一种多输入高压电源选择电路的制作方法

1.本发明涉及集成电路领域，更具体地，涉及一种多输入高压电源选择电路。


背景技术：

2.目前，在具有多个输入源的集成电路中，会存在多个输入电源端同时向芯片内部进行供电的情况。通常来说，充电芯片的输入源不止一个，其中既可以包括有线输入源、也可以包括无线输入源，同时芯片所在电路的电池端也可以作为另一个输入源为芯片进行供电。另外，由于输入源大多具备较高的电压，而芯片内部电路的供电则只需要较低的电压。
3.由于多输入源和高压输入这两种情况所造成的影响，芯片内部供电系统的复杂程度非常高。现有技术中，为了克服多输入源和高压输入两种情况的影响，通常在芯片内部设置多个高压转低压单元和一个低压选择单元，以实现芯片中电路的输入电源电压。
4.然而，通常来说，由于每一个高压输入都需要经过各自的高压转低压单元实现转换，会耗费很大的芯片面积和电路功耗。另外，由于低压选择电路面积较大、逻辑复杂、可靠性和稳定性也难以保证，因此在多个输入电源之间执行相互切换的过程中，也可能会出现切换不及时导致芯片掉电重启的情况。
5.因此，亟需一种新的多输入高压电源选择电路。


技术实现要素：

6.为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种多输入高压电源选择电路，通过电源选择电路对多个高压电源进行选择，并通过低压转换电路实现对高压输入信号的转换。
7.本发明采用如下的技术方案。
8.一种多输入高压电源选择电路，其中，电路包括电源选择电路和低压转换电路；电源选择电路中包括多个过冲稳压单元，多个过冲稳压单元分别基于多个高压电源实现多个选择电压的输出，以及基于多个选择电压生成高压输入信号；低压转换电路，与电源选择电路连接，用于基于高压输出生成低压输入信号。
9.优选地，电源选择电路中，多个过冲稳压单元的输出端并联。
10.优选地，过冲稳压单元中包括pmos管mp1、nmos管mn1、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第一齐纳二极管z1、第二齐纳二极管z2和二极管d1；其中，nmos管mn1的栅极与第二电阻r2的一端、第二齐纳二极管z2的负极分别连接，源极与第三电阻r3的一端连接，漏极与第一电阻r1、第一齐纳二极管z1的正极、pmos管mp1的栅极连接；第二齐纳二极管z2的正极、第三电阻r3的另一端均接地；pmos管mp1的源极与第二电阻r2的另一端、第一电阻r1的另一端、齐纳二极管z1的负极连接并作为过冲稳压单元的输入端，漏极与二极管d1的正极连接；二极管d2的负极作为过冲稳压单元的输出端。
11.优选地，电源选择电路中包括四个过冲稳压单元；每一个过冲稳压单元的输入端接收第一输入电压、第二输入电压、总线电压和输出电压，并分别基于第一输入电压、第二
输入电压、总线电压和输出电压生成第一选择电压、第二选择电压、第三选择电压和第四选择电压。
12.优选地，过冲稳压单元输出端电压为输入端电压与二极管d1电压之差。
13.优选地，当过冲稳压单元的输入端电压小于门限电压时，第一齐纳二极管z1、第二齐纳二极管z2不导通；当过冲稳压单元的输入端电压大于门限电压时，第一齐纳二极管z1、第二齐纳二极管z2反向导通。
14.优选地，电源选择电路的输出端电压为第一选择电压、第二选择电压、第三选择电压和第四选择电压中的最大者。
15.优选地，过冲稳压单元中还包括开关控制管m1；其中，开关控制管m1的漏极与nmos管mn1的栅极、第二齐纳二极管的负极、第二电阻r2的一端分别连接，源极与过冲稳压单元的输出端即所述二极管d1的负极连接，栅极与控制电压连接。
16.优选地，过冲稳压单元基于控制电压确定开关控制管m1的导通或截止状态，并基于开关控制管m1的导通或截止状态确认是否输出选择电压。
17.本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明中一种多输入高压电源选择电路，通过电源选择电路对多个高压电源进行选择，并通过低压转换电路实现对高压输入信号的转换。本发明电路节约了多个高压-低压转换电路，省略了复杂的低压选择电路，能够实现多个输入源之间的自由选择，内部供电电源稳定、可靠，且选择电路功率较低。
18.本发明的有益效果还包括：
19.1、本发明中的一种多输入高压电源选择电路，能够根据输入的高压电源信号的数量而合理的增减电路中的过冲稳压单元，以最大程度的优化电路结构，减少冗余和功耗。
20.2、本发明的选择电路不仅仅能够选择最大的一路输入电压作为选择电压，还能够通过对过冲稳压单元的控制而实现更多的选择电压生成方式。生成的选择电压，更能够符合芯片稳定工作的需求，更加合理稳定。
附图说明
21.图1为本发明现有技术中一种多输入高压电源选择电路的结构示意图；
22.图2为本发明一种多输入高压电源选择电路的结构示意图；
23.图3为本发明一种多输入高压电源选择电路的一实施例中电源选择电路的示意图；
24.图4为本发明一种多输入高压电源选择电路的另一实施例中电源选择电路的示意图。
具体实施方式
25.下面结合附图对本技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本技术的保护范围。
26.图1为本发明现有技术中一种多输入高压电源选择电路的结构示意图。如图1所示，现有技术中通常采用的多输入高压电源选择电路，都是先将多个高压电源依次转换为低压输入之后，再对多个低压输入进行选择。
27.在图1所示的实施例中，四个高压转低压电路的输入分别为v
ac1
、v
ac2
、v
bus
和v
out
。具
体来说，在本发明中，输入v
ac1
、v
ac2
可以为来自芯片外部的有线或无线充电器产生的直流充电电压，而v
bus
则为芯片总线电压，v
out
可以是来自芯片中某一电路的输出电压或电池电压。
28.如图1中所示，四个高压转低压电路分别为图中的vac1_lv block、vac2_lv block、vbus_lv block和vout_lv block。经过四个高压转低压电路后，四个单元电路的输出可以分别被标记为vac1_lv、vac2_lv、vbus_lv和vout_lv。四个信号输出分别被输入至低压选择电路lv_sel block中，以经过选择电路的选择实现信号vint的输出。
29.在这种电路结构中，每一个高压电源都需要经过各自的电压转换电路生成低压信号，每一路低压信号再经过低压选择电路实现选择输出。在这一过程中，高压转低压电路会耗费很大的面积和功耗，而低压选择电路占用的芯片面积很大，电路逻辑也较为复杂。因此，该电路在工作过程中难以保持有效的稳定性和可靠性，输入电源在实现相互切换的过程中，也会存在因切换不及时而导致的芯片掉电重启的问题。
30.图2为本发明一种多输入高压电源选择电路的结构示意图。如图2所示，一种多输入高压电源选择电路，其中，电路包括电源选择电路和低压转换电路；电源选择电路中包括多个过冲稳压单元，多个过冲稳压单元分别基于多个高压电源实现多个选择电压的输出，以及基于多个选择电压生成高压输入信号；低压转换电路，与电源选择电路连接，用于基于高压输出生成低压输入信号。
31.如图2所示，本发明中的电路主要由一个电源选择电路vin_sel block和一个低压转换电路lv block串联组成。其中，电源选择电路能够同时接收到多路输入，即v
ac1
、v
ac2
、v
bus
和v
out
。根据上述多路输出，可以获得一个选择电压，即图中所示的vin_sel。而低压转换电路lv block则可以接收来自电源选择电路输出的信号vin_sel，并基于此生成低压输入信号vint。
32.相比于传统的电路结构，本发明中的解决方案节约了多个高压转低压电路和结构复杂的低压选择电路，能够实现多个高压输入源之间的自由选择，并在选择后生成低压信号。通过这种方法获得的内部供电电源，输出电压稳定可靠、电路功耗低。
33.优选地，电源选择电路中，多个过冲稳压单元的输出端并联。
34.可以理解的是，本发明中的电源选择电路中，由于需要接收多个不同来源的高压电源并对其分别进行处理，因此本发明中的电源选择电路中包括多个对于高压电源进行处理的多个过冲稳压单元。为了实现对于多个过冲稳压单元输出信号的选择，本发明中的多个过冲稳压单元通过并联输出端的方式完成电路的构建。
35.图3为本发明一种多输入高压电源选择电路的一实施例中电源选择电路的示意图。如图3所示，优选地，过冲稳压单元中包括pmos管mp1、nmos管mn1、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第一齐纳二极管z1、第二齐纳二极管z2和二极管d1；其中，nmos管mn1的栅极与第二电阻r2的一端、第二齐纳二极管z2的负极分别连接，源极与第三电阻r3的一端连接，漏极与第一电阻r1、第一齐纳二极管z1的正极、pmos管mp1的栅极连接；第二齐纳二极管z2的正极、第三电阻r3的另一端均接地；pmos管mp1的源极与第二电阻r2的另一端、第一电阻r1的另一端、齐纳二极管z1的负极连接并作为过冲稳压单元的输入端，漏极与二极管d1的正极连接；二极管d2的负极作为所述过冲稳压单元的输出端。
36.如图3所示，在本发明的电路中，每一个过冲稳压单元都能够将其输入端接收的信号进行处理后输出稳定的电压。具体来说，可以以本发明图3中最左侧的一个过冲稳压单元
为例对本发明中的过冲稳压原理进行说明。
37.本发明中，输入信号v
ac1
被输入至过冲稳压单元中，具体来说被输入至pmos管mp1的源极，以及电阻r1、r2和第一齐纳二极管z1中。由于pmos管mp1的导通截止状态是由于其栅极电压决定的，因此分析电路左侧部分可知，当输入信号v
ac1
的反向电压较低时，第二齐纳二极管z2并不能实现反向导通，此时r2和z2产生分压作用于nmos管mn1的栅极。另一方面，在电阻r1的作用下，nmos管mn1的漏极电压随之升高，并使得mn1导通。在nmos管mn1实现导通后，会将mp1栅极的电压拉低，从而实现mp1的导通。在mp1导通后，mp1的导通电阻可以忽略不计，此时假设二极管d1两端产生的电压为v
d1
，则有过冲稳压单元此时的输出为v
ac1-v
d1
。
38.随着输入信号v
ac1
电压的逐渐升高，当输入信号升高至电路的门限电压时，第二齐纳二极管z2将被反向导通，并将mn1管的栅极电压稳定在较高的状态下。此时，第一齐纳二极管z1也会导通，并将mp1的栅极电压恒定在门限电压的左右。由于第一齐纳二极管z1的保护作用，即使输入信号v
ac1
过高也能够将mp1的栅极电压稳定在门限电压附近，从而保证mp1管的安全。也就是说，在输入信号v
ac1
的电压升高至超过门限电压后，过冲稳压单元中的mos管mp1和mn1被齐纳二极管保护，从而继续实现电路的输出功能。此时，电路的输出电压仍然可以通过公式v
ac1-v
d1
获得。
39.电路中其他的过冲稳压单元的原理与上文中记载的完全相同，当输入信号尚未超过电路的门限电压时，单元的输出分别为v
ac2-v
d1
、v
bus-v
d1
和v
out-v
d1
。
40.另外，由于存在反向隔断的二极管d1、d2、d3和d4等的存在，多个并联的过冲稳压单元输出的电压会被二极管隔离，从而不会发生交叉耦合，以发生相互影响。通过并联的方式，最后输出至低压转换电路中的电压将会是多个电压中电压最高的一个信号。通过这种方式就实现了对于多路高压电源的选择。
41.优选地，电源选择电路中包括四个过冲稳压单元；每一个过冲稳压单元的输入端接收第一输入电压、第二输入电压、总线电压和输出电压，并分别基于第一输入电压、第二输入电压、总线电压和输出电压生成第一选择电压、第二选择电压、第三选择电压和第四选择电压。
42.本发明一实施例中，电源选择电路中可以包括四个过冲稳压单元。其接收的电压分别为第一输入电压、第二输入电压、总线电压和输出电压。当然，按照本发明中的思路，和芯片的实际用电需求，还可以增加或减少过冲稳压单元的数量，但电路的其他结构则不会发生任何改变。
43.优选地，过冲稳压单元输出端电压为输入端电压与二极管d1电压之差。
44.如上文中所述，无论是过冲稳压单元的输入端电压是否大于门限电压，其输出端的电压都通过公式v
ac1-v
d1
计算能够得到。
45.优选地，当过冲稳压单元的输入端电压小于门限电压时，第一齐纳二极管z1、第二齐纳二极管z2不导通；当过冲稳压单元的输入端电压大于门限电压时，第一齐纳二极管z1、第二齐纳二极管z2反向导通。
46.如上文中所记载的内容一样，当过冲稳压单元的输入端电压小于门限电压时，本发明中的电路能够根据输入端电压而产生相应的输出电压并作为一个选择电压。而当过冲稳压单元的输入端电压大于门限电压时，齐纳二极管将被反向导通，从而在保护mos管mn1
和mp1的情况下继续生成输出电压。
47.通常来说，可以根据反向导通电压的需求来选用合适的齐纳二极管。本发明一实施例中，可以采用反向导通电压为5.5v的齐纳二极管。因此，当反向导通电压超过5.5v时，齐纳二极管可以对mn1和mp1实现保护，从而使得电路仍能继续正常工作。优选地，电源选择电路的输出端电压为第一选择电压、第二选择电压、第三选择电压和第四选择电压中的最大者。
48.本发明中的方法能够有效的实现对电源选择电路中各个过冲稳压单元输出的电压进行选择。由于多个过冲稳压单元输出的电压是通过并联的方式连接在一起的，因此本发明中的方法可以实现从多个输出电压中选择最大的一个作为后方串联电路的输入信号。具体来说，由于本发明中的电源选择电路其后接入的是低压转换电路，因此该转换电路可以将选择出的最大的一个高压信号转换为低压信号进行输出。
49.通过这种方法，当其中一路或多路电源发生短路或掉电后，另外几路电源会迅速的选择到其中的最大电压，并实现选择电压的自动切换。通过这种方法，不会在电压切换的过程中发生芯片掉电或重启的问题。
50.优选地，过冲稳压单元中还包括开关控制管m1；其中，开关控制管m1的漏极与nmos管mn1的栅极、第二齐纳二极管的负极、第二电阻r2的一端分别连接，源极与过冲稳压单元的输出端即二极管d1的负极连接，栅极与控制电压连接。
51.可以理解的是，增加了开关控制管m1之后，本发明中的方法能够采用一个开关控制管来过冲稳压单元进行控制，确保是否开启过冲稳压单元。当开启了过冲稳压单元后，本发明的方法可以有效的保证过冲稳压单元能够提供合理的输出，当关闭了过冲稳压单元后，本发明的方法就将当前的过冲稳压单元的输入屏蔽在外，因此选择单元就无法基于这一个过冲稳压单元进行相应的选择了。
52.图4为本发明一种多输入高压电源选择电路的另一实施例中电源选择电路的示意图。如图4所示，优选地，过冲稳压单元基于控制电压确定开关控制管m1的导通或截止状态，并基于开关控制管m1的导通或截止状态确认是否输出选择电压。
53.如前文所述，开关控制管的增加，使得电路可以处理更加复杂的逻辑。例如，当希望电源选择的供电系统并非只能是四个电压中最大的一个，而是希望根据相应的应用场景合理的选择合适的供电电压时，通过增加的开关控制管，能够通过控制开关控制管的栅极电压信号，而使得最大的一路或多路电压被关断，选择过程中屏蔽了较大的信号，从而使得选择过程可以基于电路的实际应用场景的需求实现。
54.本发明一实施例中，当电压v
ac1
小于电压v
ac2
时，应用要求选择v
ac1
的电压作为输入信号，因此此时可以控制m2管的栅极电压升高，使得m2管导通，以使得电压v
ac2
的输入信号被屏蔽。
55.需要说明的是，图4只是本发明中的一个实施例的示意图，其中并未包含更多路的电源电压输入。在实际的应用过程中，可以根据实际的电源输入需求，而增加更多个过冲稳压单元。同时，在对输出进行控制的过程中，也可以同时导通多个开关控制管，以使得电路实现对多路输入信号的屏蔽。
56.本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明中一种多输入高压电源选择电路，通过电源选择电路对多个高压电源进行选择，并通过低压转换电路实现对高压输入信
号的转换。本发明电路节约了多个高压-低压转换电路，省略了复杂的低压选择电路，能够实现多个输入源之间的自由选择，内部供电电源稳定、可靠，且选择电路功率较低。
57.本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。