一种掉电放电电路、方法及电源管理系统与流程

1.本申请实施例涉及电源管理技术领域，尤其涉及一种掉电放电电路、方法及电源管理系统。


背景技术：

2.传统电源管理类集成电路，在输入异常掉电或者使能关断时，因输出电容较大，导致输出电压从额定电压降为后端负载工作电压以下所需时间太长，此过程会引发后端微控制器的误动作，甚至引起后端微控制器因供电不稳定造成微控制器进入锁死状态。因此在集成电路中，电源功率型集成电路输出端能量能够按要求及时泄放这一技术，对于后级负载的正常工作具有非常重要的作用，这样可以避免后端功能控制类芯片因供电缓慢下降而造成死机现象的发生。


技术实现要素：

3.本申请实施例提供一种掉电放电电路、方法及电源管理系统，能够在输入电源异常掉电时，控制输出电容快速放电，保证后端微控制器的安全可靠工作。
4.在第一方面，本申请实施例提供了一种掉电放电电路，用于电源管理电路，所述电源管理电路包括输入电容和输出电容，包括：输入检测单元和输出放电单元，所述输出放电单元包括开关管和第三电阻，其中：
5.所述输入检测单元连接所述输入电容的第一端和所述电源管理电路的输入电压，所述输入电容的第二端接地，所述输入检测单元用于检测电源管理电路的输入电压的异常掉电，并在检测到所述输入电压异常掉电时向所述开关管的控制端发送闭合信号，以使所述开关管闭合；
6.所述开关管的第一接线端连接所述第三电阻的第一端，第二接线端接地，所述第三电阻的第二端连接所述电源管理电路的输出电容的第一端，所述输出电容的第二端接地。
7.进一步的，所述输入检测单元包括第一电阻、第二电阻和比较器，其中：
8.所述第一电阻的第一端连接所述输入电压，第二端连接所述第二电阻的第一端和所述比较器的正极输入端，所述第二电阻的第二端接地，所述比较器的负极输入端连接参考电压，所述比较器的输出端连接所述控制端。
9.进一步的，所述开关管为nmos功率管，所述比较器的输出端连接所述nmos功率管的栅极，所述nmos功率管的源极接地，所述nmos功率管的漏极连接所述第三电阻的第一端。
10.进一步的，所述输入电压和所述输出电压之间设置有电源转换电路，所述输入电压连接所述电源转换电路的输入端，所述输出电容的第一端连接所述电源转换电路的输出端。
11.在第二方面，本申请实施例提供了一种快速放电方法，包括：输入检测单元检测电源管理电路的输入电压的异常掉电，并在检测到所述输入电压异常掉电时向输出放电单元
的开关管的控制端发送闭合信号，以使所述开关管闭合；
12.在所述开关管闭合后，所述输出放电单元控制所述电源管理电路的输出电压通过第三电阻和所述开关管放电。
13.进一步的，所述输入检测单元检测电源管理电路的输入电压的异常掉电，并在检测到所述输入电压异常掉电时向所述输出放电单元的开关管的控制端发送闭合信号包括：
14.所述输入检测单元通过第一电阻和第二电阻将所述输入电压转换为检测电压，将所述检测电压和预设的参考电压进行比较，在所述检测电压大于所述参考电压时，向所述控制端发送低电平信号，以使所述开关管闭合。
15.进一步的，所述参考电压通过以下公式计算得到：
[0016][0017]
其中，r
n
为第二电阻的电阻值，v
in1
为输入电压的有效阈值，r
m
为第一电阻的电阻值，v
ref
为参考电压的电压值。
[0018]
进一步的，所述输出放电单元控制所述电源管理电路的输出电压通过第三电阻和所述开关管放电包括：
[0019]
所述输出放电单元根据第三电阻和输出电容的电阻值确定所述输出电压的放电时间。
[0020]
进一步的，所述放电时间通过以下公式计算得到：
[0021]
t＝r
d
c
out
[0022]
其中,t为放电时间，r
d
为第三电阻的电阻值，c
out
为输出电容的电容值。
[0023]
在第三方面，本申请实施例提供了一种电源管理系统，包括电源管理电路和如第一方面所述的掉电放电电路。
[0024]
本申请实施例通过输入检测单元检测电源管理电路的输入电压的掉电情况，并在输入电压出现异常掉电时，输入检测单元向输出放电单元发送闭合信号，以告知输出放电单元当前输入电压异常掉电。输出放电单元根据闭合信号控制开关管闭合，以使得由输出电容，第三电阻和开关管组成的内部放电电路导通，输出电容存储电量通过第三电阻进行放电，以达到输出电压快速放电的目的，避免后端功能控制类芯片因供电缓慢下降而造成死机现象的发生，提高后端功能控制类芯片的工作稳定性。
附图说明
[0025]
图1是本申请实施例一提供的一种掉电放电电路的结构示意图；
[0026]
图2是本申请实施例一提供的另一种掉电放电电路的结构示意图；
[0027]
图3是本申请实施例一提供的输入电压和输出电压的波形图；
[0028]
图4是本申请实施例一提供的一种掉电放电方法的流程示意图；
[0029]
图中，10、输入检测单元；20、输出掉电单元；comp、比较器；no、开关管；nmos、nmos功率管；vin、输入电压；cin、输入电容；rm、第一电阻；rn、第二电阻；vmn、检测电压；vref、参考电压；rd、第三电阻；vout、输出电压；cout、输出电容。
具体实施方式
[0030]
为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本申请具体实施例作进一步的详细描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部内容。在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作(或步骤)描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。
[0031]
本申请提供的掉电放电电路，用于电源管理电路，所述电源管理电路包括输入电容和输出电容，掉电放电电路包括输入检测单元和输出放电单元，所述输出放电单元包括开关管和第三电阻，其中：所述输入检测单元连接所述输入电容的第一端和所述电源管理电路的输入电压，所述输入电容的第二端接地，所述输入检测单元用于检测电源管理电路的输入电压的异常掉电，并在检测到所述输入电压异常掉电时向所述开关管的控制端发送闭合信号，以使所述开关管闭合；所述开关管的第一接线端连接所述第三电阻的第一端，第二接线端接地，所述第三电阻的第二端连接所述电源管理电路的输出电容的第一端，所述输出电容的第二端接地。相对于传统的电源管理电路，其在输入异常掉电或者使能关断时，输出电压仅靠集成电路自身静态电流来消耗输出端电容所存储的能量。由于电源管理电路自身静态电流小，输出电容大，导致输出电压从额定电压降为后端负载工作电压一下所需时间太长，此过程会引发后端微控制器的误动作，甚至引起后端微控制器因供电不稳定造成微控制器进入锁死状态。基于此，本申请实施例提供的掉电放电电路、方法及电源管理系统，能够在输入电源异常掉电时，控制输出电容快速放电，保证后端微控制器的安全可靠工作。
[0032]
实施例一：
[0033]
图1是本申请实施例一提供的一种掉电放电电路的结构示意图。参考图1，掉电放电电路用于电源管理电路，电源管理电路包括输入电容cin和输出电容cout包括输入检测单元10和输出放电单元，输出放电单元包括开关管no和第三电阻rd。其中：输入检测单元10连接输入电容cin的第一端和电源管理电路的输入电压vin，输入电容cin的第二端接地，输入检测单元10用于检测电源管理电路的输入电压vin的异常掉电，并在检测到输入电压vin异常掉电时向开关管no的控制端发送闭合信号，以使开关管no闭合；开关管no的第一接线端连接第三电阻rd的第一端，第二接线端接地，第三电阻rd的第二端连接电源管理电路的输出电容cout的第一端，输出电容cout的第二端接地。示例性的，输入检测单元10检测输入电压vin的掉电情况，以判断输入电压vin是否发生异常掉电，并在输入电压vin发生异常掉电时向输出放电单元发送异常掉电信号。输出放电单元响应输入检测单元10发送的异常掉电信号，控制输出电压vout通过第三电阻rd和开关管no放电，其中，异常掉电信号即闭合信号。
[0034]
输出电压vout的放电效率由第三电阻rd和输出电容cout决定，其推导过程如下：
[0035]
[0036][0037]
t＝(r
d
+r
on
)≈r
d
c
out
[0038]
其中，i为输出电压vout放电时的放电电流，t为放电时间，r
d
为第三电阻rd的电阻值，c
out
为输出电容cout的电容值，r
on
为开关管no的电阻值。开关管no的电阻值较小，可以忽略不计。由上述公式可知，可根据需求设置第三电阻rd的电阻值从而设置放电速率。
[0039]
参考图1，输入检测单元10具体包括第一电阻rm、第二电阻rn和比较器comp，其中，第一电阻rm的第一端连接输入电压vin，第二端连接第二电阻rn的第一端和比较器comp的正极输入端，第二电阻rn的第二端接地，比较器comp的负极输入端连接参考电压vref，比较器comp的输出端连接控制端。示例性的，第一电阻rm和第二电阻rn组成分压电阻网络，输入电压vin经过分压电阻网络后进行分压，得到检测电压vmn，检测电压vmn与输入电压vin呈线性关系。检测电压vmn输入比较器comp的正极输入端，参考电压vref输入比较器comp的负极输入端，比较器comp将检测电压vmn和参考电压vref进行比较，当检测电压vmn大于参考电压vref时，表明输入电压vin没有发生异常掉电，则比较器comp输出高电压信号，开关管no断开。当检测电压vmn小于参考电压vref时，表明输入电压vin发生异常掉电，则比较器comp输出低电压信号，开关管no闭合，此时输出电容cout和第三电阻rd以及开关管no形成导通电路，输出电容cout中的电量通过第三电阻rd快速放电。其中，参考电压vref可以看作是检测电压vmn的有效阈值，以检测电压vmn与参考电压vref之间的大小关系判断输入电压vin的掉电情况，而参考电压vref与输入电压vin的有效阈值呈线性关系，通过设定输入电压vin的有效阈值来设定检测电压vmn的有效阈值。参考电压vref可通过以下公式计算得到：
[0040][0041]
其中，r
n
为第二电阻rn的电阻值，v
in1
为输入电压vin的有效阈值，r
m
为第一电阻rm的电阻值，v
ref
为参考电压vref的电压值。由上述公式可知，可根据实际需求设置第一电阻rm和第二电阻rn的电阻值来设定输入电压vin的检测阈值。
[0042]
图2是本申请实施例一提供的另一种掉电放电电路的结构示意图。参考图2，开关管no为nmos功率管，比较器comp的输出端连接nmos功率管的栅极，nmos功率管的源极接地，nmos功率管的漏极连接第三电阻rd的第一端。示例性的，当比较器comp的输出端向nmos功率管的栅极发送高电平信号时，nmos功率管的源极与漏极断开，输出电容cout与第三电阻rd以及nmos功率管无法构成闭合回路，输出电容cout不会放电。当比较器comp的输出端向nmos功率管的栅极发送低电平信号时，nmos功率管的源极与漏极导通，输出电容cout与第三电阻rd以及nmos功率管构成闭合回路，输出电容cout向第三电阻rd放电。
[0043]
示例性的，图3是本申请实施例一提供的输入电压vin和输出电压vout的波形图。参考图3，上方的波形图为输入电压vin的波形图，其表示输入电压vin的掉电情况。下方波形图为输出电压vout的波形图，其表示输出电压vout的放电情况。其中，在输出电压vout波形图中，位于下方的波形为加入掉电放电电路的输出电压vout的放电情况，位于上方的波形为未加入掉电放电电路的输出电压vout的放电情况。由图3可知，在输入电压vin掉电到
有效阈值以下后，加入掉电放电电路的输出电压vout的放电速率快于未加入掉电放电电路的输出电压vout的放电速率，掉电放电电路可以使得输出电容cout快速放电，而未加入掉电放电电路的输出电压vout需要经过较长时间才能降下来。因此装有掉电放电电路的电源管理电路的输出电压vout可以经过掉电放电电路快速放电，从而避免因异常掉电而造成后端微控制器的锁死，有效提高电源管理电路的工作可靠性。
[0044]
具体的，在一个实施例中，输入电压vin和输出电压vout之间设置有电源转换电路，输入电压vin连接电源转换电路的输入端，输出电容cout的第一端连接电源转换电路的输出端。
[0045]
具体的，在一个实施例中，电源管理系统包括电源管理电路和掉电放电电路，将掉电放电电路加入电源管理系统，提高电源管理系统的可靠性。
[0046]
本申请实施例提供的掉电放电电路，通过输入检测单元10检测电源管理电路的输入电压vin的掉电情况，并在输入电压vin出现异常掉电时，输入检测单元10向输出放电单元发送闭合信号，以告知输出放电单元当前输入电压vin异常掉电。输出放电单元根据闭合信号控制开关管no闭合，以使得由输出电容cout，第三电阻rd和开关管no组成的内部放电电路导通，输出电容cout存储电量通过第三电阻rd进行放电，以达到输出电压vout快速放电的目的，避免后端功能控制类芯片因供电缓慢下降而造成死机现象的发生，提高后端功能控制类芯片的工作稳定性。除此之外，掉电放电电路结构简单，易于实现。掉电电路所需的额外静态电流极小，适用于低功耗应用场合。
[0047]
实施例二：
[0048]
图4是本申请实施例一提供的一种掉电放电方法的流程示意图。参考图4，掉电放电方法包括：
[0049]
s110、输入检测单元检测电源管理电路的输入电压的异常掉电，并在检测到所述输入电压异常掉电时向输出放电单元的开关管的控制端发送闭合信号，以使所述开关管闭合。
[0050]
具体的，参考图1，所述输入检测单元通过第一电阻和第二电阻将所述输入电压转换为检测电压，将所述检测电压和预设的参考电压进行比较，在所述检测电压大于所述参考电压时，向所述控制端发送低电平信号，以使所述开关管闭合。示例性的，第一电阻和第二电阻组成分压电阻网络，输入电压经过分压电阻网络后进行分压，得到检测电压，检测电压与输入电压呈线性关系。检测电压输入比较器的正极输入端，参考电压输入比较器的负极输入端，比较器将检测电压和参考电压进行比较，当检测电压大于参考电压时，表明输入电压没有发生异常掉电，则比较器输出高电压信号，开关管断开。当检测电压小于参考电压时，表明输入电压发生异常掉电，则比较器输出低电压信号，开关管闭合，此时输出电容和第三电阻以及开关管形成导通电路，输出电容中的电量通过第三电阻快速放电。其中，参考电压可以看作是检测电压的有效阈值，以检测电压与参考电压之间的大小关系判断输入电压的掉电情况，而参考电压与输入电压的有效阈值呈线性关系，通过设定输入电压的有效阈值来设定检测电压的有效阈值。参考电压可通过以下公式计算得到：
[0051][0052]
其中，r
n
为第二电阻的电阻值，v
in1
为输入电压的有效阈值，r
m
为第一电阻的电阻
值，v
ref
为参考电压的电压值。由上述公式可知，可根据实际需求设置第一电阻和第二电阻的电阻值来设定输入电压的检测阈值。
[0053]
s120、在所述开关管闭合后，所述输出放电单元控制所述电源管理电路的输出电压通过第三电阻和所述开关管放电。
[0054]
具体的，参考图1，所述输出放电单元根据第三电阻和输出电容的电阻值确定所述输出电压的放电时间。可理解，在开关管闭合后，第三电阻和开关管以及输出电容构成一闭合回路，输出电容中存储的电量通过第三电阻快速放电，输出电压的放电效率由第三电阻和输出电容决定，其推导过程如下：
[0055][0056][0057]
t＝(r
d
+r
on
)≈r
d
c
out
[0058]
其中，i为输出电压放电时的放电电流，t为放电时间，r
d
为第三电阻的电阻值，c
out
为输出电容的电容值，r
on
为开关管的电阻值。开关管的电阻值较小，可以忽略不计。由上述公式可知，可根据需求设置第三电阻的电阻值从而设置放电速率。
[0059]
本申请实施例提供的掉电放电方法，通过输入检测单元检测电源管理电路的输入电压的掉电情况，并在输入电压出现异常掉电时，输入检测单元向输出放电单元发送闭合信号，以告知输出放电单元当前输入电压异常掉电。输出放电单元根据闭合信号控制开关管闭合，以使得由输出电容，第三电阻和开关管组成的内部放电电路导通，输出电容存储电量通过第三电阻进行放电，以达到输出电压快速放电的目的，避免后端功能控制类芯片因供电缓慢下降而造成死机现象的发生，提高后端功能控制类芯片的工作稳定性。除此之外，掉电放电电路结构简单，易于实现。掉电电路所需的额外静态电流极小，适用于低功耗应用场合。
[0060]
上述仅为本申请的较佳实施例及所运用的技术原理。本申请不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行的各种明显变化、重新调整及替代均不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本申请的范围由权利要求的范围决定。