一种单火取电芯片及其实现方法与流程

本发明属于半导体芯片技术领域，尤其涉及单根火线系统的取电，特别是一种单火取电芯片及其实现方法。

背景技术

随着无线通讯技术和智能家居行业的不断发展，越来越多的无线智能开关产品取代了原有的传统86机械开关应用到人们的日常生活中，使得单火线取电技术也越来越多。目前市面上主流的单火取电多数为触摸ic或433mhz射频模块等供电，方案驱动能力较弱。或采用分立元件搭建电路，存在着失效保护能力不足，输出一致性差等缺点。

目前家庭内的开关86盒内多数未布置零线，传统的线性或开关电源无法满足取电要求。而市面上现有的单火取电方案主要有如下问题：1)只能提供很小的输出电流，如几百微安到几毫安，而zigbee芯片收发数据时需要30-40毫安的驱动电流；2）采用比较器等分立器件搭建电路，虽带载能力有所增强，但由于分立元件元器件参数有一定的精度误差，导致系统一致性较差，且一旦其中的某个元件缺失或失效时导致整个系统崩溃。3）也有一些方案封装成芯片的方式实现单火取电，但该方案外围电路较多，特别是需要2个低压功率mos管，导致整个系统成本较高，占据的pcb空间较大，难以满足尺寸空间要求较高的应用场合。

现有方案中，芯片可以稳定的输出直流电流，但由于需要控制2只大功率mos管，系统成本较高，且需要较大的尺寸空间。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种单火取电芯片及其实现方法，本发明通过极少的外围电路较低的物料成本实现了单火线取电功能，同时具备了输入输出过压保护、过温保护等多种保护机制，使得单火取电应用更加安全、可靠，增强了系统的稳定性，适合批量应用。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种单火取电芯片，取电芯片包括芯片输入端vin、芯片参考地gnd、输出电压反馈引脚fb和芯片驱动输出信号out共四个引脚，芯片输入端vin连接过压保护电路的输入端，芯片输入端vin还连接调节器的输出端，过压保护电路的输出端连接逻辑或门的输入端，同时逻辑或门还分别连接过温保护电路和比较器的输出端，逻辑或门的输出端连接图腾柱输出电路的输入端，比较器的同相输入端连接输出电压反馈引脚fb，比较器的反相输入端连接基准参考电压vref，图腾柱输出电路的输出端通过芯片驱动输出信号out驱动外部mos管；取电芯片还包括供电电路，供电电路为取电芯片内部的其他模块电路提供稳定的工作电压。

本发明进一步限定的技术方案是：

前述调节器以取电芯片的芯片输入端vin为输出，获得特定的基准参考电压vref，作为比较器的一个输入信号。

前述过温保护电路内置ntc温度采样电阻采集芯片内部温度。

前述比较器为芯片输出电压采样比较器。

前述图腾柱输出电路为外部mos管的驱动电路。

前述过压保护电路包括过压锁存器，过压锁存器的输出端连接逻辑或门的输入端。

进一步地，本发明还提供一种单火取电芯片的实现方法，包括如下具体步骤：

调节器以vin引脚为输出，获得特定的基准参考电压vref，作为比较器的一个输入信号；

过压保护电路通过高精度稳压管和高精度采样电阻通过vin引脚采集输入电压，若输入电压vin超出了过压保护阀值，则过压保护电路中的过压锁存器则输出高电平到取电芯片内的逻辑或门；

过温保护电路内置ntc温度采样电阻采集芯片内部温度，若取电芯片工作时内部超出过温保护阀值，则输出高电平信号到逻辑或门；

比较器为取电芯片输出电压采样比较器，fb引脚接比较器的同相输入端，基准参考电压vref接比较器的反相输入端，若fb引脚的电压大于vref则判断输出过压，此时比较器输出高电平，作为逻辑或门的一个输入信号；

逻辑或门有3个输入信号，分别为：过压锁存器的输出信号、过温保护电路的输出信号、比较器的输出信号，逻辑或门的输出信号为图腾柱输出电路的输入信号；

供电电路为芯片的稳压供电模块，为芯片内部的其他模块电路提供稳定的工作电压；

图腾柱输出电路为外部mos管的驱动电路，逻辑或门的输出作为图腾柱输出电路的输入信号，放大后通过out引脚驱动外部mos管。

本发明的有益效果是：

本发明提出了一种单火取电芯片的实现方法，以较少的外围电路实现单根火线获取稳定的直流电压。本申请提出的取电芯片自身待机功耗小，输出电压稳定可靠，可靠性远高于一些用分立元件搭建的电路方案。芯片内部自带输入输出过压保护、过温保护等保护机制，能够适应于各种单火取电应用场合。外围电路简单，系统成本低，所需空间尺寸较小，适用性远高于市面上的其他方案。

附图说明

图1为本发明的电路示意图；

其中，1-调节器，2-过压保护电路，3-过温保护电路，4-比较器，5-逻辑或门，6-供电电路，7-图腾柱输出电路。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明进行进一步说明，其中：

过压保护电路采用稳压管和电压基准电路；

过温保护电路由ntc电阻和上拉电阻组成；

比较器采用ti公司lm321datasheet《snos935b–february2001–revisedmarch2013》的设计；

供电电路采用线性稳压电源，可参考ti的lp3869x-3.3v。

实施例1

本实施例提供一种单火取电芯片，结构如图1所示，取电芯片包括芯片输入端vin、芯片参考地gnd、输出电压反馈引脚fb和芯片驱动输出信号out共四个引脚，芯片输入端vin连接过压保护电路2的输入端，芯片输入端vin还连接调节器1的输出端，过压保护电路2的输出端连接逻辑或门5的输入端，同时逻辑或门5还分别连接过温保护电路3和比较器4的输出端，逻辑或门5的输出端连接图腾柱输出电路7的输入端，比较器4的同相输入端连接输出电压反馈引脚fb，比较器4的反相输入端连接基准参考电压vref，图腾柱输出电路7的输出端通过芯片驱动输出信号out驱动外部mos管；取电芯片还包括供电电路6，供电电路6为取电芯片内部的其他模块电路提供稳定的工作电压。

前述调节器1以取电芯片的芯片输入端vin为输出，获得特定的基准参考电压vref，作为比较器4的一个输入信号。前述过温保护电路3内置ntc温度采样电阻采集芯片内部温度。前述比较器4为芯片输出电压采样比较器。前述图腾柱输出电路7为外部mos管的驱动电路，包括。前述过压保护电路2包括过压锁存器，过压锁存器的输出端连接逻辑或门5的输入端。

本实施例提供的单火取电芯片包括对外的4个主要引脚，分别为芯片输入端vin、芯片参考地gnd、输出电压反馈引脚fb、芯片驱动输出信号out。芯片内部主要分为如下几个功能电路组成：调节器1、过压保护电路2、过温保护电路3、比较器4、逻辑或门5、供电电路6以及图腾柱输出电路7。调节器1以芯片的vin引脚为输出，获得特定的基准参考电压vref，作为比较器4的一个输入信号；过压保护电路2通过高精度稳压管和高精度采样电阻采集输入电压vin，如输入电压vin超出了过压保护阀值，该保护电路中的过压锁存器则输出高电平到芯片内部内部的逻辑或门5；过温保护电路3，该模块内置ntc温度采样电阻采集芯片内部温度，若芯片工作时内部超出过温保护阀值，则输出高电平信号给到逻辑或门5；比较器4是芯片输出电压采样比较器，芯片fb引脚接比较器4的同相输入端，内部参考电压基准源vref接比较器4的反相输入端，若fb电压大于vref则判断输出过压，此时比较器输出高电平，作为逻辑或门5的一个输入信号；逻辑或门5有3个输入信号，分别为：过压锁存器2的输出信号、过温保护3输出信号、比较器4的输出信号，输出信号为图腾柱输出电路7的输入信号；供电电路6为芯片的稳压供电模块，为芯片内部的其他模块电路提供稳定的工作电压；图腾柱输出电路7为外部mos管的驱动电路，通过该电路可增强芯片的输出驱动能力。逻辑或门5的输出作为该电路的输入信号，放大后通过芯片out引脚驱动外部mos管。

实施例2

本实施例提供一种单火取电芯片的实现方法，包括如下具体步骤：

调节器1以vin引脚为输出，获得特定的基准参考电压vref，作为比较器4的一个输入信号；

过压保护电路2通过高精度稳压管和高精度采样电阻通过vin引脚采集输入电压，若输入电压vin超出了过压保护阀值，则过压保护电路2中的过压锁存器则输出高电平到取电芯片内的逻辑或门5；

过温保护电路3内置ntc温度采样电阻采集芯片内部温度，若取电芯片工作时内部超出过温保护阀值，则输出高电平信号到逻辑或门5；

比较器4为取电芯片输出电压采样比较器，fb引脚接比较器4的同相输入端，基准参考电压vref接比较器4的反相输入端，若fb引脚的电压大于vref则判断输出过压，此时比较器4输出高电平，作为逻辑或门5的一个输入信号；

逻辑或门5有3个输入信号，分别为：过压锁存器的输出信号、过温保护电路3的输出信号、比较器4的输出信号，逻辑或门5的输出信号为图腾柱输出电路7的输入信号；

供电电路6为芯片的稳压供电模块，为芯片内部的其他模块电路提供稳定的工作电压；

图腾柱输出电路7为外部mos管的驱动电路，逻辑或门5的输出作为图腾柱输出电路7的输入信号，放大后通过out引脚驱动外部mos管。

本实施例提出了一种单火取电芯片的实现方法，以较少的外围电路实现单根火线获取稳定的直流电压。本申请提出的取电芯片自身待机功耗小，输出电压稳定可靠，可靠性远高于一些用分立元件搭建的电路方案。芯片内部自带输入输出过压保护、过温保护等保护机制，能够适应于各种单火取电应用场合。外围电路简单，系统成本低，所需空间尺寸较小，适用性远高于市面上的其他方案。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。