一种用于软启动的快速放电电路的制作方法

1.本技术涉及快速放电电路的领域，尤其是涉及一种用于软启动的快速放电电路。


背景技术：

2.por电路（上电复位电路）：在集成电路领域许多芯片都包含上电复位电路（por），上电复位电路的作用是在系统上电和下电时产生复位信号，用于数字复位和各种ip启动等，使模拟和数字模块初始化至已知状态。基本的上电复位电路（por）功能会产生一个内部复位脉冲以避免“竞争”现象，并使器件保持静态，直到电源电压达到一个能保证正常工作的阈值。一旦电源电压达到阈值电压，上电复位电路（por）就会释放内部复位信号，状态机开始初始化。上电复位电路（por）在系统正常工作时都处于打开状态，因此，上电复位电路（por）的功耗都要求不能超过几个μa，功耗严格的会要求低于1μa。上电复位电路（por）对功耗的严格要求造成其需要设置阻值很大的电阻做为负载，才能实现其功能。
3.softstart（软启动电路）：在电路上电时，为了防止浪涌电流对输入直流母线电压造成冲击，通常会在电路中设置软启动电路，目的是将浪涌电流控制在合理的阈值内。软启动电路广泛应用于开关电源领域，以提高开关电源的稳定性，避免开关电源在启动阶段由于电压或者电流的突变（例如浪涌电流）而损坏开关电源。
4.目前业界很多电源有开机inrushcurrent（浪涌电流）的限制，芯片有por（上电复位电路）的快速放电timing要求，源端无控制信号的情况下，基于上述要求，需要硬件线路实现softstart（软启动）和快速放电。


技术实现要素：

5.为了能够实现硬件线路的softstart（软启动）和快速放电的效果，本技术提供一种用于软启动的快速放电电路。
6.本技术提供的一种用于软启动的快速放电电路采用如下的技术方案：
7.一种用于软启动的快速放电电路，包括共地的电源供电模块、第一电压转换模块和第二电压转换模块；
8.所述电源供电模块，用于输出直流电压pwrin；
9.所述第一电压转换模块，其输入端与所述直流电压pwrin电连接，用于将所述直流电压pwrin转换为第一转换电压vmain；
10.所述第二电压转换模块，其输入端与所述直流电压pwrin电连接，用于将所述直流电压pwrin转换为第二转换电压vdd；
11.所述第二电压转换模块包括使能端，所述使能端电连接有使能子模块，所述使能子模块的输入端电连接至所述第一转换电压vmain，所述使能子模块的输出端电连接至所述使能端；所述使能子模块包括电阻器r9、电容器c16和二极管d6，所述电阻器r9的一端电连接至所述第一转换电压vmain，所述电阻器r9的另一端电连接于电容器c16的一端，电容器c16的另一端接地，所述二极管d6并联在所述电阻器r9的两端，且所述二极管d6的正极电
连接于所述电阻器r9和所述电容器c16之间的连接点处，以及电连接于所述第二电压转换模块的使能端。
12.通过采用上述技术方案，第二转换电压vdd用于为后续电路器件提供稳定电压，在开机上电时，第一转换电压vmain为第二转换电压vdd的势能子模块供电，由于有电容器c16的存在，需要满足电容器c16的充电时间，且同时电阻器r9延长了电容器c16的充电时间，因此能够达到上电延时的效果，使电压由零慢慢的升至额定电流，能够模拟软启动，利于让后续启动的芯片电路正常工作；在关机下电时，电容器c16是放电过程，由于有二极管d6的存在，使得电容器c16能够得到快速放电；因此源端无控制信号的情况下，基于硬件线路能够实现softstart（软启动）和快速放电。
13.可选的，所述电源供电模块包括直流电源、保险丝f1和浪涌保护器件，所述浪涌保护器件包括均并联的瞬态抑制tvs二极管d1、贴片压敏电阻d2和电解电容器ec1，所述直流电源的正极均电连接于保险丝f1的一端，保险丝f1的另一端均电连接于瞬态抑制tvs二极管d1的一端、贴片压敏电阻d2的负极和电解电容器ec1的正极，瞬态抑制tvs二极管d1的另一端、贴片压敏电阻d2的正极、所述电解电容器ec1的负极以及所述直流电源的负极均接地。
14.通过采用上述技术方案，电源供电模块用于输出直流电源pwrin。
15.可选的，所述第一电压转换模块包括依次串联电连接的第一滤波子模块、第一降压子模块和第二滤波子模块；
16.所述第一滤波子模块包括均并联的电容器c3、电容器c4和电容器c5，所述电容器c3、电容器c4和电容器c5并联后的一端电连接至所述直流电压pwrin，另一端接地。
17.通过采用上述技术方案，第一滤波子模块用于起到滤波的效果，目的是为了信号更加稳定。
18.可选的，所述第一降压子模块包括型号为tps543x的降压转换芯片，所述直流电压pwrin连接至所述降压转换芯片的vin输入端，所述降压转换芯片的ena端电连接有电阻器r3与电阻器r5，所述ena端通过电阻器r3与所述直流电压pwrin电连接，所述ena端通过电阻器r5接地；所述降压转换芯片的boot端电连接有电容器c2的一端，所述电容器c2的另一端电连接有电容器c1的一端，所述电容器c1的另一端接地；所述电容器c1与电容器c2之间的连接点处电连接有电感器l1的一端，所述电感器l1的另一端电连接有电阻器r6的一端，所述电阻器r6的另一端接地；所述电阻器r6与电感器l1之间的连接点处电连接有至所述降压转换芯片的vsense端；所述降压转换芯片的ph端电连接有二极管d3的负极，所述二极管d3的正极接地；所述二极管d3的负极还电连接至所述电容器c2与所述电感器l1之间的连接点处；
19.所述降压转换芯片的输出端电连接至所述第二滤波子模块的输入端。
20.通过采用上述技术方案，tps543x的降压转换芯片是一个高输出电流的脉宽调制转换器，其内部设置低启动电路以限制浪涌电流；以及一种电压前馈电路，以改善瞬态响应；内部软启动，高转换效率；电阻器r3与电阻器r5用于供上拉信号，利于控制芯片来控制降压转换芯片的工作状态。
21.可选的，所述电容器c2与所述降压转换芯片的boot端的连接点之间串联有电阻器r2；所述电容器c2与所述电容器c1之间串联有电阻器r1。
22.通过采用上述技术方案，增设有电阻器r2，目的是减少振铃；增设有电阻器r1，电阻器r1和电容器c1，是一个缓冲线路，增加信号传输的稳定性。
23.可选的，所述第二滤波子模块包括并联的电容器c6、电容器c7和电容器c8，所述电容器c6、电容器c7和电容器c8并联后的一端电连接至所述降压转换芯片电压的输出端用于输出滤波后的第一转换电压vmain，另一端接地。
24.通过采用上述技术方案，第二滤波子模块用于起到滤波的效果，目的是为了信号更加稳定。
25.可选的，所述第二电压转换模块还包括依次电连接的第三滤波子模块、第二降压子模块和第四滤波子模块；
26.所述第三滤波子模块包括并联的电容器c10、电容器c11和电容器c12，所述电容器c10、电容器c11和电容器c12并联后的一端电连接至所述电源供电模块的输出端，另一端接地。
27.通过采用上述技术方案，第三滤波子模块用于起到滤波的效果，目的是为了信号更加稳定。
28.可选的，所述第二降压子模块包括型号为ly9736b的同步降压芯片，所述同步降压芯片的bs端电连接有电容器c9的一端，所述电容器c9的另一端电连接至所述同步降压芯片的lx端；所述同步降压芯片的lx端电连接有电感器l2的一端，所述电感器l2的另一端电连接有电阻器r1的一端，所述电感器r1的另一端电连接有电阻器r2的一端，所述电阻器r2的另一端接地；所述电阻器r1和电阻器r2之间的连接点处电连接至所述同步降压芯片的fb端，所述电阻器r1的两端并联有电容器c13；所述电压pwrin经所述第三滤波子模块滤波后输入至所述同步降压芯片的in输入端，所述同步降压芯片的输出端电连接至所述第四滤波子模块的输入端。
29.通过采用上述技术方案，同步降压芯片ly9736b是高效同步降压dc-dc变换器，采用瞬时pwm结构，能够实现快速瞬态响应，适用于高降压应用和轻负载高效率。
30.可选的，所述第四滤波子模块包括并联的电容器c14与电容器c15，用于将所述同步降压芯片的输出端的电压滤波后输出所述第二转换电压vdd。
31.通过采用上述技术方案，第四滤波子模块用于起到滤波的效果，进一步增加信号传输的稳定性。
32.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：
33.1.源端无控制信号的情况下，基于硬件线路能够实现softstart（软启动）和快速放电。
附图说明
34.图1是本技术实施例的模块框图；
35.图2是本技术实施例中电源供电模块的电路图；
36.图3是本技术实施例中第一电压转换模块的电路图；
37.图4是本技术实施例中第二电压转换模块的电路图。
38.附图标记：1、电源供电模块；2、第一电压转换模块；21、第一滤波子模块；22、第一降压子模块；23、第二滤波子模块；3、第二电压转换模块；31、第三滤波子模块；32、第二降压
子模块；33、使能子模块；34、第四滤波子模块。
具体实施方式
39.以下结合附图1-4对本技术作进一步详细说明。
40.本技术实施例公开一种用于软启动的快速放电电路。参照图1，用于软启动的快速放电电路包括共地的电源供电模块1、第一电压转换模块2和第二电压转换模块3。
41.电源供电模块1，用于输出直流电压pwrin；
42.第一电压转换模块2，包括依次串联电连接的第一滤波子模块21、第一降压子模块22和第二滤波子模块23。直流电压pwrin首先经第一滤波子模块21滤波后输入至第一降压子模块22的输入端，第一降压子模块22输出降压后的电压经第二滤波子模块23滤波后输出第一转换电压vmain。
43.第二电压转换模块3，包括电连接的第三滤波子模块31、第二降压子模块32、使能子模块33和第四滤波子模块34。直流电压pwrin首先经第三滤波子模块31滤波后输入至第二降压子模块32的输入端，第二降压子模块32输出降压后的电压经第四滤波子模块34滤波后输出第二转换电压vdd。其中，使能子模块33的输入端电连接至第一电压转换模块2的输出端，由第一转换电压vmain供电；且使能子模块33的输出端电连接至第二降压子模块32的使能端，用于使能第二降压子模块32。
44.参照图2，电源供电模块1，包括直流电源、保险丝f1和浪涌保护器件，浪涌保护器件包括并联的瞬态抑制tvs二极管d1、贴片压敏电阻d2和电解电容器ec1。直流电源dc_in的电压宽度可为9v-36v，直流电源的正极电连接有保险丝f1的一端，保险丝f1的另一端电连接至瞬态抑制tvs二极管d1的一端，瞬态抑制tvs二极管d1的另一端接地。其中，电解电容器ec1的负极接地，直流电源的负极接地。
45.直流电源dc_in的电压经保险丝f1和浪涌保护器件，输出直流电压pwrin。其中，瞬态抑制tvs二极管d1的型号为smbj36ca；贴片压敏电阻d2的型号为sfi1206ml560c-lf，电解电容器ec1的容值设置为100uf。
46.参照图3，第一电压转换模块2中，
47.第一滤波子模块21包括均并联的电容器c3、电容器c4和电容器c5，电容器c3、电容器c4和电容器c5并联后的一端电连接至电源供电模块1的输出端电压pwrin处，另一端接地。其中，电容器c3的容值为10uf，电容器c4的容值为10uf，电容器c5的容值为0.1uf。
48.第一降压子模块22包括tps543x的降压转换芯片及其外围电路，具体型号可为tps5431/tps5430，本技术中采用tps5430芯片。电源供电模块1的输出的直流电压pwrin经第一滤波子模块21滤波后电连接至tps5430芯片的vin脚，用于芯片供电。
49.外围电路设置如下：降压转换芯片的boot端电连接有电容器c2的一端，电容器c2的另一端电连接有电容器c1的一端，电容器c1的另一端接地；电容器c1与电容器c2之间的连接点处电连接有电感器l1的一端，电感器l1的另一端电连接有电阻器r6的一端，电阻器r6的另一端接地；电阻器r6与电感器l1之间的连接点处电连接有至降压转换芯片的vsense端；降压转换芯片的ph端电连接有二极管d3的负极，二极管d3的正极接地；二极管d3的负极还电连接至电容器c2与电感器l1之间的连接点处。
50.除了基本的外围电路，还增加有控制和外部线路。
51.补充说明一：tps5430芯片的ena使能端电连接有电阻器r3的一端，电阻器r3的另一端电连接至tps5430芯片的vin引脚；tps5430芯片的ena使能端还电连接有电阻器r5的一端，电阻器r5的另一端接地。其中电阻器r3的阻值为100kω，电阻器r5的阻值为22kω。在本技术实施例中可以采用预留按钮开/关控制器做预留的控制，也可以采用拉高设计，因此能够提供更大的驱动能力，预留控制和拉高设计都可以使能，本技术实施例中采用的是拉高设计。
52.补充说明二：tps5430芯片的boot引脚电连接有电阻器r2的一端，电阻器r2的另一端电连接电容器c2的一端，电容器c2的另一端电连接至tps5430芯片的ph引脚。增设有电阻器r2，目的是减少振铃。
53.补充说明三：所述电容器c2与所述电容器c1之间串联有电阻器r1。增设有电阻器r1，电阻器r1和电容器c1是一个缓冲线路。
54.上述三个补充说明是根据实际线路调试中需要的处理，来达到产品的稳定性。
55.tps5430是swiftm系列直流/直流稳压器的一个成员，它是一个高输出电流的脉宽调制转换器，集成了一个低电阻高压n沟道mosfet。在子速率上包括一个高性能的误差放大电路，在瞬态条件下提供严格的电压调节精度；在输入电压达到5.5v之前防止启动的欠压锁定电路；内部设置低启动电路以限制浪涌电流；以及一种电压前馈电路，以改善瞬态响应。其它特征包括有源高电平、过电流保护和热关断。为了减少设计复杂度和外部元件计数，tps5430反馈回路被内部补偿。
56.总结：tps5430的特性如下：
57.1）高电流输出：3a（峰值4a）；
58.2）宽电压输入范围：5.5~36v；
59.3）高转换效率:最佳状况可达95%；
60.4）宽电压输出范围：最低可以调整降到1.221v；
61.5）内部补偿最小化了外部器件数量；
62.6）固定500khz转换速率；
63.7）有过流保护及热关断功能；
64.8）具有开关使能脚，关状态仅有17ua静止电流；
65.9）内部软启动，高转换效率。
66.第二滤波子模块23包括并联的电容器c6、电容器c7和电容器c8，其中，电容器c6的容值为22uf，电容器c7的容值为0.1uf，电容器c8的容值为10uf。电容器c6、电容器c7和电容器c8并联后的一端电连接至tps5430的电压输出端，另一端接地；tps5430的输出电压经第二滤波子模块23滤波后输出第一转换电压vmain。
67.参照图4，第二电压转换模块3包括第三滤波子模块31、第二降压子模块32、使能子模块33和第四滤波子模块34。
68.第三滤波子模块31包括并联的电容器c10、电容器c11和电容器c12，电容器c10、电容器c11和电容器c12并联后的一端电连接至电源供电模块1的直流电压pwrin输出端，另一端接地。其中，电容器c10的容值设置为10uf；电容器c11的容值设置为10uf；电容器c12的容值设置为0.1uf。
69.第二降压子模块32包括型号为ly9736b的同步降压芯片及其外围电路。
70.外围电路设置如下：同步降压芯片的bs端电连接有电容器c9的一端，电容器c9的另一端电连接至同步降压芯片的lx端；同步降压芯片的lx端电连接有电感器l2的一端，电感器l2的另一端电连接有电阻器r1的一端，电感器r1的另一端电连接有电阻器r2的一端，电阻器r2的另一端接地；电阻器r1和电阻器r2之间的连接点处电连接至同步降压芯片的fb端，电阻器r1的两端并联有电容器c13；电压pwrin经第三滤波子模块滤波后输入至同步降压芯片的in输入端，同步降压芯片的输出端电连接至第四滤波子模块34的输入端。
71.直流电压pwrin经第三滤波子模块31滤波后，输入同步降压芯片的in脚，并为芯片供电。同步降压芯片的使能端en电连接至使能子模块33的输出端；同步降压芯片的输出端输出的电压经第四滤波子模块34滤波后输出第二转换电压vdd。
72.ly9736b是能输出2a负载电流的高效同步降压dc-dc变换器。它的工作范围很宽，输入电压从4.5v至18v，集成了主开关和同步开关，具有极低的rds（on），以最大限度地减少传导损耗。ly9736b采用瞬时pwm结构，能够实现快速瞬态响应，适用于高降压应用和轻负载高效率。封装为sot23-6。
73.使能子模块33由第一转换电压vmain供电，且用于使能第二降压子模块32。使能子模块33包括电阻器r9、电容器c16和二极管d6，电阻器r9和电容器c16串联，第一电压转换模块2的第一转换电压vmain输出端电连接于电阻器r9远离电容器c16的一端，电容器c16远离电阻器r9的一端接地。二极管d6并联在电阻器r9的两端，且二极管d6的正极电连接于电阻器r9和电容器c16之间的连接点处。且电阻器r9和电容器c16之间的连接点处电连接至ly9736芯片的使能端en。
74.其中，电阻器r9阻值优选的为10kω，电容器c16的容值优选的为2.2uf。
75.开机上电时：第一转换电压vmain为使能子模块33供电，由于有大阻值的电阻器r9的存在，电容器c16充电缓慢，起到延时开机的作用。
76.关机失电时：电容器c16是放电的过程，由于二极管d6的存在，因此能够实现电容器c16的快速放电。
77.第四滤波子模块34包括并联的电容器c14与电容器c15，电容器c14的一端电连接至同步降压芯片的输出端，另一端接地；电容器c15的一端电连接至同步降压芯片的输出端，另一端接地。同步降压芯片输出端输出的电压经电容器c15滤波后输出第二转换电压vdd。其中，本实施例中电容器c14的容值为22uf，电容器c15的容值为1uf，vdd为3.3v。
78.本技术实施例一种用于软启动的快速放电电路的实施原理为：一般在开关电源开机瞬间,由于稳压电路还没有完全进入工作状态,开关管将处于失控状态,极易因关断损耗大或过激励而损坏。第二转换电压vdd用于为后续电路器件提供稳定电压，在开机上电时，第一转换电压vmain为第二转换电压vdd的势能子模块供电，由于有电容器c16的存在，需要满足电容器c16的充电时间，且同时电阻器r9延长了电容器c16的充电时间，因此能够达到上电延时的效果，使电压由零慢慢的升至额定电流，保护后续电路器件；在关机下电时，电容器c16是放电过程，由于有二极管d6的存在，使得电容器c16能够得到快速放电；在电路下电的过程中，如果电路中有电容的存在，会引起电路上的电压下降缓慢。此时如果重新接上电源开关，电路在未完全掉电的情况下重新上电，可能会导致电路不能正常复位启动，进而电路工作异常，出现开机死机等情况。通过本技术中的电路设计，能够在源端无控制信号的情况下，基于硬件线路能够实现softstart（软启动）和快速放电；
79.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。