一种基于场效应管可变电阻区的功率自适应放电电路的制作方法

1.本发明涉及电子领域，具体但不限于涉及一种基于场效应管可变电阻区的功率自适应放电电路。


背景技术：

2.在电源等芯片中，根据系统的需求，需要在限定的时间内对某节点进行放电。如图1所示，该图示为传统的放电电路，需要放电的节点为vin，当放电使能信号有效时，放电mos管m1导通，此时流过m1的电流即放电电流i1＝vin/(r+rmos)，其中rmos为m1的导通阻抗。
3.在放电初始阶段，vin节点的电压很高，放电电流很大，此时在放电管m1和限流电阻r上的功率非常高，引起很大的放电功率，导致芯片发热严重，影响芯片的寿命；在放电的结尾阶段，vin节点的电压很低，放电电流很小，此时在放电管m1和限流电阻r上的功率非常低，在该阶段无法利用时间进行更高功率放电，浪费了限定的放电时间。
4.有鉴于此，需要提供一种新的结构或控制方法，以期解决上述至少部分问题。


技术实现要素：

5.至少针对背景技术中的一个或多个问题，本发明提出了一种基于场效应管可变电阻区的功率自适应放电电路，能够在整个放电过程中，维持放电功率平稳，既不会引起很大的放电功率，导致芯片发热严重，影响芯片的寿命；也不会造成很小的放电功率，浪费限定的放电时间。
6.本发明提出一种基于场效应管可变电阻区的功率自适应放电电路，包括：
7.场效应管，工作在可变电阻区，具有第一端、第二端和控制端，所述场效应管的第一端和第二端分别耦接节点和参考地，用于给所述节点放电，所述场效应管的控制端耦接控制信号，当节点电压减少时，所述控制信号的电压增加。
8.可选地，所述放电电路还包括：减法电路，用于比较参考电压与所述节点电压以获取差分电压，并将所述差分电压作为所述控制信号，其中，所述差分电压恒大于所述场效应管的开启电压。
9.可选地，所述减法电路包括：第一运算放大器，具有第一输入端，第二输入端和输出端，所述第一运算放大器的输出端耦接所述场效应管的控制端；第一一电阻，具有第一端和第二端，所述第一一电阻的第一端耦接所述节点电压，所述第一一电阻的第二端耦接所述第一运算放大器的第一输入端；第一二电阻，具有第一端和第二端，所述第一二电阻的第一端耦接所述参考电压，所述第一二电阻的第二端耦接所述第一运算放大器的第二输入端；第一三电阻，具有第一端和第二端，所述第一三电阻的第一端耦接所述第一运算放大器的第二输入端，所述第一三电阻的第二端耦接参考地；以及第一反馈电阻，具有第一端和第二端，所述第一反馈电阻的第一端耦接所述第一运算放大器的第一输入端，所述第一反馈电阻的第二端耦接所述第一运算放大器的输出端。
10.可选地，第二运算放大器，具有第一输入端，第二输入端和输出端；第二一电阻，具
有第一端和第二端，所述第二一电阻的第一端耦接所述节点电压，所述第二一电阻的第二端耦接所述第二运算放大器的第一输入端；第二二电阻，具有第一端和第二端，所述第二二电阻的第一端耦接所述第二运算放大器的第二输入端，所述第二二电阻的第二端耦接参考地；第二反馈电阻，具有第一端和第二端，所述第二反馈电阻的第一端耦接所述第二运算放大器的第一输入端，所述第二反馈电阻的第二端耦接所述第二运算放大器的输出端；第三运算放大器，具有第一输入端，第二输入端和输出端，所述第三运算放大器的输出端耦接所述场效应管的控制端；第三一电阻，具有第一端和第二端，所述第三一电阻的第一端耦接所述参考电压，所述第三一电阻的第二端耦接所述第三运算放大器的第一输入端；第三二电阻，具有第一端和第二端，所述第三二电阻的第一端耦接所述第二运算放大器的输出端，所述第三二电阻的第二端耦接所述第三运算放大器的第一输入端；第三三电阻，具有第一端和第二端，所述第三三电阻的第一端耦接所述第三运算放大器的第二输入端，所述第三三电阻的第二端耦接参考地；第三反馈电阻，具有第一端和第二端，所述第三反馈电阻的第一端耦接所述第三运算放大器的第一输入端，所述第三反馈电阻的第二端耦接所述第三运算放大器的输出端。
11.可选地，所述放电电路还包括：电流源；电阻组，包括若干个依次串联的电阻，具有第一端和第二端，所述电阻组的第一端耦接所述电流源，所述电阻组的第二端耦接参考地；以及开关组，包括若干个开关，每个所述开关具有第一端和第二端，所述开关的第一端分别耦接对应的电阻，所述开关的第二端耦接所述场效应管的控制端，当所述电流源的电流流经所述电阻组时，控制所述开关组中相应的开关导通以获取所述控制信号。
12.可选地，所述控制端泄电电路包括：nmos管，具有第一端、第二端和控制端，所述nmos管的第一端和第二端分别耦接所述节点和所述场效应管的控制端，用于给所述场效应管的控制端上的电压放电，所述nmos管的控制端耦接使能信号，当所述节点不需要放电时，所述使能信号输出高电平。
13.本发明提出的一种基于场效应管可变电阻区的功率自适应放电电路，包括场效应管，该场效应管工作在可变电阻区，用于给节点电压放电。当节点电压开始放电时，节点电压很大，此时场效应管控制端的电压较小，场效应管的等效电阻较大；当节点电压随着放电而电压下降时，控制场效应管控制端的电压逐渐上升，场效应管的等效电阻逐渐变小，故放电电阻能够随着节点电压的下降而逐步变小，根据p＝u2/r可知，在整个放电过程中，该放电电路能够维持放电功率平稳，既不会引起很大的放电功率，导致芯片发热严重，影响芯片的寿命；也不会造成很小的放电功率，浪费限定的放电时间。
附图说明
14.附图用来提供对本发明的进一步理解，与说明描述一起用于解释本发明的实施例，并不构成对本发明的限制。在附图中：
15.图1示出了传统放电电路结构图；
16.图2示出了根据本发明一实施例的一种基于场效应管可变电阻区的功率自适应放电电路结构图；
17.图3示出了根据本发明一实施例的另一种基于场效应管可变电阻区的功率自适应放电电路结构图；
18.图4示出了根据本发明一实施例的另一种基于场效应管可变电阻区的功率自适应放电电路结构图；
19.图5示出了根据本发明一实施例的另一种基于场效应管可变电阻区的功率自适应放电电路结构图。
具体实施方式
20.为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
21.该部分的描述只针对几个典型的实施例，本发明并不仅局限于实施例描述的范围。不同实施例的组合、不同实施例中的一些技术特征进行相互替换，相同或相近的现有技术手段与实施例中的一些技术特征进行相互替换也在本发明描述和保护的范围内。
22.说明书中的“耦接”或“连接”既包含直接连接，也包含间接连接。间接连接为通过中间媒介进行的连接，如通过电传导媒介如导体的连接，其中电传导媒介可含有寄生电感或寄生电容，也可通过说明书中实施例所描述的中间电路或部件的连接；间接连接还可包括可实现相同或相似功能的基础上通过其他有源器件或无源器件的连接，如通过开关、信号放大电路、跟随电路等电路或部件的连接。“多个”或“多”表示两个或两个以上。
23.参照图2，本发明一实施例提供一种基于场效应管可变电阻区的功率自适应放电电路，包括场效应管m1。在本实施例中，场效应管即为场效应晶体管，主要有结型场效应管和金属氧化物半导体场效应管两种类型。本实施例中的场效应管具有第一端、第二端和控制端，以金属氧化物半导体场效应管中的nmos管为例，场效应管的第一端(即漏极)耦接节点，场效应管的第二端(即源极)耦接参考地，当场效应管导通时，节点电压就能通过场效应管进行放电。场效应管的控制端(即栅极)耦接控制信号con，控制信号con是一个随着节点电压逐渐减小而自身电压逐渐增加的电压信号。
24.在本实施例中，场效应管工作在可变电阻区，在可变电阻区内，当u(gs)不变时，i(d)随u(ds)的增加近似直线上升，且u(gs)越小，该段输出特性曲线斜率越小。此时，场效应管可视作一个受u(gs)控制的压控电阻，且u(gs)越小，等效电阻值越大。所以，当控制信号逐渐增大时，场效应管的等效电阻是逐步减小的。当节点开始放电时，节点电压很大，此时场效应管控制端的电压较小，场效应管的等效电阻较大；当节点随着放电而电压下降时，控制场效应管控制端的电压逐渐上升，场效应管的等效电阻逐渐变小，故放电电阻能够随着节点电压的下降而逐步变小。在一实施例中，节点电压会随着放电过程而逐渐减小，故设置控制信号为：在放电过程内，随着时间该控制信号的电压逐渐增加。根据p＝u2/r可知，节点电压和放电电阻的比值始终处于一个比较平稳的状态，故在整个放电过程中，该放电电路既不会引起很大的放电功率，导致芯片发热严重，影响芯片的寿命；也不会造成很小的放电功率，浪费限定的放电时间。
25.在一实施例中，放电电路除了场效应管外，还包括减法电路。减法电路用于比较参考电压与节点电压以获取差分电压，并将差分电压作为控制信号，其中，差分电压恒大于场效应管的开启电压。
26.在一实施例中，如图3所示，减法电路由差分电路构成，包括第一运算放大器(即
a1)，第一一电阻(即r11)，第一二电阻(即r12)，第一三电阻(即r13)以及第一反馈电阻(即rf1)。其中，第一运算放大器具有第一输入端，第二输入端和输出端，第一运算放大器的输出端耦接上述场效应管的控制端；第一一电阻具有第一端和第二端，第一一电阻的第一端耦接节点电压，第一一电阻的第二端耦接第一运算放大器的第一输入端；第一二电阻，具有第一端和第二端，第一二电阻的第一端耦接参考电压，第一二电阻的第二端耦接第一运算放大器的第二输入端；第一三电阻具有第一端和第二端，第一三电阻的第一端耦接第一运算放大器的第二输入端，第一三电阻的第二端耦接参考地；以及第一反馈电阻具有第一端和第二端，第一反馈电阻的第一端耦接第一运算放大器的第一输入端，第一反馈电阻的第二端耦接第一运算放大器的输出端。当第一运算放大器的第一输入端和第二输入端分别输入节点电压信号(即vin)和参考电压信号(即vref)时，第一运算放大器将以参考电压减去节点电压，并将获取的差分电压以输出端作为媒介输出，此时节点电压、参考电压和差分电压三者电压满足如下关系式：其中，u0、u1和u2分别代表差分电压、节点电压和参考电压。当差分电路设置完毕后，第一一电阻、第一二电阻、第一三电阻以及第一反馈电阻的参数不变，参考电压也设置为一固定值，故在上述关系式中，差分电压与节点电压负相关，随着节点电压进行放电，节点电压的电压值减小，此时差分电压增大。将差分电压作为控制信号控制场效应管控制端的电压，场效应管的等效电阻在放电过程中逐步减小。通过对第一一电阻、第一二电阻、第一三电阻以及第一反馈电阻设置不同的阻值，场效应管的等效电阻减小幅度也不相同。
27.在一实施例中，如图4所示，减法电路由反向加法电路构成，包括第二运算放大器(即a2)、第二一电阻(即r21)、第二二电阻(即r22)、第二反馈电阻(即rf2)、第三运算放大器(即a3)、第三一电阻(即r31)、第三二电阻(即r32)、第三三电阻(即r33)以及第三反馈电阻(即rf3)。其中，第二运算放大器具有第一输入端，第二输入端和输出端；第二一电阻具有第一端和第二端，第二一电阻的第一端耦接节点电压，第二一电阻的第二端耦接第二运算放大器的第一输入端；第二二电阻具有第一端和第二端，第二二电阻的第一端耦接第二运算放大器的第二输入端，第二二电阻的第二端耦接参考地；第二反馈电阻具有第一端和第二端，第二反馈电阻的第一端耦接第二运算放大器的第一输入端，第二反馈电阻的第二端耦接第二运算放大器的输出端；第三运算放大器具有第一输入端，第二输入端和输出端，第三运算放大器的输出端耦接场效应管的控制端；第三一电阻具有第一端和第二端，第三一电阻的第一端耦接参考电压，第三一电阻的第二端耦接第三运算放大器的第一输入端；第三二电阻具有第一端和第二端，第三二电阻的第一端耦接第二运算放大器的输出端，第三二电阻的第二端耦接第三运算放大器的第一输入端；第三三电阻具有第一端和第二端，第三三电阻的第一端耦接第三运算放大器的第二输入端，第三三电阻的第二端耦接参考地；第三反馈电阻具有第一端和第二端，第三反馈电阻的第一端耦接第三运算放大器的第一输入端，第三反馈电阻的第二端耦接第三运算放大器的输出端。当第二运算放大器的第一输入端和第三运算放大器的第一输入端分别输入节点电压信号(即vin)和参考电压信号(即vref)时，第三运算放大器的输出端将会输出参考电压与节点电压的差分电压。基于与上述实施例同样的理由，差分电压与节点电压负相关，随着节点电压进行放电，节点电压的电压值减小，此时差分电压增大。将差分电压作为控制信号控制场效应管控制端的电压，场效应
管的等效电阻在放电过程中逐步减小。
28.在一实施例中，如图5所示，放电电路除了场效应管外，还包括电流源、电阻组和开关组。其中，电流源用于提供恒定的电流；电阻组包括若干个依次串联的电阻(即r1至rm)，电阻组具有头端和尾端，电阻组的头端耦接电流源，电阻组的尾端耦接参考地；开关组包括若干个开关(即sw1至swm)，每个开关都具有第一端和第二端，每个开关的第一端分别耦接对应的电阻(例如，sw1耦接r1，sw2耦接r2，依次类推)，每个开关的第二端都耦接场效应管的控制端，当电流源的电流流经电阻组时，控制开关组中相应的开关导通，就能获取相应的电压。如图5所示，开关sw1导通而其他开关关闭时，此时流向效应管控制端的电压最小，逐步导通sw1至swm，流向效应管控制端的电压逐步增大，所以将此电压作为控制信号。进一步，开关组中开关的导通受节点电压的影响，即在检测到节点电压为预设电压值时，向开关组发出特定的信号，控制相应的开关导通。由于电流源和电阻组中电阻阻值为常值的，所以获取的相应电压也是常值。在该电压下，场效应管的等效电阻也为常值，根据p＝u2/r可知，通过调整预设电压值，可以使放电电路的放电功率恒定。
29.在一实施例中，如图5所示，放电电路还包括控制端泄电电路，该控制端泄电电路耦接场效应管的控制端。放电结束后，场效应管的控制端还存留电压，存留的电压会增加放电电路的功耗，所以设置该控制端泄电电路，当节点不需要放电时，将场效应管控制端上的电压下拉到地。具体地，控制端泄电电路为nmos管，具有第一端、第二端和控制端，nmos管的第一端和第二端分别耦接节点和场效应管的控制端，用于给场效应管的控制端上的电压放电，nmos管的控制端耦接使能信号(即enable)，当节点不需要放电时，使能信号输出高电平，控制nmos管导通。当然，该控制端泄电电路同样适用于本文涉及的其他实施例。
30.本领域技术人员应当知道，说明书或附图所涉逻辑控制中的“高电平”与“低电平”、“置位”与“复位”、“与门”与“或门”、“同相输入端”与“反相输入端”等逻辑控制可相互调换或改变，通过调节后续逻辑控制而实现与上述实施例相同的功能或目的。
31.这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。说明书中所涉及的效果或优点等相关描述可因具体条件参数的不确定或其它因素影响而可能在实际实验例中不能体现，效果或优点等相关描述不用于对发明范围进行限制。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。