专利名称:过压保护电路及终端vchg引脚的过压保护方法
技术领域:
本发明涉及电子电路,特别涉及过压保护电路。
背景技术:
在移动终端的使用过程中,电池为终端提供工作所需的电量,当电池电量过低时,需要及时给终端充电。由于移动终端上的充电器端口的电压波动范围较大,因此在系统设计中需要在充电器端口设计过压保护电路,以避免因充电器端口的电压过大而对终端造成损坏。目前的移动终端电源供给结构如图1所示,电源管理芯片(PMU)控制移动终端的射频电路和基带电路的电源供给。PMU包括电池引脚(VBAT引脚)和作为充电器端口的充电引脚(VCHG引脚)。电池通过VBAT弓丨脚给PMU供电;充电器通过VCHG弓丨脚经过PMU给电池充电,如图1中的第一虚线所示。充电器也可以通过VCHG引脚给PMU供电,如图1中的第二虚线所示。由于充电器连接在VCHG引脚上,当充电器上的电压超过了 PMU芯片所能够承受的最大电压时,PMU芯片将会损坏。因此需要在VCHG引脚上设计过压保护电路(简称为OVP电路)。具体地说,在移动终端的使用过程中,VCHG引脚的正常电压在6V以下,当OVP电路检测到VCHG引脚的电压大于6V时,要将VCHG端口和PMU芯片之间的连接断开;而且OVP电路要在VCHG引脚的电压小于25V时都可以正常工作。传统的OVP电路有两种实现方式:一种是在PMU芯片内部设计过压保护电路,这要求芯片在设计时采用耐高压的工艺,因此会提高芯片的设计成本。一种是在PMU芯片外部添加OVP过压保护芯片,而目前市场上成熟的OVP过压保护芯片的成本普遍较高。也就是说,在目前的现有技术中,为避免PMU芯片损坏而提供的过压保护电路,实现成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种过压保护电路及终端VCHG引脚的过压保护方法,以较低的成本实现对PMU芯片的保护,有效避免因充电引脚过压而对终端造成损坏。为解决上述技术问题,本发明的实施方式提供了一种一种过压保护电路,该过压保护电路的输入端接充电器的输出端,该过压保护电路的输出端接终端的VCHG引脚,所述过压保护电路包含:一个稳压管、第一开关和第二开关;所述稳压管的一端与所述第一开关相连,另一端接地;所述第一开关与所述第二开关相连;所述第二开关与所述过压保护电路的输入端和输出端分别相连;所述稳压管在所述过压保护电路的输入端电压小于预设的电压时,控制所述第一开关关闭,控制所述第二开关开启;所述稳压管在所述过压保护电路的输入端电压大于或等于所述预设的电压时,控制所述第一开关开启,控制所述第二开关关闭;
所述第二开关在处于开启状态时,导通所述过压保护电路的输入端和输出端,在处于关闭状态时,阻断所述过压保护电路的输入端和输出端,将该输出端的电压陡降至零。本发明的实施方式还提供了一种终端VCHG引脚的过压保护方法,包含以下步骤:将充电器的输出电压输入到过压保护电路的输入端中;如果所述过压保护电路的输入端电压小于预设的电压,则所述过压保护电路中的稳压管控制所述过压保护电路中的第一开关关闭,控制所述过压保护电路中的第二开关开启;如果所述过压保护电路的输入端电压大于或等于所述预设的电压,则所述稳压管控制所述第一开关开启,控制所述第二开关关闭;所述第二开关开启时,导通所述过压保护电路的输入端和所述过压保护电路的输出端,将所述过压保护电路的输入端电压直接经过所述第二开关后从所述过压保护电路的输出端输出给所述终端的VCHG引脚;所述第二开关关闭时,阻断所述过压保护电路的输入端和输出端,将所述过压保护电路的输出端电压陡降至零。本发明实施方式相对于现有技术而言,利用稳压管的特性对两个开关的开启关闭进行控制,在充电器的输出电压小于预设的电压时,通过控制第一开关关闭,控制第二开关开启,导通过压保护电路的输入端和输出端,使得过压保护电路输出给终端VCHG引脚的输出端电压,近似于该过压保护电路的输入端电压(即充电器的输出端电压);在充电器的输出电压大于或等于所述预设的电压时,控制第一开关开启,控制第二开关关闭,阻断过压保护电路的输入端和输出端,使得过压保护电路的输出端电压为零。由此可见,在充电器的输出端电压大于正常范围时,该过压保护电路输出给终端VCHG引脚的电压为零,从而有效实现了对终端PMU芯片的保护,避免了因充电引脚过压而对终端造成损坏。而且,该过压保护电路实现简单,成本低廉,电路工作稳定。另外,第一开关和第二开关均为P型MOS管。所述第一开关的栅极与所述稳压管的一端相连;所述第一开关的源端接所述过压保护电路的输入端,所述第一开关的漏端接所述第二开关的栅极;所述第二开关的源端接所述过压保护电路的输入端,所述第二开关的漏端接所述过压保护电路的输出端。另外,过压保护电路还包含第一电阻和第二电阻。第一电阻的一端接所述过压保护电路的输入端,另一端接所述第一开关的栅极;第二电阻的一端接所述第二开关的栅极,
另一端接地。另外,预设的电压为所述稳压管的反向击穿电压值与所述第一开关的开启电压值之和。通过对稳压管的反向击穿电压值和第一开关的开启电压值的选择,即可准确地将预设的电压控制为VCHG引脚允许的正常电压。另外,第二开关的导通电阻为0.02欧姆,使得在充电器的输出电压小于预设的电压而导通第二开关时,该过压保护电路输出给终端VCHG引脚的输出端电压,能尽可能地逼近于充电器的输出端电压。
图1是根据现有技术中的移动终端电源供给结构示意图;图2是根据本发明第一实施方式的过压保护电路结构图3是根据本发明第二实施方式的终端VCHG引脚的过压保护方法流程图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而,本领域的普通技术人员可以理解,在本发明各实施方式中,为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是,即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改,也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。本发明的第一实施方式涉及一种过压保护电路。该过压保护电路的输入端接充电器的输出端,该过压保护电路的输出端接终端的VCHG引脚。该过压保护电路包含:一个稳压管、第一开关和第二开关。稳压管的一端与所述第一开关相连,另一端接地;所述第一开关与所述第二开关相连;所述第二开关与所述过压保护电路的输入端和输出端分别相连。稳压管在所述过压保护电路的输入端电压小于预设的电压时,控制所述第一开关关闭,控制所述第二开关开启;所述稳压管在所述过压保护电路的输入端电压大于或等于所述预设的电压时,控制所述第一开关开启,控制所述第二开关关闭。第二开关在处于开启状态时,导通所述过压保护电路的输入端和输出端,在处于关闭状态时,阻断所述过压保护电路的输入端和输出端,将该输出端的电压陡降至零。而且,预设的电压为稳压管的反向击穿电压值与第一开关的开启电压值之和。因此,通过对稳压管的反向击穿电压值和第一开关的开启电压值的选择,即可准确地将预设的电压控制为VCHG引脚允许的正常电压。具体地说,在本实施方式中,第一开关和第二开关均为P型MOS管,该过压保护电路还包含第一电阻和第二电阻,其具体结构如图2所示:第一开关Pl的栅极gl与稳压管Dl的一端相连;P1的源端si接过压保护电路的输入端VBUS,P1的的漏端dl接第二开关P2的栅极g2。P2的源端s2接过压保护电路的输入端VBUS,P2的漏端d2接过压保护电路的输出端VCHG。第一电阻Rl的一端接过压保护电路的输入端,另一端接Pl的栅极gl ;第二电阻R2的一端接P2的栅极g2,另一端接地。在如图2所示的过压保护电路中,当过压保护电路的输入端(VBUS)处的电压小于稳压管Dl的反向击穿电压值与Pl的开启电压值之和时,Pl处于关闭状态,P2处于开启状态,此时,过压保护电路的输入端和输出端导通,因此过压保护电路输出给终端VCHG引脚的输出端电压,近似于该过压保护电路的输入端电压(即充电器的输出端电压)。当过压保护电路的输入端(VBUS)处的电压大于或等于稳压管Dl的反向击穿电压值与Pl的开启电压值之和时,Pl处于开启状态,P2处于关闭状态,因此阻断了过压保护电路的输入端和输出端,此时,过压保护电路的输出端电压为零。由此可见,在充电器的输出端电压大于正常范围(即大于Dl的反向击穿电压值与Pl的开启电压值之和时)时,该过压保护电路输出给终端VCHG引脚的电压为零,从而有效实现了对终端PMU芯片的保护,避免了因充电引脚过压而对终端造成损坏。而且,该过压保护电路实现简单,成本低廉。具体地说,以图2中的稳压二极管Dl的反向击穿电压Vd为5.4V,PMOS管的开启电压VSG(即源端与栅极之间的电压)为0.6V,VSG最大为20V,VSD(即源端与漏端之间的电压)最大为30V,充电器输出的正常电压为5V为例,过压保护电路的输入端电压从4V到25V时的工作情况如下:一:当4V < VBUS < 5.4V时,Dl管反向截止,Rl和Dl上没有电流流过,所以Vsl_gl为0,Pl管截止(即Pl处于关闭状态),R2上没有电流流过,Vg2电压为0,所以P2管饱和导通,在本实施方式中,P2的导通电阻Rdson为0.02欧姆,当流经电流为2A时,P2管的压降为40mV,对VCHG端几乎没有影响。二:当5.4V < VBUS < 6V时,Dl管反向击穿,Vgl电压为5.4V,但是Vsl-gl小于开启电压0.6V,P1管截止,后续分析同上述情形一。也就是说,当过压保护电路的输入端电压小于Dl的反向击穿电压值与Pl的开启电压值之和(即6V)时,Pl始终处于关闭状态,P2处于开启状态,过压保护电路的输出端电压约等于充电器的输出电压。三:当6V < VBUS < 25.4时,Dl管反向击穿,Vsl-gl大于开启电压,Pl管开启时其Isl-dl的电流在百微安数量级,且随着Vsl-dl电压的增加迅速增加,R2选择为50K欧姆数量级,因此Vdl点的电压在在Pl管开启后,电压迅速上升到VBUS,因此P2管截止。VBUS端口和VCHG端口隔离。也就是说,当过压保护电路的输入端电压大于Dl的反向击穿电压值与Pl的开启电压值之和(即6V)时,Pl始终处于开启状态,P2处于关闭状态,过压保护电路的输出端电压将陡降至零,即,该过压保护电路输出给终端VCHG引脚的电压为零。由于确保了在一定范围内将VBUS和VCHG端口隔离,从而起到了过压保护的作用,避免了因充电引脚过压而对终端造成损坏。而且,由于PMOS管在微导通后处于线性区,其Isd电流随着Vgs电压的增加而迅速增加,因此保护电路从正常工作状态转换到保护状态过渡范围小。当25.4 < VBUS时,Dl管反向击穿,但是Vsl-gl > VSGmax, Pl管被击穿,此时保护电路失效。不难发现,在本实施方式中,在充电器的输出端电压小于正常范围时,该过压保护电路输出给终端VCHG引脚的输出端电压,近似于该过压保护电路的输入端电压(即充电器的输出端电压);在充电器的输出端电压大于正常范围时,该过压保护电路输出给终端VCHG引脚的电压为零,从而有效实现了对终端PMU芯片的保护,避免了因充电引脚过压而对终端造成损坏。而且,该过压保护电路实现简单,成本低廉,电路工作稳定。而且,P2的导通电阻为0.02欧姆,使得在充电器的输出电压小于预设的电压而导通P2时,该过压保护电路输出给终端VCHG引脚的输出端电压,能尽可能地逼近于充电器的输出端电压。本发明的第二实施方式涉及一种终端VCHG引脚的过压保护方法,具体流程如图3所示。在步骤310中,将充电器的输出电压输入到过压保护电路的输入端中。接着,在步骤320中,判断过压保护电路的输入端电压是否小于预设的电压,如果小于预设的电压,则进入步骤330 ;如果大于或等于预设的电压,则进入步骤340。其中,预设的电压为所述稳压管的反向击穿电压值与所述第一开关的开启电压值之和。比如说,稳压管的反向击穿电压值为5.4V,第一开关的开启电压值为0.6V,则预设的电压为6V。在步骤330中,过压保护电路中的稳压管控制所述过压保护电路中的第一开关关闭,控制所述过压保护电路中的第二开关开启。第二开关开启时,导通所述过压保护电路的输入端和所述过压保护电路的输出端,将所述过压保护电路的输入端电压直接经过所述第二开关后从所述过压保护电路的输出端输出给终端的VCHG引脚。在步骤340中,过压保护电路中的稳压管控制所述第一开关开启,控制所述第二开关关闭。第二开关关闭时,阻断所述过压保护电路的输入端和输出端,将所述过压保护电路的输出端电压陡降至零。也就是说,此时终端的VCHG引脚电压为零。在本实施方式中,第一开关和第二开关均为P型MOS管。不难发现,本实施方式为与第一实施方式相对应的方法实施例,本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效,为了减少重复,这里不再赘述。相应地,本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。需要说明的是,上面各种方法的步骤划分,只是为了描述清楚,实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分,分解为多个步骤,只要包含相同的逻辑关系,都在本专利的保护范围内;对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计,但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。本领域的普通技术人员可以理解,上述各实施方式是实现本发明的具体实施例,而在实际应用中,可以在形式上和细节上对其作各种改变,而不偏离本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种过压保护电路,其特征在于,该过压保护电路的输入端接充电器的输出端,该过压保护电路的输出端接终端的VCHG引脚,所述过压保护电路包含:一个稳压管、第一开关和第二开关; 所述稳压管的一端与所述第一开关相连,另一端接地;所述第一开关与所述第二开关相连;所述第二开关与所述过压保护电路的输入端和输出端分别相连; 所述稳压管在所述过压保护电路的输入端电压小于预设的电压时,控制所述第一开关关闭,控制所述第二开关开启;所述稳压管在所述过压保护电路的输入端电压大于或等于所述预设的电压时,控制所述第一开关开启,控制所述第二开关关闭; 所述第二开关在处于开启状态时,导通所述过压保护电路的输入端和输出端,在处于关闭状态时,阻断所述过压保护电路的输入端和输出端,将该输出端的电压陡降至零。
2.根据权利要求1所述的过压保护电路,其特征在于,所述第一开关和第二开关均为P型MOS管; 所述第一开关的栅极与所述稳压管的一端相连;所述第一开关的源端接所述过压保护电路的输入端,所述第一开关的漏端接所述第二开关的栅极; 所述第二开关的源端接所述过压保护电路的输入端,所述第二开关的漏端接所述过压保护电路的输出端。
3.根据权利要求2所述的过压保护电路,其特征在于,所述过压保护电路还包含第一电阻和第二电阻; 所述第一电阻的一端接所述过压保护电路的输入端,另一端接所述第一开关的栅极; 所述第二电阻的一端接所述第二开关的栅极,另一端接地。
4.根据权利要求2所述的过压保护电路,其特征在于, 所述预设的电压为所述稳压管的反向击穿电压值与所述第一开关的开启电压值之和。
5.根据权利要求4所述的过压保护电路,其特征在于, 所述稳压管的反向击穿电压值为5.4V ; 所述第一开关的开启电压值为0.6V。
6.根据权利要求2所述的过压保护电路,其特征在于,所述第二开关的导通电阻为0.02欧姆。
7.—种终端VCHG引脚的过压保护方法,其特征在于,包含以下步骤: 将充电器的输出电压输入到过压保护电路的输入端中; 如果所述过压保护电路的输入端电压小于预设的电压,则所述过压保护电路中的稳压管控制所述过压保护电路中的第一开关关闭,控制所述过压保护电路中的第二开关开启;如果所述过压保护电路的输入端电压大于或等于所述预设的电压,则所述稳压管控制所述第一开关开启,控制所述第二开关关闭; 所述第二开关开启时,导通所述过压保护电路的输入端和所述过压保护电路的输出端,将所述过压保护电路的输入端电压直接经过所述第二开关后从所述过压保护电路的输出端输出给所述终端的VCHG引脚; 所述第二开关关闭时,阻断所述过压保护电路的输入端和输出端,将所述过压保护电路的输出端电压陡降至零。
8.根据权利要求7所述的终端VCHG引脚的过压保护方法,其特征在于,所述第一开关和第二开关均为P型MOS管。
9.根据权利要求7所述的终端VCHG引脚的过压保护方法,其特征在于,所述预设的电压为所述稳压管的反向击穿电压值与所述第一开关的开启电压值之和。
10.根据权利要求9所述的终端VCHG引脚的过压保护方法,其特征在于,所述稳压管的反向击穿电压值为5.4V ;所述第一开关的开启电 压值为0.6V。
全文摘要
本发明涉及电子电路,公开了一种过压保护电路及终端VCHG引脚的过压保护方法。本发明中,利用稳压管的特性对两个开关的开启关闭进行控制,在充电器的输出电压小于预设的电压时,通过控制第一开关关闭,控制第二开关开启,导通过压保护电路的输入端和输出端,使得过压保护电路输出给终端VCHG引脚的输出端电压,近似于该过压保护电路的输入端电压(即充电器的输出端电压);在充电器的输出电压大于或等于所述预设的电压时,控制第一开关开启,控制第二开关关闭,阻断过压保护电路的输入端和输出端,使得过压保护电路的输出端电压为零。
文档编号H02H3/20GK103178500SQ20111044107
公开日2013年6月26日 申请日期2011年12月23日 优先权日2011年12月23日
发明者朱笠 申请人:联芯科技有限公司