和使用寿命。

为了解决上述问题，目前有两种方法常用于控制多路PWM开关电源电路上下电顺序。一种方法是调整软开关电路的电容值，通过调整电容达到调整芯片缓启动时间的目的，从而改变上电顺序，但是该方法无法保证电源电路下电的顺序满足芯片的要求，以及无法避免下电时的振铃现象的出现。现有的另一种方法是采用上下电顺序控制芯片，虽然现有技术中可选用的芯片较多，也能比较好的达到控制上下电顺序的效果，并且可以抑制由一次电源下电缓慢所造成的二次电源下电振铃现象的出现，但是增加上下电顺序控制芯片和外围电路将会增加电源电路成本，增加整体设备的制造成本，因而该方法尤其不适用于低端产品中。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种PWM开关电源上下电控制电路，该电路能够有效控制到达芯片端各路电压上下电顺序，并且能够抑制下电过程中振铃现象的出现，相应的，本实用新型还提供了一种PWM开关电源电路。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种PWM开关电源上下电控制电路，包括电阻R1、R2、R3，MOS场效应管M1、M2，其中，电阻R1、R2串联于电源与地之间；R1与R2的连接点与M1的栅极连接；M1的源极接地，M1的漏极与R3连接，R3的另一端连接到电源；R3与M1漏极的连接点与M2的栅极连接，M2的源极接地，M2的漏极为所述控制电路的输出端。

所述MOS场效应管为为N型。所述R1或R2为可变电阻。

一种带有如权利要求1所述控制电路的PWM开关电源系统，包括PWM开关电源电路，所述PWM开关电源电路中包括PWM芯片，所述开关电源系统还包括：电阻R1、R2、R3，MOS场效应管M1、M2，其中，电阻R1、R2串联于电源与地之间；R1与R2的连接点与M1的栅极连接；M1的源极接地，M1的漏极与R3连接，R3的另一端连接到电源；R3与M1漏极的连接点与M2的栅极连接，M2的源极接地，M2的漏极与PWM开关电源电路的中所述PWM芯片的SS/ON端连接。

上述系统中，所述MOS场效应管M1、M2为N型。

在所述系统结构基础上，设置R1、R2电阻值，确定开关电源的启动/关闭电压为 其中V_th为场效应管的导通电压。

所述PWM开关电源电路还包括：缓启动电路以及电压升降电路；缓启动电路串联于PWM芯片的SS/ON与地之间；所述PWM芯片控制电压升降电路的电压输出。所述缓启电路由电容和电阻串联组成。并且，设置

所得电压值大于开关电源系统的输入电压Vin的缓下电电压。

以上技术方案可以看出，通过配置本实用新型所提供的PWM开关电源上下电控制电路中分压电阻R1和R2的阻值，设置不同的开启和关闭电压，可以很好的实现对2-3路电源的上下电顺序控制；并且，当恰当的设置开启关闭电压高于VIN缓下电电压时，可有效抑制由于一次电源缓下电造成的下电振铃。

并且，本实用新型的PWM开关电源上下电控制电路由两个MOSFET和3个电阻组成，电路简单，在系统中稳定性往往是合系统复杂度成反比，越复杂的系统出问题的可能性越大，为了保证复杂系统的可靠性，往往需要成本的堆积。本实用新型可以在大大降低成本的前提下保证产品可靠性，其原理是通过一次电源的电压控制PWM芯片的SS/ON管脚，达到用一次电源上下电控制二次电源上下电的目的，控制方式简单有效。

本实用新型不需要额外的器件，只需要增加MOSFET和电阻，因而对整机设计成本几乎无影响。

本实用新型还提供了一种带有本实用新型上下电控制电路的PWM开关电源系统，相应的，该电源系统上下电顺序满足了后级芯片的要求，并且在下电过程中，该系统不产生振铃现象。

附图说明

图1为本实用新型PWM开关电源上下电控制电路图；

图2为本实用新型PWM开关电源系统电路图；

图3所示为某PWM开关电源系统上下电原始波形图；

图4为后级芯片供电示意图；

图5为本实用新型PWM开关电源系统实施例上下电波形图。

具体实施方式

图1所示为本实用新型提供的PWM开关电源上下电控制电路。如图，该电路包括电阻R1、R2、R3，MOS场效应管M1、M2。其中，电阻R1、R2串联于电源(Vin)与地之间；R1与R2的连接点与M1的栅极连接；M1的源极接地，M1的漏极与R3连接，R3的另一端连接到电源；R3与M1漏极的连接点与M2的栅极连接，M2的源极接地，M2的漏极为所述控制电路的输出端。

本实施例中优选采用N型场效应管，但并不排除采用P型场效应管的实现方式，本领域技术人员可参照图1及上文说明采用P型场效应管达到本实用新型的目的。并且，本电路中的R1和R2可采用变阻器。

为了保护芯片，现有的开关电源PWM芯片多采用SS/ON引脚复用控制方式，通过对连接引脚的电容充电达到开启电压从而使能芯片工作，同时实现了电源的缓启动功能。本实用新型提供的开关电源系统即采用了SS/ON引脚复用控制方式的开关电源PWM芯片。

参照图2具体说明该电源系统结构。如图所示，该电路由两部分组成，PWM开关电源电路以及本实用新型提供的上下电控制电路，其中上下电控制电路见红色线框内所示。

PWM开关电源电路包括PWM芯片，MOSFET上管(M3)、MOSFET下管(M4)，电感L，滤波电容C2，以及缓启动电路。所述缓启动电路由C1、R4组成，如图，开关电源采用SS/ON引脚复用启动方式，C1正极与PWM芯片SS/ON引脚连接，其负极与电阻R4连接，R4另一端接地。在此结构基础上，当PWM芯片的Vin引脚有电压输入时，SS/ON引脚开始输出电流对电容C1充电，当C1的电压达到开关电源PWM芯片的启动阀值电压时，开关电源PWM芯片开始正常工作；当SS/ON引脚电压低于启动阀值电压时，开关电源PWM芯片关闭。

PWM芯片的TS端与场效应管M3的栅极连接，M3的漏极连接电源Vin，M3的源极与M4的漏极连接，M4的栅极与PMW芯片的BS端连接，M4的源极接地。M3源极与M4漏极的连接点与电感L连接，电感L的另一端通过滤波电容C2接地，并作为本实用新型所述开关电源系统的输出端输出直流电压到后级芯片。

针对PWM开关电源缓启动电路的特点，本实用新型的系统中，在开关电路前端提供了一种上下电控制电路，电路如图2线框内所示，该上下电控制电路包括：电阻R1、R2、R3，MOS场效应管M1、M2。其中，电阻R1、R2串联于电源(Vin)与地之间；R1与R2的连接点与M1的栅极连接；M1的源极接地，M1的漏极与R3连接，R3的另一端连接到电源；R3与M1漏极的连接点与M2的栅极连接，M2的源极接地，M2的漏极与PMW芯片的SS/ON管脚相连。

在上述实施例结构基础上，本实用新型的开关电源系统在上电时，一次电源Vin以一定斜率上升至标准电压，由图示电路结构可知， $\frac{R2}{R1+R2}\mathrm{Vin}=V_{\mathrm{gs}}\left(M1\right),$ 当V_gs＞V_th(M1)时(V_th(M1)为M1的导通电压)，场效应管M1导通，M1的源极S和漏极D形成通路，进而导致MOSFET M2的G极接地，电压降为零，进而M2关闭，M2源极S与漏极D之间形成断路，使得缓启动电容C1开始正常充电，开关电源PWM芯片开始缓启动过程；下电时，一次电源VIN以一定斜率降低至零，当V_gs＜V_th(M1)时，MOSFET M1关闭，使得MOSFET M2的G极电压变为输入电压VIN，由于Vin＞V_th(M2)，所以MOSFET M2导通，SS/ON引脚与地连接，其电压低于启动阀值电压，开关电源PWM芯片关闭。

在所选MOSFET的导通电压V_th范围较为精确的条件下，通过适当调节分压电阻R1和R2的值，可实现对电源电路系统上下电起始电压的控制。图3所示为某PWM开关电源系统上下电原始波形图。图中输入电压VIN为12V，所示1.2V为开关电源系统后级的受电芯片核所需电压，所示3.3V为开关电源系统为受电芯片的I/O提供电压。如图所示，原有开关电源系统上电过程中先加载1.2V电压后加载3.3V电压，下电过程中先下1.2V电压后下3.3V电压；然而，若后级受电芯片要求上电顺序为核电压(1.2V)后上先下，由图可见，原有开关电源系统上电顺序不满足后级受电芯片的要求。并且，由图可见，在下电过程中，I/O电压因12V电压缓下电而产生振铃现象。图4为后级受电芯片供电示意图，该图仅表明一个电源Vin输入到两个开关电源系统，分别获取1.2V和3.3V电压，两个电源开关系统的输出端与后级供电芯片连接分别为芯片核与I/O供电。

图5为在增加本实用新型的上下电控制电路后，原有PWM开关电源系统可实现的上下电波形图。参照图5说明本实用新型开关电源系统的特性，以及进一步体现本实用新型的上下电控制电路应用于开关电源系统后所发挥的功能。

以上述实施例为基础，通过配置电阻R1和R2的阻值，使得I/O电压3.3v在VIN达到6V时开启/关闭，核电压1.2v在VIN为7.5v时开启/关闭，进而使得该开关电源系统上下电顺序可以满足后级受电芯片的要求。进一步，由于1.2V和3.3V的开启/关闭电压均高于图5中所示的VIN缓下电电压，因而在VIN缓下电时，受上述开启/关闭电压的控制，开关电源PWM芯片已经关闭，因而有效的避免了下电振铃现象的产生。

综上所述，本实用新型的关键是在PWM开关电源系统中增加上下电控制电路，如图2红色线框内部分所示。通过配置分压电阻R1和R2的阻值，设置不同的开启/关闭电压，可以很好的实现对2-3路电源上下电顺序的控制；进而，控制开启/关闭电压大于电源Vin的缓下电电压时，能够有效的抑制下电振铃现象的产生。R1、R2和R3一般选择K欧姆级，M1和M2宜选择导通电压V_th范围较小的MOSFET。

以上对本实用新型所提供的PWM开关电源上下电控制电路和PWM开关电源系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (9)

1、一种PWM开关电源上下电控制电路，其特征在于：

包括电阻R1、R2、R3，MOS场效应管M1、M2，

其中，电阻R1、R2串联于电源与地之间；R1与R2的连接点与M1的栅极连接；M1的源极接地，M1的漏极与R3连接，R3的另一端连接到电源；R3与M1漏极的连接点与M2的栅极连接，M2的源极接地，M2的漏极为所述控制电路的输出端。

2、如权利要求1所述的PWM开关电源上下电控制电路，其特征在于：

所述MOS场效应管为N型。

3、如权利要求1或2所述的PWM开关电源上下电控制电路，其特征在于：

所述R1或R2为可变电阻。

4、一种带有如权利要求1所述控制电路的PWM开关电源系统，包括PWM开关电源电路，所述PWM开关电源电路中包括PWM芯片，其特征在于，所述开关电源系统还包括：

电阻R1、R2、R3，MOS场效应管M1、M2，其中，电阻R1、R2串联于电源与地之间；R1与R2的连接点与M1的栅极连接；M1的源极接地，M1的漏极与R3连接，R3的另一端连接到电源；R3与M1漏极的连接点与M2的栅极连接，M2的源极接地，M2的漏极与PWM开关电源电路的中所述PWM芯片的SS/ON端连接。

5、如权利要求4所述的PWM开关电源系统，其特征在于：

所述MOS场效应管M1、M2为N型。

6、如权利要求4所述的PWM开关电源系统，其特征在于：

分压电阻R1、R2的阻值确定其连接点电压

作为开关电源的启动/关闭电压，其中V_th为场效应管的导通电压。

7、如权利要求4所述的PWM开关电源系统，其特征在于，所述PWM开关电源电路还包括：

缓启动电路以及电压升降电路；

缓启动电路串联于PWM芯片的SS/ON与地之间；

所述PWM芯片控制电压升降电路的电压输出。

8、如权利要求7所述的PWM开关电源系统，其特征在于：值大于开关电源系统的输入电压Vin的缓下电电压。

9、如权利要求7所述的PWM开关电源系统，其特征在于：

所述缓启电路由电容和电阻串联组成。

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