一种电源控制装置及方法 |
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| 申请号 | CN201410086663.X | 申请日 | 2014-03-11 | 公开(公告)号 | CN104914909B | 公开(公告)日 | 2017-11-28 |
| 申请人 | 深圳市中兴微电子技术有限公司; | 发明人 | 李斌斌; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种电源控制装置和方法，第一电源选择 电路 在USBIN 电压 和ACIN电压中选择电压较高的作为第一 输出电压 ；第一LDO通过自 启动电路 启动，并对所述第一输出电压进行降压作为第二输出电压；第二电源选择电路在第二输出电压和VBAT中选择电压较高的作为第三输出电压；第二LDO将第三输出电压作为第一输入电压提供给基准电路，所述基准电路根据所述第一输入电压输出基准电压，所述第二LDO收到基准电压后，关闭自启动电路；电压检测电路根据基准电压确定USBIN电压或ACIN电压达到 阈值 电压时，为第二LDO提供使能 信号 ；所述第二LDO收到使能信号后，自身向基准电路提供第一输入电压。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种电源控制装置，其特征在于，该装置包括：第一电源选择电路、第一低压差线性稳压器(LDO)、第二电源选择电路、第二LDO、基准电路、电压检测电路；其中，所述第一电源选择电路，用于在通用串行总线输入(USBIN)电压和交流输入(ACIN)电压中选择电压较高的一路电压作为第一输出电压； |
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| 说明书全文 | 一种电源控制装置及方法技术领域[0001] 本发明涉及电源管理芯片设计领域，尤其涉及一种电源控制装置及方法。 背景技术[0002] 随着移动终端的迅速发展，目前的移动终端设备如：手机、掌上电脑已广泛应用于消费、通信、视频语音等多个领域，所以，移动终端的待机时长成为衡量产品好坏的一个决定性指标；相应的充电管理芯片也就必须做到具有省电、低功耗的功能。在对电源管理芯片工艺进行改进的同时，对电路进行相关的优化，细化，也是进行低功耗设计的一个发展方向。现有技术中，通过加入各种复杂的控制逻辑来进行节电管理，在智能终端的应用中，线性充电逐步由开关充电代替，虽然降低了一定的功耗，但是却达不到零功耗的目的，并且在降低功耗的过程中影响终端的其他性能。 发明内容[0003] 为解决现有技术中存在的问题，在本发明的实施例中主要提供一种电源控制装置及方法，能够改变内部低压差线性稳压器(LDO，Low Dropout Regulator)的工作方式，减小电流的消耗。 [0004] 本发明的技术方案是这样实现的： [0005] 本发明提供了一种电源控制装置，该装置包括：第一电源选择电路、第一低压差线性稳压器(LDO)、第二电源选择电路、第二LDO、基准电路、电压检测电路；其中，[0006] 所述第一电源选择电路，用于在通用串行总线输入(USBIN，Universal Serial Bus IN)电压和交流输入(ACIN，Alternating Current IN)电压中选择电压较高的一路电压作为第一输出电压； [0007] 所述第一LDO，用于对第一输出电压进行降压作为第二输出电压，并在收到基准电压之后，关闭自身的自启动电路； [0008] 所述第二电源选择电路，用于在第二输出电压和电池电压(VBAT)中选择电压较高的一路电压作为第三输出电压； [0009] 所述第二LDO，用于在未使能时，将第三输出电压作为第一输入电压提供给基准电路，在使能时，自身向基准电路提供第一输入电压； [0010] 所述基准电路，用于根据所述第一输入电压为电压检测电路、第一LDO、第二LDO提供基准电压； [0012] 上述方案中，所述电压检测电路，还用于根据基准电压确定USBIN电压和ACIN电压均没有达到阈值电压时，停止为第二LDO提供使能信号； [0013] 上述方案中，所述第二LDO，还用于在所述电压检测电路停止提供使能信号后，继续将第三输出电压作为第一输入电压提供给基准电路。 [0014] 上述方案中，所述第一LDO包括：第一运算放大器(OPA，Operational Amplifier)、第一P沟道金属氧化物半导体场效应管(PMOS，Positive Channel Metal Oxide Semiconductor)、第二PMOS、第三PMOS、第四PMOS、第一N沟道金属氧化物半导体场效应管(NMOS，Negative channel Metal Oxide Semiconductor)、第二NMOS、第一电阻、第二电阻、第三电阻、电容；其中， [0015] 所述第一OPA的第一输入端接收第一输出电压，第二输入端连接在所述第一电阻与所述第二电阻相连的中间部分，所述第一OPA的输出端与所述第一PMOS的栅极连接；所述第一PMOS的漏极作为输出，与第一电阻的一端连接；所述第一PMOS的源极与所述第二PMOS的源极、所述第三PMOS的源极及所述第四PMOS的源极相连接；所述第二PMOS的漏极与电容的一端相连，所述电容的另一端与所述第二NOMS的栅极相连接，并连接在所述第二电阻与所述第三电阻相连的中间部分；所述第二PMOS的栅极与所述第三PMOS的漏极及所述第一NMOS的漏极相连接；所述第四PMOS的栅极、漏极与所述第二NMOS的漏极相连接；所述第二NMOS的源极与所述第一NMOS的源极相连接，并连接在所述第三电阻的另一端；所述第一电阻与所述第二电阻和所述第三电阻串联连接在所述第一PMOS的漏极与所述第一NMOS的源极之间；所述第一NMOS的栅极接收偏置电流； [0016] 所述第二PMOS、第三PMOS、第四PMOS、第一NMOS、第二NMOS、电容构成自启动电路。 [0017] 上述方案中，所述第二LDO包括：第二OPA、第五PMOS、第三NMOS、第四NMOS、第四电阻、第五电阻；其中， [0018] 所述第五PMOS的栅极与漏极、所述第二OPA的输出端、及所述第三NMOS的漏极相连接，所述第五PMOS的源极接收第三输出电压，所述第五PMOS的漏极作为输出，与第四电阻的一端连接；所述第二OPA的第三输入端接收基准电压，第四输入端连接所述第四电阻和所述第五电阻相连的中间部分，第五输入端接收第三输出电压，第六输入端接收使能信号；所述第三NMOS的源极与所述第四NMOS的源极相连，并连接接地点，所述第三NMOS的栅极接收反使能信号；所述第四NMOS的栅极接收使能信号，漏极与所述第五电阻的一端相连；所述第四电阻与所述第五电阻串联连接在第五PMOS的漏极和第四NMOS的漏极之间。 [0019] 上述方案中，所述第二OPA结构为：PMOS输入的串叠式(Cascode)输出结构。 [0020] 本发明同时还提供了一种电源控制方法，其特征在于，该方法包括： [0021] 第一电源选择电路在USBIN电压和ACIN电压中选择电压较高的一路电压作为第一输出电压； [0022] 第一LDO通过自启动电路启动，并对所述第一输出电压进行降压作为第二输出电压；并在收到基准电压后，关闭自启动电路； [0023] 第二电源选择电路在第二输出电压和VBAT中选择电压较高的一路电压作为第三输出电压； [0024] 第二LDO将第三输出电压作为第一输入电压提供给基准电路，所述基准电路根据所述第一输入电压输出基准电压； [0025] 电压检测电路根据基准电压确定USBIN电压或ACIN电压达到阈值电压时，为第二LDO提供使能信号； [0026] 所述第二LDO收到使能信号后，自身向基准电路提供第一输入电压。 [0027] 上述方案中，该方法还包括： [0028] 所述电压检测电路根据基准电压确定USBIN电压和ACIN电压均没有达到阈值电压时，停止为第二LDO提供使能信号。 [0029] 上述方案中，该方法还包括： [0030] 所述第二LDO在所述电压检测电路停止提供使能信号后，继续将第三输出电压作为第一输入电压提供给基准电路。 [0031] 本发明实施例提供的一种电源控制装置及方法，第一电源选择电路在通USBIN电压和ACIN电压中选择电压较高的一路电压作为第一输出电压；第一LDO通过自启动电路启动，并对所述第一输出电压进行降压作为第二输出电压；第二电源选择电路在第二输出电压和VBAT中选择电压较高的一路电压作为第三输出电压；第二LDO将第三输出电压作为第一输入电压提供给基准电路，所述基准电路根据所述第一输入电压输出基准电压，所述第二LDO收到基准电压后，关闭自启动电路；电压检测电路根据基准电压确定USBIN电压或ACIN电压达到阈值电压时，为第二LDO提供使能信号；所述第二LDO收到使能信号后，自身向基准电路提供第一输入电压。如此，可根据基准电路的启动情况，使第一LDO工作在不同的工作模式；根据电压检测电路提供的使能信号使第二LDO确定自身最低消耗的工作模式，达到低功耗的目的。附图说明 [0032] 图1为本发明实施例一提供的电源控制装置的结构示意图； [0033] 图2为本发明实施例一提供的第一LDO的结构示意图； [0034] 图3为本发明实施例一提供的第二LDO的结构示意图； [0035] 图4为本发明实施例二提供的用于电源控制的方法示意图。 具体实施方式[0036] 在本发明的实施例中，第一电源选择电路在USBIN电压和ACIN电压中选择电压较高的一路电压作为第一输出电压；第一LDO通过自启动电路启动，并对所述第一输出电压进行降压作为第二输出电压；第二电源选择电路在第二输出电压和VBAT中选择电压较高的一路电压作为第三输出电压；第二LDO将第三输出电压作为第一输入电压提供给基准电路，所述基准电路根据所述第一输入电压输出基准电压，所述第二LDO收到基准电压后，关闭自启动电路；电压检测电路根据基准电压确定USBIN电压或ACIN电压达到阈值电压时，为第二LDO提供使能信号；所述第二LDO收到使能信号后，自身向基准电路提供第一输入电压。 [0037] 下面通过附图及具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。 [0038] 实施例一 [0039] 本发明实施例提供一种电源控制装置，如图1所示，该装置包括：第一电源选择电路11、第一LDO12、第二电源选择电路13、第二LDO14、基准电路15、电压检测电路16；其中，[0040] 所述第一电源选择电路11，用于在USBIN电压和ACIN电压中选择电压较高的一路电压作为第一输出电压； [0041] 所述第一LDO12，用于对第一输出电压进行降压；具体的，由于输入电压比较高，所以第一输出电压有可能达到10V以上，因此，第一LDO12将第一输出电压将到5V以下的电压域内；并将降压后的第一输出电压作为第二输出电压提供至所述第二电源选择电路13；并且，在收到基准电压之后，第一LDO12关闭自身的启动电路； [0042] 这里，如图2所示，所述第一LDO12包括：第一运算放大器OPA、第一P沟道金属氧化物半导体场效应管(PMOS)、第二PMOS、第三PMOS、第四PMOS、第一N沟道金属氧化物半导体场效应管(NMOS)、第二NMOS、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、电容C1；其中，[0043] 所述第一OPA的第一输入端接收第一输出电压，第二输入端连接在所述第一电阻R1与所述第二电阻R2相连的中间部分，所述第一OPA的输出端与所述第一PMOS的栅极连接；所述第一PMOS的漏极作为输出，与第一电阻R1的一端连接；所述第一PMOS的源极与所述第二PMOS的源极、所述第三PMOS的源极及所述第四PMOS的源极相连接；所述第二PMOS的漏极与电容C1的一端相连，所述电容C1的另一端与所述第二NOMS的栅极相连接，并连接在所述第二电阻R2与所述第三电阻R3相连的中间部分；所述第二PMOS的栅极与所述第三PMOS的漏极及所述第一NMOS的漏极相连接；所述第四PMOS的栅极、漏极与所述第二NMOS的漏极相连接；所述第二NMOS的源极与所述第一NMOS的源极相连接，并连接在所述第三电阻R3的另一端；所述第一电阻R1与所述第二电阻R2和所述第三电阻R3串联连接在所述第一PMOS的漏极与所述第一NMOS的源极之间；所述第一NMOS的栅极接收偏置电流； [0044] 所述第一OPA、第一PMOS、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3构成第一级电路；所述第二PMOS、第三PMOS、第四PMOS第一NMOS、第二NMOS、电容C1构成自启动电路。 [0045] 具体的，当输入电压刚刚接入时，基准电路15还未向第一LDO12提供基准信号，此时，A点为低电平，第一OPA不工作，第一NMOS处于导通状态，第二NMOS处于截止状态，第一级电路中的电流将第二PMOS的栅极拉低，此时，第二PMOS导通，同时将B点拉高，B点与输出连接作为第一LDO12的输出；这时，第一LDO12完成自启动；当第一LDO12接收到基准电压，第一OPA开始工作，输出有电压，那么A点也有电压输出，将第二NMOS导通，因为第二NMOS的电流将大于第一NMOS中的电流，所以，第三PMOS则将第二PMOS的栅极拉高，使第二PMOS处于截止状态，从而关闭自启动电路。 [0046] 所述第二电源选择电路13，用于在第二输出电压VBAT中选择电压较高的一路电压作为第三输出电压；并将所述第三输出电压提供至第二LDO14，作为第二LDO14的输入电压； [0047] 所述第二LDO14，用于在未使能时，将第三输出电压作为第一输入电压提供给基准电路15，以使基准电路15启动，为电压检测电路16、第一LDO12、第二LDO14提供基准电压；并且，第二LDO14，还用于在使能时，自身向基准电路15提供第一输入电压；这里，所述基准电路15作为整个电路的基准电压提供单元，会向电压检测电路16、第一LDO12、第二LDO14提供基准电压。 [0048] 所述电压检测电路16，根据基准电压确定USBIN电压或ACIN电压达到阈值电压时，为所述第二LDO14提供使能信号；还用于根据基准电压确定USBIN电压和ACIN电压均没有达到阈值电压时，停止为第二LDO14提供使能信号；这里所述阈值电压可以为电源芯片的启动电压，所述启动电压一般在2.8V-3.6V之间。 [0049] 另外，所述第二LDO14在所述电压检测电路16停止提供使能信号后，继续将第三输出电压作为第一输入电压提供给基准电路15，并将自身工作模式调整为电压跟随模式。 [0050] 这里，如图3所示，所述第二LDO14包括：第二OPA、第五PMOS、第三NMOS、第四NMOS、第四电阻R4、第五电阻R5；其中， [0051] 所述第五PMOS的栅极与漏极、所述第二OPA的输出端、及所述第三NMOS的漏极相连接，所述第五PMOS的源极接收第三输出电压，所述第五PMOS的漏极作为输出，与第四电阻R4的一端连接；所述第二OPA的第三输入端接收基准电压，第四输入端连接所述第四电阻R4和所述第五电阻R5相连的中间部分，第五输入端接收第三输出电压，第六输入端接收使能信号；所述第三NMOS的源极与所述第四NMOS的源极相连，并连接接地点，所述第三NMOS的栅极接收反使能信号；所述第四NMOS的栅极接收使能信号，漏极与所述第五电阻R5的一端相连；所述第四电阻R4与所述第五电阻R5串联连接在第五PMOS的漏极和第四NMOS的漏极之间； [0052] 所述第二OPA、第三NMOS构成第一级电路；所述第五PMOS、第四电阻R4、第五电阻R5、第四NMOS构成第二级电路。 [0053] 具体的，当输入电压刚刚接入时，所述电压检测电路16根据基准电压确定USBIN电压和ACIN电压均没有达到阈值电压时，则不会向第二LDO14提供使能信号；那么，第二LDO14关闭第二OPA，关闭第二级电路中的从电源到接地点的通路，并将第五PMOS管的栅极与接地点相连接；这样，就产生了一个直接从电源到输出的通路，所以，第二LDO14的输出电压就跟随了电源电压，即第二LDO14的工作模式为电压跟随模式，以节省功耗； [0054] 当输入电压一直存在，电压检测电路16根据基准电压确定USBIN电压或ACIN电压达到阈值电压时，则向第二LDO14提供使能信号，使第二LDO14中的第三NMOS管截止、第四NMOS管导通，第二LDO14的工作模式为LDO全功耗工作模式。这时，第二LDO14为基准电路15提供稳定的输入电压，电压检测电路16向芯片提供开机使能信号，芯片开始正常上电工作。 [0055] 其中，所述第五PMOS管为调整管，所述第三NMOS管、第四NMOS管为使能开关管，用于接收使能信号与反使能信号；所述第五PMOS管的尺寸不但要满足第二LDO14工作电流能力要求，还需要比较小的RDSON电阻，以防止输出电压与输入电压差值过大，影响LDO的精度；其中，所述工作电流与基准电路15的功耗有关，工作电流一般应该满足基准电路15功耗的至少2倍以上；RDSON电阻值需要满足在第二LDO14输出最大电流时，第五PMOS的压降不影响输出电压的条件。 [0056] 所述第一OPA、第二OPA的结构需要根据基准电压、基准电路的精度、噪声等要求确定，本实施例中第一OPA、第二OPA的结构采用PMOS输入的串叠式(cascode)输出。 [0057] 实施例二 [0058] 图4所示为本发明实施例二提供的用于电源控制的方法示意图，该方法主要包括以下几个步骤： [0059] 步骤401，第一电源选择电路在USBIN电压、ACIN电压中选择电压较高的一路电压作为第一输出电压； [0060] 步骤402，第一LDO通过自启动电路启动，并对所述第一输出电压进行降压作为第二输出电压；并在收到基准电压后，关闭自启动电路； [0061] 本步骤中，由于输入电压比较高，所以第一输出电压有可能达到10V以上，因此，第一LDO将第一输出电压将到5V以下的电压域内；并将降压后的第一输出电压提供至第二电源选择电路； [0062] 这里，在输入电压刚接入时，基准电路还未启动，所述第一LDO根据自身的自启动模块，自动启动，对第一输出电压进行降压；当基准电路启动，所述第一LDO在收到基准电压后，关闭自启动电路，以降低功耗。 [0063] 具体的，所述第一LDO，如图2所示，包括：第一OPA、第一PMOS、第二PMOS、第三PMOS、第四PMOS、第一NMOS、第二NMOS、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、电容C1；其中，[0064] 所述第一OPA的第一输入端接收第一输出电压，第二输入端连接在所述第一电阻R1与所述第二电阻R2相连的中间部分，所述第一OPA的输出端与所述第一PMOS的栅极连接；所述第一PMOS的漏极作为输出，与第一电阻R1的一端连接；所述第一PMOS的源极与所述第二PMOS的源极、所述第三PMOS的源极及所述第四PMOS的源极相连接；所述第二PMOS的漏极与电容C1的一端相连，所述电容C1的另一端与所述第二NOMS的栅极相连接，并连接在所述第二电阻R2与所述第三电阻R3相连的中间部分；所述第二PMOS的栅极与所述第三PMOS的栅极、漏极及所述第一NMOS的漏极相连接；所述第四PMOS的栅极、漏极与所述第二NMOS的漏极相连接；所述第二NMOS的源极与所述第一NMOS的源极相连接，并连接在所述第三电阻R3的另一端；所述第一电阻R1与所述第二电阻R2和所述第三电阻R3串联连接在所述第一PMOS的漏极与所述第一NMOS的源极之间；所述第一NMOS的栅极接收偏置电流； [0065] 所述第一OPA、第一PMOS、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3构成第一级电路；所述第二PMOS、第三PMOS、第四PMOS、第一NMOS、第二NMOS、电容C1构成自启动电路。 [0066] 这里，当输入电压刚刚接入时，基准电路还未向第一LDO提供基准信号，此时，A点为低电平，第一OPA不工作，第一NMOS处于导通状态，第二NMOS处于截止状态，第一级电路中的电流将第二PMOS的栅极拉低，第二PMOS导通，同时将B点拉高，B点与输出连接作为第一LDO的输出；这时，第一LDO完成自启动；当第一LDO接收到基准电压，第一OPA开始工作，输出有电压，那么A点也有电压输出，将第二NMOS导通，因为第二NMOS的电流将大于第一NMOS中的电流，所以，第三PMOS则将第二PMOS的栅极拉高，使第二PMOS处于截止状态，从而关闭自启动电路。 [0067] 步骤403，第二电源选择电路在第二输出电压和VBAT中选择电压较高的一路电压作为第三输出电压； [0068] 步骤404，第二LDO将第三输出电压作为第一输入电压提供给基准电路，所述基准电路根据所述第一输入电压输出基准电压； [0069] 本步骤中，所述基准电路根据所述第一输入电压为电压检测电路、第一LDO、第二LDO提供不同的基准电压。 [0070] 步骤405，电压检测电路根据基准电压确定USBIN电压或ACIN电压达到阈值电压时，为第二LDO提供使能信号； [0071] 本步骤中，所述第二LDO收到使能信号后，自身向基准电路提供第一输入电压； [0072] 本步骤还包括：电压检测电路根据基准电压确定USBIN电压和ACIN电压均没有达到阈值电压时，停止为第二LDO提供使能信号；这里所述阈值电压可以为电源芯片的启动电压，所述启动电压一般在2.8V-3.6V之间； [0073] 所述第二LDO在所述电压检测电路停止提供使能信号后，继续将第三输出电压作为第一输入电压提供给基准电路，并将自身工作模式调整为电压跟随模式。 [0074] 这里，所述第二LDO，如图3所示，包括：第二OPA、第五PMOS、第三NMOS、第四NMOS、第四电阻R4、第五电阻R5；其中， [0075] 所述第五PMOS的栅极与漏极、所述第二OPA的输出端、及所述第三NMOS的漏极相连接，所述第五PMOS的源极接收第三输出电压，所述第五PMOS的漏极作为输出，与第四电阻R4的一端连接；所述第二OPA的第三输入端接收基准电压，第四输入端连接所述第四电阻R4和所述第五电阻R5相连的中间部分，第五输入端接收第三输出电压，第六输入端接收使能信号；所述第三NMOS的源极与所述第四NMOS的源极相连，并连接接地点，所述第三NMOS的栅极接收反使能信号；所述第四NMOS的栅极接收使能信号，漏极与所述第五电阻R5的一端相连；所述第四电阻R4与所述第五电阻R5串联连接在第五PMOS的漏极和第四NMOS的漏极之间。 [0076] 具体的，当输入电压刚刚接入时，所述电压检测电路根据基准电压确定USBIN电压和ACIN电压均没有达到阈值电压时，则不会向第二LDO提供使能信号；那么，第二LDO关闭第二OPA，并将第五PMOS管的栅极与接地点相连接；这样，就产生了一个直接从电源到输出的通路，所以，第二LDO的输出电压就跟随了电源电压，即第二LDO的工作模式为电压跟随模式，以节省功耗。 [0077] 当输入电压一直存在，电压检测电路根据基准电压确定USBIN电压或ACIN电压达到阈值电压时，则向第二LDO提供使能信号，使第二LDO中的第三NMOS管截止、第四NMOS管导通，第二LDO的工作模式为LDO全功耗工作模式。这时，第二LDO为基准电路提供稳定的输入电压，电压检测电路向芯片提供开机使能信号，芯片开始正常上电工作。 [0078] 另外，当没有USBIN电压或ACIN电压输入时，此时第一电源选择电路和第二电源选择电路不工作，而且第二LDO的工作模式为电压跟随模式，此时在待机状态下的功耗基本为零。 [0079] 这里，所述第五PMOS管为调整管，所述第三NMOS管、第四NMOS管为使能开关管，用于接收使能信号与反使能信号；所述第五PMOS管的尺寸不但要满足第二LDO工作电流能力要求，还需要比较小的RDSON电阻，以防止输出电压与输入电压差值过大，影响LDO的精度；其中，所述工作电流与基准电路的功耗有关，工作电流一般应该满足基准电路功耗的至少2倍以上；RDSON电阻值需要满足在第二LDO输出最大电流时，第五PMOS的压降不影响输出电压的条件。 [0080] 所述第一OPA、第二OPA的结构需要根据基准电压、基准电路的精度、噪声等要求确定，本实施例中第一OPA、第二OPA的结构采用PMOS输入的串叠式(Cascode)输出。 [0081] 步骤406，所述第二LDO收到使能信号后，自身向基准电路提供第一输入电压。 [0082] 本发明实施例通过电压检测电路使能，在输入电压未达到阈值电压或者没有外部输入电压的情况下，LDO根据不同的情况改变自身的工作模式，减小电流的消耗，达到低功耗、零功耗的目的。 |
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