CN104122925B - 一种应用于电源管理单元的内部电源产生电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种应用于电源管理单元的内部电源产生电路，包括：内部电源，用于接收输入电源的输出电压，并产生内部供电电压为其他电路模块供电；基准电压电流模块，用于接收所述内部供电电压，产生基准电压和基准电流；过压检测模块，用于根据输入电源的输出电压和所述基准电压，产生第一控制信号、第二控制信号以及第三控制信号；线性稳压器，用于根据所述第一控制信号、第二控制信号以及第三控制信号控制，在输入电源的输出电压超过设定的过压检测门限时，令线性稳压器的内部元件工作在安全的工作电压范围内，且禁止所述线性稳压器向其他模块供电。本发明提高了电源管理单元应用的安全性，更适用于各种不同的应用条件。

Description

一种应用于电源管理单元的内部电源产生电路

技术领域

本发明涉及电源管理技术领域，尤其涉及一种应用于电源管理单元的内部电源产生电路。

背景技术

众所周知，电源管理单元(PMU)通常需要各种保护电路，比如过压保护，过流保护，欠压保护和短路保护等等。适配器、USB电源和电池等输入电源为电源管理单元供电时，很容易发生所选择的电源管理单元的输出电压高于该电源管理单元所能够承受的电压的情况。当电源管理单元被接到输出电压过高的输入电源时，该输入电源所提供的过高的输出电压会击穿电源管理单元芯片上的电子元件，导致该电子元件发生过压损坏。

例如，所使用的输入电源为适配器，如果用户用错了适配器，导致用户选用的适配器的输出电压远高于应当选用的适配器的输出电压。从而，该适配器的输出电压过高，超出所连接的电源管理单元所能够承受的电压，该过高的输入电压会击穿电源管理单元芯片上的电子元件，导致该电子元件发生过压损坏。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种应用于电源管理单元的内部电源产生电路，提高了电源管理单元应用的安全性，更适用于各种不同的应用条件。

本发明还提供一种应用于电源管理单元的内部电源产生电路，包括：

内部供电电源，用于接收输入电源的输出电压，并产生内部供电电压为其他电路模块供电；

基准电压电流模块，用于接收所述内部供电电压，产生基准电压和基准电流；

过压检测模块，用于根据输入电源的输出电压和所述基准电压，产生第一控制信号、第二控制信号以及第三控制信号；

线性稳压器，用于根据所述第一控制信号、第二控制信号以及第三控制信号控制，在输入电源的输出电压超过设定的过压检测门限时，令线性稳压器的内部元件工作在安全的工作电压范围内，且禁止所述线性稳压器向其他模块供电。

进一步，本发明所述线性稳压器还用于在输入电源的输出电压未超过设定的过压检测门限时，令所述线性稳压器向其他模块供电。

进一步，本发明还包括一连接在所述输入电源的输出电压与地之间，且滤除其噪声的第一稳压电容。

进一步，本发明所述内部供电电源包括第一NMOS晶体管、第二NMOS晶体管、第三NMOS晶体管、第四NMOS晶体管，以及第一电阻和第二电阻，所述第一NMOS晶体管的漏极和栅极都连到所述输入电源的输出电压,所述第一NMOS晶体管的源极和衬底连到所述第二NMOS晶体管的漏极和栅极，所述第二NMOS晶体管的源极和衬底连到所述第一电阻的一端,所述第一电阻的另一端连到所述第二电阻的一端,所述第二电阻的另一端连到所述第三NMOS晶体管的漏极和栅极，所述第三NMOS晶体管的源极和衬底连到所述第四NMOS晶体管的漏极和栅极，所述第四NMOS晶体管的源极和衬底连到地。

进一步，本发明还包括一连接在所述内部供电电源的内部供电电压的与地之间，且滤除其噪声的第二稳压电容。

进一步，本发明所述过压检测模块包括第一分压器、过压比较器以及滤波器，所述第一分压器接收输入电源的输出电压，进行分压后发送给所述过压比较器，所述过压比较器将接收的所述输入电源的输出电压同接收的所述基准电压进行比较，所述滤波器对所述过压比较器的输出信号进行滤波，输出第一控制信号、第二控制信号以及第三控制信号。

进一步，本发明所述第一分压器包括第三电阻和第四电阻，所述第三电阻的一端接所述输入电源的输出电压，另一端串接所述第四电阻，所述第四电阻的另一端接地，所述输入电源的输出电压经过所述第三电阻的压降后发送给所述过压比较器的输入端。

进一步，本发明所述线性稳压器包括误差放大器、电平转换器、PMOS晶体管、第二分压器、第一开关和第二开关，所述电平转换器连接在所述输入电源的输出电压和地之间，所述误差放大器接收反馈电压和基准电压，分别输出信号到所述电平转换器和第一开关，所述第一控制信号和第二控制信号分别发送给所述电平转换器以控制所述电平转换器的电平转换，所述第三控制信号控制所述第一开关的断开或者闭合，并经所述第一开关连接所述误差放大器的控制端，所述第三控制信号控制所述第二开关的断开或者闭合，并经所述第二开关连接所述PMOS晶体管的漏极，所述第二开关还接收所述内部供电电源的内部供电电压，所述PMOS晶体管的源极和衬底连接所述输入电源的输出电压，所述PMOS晶体管的栅极连接所述电平转换器，漏极与地之间的电压作为所述线性稳压器的输出电压，所述输出电压经所述第二分压器分压作为反馈电压。

进一步，本发明所述电平转换器包括第五NMOS晶体管、第六NMOS晶体管、第七NMOS晶体管、第八NMOS晶体管、第九NMOS晶体管和第五电阻，所述第五电阻的一端连接所述输入电源的输出电压，另一端连接所述第五NMOS晶体管的栅极和漏极，所述第五NMOS晶体管的源极和衬底连接所述第六NMOS晶体管的漏极，所述第六NMOS晶体管的栅极连接所述误差放大器的输出电压，所述第六NMOS晶体管的源极和衬底连接所述第七NMOS晶体管的漏极，所述第七NMOS晶体管的源极和衬底接地，栅极连接第一控制信号，所述第八NMOS晶体管的漏极连接所述第六NMOS晶体管的源极和衬底，所述第八NMOS晶体管的源极连接第九NMOS晶体管的漏极，所述第八NMOS晶体管的栅极连接所述基准电压电流模块输出的偏置电压，所述第八NMOS晶体管的衬底接所述第九NMOS晶体管的源极和衬底并接地，所述第九NMOS晶体管的栅极接所述第二控制信号。当输入电源的输出电压未超过过压检测门限，所述第一控制信号和第三控制信号为高电平，所述第二控制信号为低电平,第七NMOS晶体管导通,第九NMOS晶体管截止,第一开关和第二开关断开；当输入电源的输出电压超过过压检测门限，第一控制信号和第三控制信号为低电平，第二控制信号为高电平,第七NMOS晶体管截止,第九NMOS晶体管导通,第一开关和第二开关闭合。

进一步，本发明所述第二分压器包括第六电阻和第七电阻，所述第六电阻的一端经所述第二开关连接所述内部供电电源的内部供电电压，所述线性稳压器的输出电压经所述第六电阻的压降作为反馈电压发送给所述误差放大器，所述第六电阻的另一端连接所述第七电阻，所述第七电阻的另一端接地。

进一步，本发明还包括一滤波电容，连接在所述线性稳压器的输出电压和地之间。

由以上技术方案可见，本发明过压检测模块根据输入电源的输出电压和所述基准电压产生的控制信号，控制线性稳压器在输入电源的输出电压超过设定的过压检测门限时，令线性稳压器的内部元件工作在安全的工作电压范围内，且禁止所述线性稳压器向其他模块供电。这样，可以在电源***被接到输出电压过高的输入电源时，保护电源管理单元芯片上的电子元件，防止电子元件被过压损坏。本发明提高了电源管理单元应用的安全性，更适用于各种不同的应用条件。

附图说明

图1是本发明应用于电源管理单元的内部电源产生电路的电路图；

图2本发明过压检测模块的电路图。

具体实施方式

本发明过压检测模块根据输入电源的输出电压和所述基准电压产生的控制信号，控制线性稳压器在输入电源的输出电压超过设定的过压检测门限时，令线性稳压器的内部元件工作在安全的工作电压范围内，且禁止所述线性稳压器向其他模块供电。这样，可以在电源***被接到输出电压过高的输入电源时，保护电源管理单元芯片上的电子元件，防止电子元件被过压损坏。本发明提高了电源管理单元应用的安全性，更适用于各种不同的应用条件。

下面结合本发明附图进一步说明本发明具体实现。

参见图1，本发明提供一种应用于电源管理单元的内部电源产生电路，包括：

内部供电电源11，用于接收输入电源的输出电压DCIN/USBIN，并产生内部供电电压VL为其他电路模块供电。

其中，输入电源DCIN/USBIN可以是适配器，USB电源和电池等，为了减小噪声干扰,本发明还包括一连接在所述输入电源的输出电压与地之间，且滤除其噪声的第一稳压电容C1。该第一稳压电容C1与所述内部供电电源11并联。

具体地，所述内部供电电源11包括第一NMOS晶体管N10、第二NMOS晶体管N11、第三NMOS晶体管N12、第四NMOS晶体管N13，以及第一电阻R11和第二电阻R12，所述第一NMOS晶体管N10的漏极和栅极都连到所述输入电源的输出电压DCIN/USBIN，所述第一NMOS晶体管N10的源极和衬底连到所述第二NMOS晶体管N11的漏极和栅极，所述第二NMOS晶体管N11的源极和衬底连到所述第一电阻R11的一端,所述第一电阻R11的另一端连到所述第二电阻R12的一端,所述第二电阻R12的另一端连到所述第三NMOS晶体管N12的漏极和栅极，所述第三NMOS晶体管N12的源极和衬底连到所述第四NMOS晶体管N13的漏极和栅极，所述第四NMOS晶体管N13的源极和衬底连到地。

当输入电源DCIN/USBIN的电压低于第三NMOS晶体管N12的阈值电压和第四NMOS晶体管N13的阈值电压之和时,所述输入电源的内部供电电压VL是0。当输入电源DCIN/USBIN的电压高于第三NMOS晶体管N12的阈值电压和第四NMOS晶体管N13的阈值电压之和时,所述输入电源的内部供电电压VL等于DCIN/USBIN*R12/(R11+R12)，如果第一电阻R11的阻值等于第二电阻R12的阻值,所述输入电源的内部供电电压VL的电压等于1/2*DCIN/USBIN,这样，如果输入电源DCIN/USBIN的电压小于2倍的NMOS晶体管击穿电压,所述输入电源的内部供电电压VL的电压就小于NMOS晶体管击穿电压,电路中的器件都工作在安全的工作电压之内。同时,所述输入电源的内部供电电压VL也用来为其他电路模块供电。

进一步地，为了减小噪声干扰,还包括一连接在所述内部供电电源的内部供电电压VL和地之间，且滤除其噪声的第二稳压电容，其用来稳定内部供电电压VL。

基准电压电流模块12，用于接收所述内部供电电压VL，产生基准电压和基准电流。

过压检测模块13，用于根据输入电源的输出电压和所述基准电压，产生第一控制信号(control signal1)、第二控制信号(control signal2)以及第三控制信号(control signal3)。

参看图2，所述过压检测模块13包括第一分压器131、过压比较器132以及滤波器133，所述第一分压器131接收输入电源的输出电压，进行分压后发送给所述过压比较器132，所述过压比较器132将接收的所述电压同接收的所述基准电压进行比较，所述滤波器133对所述过压比较器132的输出信号进行滤波，输出第一控制信号、第二控制信号以及第三控制信号。

所述第一分压器131包括第三电阻R13和第四电阻R14，所述第三电阻R13的一端接所述输入电源的输出电压，另一端串接所述第四电阻R14，所述第四电阻R14的另一端接地，所述输入电源的输出电压经过所述第三电阻R13的压降后发送给所述过压比较器132的输入端。

线性稳压器14(LDO)，用于根据所述第一控制信号、第二控制信号以及第三控制信号控制，在输入电源的输出电压超过设定的过压检测门限时，令线性稳压器14的内部元件工作在安全的工作电压范围内，且禁止所述线性稳压器14向其他模块供电。

所述过压检测门限由本领域普通技术人员根据需要和经验进行设定。

在一示例性实施例中，本发明所述线性稳压器14包括误差放大器(EA)141、电平转换器142、PMOS晶体管P1、第二分压器143、第一开关(swich1)144和第二开关(swich2)145，所述电平转换器142连接在所述输入电源的输出电压和地之间，所述误差放大器141接收反馈电压和基准电压，分别输出信号到所述电平转换器142和第一开关144，所述第一控制信号和第二控制信号分别发送给所述电平转换器142，控制所述电平转换器142的电平转换，所述第三控制信号控制所述第一开关144的断开或者闭合，并经所述第一开关144连接所述误差放大器141的控制端，所述第一开关144还接收所述内部供电电源11的内部供电电压VL，所述第三控制信号控制所述第二开关145的断开或者闭合，并经所述第二开关145连接所述PMOS晶体管P1的漏极，所述第二开关145还接收所述内部供电电源11的输出电压VL，所述PMOS晶体管的源极和衬底连接所述输入电源的输出电压，所述PMOS晶体管P1的栅极连接所述电平转换器142，其漏极与地之间的电压作为所述线性稳压器14的输出电压VSYS，所述输出电压VSYS经所述第二分压器143分压作为反馈电压。

其中，所述电平转换器142包括第五NMOS晶体管N1、第六NMOS晶体管N2、第七NMOS晶体管N3、第八NMOS晶体管N4、第九NMOS晶体管N5和第五电阻R2，所述第五电阻R2的一端连接所述输入电源的输出电压，另一端连接所述第五NMOS晶体管N1的栅极和漏极，所述第五NMOS晶体管N1的源极和衬底连接所述第六NMOS晶体管N2的漏极，所述第六NMOS晶体管N2的栅极连接所述误差放大器141的输出电压，所述第六NMOS晶体管N2的源极和衬底连接所述第七NMOS晶体管N3的漏极，所述第七NMOS晶体管N3的源极和衬底接地，栅极连接第一控制信号，所述第八NMOS晶体管N4的漏极连接所述第六NMOS晶体管N2的源极和衬底，所述第八NMOS晶体管N4的源极连接第九NMOS晶体管N5的漏极，所述第八NMOS晶体管N4的栅极连接所述基准电压电流模块12输出的偏置电压，所述第八NMOS晶体管N4的衬底接所述第九NMOS晶体管N5的源极和衬底并接地，所述第九NMOS晶体管N5的栅极接所述第二控制信号。

另外，所述第二分压器包括第六电阻R3和第七电阻R4，所述第六电阻R3的一端经所述第二开关145连接所述输入电源11的内部供电电压VL，所述线性稳压器14的输出电压经所述第六电阻R3的压降作为反馈电压发送给所述误差放大器141，所述第六电阻R3的另一端连接所述第七电阻R4，所述第七电阻R4的另一端接地。

优选地，本发明还包括一滤波电容C3，连接在所述线性稳压器14的输出电压和地之间，滤除所述线性稳压器14的输出电压中的杂讯。

如果输入电源DCIN/USBIN的电压没有超过设定的过压检测门限，过压检测模块13不会给出过压信号，第一控制信号和第三控制信号都是高电平，第二控制信号是低电平,第七NMOS晶体管N3导通,第九NMOS晶体管N5截止,第一开关和第二开关断开。如果输入电源DCIN/USBIN的电压超过设定的过压检测门限，过压检测模块13给出过压信号，第一控制信号和第三控制信号都是低电平，第二控制信号是高电平,第七NMOS晶体管N3截止,第九NMOS晶体管N5导通,第一开关和第二开关闭合。此时，电流流过第五电阻R2,第五NMOS晶体管N1、第六NMOS晶体管N2、第八NMOS晶体管N4、第九NMOS晶体管N5到地，该电流保证第五电阻R2上的压差小于PMOS晶体管P1的阈值电压，保证PMOS晶体管P1截止。与此同时，第一开关闭合，把第六NMOS晶体管N2的栅极拉到内部供电电压VL，使得第六NMOS晶体管N2的漏极和栅极之间的电压在安全电压范围之内,第六NMOS晶体管N2的源极和栅极之间的电压也在安全电压范围之内，所以第六NMOS晶体管N2不会被损坏。第六NMOS晶体管N2的源极电压小于内部供电电压VL，所以第七NMOS晶体管N3、第八NMOS晶体管N4、第九NMOS晶体管N5都工作在安全的工作电压范围之内，都不会损坏。同时，过压保护信号关闭由所述线性稳压器14的输出电压VSYS供电的其他模块。第二开关闭合，把PMOS晶体管P1的漏极拉到内部供电电压VL,使得PMOS晶体管P1的漏源电压在安全工作范围之内。

当输入电源DCIN/USBIN的电压下降到低于过压检测门限，过压检测模块12检测到之后，第一控制信号和第三控制信号变为高电平，第二控制信号变为低电平，然后第二开关断开，第一开关也断开。第七NMOS晶体管N3导通,第九NMOS晶体管N5截止。之后所述线性稳压器14正常工作，调整输入电源DCIN/USBIN的电压产生输出电压VSYS，等输出电压VSYS正常之后,控制信号使能由输出电压VSYS作为供电电源的其它模块。

由上述可知，本发明可以在电源***被接到输出电压过高的输入电源时，保护电源管理单元芯片上的电子元件，防止电子元件被过压损坏。本发明提高了电源管理单元应用的安全性，更适用于各种不同的应用条件。

在本发明的具体实现中，所述线性稳压器14还用于在输入电源的输出电压未超过设定的过压检测门限时，令所述线性稳压器14向其他模块供电。

因此，本发明在输入电源的输出电压未超过设定的过压检测门限时，正常向其他模块供电。但是，当输入电源的输出电压超过设定的过压检测门限时，进行过压保护，过压检测模块13产生控制信号，控制线性稳压器14的内部元件工作在安全的工作电压范围内，且禁止所述线性稳压器14向其他模块供电。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (11)

1.一种应用于电源管理单元的内部电源产生电路，其特征在于，包括：

内部供电电源，用于接收输入电源的输出电压，并产生内部供电电压为其他电路模块供电；

基准电压电流模块，用于接收所述内部供电电压，产生基准电压和基准电流；

过压检测模块，用于根据输入电源的输出电压和所述基准电压，产生第一控制信号、第二控制信号以及第三控制信号；

线性稳压器，用于根据所述第一控制信号、第二控制信号以及第三控制信号控制，在输入电源的输出电压超过设定的过压检测门限时，令线性稳压器的内部元件工作在安全的工作电压范围内，且禁止所述线性稳压器向其他模块供电。

2.根据权利要求1所述的内部电源产生电路，其特征在于，所述线性稳压器还用于在输入电源的输出电压未超过设定的过压检测门限时，令所述线性稳压器向其他模块供电。

3.根据权利要求1所述的内部电源产生电路，其特征在于，还包括一连接在所述输入电源的输出电压与地之间，且滤除其噪声的第一稳压电容。

4.根据权利要求1所述的内部电源产生电路，其特征在于，所述内部供电电源包括第一NMOS晶体管、第二NMOS晶体管、第三NMOS晶体管、第四NMOS晶体管，以及第一电阻和第二电阻，所述第一NMOS晶体管的漏极和栅极都连到所述输入电源的输出电压,所述第一NMOS晶体管的源极和衬底连到所述第二NMOS晶体管的漏极和栅极，所述第二NMOS晶体管的源极和衬底连到所述第一电阻的一端,所述第一电阻的另一端连到所述第二电阻的一端,所述第二电阻的另一端连到所述第三NMOS晶体管的漏极和栅极，所述第三NMOS晶体管的源极和衬底连到所述第四NMOS晶体管的漏极和栅极，所述第四NMOS晶体管的源极和衬底连到地。

5.根据权利要求4所述的内部电源产生电路，其特征在于，还包括一连接在所述内部供电电源的内部供电电压与地之间，且滤除其噪声的第二稳压电容。

6.根据权利要求1所述的内部电源产生电路，其特征在于，所述过压检测模块包括第一分压器、过压比较器以及滤波器，所述第一分压器接收输入电源的输出电压，进行分压后发送给所述过压比较器，所述过压比较器将接收的所述输入电源的输出电压同接收的所述基准电压进行比较，所述滤波器对所述过压比较器的输出信号进行滤波，输出第一控制信号、第二控制信号以及第三控制信号。

7.根据权利要求6所述的内部电源产生电路，其特征在于，所述第一分压器包括第三电阻和第四电阻，所述第三电阻的一端接所述输入电源的输出电压，另一端串接所述第四电阻，所述第四电阻的另一端接地，所述输入电源的输出电压经过所述第三电阻的压降后发送给所述过压比较器的输入端。

8.根据权利要求1所述的内部电源产生电路，其特征在于，所述线性稳压器包括误差放大器、电平转换器、PMOS晶体管、第二分压器、第一开关和第二开关，所述电平转换器连接在所述输入电源的输出电压和地之间，所述误差放大器接收反馈电压和基准电压，分别输出信号到所述电平转换器和第一开关，所述第一控制信号和第二控制信号分别发送给所述电平转换器以控制所述电平转换器的电平转换，所述第三控制信号控制所述第一开关的断开或者闭合，并经所述第一开关连接所述误差放大器的控制端，所述第一开关还接收所述内部供电电源的内部供电电压，所述第三控制信号控制所述第二开关的断开或者闭合，并经所述第二开关连接所述PMOS晶体管的漏极，所述第二开关还接收所述内部供电电源的内部供电电压，所述PMOS晶体管的源极和衬底连接所述输入电源的输出电压，所述PMOS晶体管的栅极连接所述电平转换器，漏极与地之间的电压作为所述线性稳压器的输出电压，所述输出电压经所述第二分压器分压作为反馈电压。

9.根据权利要求8所述的内部电源产生电路，其特征在于，所述电平转换器包括第五NMOS晶体管、第六NMOS晶体管、第七NMOS晶体管、第八NMOS晶体管、第九NMOS晶体管和第五电阻，所述第五电阻的一端连接所述输入电源的输出电压，另一端连接所述第五NMOS晶体管的栅极和漏极，所述第五NMOS晶体管的源极和衬底连接所述第六NMOS晶体管的漏极，所述第六NMOS晶体管的栅极连接所述误差放大器的输出电压，所述第六NMOS晶体管的源极和衬底连接所述第七NMOS晶体管的漏极，所述第七NMOS晶体管的源极和衬底接地，栅极连接第一控制信号，所述第八NMOS晶体管的漏极连接所述第六NMOS晶体管的源极和衬底，所述第八NMOS晶体管的源极连接第九NMOS晶体管的漏极，所述第八NMOS晶体管的栅极连接所述基准电压电流模块输出的偏置电压，所述第八NMOS晶体管的衬底连接所述第九NMOS晶体管的源极和衬底并接地，所述第九NMOS晶体管的栅极连接所述第二控制信号，当输入电源的输出电压未超过过压检测门限，所述第一控制信号和第三控制信号为高电平，所述第二控制信号为低电平,第七NMOS晶体管导通,第九NMOS晶体管截止,第一开关和第二开关断开；当输入电源的输出电压超过过压检测门限，第一控制信号和第三控制信号为低电平，第二控制信号为高电平,第七NMOS晶体管截止,第九NMOS晶体管导通,第一开关和第二开关闭合。

10.根据权利要求9所述的内部电源产生电路，其特征在于，所述第二分压器包括第六电阻和第七电阻，所述第六电阻的一端经所述第二开关连接所述内部供电电源的内部供电电压，所述线性稳压器的输出电压经所述第六电阻的压降作为反馈电压发送给所述误差放大器，所述第六电阻的另一端连接所述第七电阻，所述第七电阻的另一端接地。

11.根据权利要求10所述的内部电源产生电路，其特征在于，还包括一滤波电容，连接在所述线性稳压器的输出电压和地之间。