CN1725132A - 控制多电压上电顺序的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制多电压上电顺序的装置，包括：多个电源输入端及与其对应的多个电源输出端，用于控制电源输入端与电源输出端接通的时间的控制电路，以及启动所述控制电路的上电控制端。本发明还公开了一种控制多电压上电顺序的方法，包括：确定不同负载所需电压的上电顺序；利用同一个上电控制信号产生与上电顺序相对应的延时信号；经过延时信号确定的延时时间后接通与延时相对应的负载的电源。利用本发明，可以提高上电顺序控制的灵活性并降低实现成本。

Description

控制多电压上电顺序的装置及方法

技术领域

本发明涉及电源控制技术，具体涉及一种控制多电压上电顺序的装置及方法。

背景技术

随着大规模集成电路技术的发展，芯片设计和电路***设计越来越复杂，很多芯片不仅采用多电压供电，并且各电压之间对上电顺序有很高的要求。为了保证芯片的稳定工作，必须满足其上电顺序要求。

现有技术中通常是多电压按照固定顺序进行上电，上电顺序是在上电之初设定好的，设计完成后不同电压之间的上电顺序不能再进行调整。其上电顺序控制原理如图1所示：

其中，PWR1_S、PWR2_S、PWR3_S是输入的3路电压。场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3是大电流场效应管(Vgs＞1V时导通，否则不导通)，用于控制PWR1_S、PWR2_S、PWR3_S的上电，经过场效应管，PWR1_S输出为PWR1，PWR2_S输出为PWR2，PWR3_S输出为PWR3。

GATE信号、电阻R1/电容C1、电阻R2/电容C2、电阻R3/电容C3组成了电压PWR1、PWR2、PWR3的上电顺序控制电路。其中，GATE信号为场效应管Q1的G端控制信号，可以采用插拔控制器LTC1422来产生。正常输出时，GATE电压减去PWR1_S的典型值为12V。LTC1422的功能是产生高电压场效应管的控制信号(＞10V)。

LTC1422的原理如图2所示：

其中，ON信号用于控制LTC1422的工作，ON信号为高电平时使能输出GATE高电压信号，ON信号为低电平时GATE信号输出为0V。ON信号可以由***的核心处理器通过软件统一控制。电容C10、电容C11和电容C12为滤波电容，电阻R10、电阻R11和电阻R12为限流电阻。

场效应管的Vgs(门极-源极电压)等于GATE信号电压减去场效应管源端电压。源端电压即PWR1_S、PWR2_S、PWR3_S，在本设计中PWR1_S设计为3.3V，PWR2_S设计为2.5V，PWR3_S设计为1.8V，因此当GATE信号为高电平时，Vgs大于1V，场效应管导通。当GATE信号为低电平(0V)时，Vgs＜1V，场效应管截止。

GATE信号正常上电从低变高后，首先R1/C1电路开始充电，打开控制PWR1上电的场效应管开关；然后R2/C2电路开始充电，打开控制PWR2上电的场效应管开关；然后R3/C3电路开始充电，打开控制PWR3上电的场效应管开关。这样就实现了V33、PWR1、PWR2、PWR3依次上电的顺序控制。

二极管D1、二极管D2和二极管D3用于下电控制。由于***中的容性，还会带电一段时间。这段时间内，电容C1、电容C2、电容C3开始通过二极管D1、二极管D2、二极管D3释放电能，二极管正向导通的内阻很小，可以实现PWR1、PWR2、PWR3同时快速下电。

以上上电顺序电路可以增加更多种类的电压。

另外，在现有技术中还可以采用专用上电时序控制芯片实现多电压上电顺序的控制，其原理如图3所示：

通过专用的上电时序控制芯片产生时序不同的控制信号GATE1、GATE2，分别控制N沟道MOS管实现对电压V1和电压V2上电的控制，控制极GATE1、GATE2驱动MOS管，通过电容C1、C2编程电压V1、V2的上电时间，达到控制上电顺序的目的。

由于多电压上电顺序要求中，不仅仅有顺序上电要求，有些电压有同时上电的要求。而且，各电压之间的上电间隔也有一定的要求。现有技术方案很难实现多电压同时上电的要求，而且也不能在设计后调整各电压之间的上电顺序，降低了设计的灵活性；如果采用专用上电时序控制芯片则会提高设计成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种控制多电压上电顺序的装置，以解决现有技术中控制上电时序电路不能满足多电压同时上电及设计完成后不能灵活调整各电压上电顺序的要求，提高上电顺序控制的灵活性并降低实现成本。

本发明的另一个目的是提供一种控制多电压上电顺序的方法，以方便可靠地实现对多电压上电顺序的灵活控制。

为此，本发明提供如下的技术方案：

一种控制多电压上电顺序的装置，包括：多个电源输入端及与其对应的多个电源输出端，各电源输入端及与其对应的电源输出端之间连接有控制电路，用于控制所述电源输入端与所述电源输出端接通的时间，各控制电路由同一上电控制端启动。

所述控制电路包括：延时电路和控制开关，所述延时电路的电源输入端与所述上电控制端相连，其信号输出端与所述控制开关相连，输出延时信号控制所述控制开关的闭合。

可选地，所述延时电路具体为：RC充放电电路。

可选地，所述延时电路具体为：可编程逻辑器件。

优选地，所述控制开关具体为：场效应管，其栅极与所述延时电路的输出端相连，源极和漏极分别与所述电源输入端和所述电源输出端相连。

优选地，所述装置还包括：与各延时电路相对应的下电控制二极管，其阳极与所述延时电路的信号输出端相连，阴极与所述上电控制端相连，用于控制各电压的下电顺序。

一种控制多电压上电顺序的方法，包括步骤：

A、确定不同负载所需电压的上电顺序；

B、利用同一个上电控制信号产生多个与所述上电顺序相对应的延时信号；

C、经过所述延时信号确定的延时时间后接通与所述延时相对应的负载的电源。

优选地，通过专用控制芯片产生所述上电控制信号。

在步骤B中，所述上电控制信号是通过多个相互独立的充放电电路产生所述多个延时信号。

通过逻辑编程产生所述多个延时信号。

由以上本发明提供的技术方案可以看出，本发明在多电压上电过程中，利用场效应管的导通与截止状态控制电压的接通与断开，而每个场效应管的G端均由同一个控制信号经过单独的RC电路来控制。由于每个场效应管的上电时间常数R、C都是相互独立的，因此每个场效应管的上电时间常数都可以通过自己的R、C常数灵活调整，从而实现对不同电压上电顺序的任意调整，而且上电间隔也可以任意调整。通过下电控制二极管的控制，可以实现多路电压同时快速下电。

由于多电压之间的上电顺序可在设计后任意调整，而且不同电压之间的时间间隔可以灵活控制，从而有效地降低了设计风险。

利用本发明可以只使用普通元器件即可完成控制电路的设计，相对于专用电源模块及控制芯片，大大降低了成本。

附图说明

图1是现有技术中多电压上电顺序控制原理图；

图2是控制器LTC1422的管脚示意图；

图3是现有技术中采用专用上电顺序控制芯片控制上电顺序的原理图；

图4是本发明装置的原理图；

图5是本发明装置的第一实施例结构框图；

图6是本发明装置的第二实施例结构框图；

图7是本发明方法的实现流程图。

具体实施方式

本发明的核心在于在有多个负载需要不同电压及上电顺序要求时，利用同一个上电控制信号控制各自独立的延时电路分别产生与所需上电顺序要求相对应的延时信号，由各自的延时信号控制各电源的接通。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

参照图4，图4示出了本发明装置的原理图：

在该图中示出了需要三个电压时的上电顺序控制方式：电源输入端S1、S2、S3为输入的三路电压，其电压值可以相同，也可以不同。电源输出端OUT1、OUT2、OUT3为三路电压的输出端，在应用中与不同的负载相连。三路电压的输出时间由各自的控制电路来决定，对应于第一路电压，由控制电路41来控制其输出时间；对应于第二路电压，由控制电路42来控制其输出时间；对应于第三路电压，由控制电路43来控制其输出时间。

控制电路41、控制电路42和控制电路43由同一上电控制端GATE启动。

各控制电路的原理相同，均包括一个延时电路和一个控制开关。如图所示，控制电路41中包括延时电路411和控制开关412。延时电路411的电源输入端与上电控制端GATE相连，其信号输出端与控制开关412相连，用于输出延时信号控制控制开关412的闭合。

延时电路可以由RC充放电电路来实现，也可以通过可编程逻辑器件，比如EPM3032来实现。

控制开关可以是场效应管，其栅极与延时电路的输出端相连，源极和漏极分别与电源输入端和所述电源输出端相连。控制开关也可以使用其他大电流的开关器件。

当上电时，由上电控制端GATE同时启动各控制电路，控制电路中的延时电路产生各自的延时信号，当到达所需的延时时间后，控制各自的控制开关闭合，使电源输入端与其对应的电源输出端接通，为对应的负载提供所需电源。

由于各延时电路是独立的，因此可根据实际需要调整该电路参数产生所需的延时时间，满足某些电压同时上电的要求，以及某些电压之间上电顺序及时间间隔的要求。即使设计好后，也可以方便地任意调整不同电压之间的上电顺序。

需要更多种类的电压时，上电顺序控制的实现原理与上述相同，在此不再赘述。

参照图5，图5是本发明装置的第一实施例结构框图：

其中，电压V33_S、PWR1_S、PWR2_S、PWR3_S分别是从DC/DC二次电源模块输出的4路电压。IRL3803STRR和S14480DY都是大电流场效应管，用于控制电压V33_S、PWR1_S、PWR2_S、PWR3_S的上电，经过场效应管，电压V33_S输出为V33，电压PWR1_S输出为PWR1，电压PWR2S输出为PWR2，电压PWR3_S输出为PWR3。

GATE信号、R4/C4、R1/C1、R2/C2、R3/C3组成了电压V33、PWR1、PWR2、PWR3这4种电压的上电顺序控制电路。其中，GATE信号是经过热插拔控制器输出的电压好坏状态指示信号，当电压V33_S、PWR1_S、PWR2_S、PWR3_S都正常时，GATE信号为高电平，当其中某个电压不正常时，GATE信号输出低电平。GATE信号正常上电从低变高后，同时对R4/C4电路、R1/C1电路、R2/C2电路、R3/C3电路充电，根据R4/C4、R1/C1、R2/C2、R3/C3时间参数的不同相应地打开控制电压V33、PWR1、PWR2、PWR3上电的场效应管开关：

对应于电压V33的控制开关在本实施例中使用两个并联的场效应管：Q2和Q3，以便对每个场效应管进行分流，降低每个场效应管的热功耗。上电时，GATE输出高电平，GATE信号开始对C4同时充电，充电时间常数由R4*C4控制，当充电至使Vgs＞1V时，场效应管Q2和Q3导通，V33输出。

分别对应于电压PWR1、PWR2、PWR3的场效应管SI4480DY，其工作原理与上述场效应管Q2和Q3的工作原理相同，在此不再赘述。

这样就实现了电压V33、PWR1、PWR2、PWR3上电顺序可任意调整的顺序控制，且上电间隔可以任意调整。

图中的电阻R27、R28、R31、R34、R35用于防止场效应管G端自激振荡。

MURS120T3二极管D1、D2、D3、D4用于下电控制。电源下电后，由于***中的容性，还会带电一段时间。这段时间内，电容C1、C2、C3、C4开始释放电能，C1、C2、C3、C4均通过各自的下电二极管将电能释放到GATE信号，由GATE信号最终把电能释放掉，由于二极管正向导通的内阻很小，可以实现PWR1、PWR2、PWR3同时快速下电。

经过验证，在设计中使用R4＝0Ω，C4＝0.01μF；R1＝1MΩ，C1＝0.01μF；R2＝3MΩ，C2＝2200pF；R3＝3MΩ，C3＝0.01μF，可以实现V33(+3.3V)、PWR1(+3.3V)、PWR2(+2.5V)、PWR3(+1.8V)依次顺序上电且任意两电压上电间隔不超过20ms的要求。

经过验证，在设计中使用R4＝3MΩ，C4＝0.01μF；R1＝1MΩ，C1＝2200pF；R2＝3MΩ，C2＝0.01μF；R3＝0Ω，C3＝0.01μF，可以实现PWR3(+1.8V)、PWR1(+3.3V)、PWR2(+2.5V)、V33(+3.3V)依次顺序上电且任意两电压上电间隔不超过20ms的要求。

由该实施例可见，在本发明中每个场效应管的G端都是GATE信号经过一个单独的RC电路来控制的。每个延时电路的上电时间常数R、C都是相互独立的，没有依赖关系。因此每个场效应管控制的上电时间都可以通过自己的R、C常数灵活调整，从而达到上电顺序可以任意调整的效果。

而对于图1所示的现有技术方案，第一个场效应管经过一个RC电路，第二个场效应管经过两个RC电路，等效的电阻增加，则在电容相同的情况下使第二个场效应管的上电时间比第一个场效应管的上电时间长，依次类推，实现多电压的上电顺序控制。各延时电路相互依赖，一旦设计完成，各电压的上电顺序即保持固定不变，无法任意调整。

参照图6，图6是本发明装置的第二实施例结构框图：

利用可编程逻辑器件产生多个具有所需延时间隔的延时信号Cont1、Cont2、Cont3，使用这些延时信号直接控制不同场效应管的导通。产生延时信号的原理是通过外部OSC晶振产生不同的上电延时信号。根据上电顺序要求将不同的上电延时信号分别分配给Cont1、Cont2、Cont3信号，从而达到可编程的上电顺序。如采用1KHZ的OSC(晶体振荡器)晶振，周期为1ms，Cont1编程为直接输出高电平，Cont2为OSC晶振计数5个周期后才输出高电平，Cont3为OSC晶振计数10个周期后才输出高电平。则第1个场效应管导通后，隔5ms后第2个场效应管导通，再隔5ms后第3个场效应管导通。

根据实际应用需要，可以任意调整不同控制信号间的延时时间，从而实现对不同负载上电时间顺序的控制。

参照图7，图7示出了本发明方法的实现流程：

首先，在步骤701：确定不同负载所需电压的上电顺序。

步骤702：利用同一个上电控制信号产生与上电顺序相对应的延时信号。

比如，通过专用控制芯片LTC1422产生所述上电控制信号，由该上电控制信号分别控制不同的RC延时电路产生与上电顺序相对应的延时信号。

还可以通过RC电路产生所述上电控制信号。通过逻辑编程产生相应的延时信号。

步骤703：经过延时信号确定的延时时间后接通与延时相对应的负载的电源。

虽然通过实施例描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。

Claims (10)

1、一种控制多电压上电顺序的装置，包括：多个电源输入端及与其对应的多个电源输出端，其特征在于，各电源输入端及与其对应的电源输出端之间连接有控制电路，用于控制所述电源输入端与所述电源输出端接通的时间，各控制电路由同一上电控制端启动。

2、根据权利要求1所述的控制多电压上电顺序的装置，其特征在于，所述控制电路包括：延时电路和控制开关，所述延时电路的电源输入端与所述上电控制端相连，其信号输出端与所述控制开关相连，输出延时信号控制所述控制开关的闭合。

3、根据权利要求2所述的控制多电压上电顺序的装置，其特征在于，所述延时电路具体为：RC充放电电路。

4、根据权利要求2所述的控制多电压上电顺序的装置，其特征在于，所述延时电路具体为：可编程逻辑器件。

5、根据权利要求2所述的控制多电压上电顺序的装置，其特征在于，所述控制开关具体为：场效应管，其栅极与所述延时电路的输出端相连，源极和漏极分别与所述电源输入端和所述电源输出端相连。

6、根据权利要求2所述的控制多电压上电顺序的装置，其特征在于，所述装置还包括：与各延时电路相对应的下电控制二极管，其阳极与所述延时电路的信号输出端相连，阴极与所述上电控制端相连，用于控制各电压的下电顺序。

7、一种控制多电压上电顺序的方法，其特征在于，包括步骤：

A、确定不同负载所需电压的上电顺序；

B、利用同一个上电控制信号产生多个与所述上电顺序相对应的延时信号；

C、经过所述延时信号确定的延时时间后接通与所述延时相对应的负载的电源。

8、根据权利要求7所述的控制多电压上电顺序的方法，其特征在于，通过专用控制芯片产生所述上电控制信号。

9、根据权利要求7所述的控制多电压上电顺序的方法，其特征在于，在步骤B中，所述上电控制信号是通过多个相互独立的充放电电路产生所述多个延时信号。

10、根据权利要求7所述的控制多电压上电顺序的方法，其特征在于，通过逻辑编程产生所述多个延时信号。

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