本實用新型涉及電源保護開關(guān),具體涉及轉(zhuǎn)換速率可控的半導(dǎo)體電源保護開關(guān)。
背景技術(shù):
在過去十年移動設(shè)備得到迅速的增長和普及,從便攜式數(shù)字化助理(PDA),到移動電話、電子閱讀器、再到便攜式平板電腦,用戶希望攜帶個人的通信和計算設(shè)備的需求持續(xù)的在增長。這些裝置設(shè)備都需要電池來操作和運行系統(tǒng)。由于市場對復(fù)雜的裝置持續(xù)的需求,電池系統(tǒng)需要提供更多的能量來支持這些更高水準(zhǔn)且復(fù)雜的應(yīng)用需求。有限的化學(xué)電池要提供更高的供電電流,然而大電流是很難控制的。
對于具有更高容量的電池和負(fù)載,如何控制從電池至負(fù)載的浪涌電流是一個重要的問題。如果過快地打開保護開關(guān),可以短時間內(nèi)產(chǎn)生安培級的大電流,致使在開關(guān)的負(fù)載端形成電壓過沖,并在保護開關(guān)的電源輸入端或源極端產(chǎn)生電壓降。過量的過電壓會損壞與保護開關(guān)相連接的敏感電路,并且在輸入端過大的電壓降會對電壓源造成不可預(yù)測的、甚至毀壞性的影響?,F(xiàn)有的半導(dǎo)體保護開關(guān)技術(shù)在開啟保護開關(guān)時,對浪涌電流有一定的控制能力;然而,這些設(shè)備通常只具有固定的轉(zhuǎn)換速率來控制保護開關(guān),并需要其它相關(guān)的器件來產(chǎn)生不同的轉(zhuǎn)換速率。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本實用新型所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有技術(shù)中只具有固定的轉(zhuǎn)換速率來控制保護開關(guān),目的在于提供轉(zhuǎn)換速率可控的半導(dǎo)體電源保護開關(guān),實現(xiàn)電源保護開關(guān)的轉(zhuǎn)換速率的可控功能。
本實用新型通過下述技術(shù)方案實現(xiàn):
轉(zhuǎn)換速率可控的半導(dǎo)體電源保護開關(guān),包括電源、PMOS管負(fù)載開關(guān)、使能開關(guān)、速率轉(zhuǎn)換控制器、微控制器,所述電源與PMOS管負(fù)載開關(guān)的源極連接,PMOS管負(fù)載開關(guān)的漏極與負(fù)載連接,PMOS管負(fù)載開關(guān)的柵極與速率轉(zhuǎn)換控制器連接,所述使能開關(guān)與速率轉(zhuǎn)換控制器連接,所述微控制器與速率轉(zhuǎn)換控制器連接;所述PMOS管負(fù)載開關(guān)用于控制浪涌電流;所述速率轉(zhuǎn)換控制器用于控制PMOS管負(fù)載開關(guān),所述使能開關(guān)用于控制速率轉(zhuǎn)換控制器的工作狀態(tài),所述微控制器用于調(diào)節(jié)速率轉(zhuǎn)換控制器的速率轉(zhuǎn)換的快慢。PMOS管負(fù)載開關(guān)連接了電源的輸入電壓以及輸出負(fù)載,使用PMOS管負(fù)載開關(guān)的目的是為了保護輸出端的負(fù)載設(shè)備,使其免受潛在的過高電壓的損壞。當(dāng)連接負(fù)載電容C和電源時有可能會產(chǎn)生浪涌電流,使輸出端負(fù)載承受過高電壓。轉(zhuǎn)換速率控制器可采用多種形式,以產(chǎn)生綜合效果。
進一步地,速率轉(zhuǎn)換控制器包括振蕩器、門驅(qū)動器、參考電流發(fā)生器,所述振蕩器與參考電流發(fā)生器連接,所述振蕩器與門驅(qū)動器連接,所述參考電流發(fā)生器與門驅(qū)動器連接;所述使能開關(guān)連接在振蕩器與參考電流發(fā)生器連接的線路上,所述微控制器連接在門驅(qū)動器上,所述PMOS管負(fù)載開關(guān)的柵極與門驅(qū)動器連接。振蕩器的頻率不固定,該振蕩器的頻率取決于所施加的電壓,其中,每施加一個特定的電壓,就會產(chǎn)生一個相應(yīng)的頻率,開始時期,將振蕩器設(shè)置在最低的電壓水平上,則頻率相應(yīng)的可以很慢,如上升時間可為30毫秒。如果需要更短的上升時間,調(diào)高控制電壓,相應(yīng)的電壓控制振蕩器的頻率越高,從而降低了保護開關(guān)的開啟上升時間。
進一步地,門驅(qū)動器包括場效應(yīng)管M1、場效應(yīng)管M2、場效應(yīng)管M3,所述場效應(yīng)管M2的柵極與振蕩器的一根時鐘線CLKB連接,所述場效應(yīng)管M3的柵極與使能開關(guān)連接,場效應(yīng)管M1的柵極與振蕩器的另一根時鐘線CLK連接,場效應(yīng)管M2的漏極與場效應(yīng)管M3的源極連接,場效應(yīng)管M2的源極與場效應(yīng)管M1的源極連接,場效應(yīng)管M1的漏極與場效應(yīng)管M3的漏極連接,所述參考電流發(fā)生器連接在場效應(yīng)管M1與場效應(yīng)管M2連接的線路上。當(dāng)CLK信號為高電平時,場效應(yīng)管M1導(dǎo)通,并且在一個短暫的時間內(nèi),參考電流IREF可以給PMOS管負(fù)載開關(guān)的柵極放電。在這段時間內(nèi),當(dāng)使能開關(guān)為打開狀態(tài),同時參考電流IREF被調(diào)到給PMOS管負(fù)載開關(guān)的柵極放電的模式時,場效應(yīng)管M3是斷開的,當(dāng)需要關(guān)閉PMOS負(fù)載開關(guān)時,使能開關(guān)會被拉到關(guān)閉狀態(tài),場效應(yīng)管M3會被用來把PMOS管負(fù)載開關(guān)的柵極電壓拉回到電源輸入端的電壓,以此來斷開PMOS管負(fù)載開關(guān)。
進一步地,振蕩器的兩根時鐘線產(chǎn)生的兩個時鐘信號中,其中一個時鐘信號的占空比近似為整個時鐘周期的1%,該時鐘信號的占空比決定了時鐘信號的開啟上升時間。
進一步地,速率轉(zhuǎn)換控制器包括緩沖器、場效應(yīng)管M4、場效應(yīng)管M5、場效應(yīng)管M6、場效應(yīng)管M7、場效應(yīng)管M8、場效應(yīng)管M9,所述場效應(yīng)管M4的柵極和場效應(yīng)管M5的柵極連接,所述場效應(yīng)管M4的源極與場效應(yīng)管M6的漏極連接,所述場效應(yīng)管M4的漏極與場效應(yīng)管M5的漏極連接;所述場效應(yīng)管M6的源極接地,且自身的漏極與自身的源極連接;所述場效應(yīng)管M6的柵極與場效應(yīng)管M7的柵極連接,場效應(yīng)管M7的柵極與自身的漏極連接,場效應(yīng)管M7的漏極與場效應(yīng)管M8的漏極連接,所述場效應(yīng)管M8的源極與場效應(yīng)管M9的源極連接,所述場效應(yīng)管M9的柵極與場效應(yīng)管的柵極連接,所述場效應(yīng)管M9的漏極與微控制器連接,場效應(yīng)管M9的柵極與自身的漏極連接;場效應(yīng)管M7的源極與場效應(yīng)管M6的源極連接;所述場效應(yīng)管M5的源極連接在場效應(yīng)管M8的源極與場效應(yīng)管M9的源極連接的線路上。在微控制器上還連接有一個電阻R,電阻R與微控制器連接的另一端接地;場效應(yīng)管M3、場效應(yīng)管M4、場效應(yīng)管M5、場效應(yīng)管M6構(gòu)成一個電流鏡;轉(zhuǎn)換速率可以通過電阻R的阻值變化或者電流鏡實現(xiàn),還可以通過參考電流I1實現(xiàn)。使用這個速率轉(zhuǎn)換控制器可以將轉(zhuǎn)換時間從1毫秒延長到3毫秒。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比,具有如下的優(yōu)點和有益效果:本實用新型使用多種形式的速率轉(zhuǎn)換控制器及其外圍電路實現(xiàn)速率可調(diào)的電源保護開關(guān),同時也使用PMOS管負(fù)載開關(guān)避免負(fù)載設(shè)備受到浪涌電流的損害。
附圖說明
此處所說明的附圖用來提供對本實用新型實施例的進一步理解,構(gòu)成本申請的一部分,并不構(gòu)成對本實用新型實施例的限定。在附圖中:
圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2為門驅(qū)動器機構(gòu)示意圖;
圖3為不同與圖1中的速率轉(zhuǎn)換控制器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白,下面結(jié)合實施例和附圖,對本實用新型作進一步的詳細(xì)說明,本實用新型的示意性實施方式及其說明僅用于解釋本實用新型,并不作為對本實用新型的限定。
實施例1
如圖1所示,轉(zhuǎn)換速率可控的半導(dǎo)體電源保護開關(guān),包括電源、PMOS管負(fù)載開關(guān)、使能開關(guān)、速率轉(zhuǎn)換控制器、微控制器,所述電源與PMOS管負(fù)載開關(guān)的源極連接,PMOS管負(fù)載開關(guān)的漏極與負(fù)載連接,PMOS管負(fù)載開關(guān)的柵極與速率轉(zhuǎn)換控制器連接,所述使能開關(guān)與速率轉(zhuǎn)換控制器連接,所述微控制器與速率轉(zhuǎn)換控制器連接;所述PMOS管負(fù)載開關(guān)用于控制浪涌電流;所述速率轉(zhuǎn)換控制器用于控制PMOS管負(fù)載開關(guān),所述使能開關(guān)用于控制速率轉(zhuǎn)換控制器的工作狀態(tài),所述微控制器用于調(diào)節(jié)速率轉(zhuǎn)換控制器的速率轉(zhuǎn)換的快慢。電源采用直流電源;電源與PMOS管負(fù)載開關(guān)連接的那端為輸入端,PMOS管負(fù)載開關(guān)與負(fù)載連接的那端為輸出端;當(dāng)轉(zhuǎn)換速率控制器導(dǎo)通之后,會使PMOS管負(fù)載開關(guān)導(dǎo)通,同時PMOS管負(fù)載開關(guān)與負(fù)載連接的輸出端電壓將從零伏升高到輸入端電壓,只是減去了由于PMOS管負(fù)載開關(guān)自身的導(dǎo)通電阻所產(chǎn)生的小量壓降;當(dāng)PMOS管處于關(guān)閉狀態(tài),轉(zhuǎn)換速率控制器也處于不工作狀態(tài),這樣使得PMOS管負(fù)載開關(guān)位于關(guān)閉狀態(tài)時節(jié)約了電源消耗。
速率轉(zhuǎn)換控制器包括振蕩器、門驅(qū)動器、參考電流發(fā)生器,所述振蕩器與參考電流發(fā)生器連接,所述振蕩器與門驅(qū)動器連接,所述參考電流發(fā)生器與門驅(qū)動器連接;所述使能開關(guān)連接在振蕩器與參考電流發(fā)生器連接的線路上,所述微控制器連接在門驅(qū)動器上,所述PMOS管負(fù)載開關(guān)的柵極與門驅(qū)動器連接。
如圖2所示,門驅(qū)動器包括場效應(yīng)管M1、場效應(yīng)管M2、場效應(yīng)管M3,所述場效應(yīng)管M2的柵極與振蕩器的一根時鐘線CLKB連接,所述場效應(yīng)管M3的柵極與使能開關(guān)連接,場效應(yīng)管M1的柵極與振蕩器的另一根時鐘線CLK連接,場效應(yīng)管M2的漏極與場效應(yīng)管M3的源極連接,場效應(yīng)管M2的源極與場效應(yīng)管M1的源極連接,場效應(yīng)管M1的漏極與場效應(yīng)管M3的漏極連接,所述參考電流發(fā)生器連接在場效應(yīng)管M1與場效應(yīng)管M2連接的線路上。
振蕩器的兩根時鐘線產(chǎn)生的兩個時鐘信號中,其中一個時鐘信號的占空比近似為整個時鐘周期的1%,該時鐘信號的占空比決定了時鐘信號的開啟上升時間。
一個開啟上升時間受控的的速率轉(zhuǎn)換控制器提供了PMOS管負(fù)載開關(guān)的柵極電壓,其中包括一個具有固定頻率的振蕩器,和一個提供參考電流IREF的參考電流發(fā)生器。這個上升時間受控的轉(zhuǎn)換速率控制電路的開啟或關(guān)閉狀態(tài)由使能開關(guān)的信號決定,并且當(dāng)導(dǎo)通時,振蕩器產(chǎn)生一個特定占空比的時鐘頻率輸出,用時序控制參考電流發(fā)生器產(chǎn)生的參考電流。
實施例2
實施例2與實施例1的不同之處在于,振蕩器產(chǎn)生的頻率不固定,該振蕩器受電壓的控制,其中,每施加一個特定的電壓,就會產(chǎn)生一個相應(yīng)的頻率,即振蕩器的頻率取決于所施加的電壓。開始時期,將振蕩器設(shè)置在最低的電壓水平上,則頻率相應(yīng)的可以很慢,如上升時間可為30毫秒。如果需要更短的上升使勁,調(diào)高控制電壓,相應(yīng)的電壓控制振蕩器的頻率增高,從而降低了保護開關(guān)的開啟上升時間。
實施例3
實施例3與實施例1的不同之處在于,如圖3所示,速率轉(zhuǎn)換控制器包括緩沖器、場效應(yīng)管M4、場效應(yīng)管M5、場效應(yīng)管M6、場效應(yīng)管M7、場效應(yīng)管M8、場效應(yīng)管M9,所述場效應(yīng)管M4的柵極和場效應(yīng)管M5的柵極連接,所述場效應(yīng)管M4的源極與場效應(yīng)管M6的漏極連接,所述場效應(yīng)管M4的漏極與場效應(yīng)管M5的漏極連接;所述場效應(yīng)管M6的源極接地,且自身的漏極與自身的源極連接;所述場效應(yīng)管M6的柵極與場效應(yīng)管M7的柵極連接,場效應(yīng)管M7的柵極與自身的漏極連接,場效應(yīng)管M7的漏極與場效應(yīng)管M8的漏極連接,所述場效應(yīng)管M8的源極與場效應(yīng)管M9的源極連接,所述場效應(yīng)管M9的柵極與場效應(yīng)管的柵極連接,所述場效應(yīng)管M9的漏極與微控制器連接,場效應(yīng)管M9的柵極與自身的漏極連接;場效應(yīng)管M7的源極與場效應(yīng)管M6的源極連接;所述場效應(yīng)管M5的源極連接在場效應(yīng)管M8的源極與場效應(yīng)管M9的源極連接的線路上。在微控制器上還連接有一個電阻R,電阻R與微控制器連接的另一端接地;場效應(yīng)管M3、場效應(yīng)管M4、場效應(yīng)管M5、場效應(yīng)管M6構(gòu)成一個電流鏡;轉(zhuǎn)換速率可以通過電阻R的阻值變化或者電流鏡實現(xiàn),還可以通過參考電流I1實現(xiàn)。使用這個速率轉(zhuǎn)換控制器可以將轉(zhuǎn)換時間從1毫秒延長到3毫秒。
以上所述的具體實施方式,對本實用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細(xì)說明,所應(yīng)理解的是,以上所述僅為本實用新型的具體實施方式而已,并不用于限定本實用新型的保護范圍,凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi),所做的任何修改、等同替換、改進等,均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。