CN104092181A - 一种电源管理芯片的保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了电源管理芯片的保护电路，所述电源管理芯片用于给移动终端的各个功能模块和I2C信号供电，所述的保护电路包括：用于稳定电源管理芯片输出的电压的稳压模块；用于当移动终端的I2C信号线产生电流脉冲时，阻断电流脉冲通过电源线输入电源管理芯片的保护模块；所述稳压模块的输入端连接电源管理芯片，稳压模块的输出端通过所述保护模块连接所述各个功能模块和I2C信号线。本发明提供的保护电路，由稳压模块稳定电源管理芯片输出的电压，并且由保护模块在移动终端的I2C信号线产生电流脉冲时，阻断电流脉冲通过电源线输入电源管理芯片，从而在移动终端的各功能模块和I2C信号工作不稳定时，防止造成对电源管理芯片的损坏。
Description
技术领域
本发明涉及电子产品的电路设计技术，特别涉及一种电源管理芯片的保护电路。
背景技术
目前，电源管理芯片输出1.8V的电压信号的应用非常广泛，它给移动终端的各个功能模块和I2C信号供电。由于移动终端各个功能模块在调试阶段工作不稳定，会影响1.8V供电电压工作稳定性，则1.8V供电电源线上会存在不稳定的电流信号，该电流信号通过1.8V的电源线进入电源管理芯片，会造成电源管理芯片损坏。
手机等移动终端的各个功能模块均由I2C信号控制其通讯，由电源管理芯片输出1.8V的电压信号给I2C信号供电。在调试手机时，需要引出手机的I2C信号线的SDA数据线号和SCL时钟信号检查该信号的工作状态。在手机调试和测试阶段，I2C信号工作不稳定而且容易被破坏，导致1.8V的电压信号工作不稳定，会在1.8V的电源线上产生的电流脉冲，并通过电源线进入电源管理芯片中，对电源管理芯片造成损坏。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种电源管理芯片的保护电路，能在移动终端的各个功能模块和I2C信号工作不稳定时，防止造成对电源管理芯片的损坏。
为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种电源管理芯片的保护电路，所述电源管理芯片用于给移动终端的各个功能模块和I2C信号供电，其包括：
用于稳定电源管理芯片输出的电压的稳压模块；
用于当移动终端的I2C信号线产生电流脉冲时，阻断电流脉冲通过电源线输入电源管理芯片的保护模块；
所述稳压模块的输入端连接电源管理芯片，稳压模块的输出端通过所述保护模块连接所述各个功能模块和I2C信号线。
所述的电源管理芯片的保护电路中，所述稳压模块包括：稳压单元、上拉供电单元和分压单元，所述稳压单元的第一输入端通过上拉供电单元连接电源管理芯片，所述稳压单元的第二输入端连接分压单元的第一端，稳压单元的输出端连接分压单元的第二端。
所述的电源管理芯片的保护电路中，所述保护模块包括用于感应I2C信号线产生电流脉冲信号的电流感应及比较控制单元和用于阻断电流脉冲通过电源线输入电源管理芯片的开关控制单元；所述电流感应及比较控制单元连接稳压单元的输出端、还通过开关控制单元连接移动终端的各个功能模块和I2C信号线。
所述的电源管理芯片的保护电路中，所述稳压单元包括运算放大器、第一三极管和第二三极管，所述上拉供电单元包括第一电阻，所述分压单元包括第二电阻和第三电阻；所述运算放大器的同相输入端通过第一电阻连接电源管理芯片，运算放大器的反相输入端连接第二电阻的一端和第三电阻的一端，所述运算放大器的输出端连接第一三极管的基极；第一三极管的集电极和第二三极管的集电极连接所述电源管理芯片，第一三极管的发射极连接第二三极管的基极，第二三极管的发射极连接第二电阻的另一端和保护模块，第三电阻的另一端接地。
所述的电源管理芯片的保护电路中，所述稳压模块还包括稳压二极管，所述稳压二极管的负极连接运算放大器的同相输入端，稳压二极管的正极接地。
所述的电源管理芯片的保护电路中，所述稳压模块还包括第一滤波电容和第二滤波电容；所述第一滤波电容的一端连接电源管理芯片、第一三极管的集电极和第二三极管的集电极，还通过第一电阻连接运算放大器的同相输入端，第一滤波电容的另一端接地；所述第二滤波电容的一端连接第二三极管的发射极、第二电阻的另一端和电流感应及比较控制单元，所述第二滤波电容的另一端接地。
所述的电源管理芯片的保护电路中，所述电流感应及比较控制单元包括比较器、第四电阻、第五电阻和第六电阻；所述比较器的同相输入端连接开关控制单元的第一端、还通过第五电阻连接第四电阻的一端和第二三极管的发射极，比较器的反相输入端连接开关控制单元的第二端、还通过第六电阻连接第四电阻的另一端和开关控制单元的第三端，所述比较器的输出端连接开关控制单元的第四端，开关控制单元的第五端连接移动终端的各个功能模块。
所述的电源管理芯片的保护电路中，所述开关控制单元包括第三三极管、第四三极管、第五三极管和第七电阻；所述比较器的输出端连接第三三极管的基极和第四三极管的基极，第三三极管的集电极连接比较器的同相输入端，第三三极管的发射极连接第四三极管的集电极；所述四三极管的集电极连接第五三极管的基极、还通过第七电阻接地，所述第四三极管的发射集连接比较器的反相输入端；所述第五三极管的集电极连接第四电阻的另一端，第五三极管的发射极连接移动终端的各个功能模块。
所述的电源管理芯片的保护电路中，第一三极管、第二三极管、第三三极管和第五三极管为NPN三极管，第四三极管为PNP三极管。
相较于现有技术，本发明提供的电源管理芯片的保护电路，由稳压模块稳定电源管理芯片输出的电压，并且由保护模块在移动终端的I2C信号线产生电流脉冲时，阻断电流脉冲通过电源线输入电源管理芯片，从而在移动终端的各功能模块和I2C信号工作不稳定时，防止造成对电源管理芯片的损坏。
附图说明
图1为本发明电源管理芯片的保护电路的结构框图。
图2为本发明电源管理芯片的保护电路的电路图。
具体实施方式
本发明提供一种电源管理芯片的保护电路，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在手机等移动终端中，电源管理芯片一般用于给移动终端的各个功能模块和I2C信号供电，由于手机的各个功能模块在调试阶段工作不稳定，影响电源管理芯片输出的1.8V供电电压工作的稳定性，会使1.8V供电电压线上存在不稳定的电流信号，该电流信号通过1.8V的电源线进入电源管理芯片，会造成电源管理芯片损坏。本发明通过在功能模块工作不稳定，使供电电压稳定在1.8V，防止对电源管理芯片的破坏。
并且，手机的各个功能模块均由I2C信号控制其通讯，电源管理芯片输出的1.8V电压信号也给I2C信号供电。在手机调试和测试阶段，如果I2C信号工作不稳定，会导致1.8V的电压信号供电不稳定，会在1.8V的电压信号线（即电源管理芯片输出侧的供电电源线）上产生的电流脉冲，该电流脉冲会通过电源管理芯片的电源线进入电源管理芯片中，造成电源管理芯片的破坏。本发明通过对1.8V信号线上的电流信号进行检测并处理，保证不稳定的供电信号产生的电流脉冲不会通过电源线对电源管理芯片造成损坏。
请参阅图1，本发明提供的电源管理芯片的保护电路包括稳压模块10和保护模块20，所述稳压模块10的输入端连接电源管理芯片，稳压模块10的输出端通过所述保护模块20连接所述各个功能模块和I2C信号线。
所述稳压模块10用于稳定电源管理芯片输出的电压，保护模块20用于当移动终端的I2C信号线产生电流脉冲时，阻断电流脉冲通过电源线输入电源管理芯片，实现了在各个功能模块工作不稳定，及I2C信号产生电流脉冲时，防止对电源管理芯片造成损坏。
其中，所述稳压模块10包括：稳压单元101、上拉供电单元102和分压单元103，所述稳压单元101的第一输入端通过上拉供电单元102连接电源管理芯片，所述稳压单元101的第二输入端连接分压单元103的第一端，稳压单元101的输出端连接分压单元103的第二端，通过稳压单元101采样分压单元103的电压，在分压单元103的电压降低时，使稳压单元101输出电压适当增加，在分压单元103的电压增加时，使稳压单元101输出电压适当降低，最终保证1.8V供电电压的稳定性。
所述保护模块20包括电流感应及比较控制单元201和开关控制单元202，所述电流感应及比较控制单元201连接稳压单元101的输出端、还通过开关控制单元202连接移动终端的各个功能模块和I2C信号线。其中，所述电流感应及比较控制单元201用于感应I2C信号线产生电流脉冲信号，开关控制单元202用于阻断电流脉冲通过电源线输入电源管理芯片中。
请一并参阅图2,具体实施时，所述稳压单元101包括运算放大器A1、第一三极管Q1和第二三极管Q2，所述上拉供电单元102包括第一电阻R1，所述分压单元103包括第二电阻R2和第三电阻R3。所述第一电阻R1为上拉电阻，所述第三电阻R3为取样电阻，用于对电源管理芯片的输出电压取样。
所述运算放大器A1的同相输入端为稳压单元101的第一输入端，其通过第一电阻R1连接电源管理芯片，运算放大器A1的反相输入端为稳压单元101的第二输入端，其连接第二电阻R2的一端和第三电阻R3的一端，所述运算放大器A1的输出端连接第一三极管Q1的基极；第一三极管Q1的集电极和第二三极管Q2的集电极连接所述电源管理芯片，第一三极管Q1的发射极连接第二三极管Q2的基极，第二三极管Q2的发射极连接第二电阻R2的另一端和保护模块20，第三电阻R3的另一端接地。
本实施例中，电源管理芯片采用型号为PM8038集成芯片，所述第一三极管Q1和第二三极管Q2均为NPN三极管，根据三极管的电流特性：集电极电流Ic=βIb=发射极电流Ie。
以手机为例，在测试和调试时，由电源管理芯片输出的1.8V的电压信号PM8038_1.8V_OUTPUT给手机的各个功能模块和I2C信号供电，在手机的调试阶段其功能模块和I2C信号工作不稳定，影响1.8V供电电压工作的稳定性，则需要稳定1.8V的供电电压信号PM8038_1.8V_OUTPUT。
在本发明的稳压模块10中，当1.8V的电压信号出现不稳定供电时，如果输出电压信号增大，则分压单元103中的第三电阻R3上的压降增大，则运算放大器A1的反相输入端的比较电压信号增大，此时运算放大器A1的反相输入端比较电压信号与同相输入端的基准电压信号的差值减小，则运算放大器A1的输出电流降低，该输出电流信号用来调整第一三极管Q1和第二三极管Q2的压降。
由于此时运算放大器A1的输出电流降低，则该电流信号驱动三极管的基极的驱动电流降低，根据三极管的电流特性：由于基极电流Ib降低，则Ic减小，Ie减小，则三极管的集电极和发射极的压降降低，根据三极管的管降压为电源电压减去三极管的集电极压降和发射极压降，而现在三极管集电极的压降和发射极的压降均减小，则三极管的管压降增加，则三极管的输出电压降低。所以不会因为1.8V的供电电压不稳定使输出电压增加，保证1.8V供电电压的稳定性。
如果输出电压信号降低，则分压单元103中的第三电阻R3上的压降减小，运算放大器A1的反相输入端的比较电压信号减小，此时反相输入端的比较电压信号与同相输入端的基准电压信号的差值增加，则运算放大器A1的输出电流增大。由于运算放大器A1的输出电流增大，则该电流信号驱动三极管的基极驱动电流增大，根据三极管的电流特性，由于基极电流Ib增大，则Ic增加、Ie增加，则三极管集电极的压降和发射极的压降增加。由于三极管的管降压为电源电压信号减去三极管的集电极压降和发射极压降，现在三极管集电极的压降和发射极的压降增加，则三极管的管压降降低，则三极管的输出电压增加。所以不会因为1.8V的供电电压不稳定导致输出电压降低，保证1.8V供电电压的稳定性。
根据运算放大器A1的电流参数特性，输入偏置电流最大为2.6uA，输入失调电流最大为0.8uA，设运算放大器A1的正相输入电流为I1，反相输入电流为I2，由于输入偏置电流为2.6uA，则（I1+ I2）/2=2.6 uA，又运算放大器A1的输入失调电流为0.8uA，则I1-I2=0.8uA。通过上述两个公式计算得到I1=3 uA，I2=2.2 uA。
根据运算放大器A1的电压参数特性，输入失调电压最大为10mV，输入共模电压为1.5V参考标准，设运算放大器A1的正相输入电压为V1，反相输入电压为V2，由于运算放大器A1的输入失调电压为10mV，则V1-V2=10mV，又运算放大器A1的输入共模电压为1.5V，则（V1+ V2）/2=1.5V，通过上述两个公式计算得到V1=1.5005V，V2=1.4995。
又由于运算放大器A1的反相输入端的输入电流为2.2 uA，则由第二电阻R2和第三电阻R3构成的分压单元103的电流为2.2 uA，又该分压单元103上的电压为1.8V，则R2+R3=1.8V/2.2 uA=818K。又因第三电阻R3上的电压为1.4995V、电流为2.2 uA，则R3=1.4995V/2.2 uA=681K，则R2=137K。
又由于运算放大器A1的同相输入端的输入电压信号为1.5005V，则第一电阻R1上的压降为1.8V-1.5005V=0.2995。又第一电阻R1上的电流为3 uA，则R1=0.2995V/3 uA=99.8K。
请继续参阅图2，所述稳压模块10还包括稳压二极管D1，所述稳压二极管D1的负极连接运算放大器A1的同相输入端，稳压二极管D1的正极接地。通过该稳压二极管D1使运算放大器A1的同相输入端的限幅为1.5005V。
进一步的，所述稳压模块10还包括第一滤波电容C1和第二滤波电容C2；所述第一滤波电容C1的一端连接电源管理芯片、第一三极管Q1的集电极和第二三极管Q2的集电极，还通过第一电阻R1连接运算放大器A1的同相输入端，第一滤波电容C1的另一端接地；所述第二滤波电容C2的一端连接第二三极管Q2的发射极、第二电阻R2的另一端和电流感应及比较控制单元201，所述第二滤波电容C2的另一端接地，通过第一滤波电容C1和第二滤波电容C2滤除电压噪声，使稳压模块输出的电压更稳定。
请继续参阅图1和图2，本发明的电源管理芯片的保护电路中，所述电流感应及比较控制单元201包括比较器A2、第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6；其中，所述第四电阻R4为电流感应电阻，第五电阻R5和第六电阻R6均为电压转换电阻，用于将电流信号转换在电压信号。根据电流检测控制的参数要求，第四电阻R4的阻值为0.5欧姆，第五电阻R5和第六电阻R6的阻值分别为200欧姆。
所述比较器A2的同相输入端连接开关控制单元202的第一端、还通过第五电阻R5连接第四电阻R4的一端和第二三极管Q2的发射极，比较器A2的反相输入端连接开关控制单元202的第二端、还通过第六电阻R6连接第四电阻R4的另一端和开关控制单元202的第三端，所述比较器A2的输出端连接开关控制单元202的第四端，开关控制单元202的第五端连接移动终端的各个功能模块。
所述开关控制单元202包括第三三极管Q3、第四三极管Q4、第五三极管Q5和第七电阻R7；其中，所述第三三极管Q3和第五三极管Q5为NPN三极管，第四三极管Q4为PNP三极管。所述第七电阻R7为下拉电阻。
所述比较器A2的输出端连接第三三极管Q3的基极和第四三极管Q4的基极，第三三极管Q3的集电极连接比较器A2的同相输入端，第二三极管的发射极连接第四三极管Q4的集电极；所述四三极管的集电极连接第五三极管Q5的基极、还通过第七电阻R7接地，所述第四三极管Q4的发射集连接比较器A2的反相输入端；所述第五三极管Q5的集电极连接第四电阻R4的另一端，第五三极管Q5的发射极连接移动终端的各个功能模块。
本实施例中，由于手机的各个功能模块和I2C信号工作的不稳定性导致在1.8V的电源线上产生不稳定的电流信号及电流脉冲，该电流信号及电流脉冲通过1.8V的电源线进入电源管理芯片，会造成电源管理芯片损坏。本发明通过保护模块20对1.8V信号线上的电流信号进行检测控制并处理，保证不稳定的供电信号产生的电流脉冲不会通过信号线对电源管理芯片造成损坏。
当信号线上产生电流脉冲时，第四电阻R4的两端的电流通过第五电阻R5和第六电阻R6转换成电压信号。由于电流脉冲通过信号线进入电源管理芯片，损坏电源管理芯片，则在第四电阻R4的输出端（即第四电阻R4的一端）会瞬间迅速产生高电流，在比较器A2的反相输入端的第六电阻R6上产生压降，第四电阻R4的输入端（即第四电阻R4的另一端）的电流在比较器A2的同相输入端的第五电阻R5上产生压降，此时比较器A2的反相输入端的电压信号大于同相输入端的电压信号，则比较器A2输出低电平信号。
本实施例中，连接在比较器A2的两个输入端的第三三极管Q3和第四三四极，用来检测比较器A2输出的电平信号，当比较器A2输出的低电平时，第四三极管Q4导通、第三三极管Q3截止，则控制电源线上不稳定电流的通断的第五三极管Q5也截止，阻断电流脉冲通过电源线进入电源管理芯片中，保护电源管理芯片。
当电源稳定供电时，第四电阻R4的输入端的电流在第五电阻R5上产生的压降大于第四电阻R4的输出端的电流在第六电阻R6上产生的压降，则比较器A2输出高电平信号。此时，连接在比较器A2的同相输入端的第三三极管Q3导通，连接在比较器A2的反相输入端的第四三极管Q4截止，则控制电源线上不稳定电流的通断的第五三极管Q5导通。电源管理芯片输出的1.8V的电压信号VDD_1.8V_INPUT输入到手机的各个功能模块和I2C信号线，稳定地给手机的各个功能模块和I2C信号供电。
综上所述，本发明提供的电源管理芯片的保护电路，由稳压模块稳定电源管理芯片输出的电压，并且由保护模块在移动终端的I2C信号线产生电流脉冲时，阻断电流脉冲通过电源线输入电源管理芯片，从而在移动终端的各功能模块和I2C信号工作不稳定时，防止造成对电源管理芯片的损坏。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种电源管理芯片的保护电路，所述电源管理芯片用于给移动终端的各个功能模块和I2C信号供电，其特征在于，包括：
用于稳定电源管理芯片输出的电压的稳压模块；
用于当移动终端的I2C信号线产生电流脉冲时，阻断电流脉冲通过电源线输入电源管理芯片的保护模块；
所述稳压模块的输入端连接电源管理芯片，稳压模块的输出端通过所述保护模块连接所述各个功能模块和I2C信号线。
2.根据权利要求1所述的电源管理芯片的保护电路，其特征在于，所述稳压模块包括：稳压单元、上拉供电单元和分压单元，所述稳压单元的第一输入端通过上拉供电单元连接电源管理芯片，所述稳压单元的第二输入端连接分压单元的第一端，稳压单元的输出端连接分压单元的第二端。
3.根据权利要求2所述的电源管理芯片的保护电路，其特征在于，所述保护模块包括用于感应I2C信号线产生电流脉冲信号的电流感应及比较控制单元和用于阻断电流脉冲通过电源线输入电源管理芯片的开关控制单元；所述电流感应及比较控制单元连接稳压单元的输出端、还通过开关控制单元连接移动终端的各个功能模块和I2C信号线。
4.根据权利要求3所述的电源管理芯片的保护电路，其特征在于，所述稳压单元包括运算放大器、第一三极管和第二三极管，所述上拉供电单元包括第一电阻，所述分压单元包括第二电阻和第三电阻；所述运算放大器的同相输入端通过第一电阻连接电源管理芯片，运算放大器的反相输入端连接第二电阻的一端和第三电阻的一端，所述运算放大器的输出端连接第一三极管的基极；第一三极管的集电极和第二三极管的集电极连接所述电源管理芯片，第一三极管的发射极连接第二三极管的基极，第二三极管的发射极连接第二电阻的另一端和保护模块，第三电阻的另一端接地。
5.根据权利要求4所述的电源管理芯片的保护电路，其特征在于，所述稳压模块还包括稳压二极管，所述稳压二极管的负极连接运算放大器的同相输入端，稳压二极管的正极接地。
6.根据权利要求4所述的电源管理芯片的保护电路，其特征在于，所述稳压模块还包括第一滤波电容和第二滤波电容；所述第一滤波电容的一端连接电源管理芯片、第一三极管的集电极和第二三极管的集电极，还通过第一电阻连接运算放大器的同相输入端，第一滤波电容的另一端接地；所述第二滤波电容的一端连接第二三极管的发射极、第二电阻的另一端和电流感应及比较控制单元，所述第二滤波电容的另一端接地。
7.根据权利要求4所述的电源管理芯片的保护电路，其特征在于，所述电流感应及比较控制单元包括比较器、第四电阻、第五电阻和第六电阻；所述比较器的同相输入端连接开关控制单元的第一端、还通过第五电阻连接第四电阻的一端和第二三极管的发射极，比较器的反相输入端连接开关控制单元的第二端、还通过第六电阻连接第四电阻的另一端和开关控制单元的第三端，所述比较器的输出端连接开关控制单元的第四端，开关控制单元的第五端连接移动终端的各个功能模块。
8.根据权利要求7所述的电源管理芯片的保护电路，其特征在于，所述开关控制单元包括第三三极管、第四三极管、第五三极管和第七电阻；所述比较器的输出端连接第三三极管的基极和第四三极管的基极，第三三极管的集电极连接比较器的同相输入端，第三三极管的发射极连接第四三极管的集电极；所述四三极管的集电极连接第五三极管的基极、还通过第七电阻接地，所述第四三极管的发射集连接比较器的反相输入端；所述第五三极管的集电极连接第四电阻的另一端，第五三极管的发射极连接移动终端的各个功能模块。
9.根据权利要求8所述的电源管理芯片的保护电路，其特征在于，第一三极管、第二三极管、第三三极管和第五三极管为NPN三极管，第四三极管为PNP三极管。
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