一种上电控制电路和板卡系统的制作方法

1.本实用新型涉及控制电路技术领域，特别涉及一种上电控制电路和板卡系统。


背景技术：

2.板卡芯片系统供电一般要求在一定时间内全部上完电，而开机电源的最大供电电压虽然可以满足系统供电需求，但其上电速度慢，反观待机电源 (stb)虽然上电速度快，但其最大供电电压难以长时间满足系统供电需求，因此目前需要根据二极管、待机电源(如 5v的待机电源)和开机电源(如 12v 的开机电源)，构建上电控制电路，通过利用二极管来实现电源的选通和隔离，以实现先使用待机电源为系统供电，待开机电源的供电电压足够大时，再使用开机电源为系统供电。
3.但是目前基于二极管构建的上电控制电路，会存在导通压降的问题，比如系统的供电范围最小值只有 4.5v，而 5v的待机电源经过二极管后的输出的电压就比较接近临界值，同时二极管工作时流过大电流时效率低且损耗大，二极管容易造成较高温升，这些情况都可能导致上电控制电路遭到损坏。


技术实现要素：

4.本实用新型的主要目的为提供一种上电控制电路和板卡系统，旨在解决如何基于上电控制电路实现自动切换高低位供电电压的同时，避免上电控制电路遭到损坏的问题。
5.为实现上述目的，本实用新型提供一种上电控制电路，包括：第一供电电源、第二供电电源、第一pmos管、第二pmos管、第一电路控制模块、第二电路控制模块和电压输出端；其中：
6.所述第一pmos管的漏极与所述第一供电电源连接，所述第一pmos管的源极与所述电压输出端连接，所述第一电路控制模块连接在所述第一pmos 管的栅极与所述第二供电电源之间，且所述第二供电电源通过所述第一电路控制模块为所述第一pmos管的栅极提供控制电压，所述控制电压小于所述第二供电电源的实时供电电压；
7.所述第二pmos管的漏极与所述第二供电电源连接，所述第二pmos管的源极与所述电压输出端连接，所述第二pmos管的栅极和所述第二pmos管的源极与所述第二电路控制模块连接；
8.其中，所述第一供电电源的最大供电电压小于所述第二供电电源的最大供电电压；所述第一电路控制模块用于在所述控制电压小于所述第一供电电源的实时供电电压时，通过所述第一pmos管控制所述第一供电电源为所述电压输出端供电；所述第二电路控制模块用于在所述第二供电电源的实时供电电压大于所述第一供电电源的实时供电电压时，通过所述第二pmos管控制所述第二供电电源为所述电压输出端供电。
9.进一步地，所述第一供电电源为 5v的待机电源，所述第二供电电源为 12v的开机电源。
10.进一步地，所述第一电路控制模块包括第一电阻、第二电阻和二极管，其中，所述
第一pmos管的栅极通过所述第一电阻与地线连接；所述第一 pmos管的栅极通过所述第二电阻和所述二极管组成的串联电路与所述第二供电电源连接。
11.进一步地，所述第一电阻的取值范围为1kω
‑
100kω；所述第二电阻的取值范围为50ω
‑
150ω。
12.进一步地，所述第一电阻的取值为10kω；所述第二电阻的取值为100ω。
13.进一步地，所述第二电路控制模块包括稳压二极管和第三电阻，其中，所述第二pmos管的栅极通过所述稳压二极管与地线连接；所述第三电阻连接在所述第二pmos管的栅极与所述第二pmos管的源极之间。
14.进一步地，所述稳压二极管的稳压电压为 5.1v，和/或所述第三电阻的取值范围为1kω
‑
100kω。
15.进一步地，所述第三电阻的取值为10kω。
16.本实用新型的主要目的为提供一种板卡系统，所述板卡系统包括上述所述的上电控制电路，所述上电控制电路的电压输出端与所述板卡系统的工作电压输入端连接。
17.这样，针对于一些有高电压的供电需求，但由于高电压供电端上电慢，需要先使用低电压供电端进行供电，待高电压供电端电位足够高后，则使用高电压供电端进行供电的场景，本实用新型方案的实施，实现了基于上电控制电路自动切换高低位供电电压，满足了这些特定场景的供电需求的同时，避免了只选用二极管来选通高低位供电电压时，容易因二极管的导通压降和耗散，而损坏上电控制电路或损耗上电控制电路的供电能力的情况发生，而且还能防止电压输出端的电压反灌到供电电源。
附图说明
18.图1是本实用新型一实施例的上电控制电路的示例图；
19.图2是本实用新型另一实施例的上电控制电路的示例图。
20.附图编号：
21.u1第一供电电源u2第二供电电源p1第一pmos管p2第二pmos管uo电压输出端d漏极s源极g栅极z1二极管z2稳压二极管r1第一电阻r2第二电阻r3第三电阻gnd地线
22.本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
23.应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
24.本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”“上述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件、单元、模块和/或组件，但是并
不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、单元、模块、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
25.本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
26.参照图1，为本实用新型一实施例中的上电控制电路的示例图，所述上电控制电路包括第一供电电源u1、第二供电电源u2、第一pmos管p1、第二 pmos管p2、第一电路控制模块、第二电路控制模块和电压输出端uo。
27.需要说明的是，pmos管即为p型场效应管(positive channel metal oxidesemiconductor)。
28.可选的，所述第一pmos管p1的漏极d与所述第一供电电源u1连接，所述第一pmos管p1的源极s与所述电压输出端uo连接，所述第一电路控制模块连接在所述第一pmos管的栅极g与所述第二供电电源u2之间，且所述第二供电电源u2通过所述第一电路控制模块为所述第一pmos管的栅极g提供控制电压；而且，所述第一电路控制模块中具有节流器件(如二极管)，使得所述控制电压小于所述第二供电电源的实时供电电压。
29.可选的，所述第二pmos管p2的漏极d与所述第二供电电源u2连接，所述第二pmos管p2的源极s与所述电压输出端uo连接，所述第二pmos 管p2的栅极g和所述第二pmos管p2的源极s与所述第二电路控制模块连接。
30.其中，所述第一供电电源u1为待机电源，所述第二供电电源u2为开机电源；所述第一供电电源u1的最大供电电压小于所述第二供电电源u2的最大供电电压；需要说明的是，待机电源的上电速度比开机电源快。
31.进一步地，所述第二电路控制模块用于向所述第二pmos管p2提供一个固定值的稳压电源，该稳压电源的电压(即稳压电压)大于所述第一供电电源u1的最大供电电压，且该稳压电压小于所述第二供电电源u2的最大供电电压。
32.进一步地，所述第一电路控制模块用于在所述控制电压小于所述第一供电电源u1的实时供电电压时，通过所述第一pmos管p1控制所述第一供电电源u1为所述电压输出端uo供电；所述第二电路控制模块用于在所述第二供电电源u2的实时供电电压大于所述第一供电电源的实时供电电压时，通过所述第二pmos管p2控制所述第二供电电源u2为所述电压输出端uo供电。
33.可选的，当所述上电控制电路开始运作时，所述第一供电电源u1和所述第二供电电源u2会开始同时上电，且两者各自对应的实时供电电压会从0v 开始逐渐增大，直至实时供电电压达到相应的最大供电电压。而且由于第一供电电源u1的上电速度比所述第二供电电源u2快，所以当第二供电电源 u2的实时供电电压达到第一供电电源u1的最大供电电压前，第二供电电源 u2的实时供电电压会小于第一供电电源u1的实时供电电压。
34.其中，在第一供电电源u1和第二供电电源u2的实时供电电压上升的过程中，当第一供电电源u1的实时供电电压小于所述第一pmos管p1的开启电压(vgsth)时，所述第一电路控制模块就会通过所述第一pmos管p1的栅极g控制所述第一pmos管p1处于截止状态，此时第一供电电源u1提供的电流从第一pmos管p1的漏极d流入后，就会经第一pmos管p1的漏极 d与源极s之间的第一体二极管(图中未标号)流至源极s，然后再达到电压输出端uo；此时，第二供电电源u2的实时供电电压同样小于所述第二pmos 管p2的开启电压(vgsth)，因此所述第二电路控制模块就会通过所述第二 pmos管p2的栅极g控制所述第二pmos管p2处于截止状态，而由于第二电路控制模块有向第二pmos管p2提供稳压电压，使得第二pmos管p2的源极s的电压大于漏极d的电压，并使得第二pmos管p2的漏极d与源极 s之间的第二体二极管(图中未标号)同样处于反向截止的状态，这样第二供电电源u2的电流就无法流至电压输出端uo，即此时只有第一供电电源u1 通过第一体二极管为电压输出端uo提供电压，且电压输出端uo的电压等于第一pmos管p1的源极s端的电压(由于体二极管具有一定节流作用，因此源极s的输出电压会小于漏极d的输入电压)。
35.进一步地，在第一供电电源u1和第二供电电源u2的实时供电电压上升的过程中，当第一供电电源u1的实时供电电压大于或等于所述第一pmos 管p1的开启电压时，所述第一电路控制模块就会通过所述第一pmos管p1 的栅极g控制所述第一pmos管p1处于导通状态，此时第一供电电源u1提供的电流就可以绕开第一体二极管，直接从第一pmos管p1的漏极d流至源极s，然后再达到电压输出端uo(此时由于第二供电电源u2的实时供电电压小于第一供电电源u1的实时供电电压，从而使得控制电压同样小于第一供电电源u1的实时供电电压，即使得第一pmos管p1的栅极g的电压小于漏极d的电压，因此第一电路控制模块可以使得第一pmos管p1导通)；而由于pmos管的开启电压要小于第二电路控制模块提供的稳压电压，那么当第二供电电源u2的实时供电电压大于或等于第二pmos管p2的开启电压，且小于稳压电压时，即便第二电路控制模块可以通过所述第二pmos管p2的栅极g控制所述第二pmos管p2处于导通状态，但第二供电电源u2提供的电流仍然无法直接从第二pmos管p2的漏极d流至源极s(相当于第二电路控制模块依然控制第二pmos管p2截止)，而此时第二体二极管仍然处于反向截止状态，这样第二供电电源u2的电流依然无法流至电压输出端uo，即此时只有第一供电电源u1直接为电压输出端uo提供电压，且电压输出端 uo的电压等于第一供电电源的实时供电电压(即在第一供电电源u1的实时供电电压大于或等于所述第一pmos管p1的开启电压，且第一供电电源u1 的实时供电电压小于或等于第一供电电源u1的最大供电电压，以及第二供电电源u2小于或等于第一供电电源u1的最大供电电压时，上电电路会维持这种供电方式为电压输出端uo供电)。
36.进一步地，第一电路控制模块连接在第二供电电源u2与第一pmos管的栅极g之间，那么在第一供电电源u1的实时供电电压达到第一供电电源 u1的最大供电电压之后，若第二供电电源u2的实时供电电压大于第一供电电源u1的最大供电电压，且第二供电电源u2的实时供电电压略大于稳压电压时，第一电路控制模块就会控制所述第一pmos管p1处于截止状态(因为当第二供电电源u2的实时供电电压略大于稳压电压时，就足以使得第二供电电源u2通过所述第一电路控制模块为所述第一pmos管p1的栅极g提供的控制电压，大于或等于第一供电电源u1为第一pmos管的漏极d提供的电压，此时第一电路控制模块就会控制第一pmos管p1处于截止状态，因此只在第一供电电源u1的实时供电电压大于pmos管的开启电
压，以及所述控制电压小于所述第一供电电源的实时供电电压时，则第一电路控制模块才会控制第一pmos管p1处于导通状态)，而第二体二极管也不再反向截止，此时由第一供电电源u1通过第一体二极管为电压输出端uo供电，或者由第二供电电源u2通过第二体二极管为电压输出端uo供电，这时第一体二极管和第二体二极管中，哪个体二极管为电压输出端uo提供的电压更大，哪个体二极管就可以为电压输出端uo供电。
37.需要说明的是，第二供电电源u2的实时供电电压略大于稳压电压的情况判定，可以是通过计算第二供电电源u2的实时供电电压减去稳压电压得到的电压差值，并检测到电压差值小于预设值时，则判定第二供电电源u2的实时供电电压略大于稳压电压。其中，所述预设值根据pmos管的导通特性设置，其取值范围可选为0.1v
‑
2v。
38.进一步地，当第二供电电源u2的实时供电电压远大于稳压电压时，则此时第二供电电源u2提供的电流无需经过第二体二极管，即可直接从第二 pmos管p2的漏极d流至源极s，并使得第二体二极管处于反向截止状态，这样第二供电电源u2的电流可以直接流至电压输出端uo，即此时只有第二供电电源u2直接为电压输出端uo提供电压，且电压输出端uo的电压等于第二供电电源的实时供电电压(此时第一电路控制模块已控制第一pmos管 p1处于截止状态，且由于第二供电电源u2的实时供电电压已足够大，使得第一pmos管的源极s电压大于漏极d的电压，进而使得第一体二极管处于反向截止状态，所以第一供电电源u1无法再为电压输出端uo供电)，且这种情况会一直维持至第二供电电源u2的实时供电电压达到第二供电电源u2 的最大供电电压。
39.需要说明的是，第二供电电源u2的实时供电电压远大于稳压电压的情况判定，可以是通过计算第二供电电源u2的实时供电电压减去稳压电压得到的电压差值，并检测到电压差值大于或等于预设值时，则判定第二供电电源u2 的实时供电电压远大于稳压电压。
40.由此可见，第一电路控制模块是用于控制第一pmos管p1导通或截止，第二电路控制模块还用于控制第二pmos管p2导通或截止；且当第一供电电源u1和第二供电电源u2的实时供电电压小于pmos管的开启电压时，第一电路控制模块控制第一pmos管p1截止，第二电路控制模块控制第二pmos 管p2截止；且当第一供电电源u1和第二供电电源u2的实时供电电压大于或等于pmos管的开启电压，而且两者的实时供电电压小于或等于第一供电电源u1的最大供电电压时，第一电路控制模块控制第一pmos管p1导通，第二电路控制模块控制第二pmos管p2截止；且当第一供电电源u1的实时供电电压达到第一供电电源u1的最大供电电压，第二供电电源u2的实时供电电压略大于稳压电压时，第一电路控制模块控制第一pmos管p1截止，第二电路控制模块控制第二pmos管p2截止(此时通过第一体二极管或第二体二极管为电压输出端uo供电)；且当第一供电电源u1的实时供电电压达到第一供电电源u1的最大供电电压，第二供电电源u2的实时供电电压远大于稳压电压，且第二供电电源u2的实时供电电源小于或等于第二供电电源u2 的最大供电电压时，第一电路控制模块控制第一pmos管p1截止，第二电路控制模块控制第二pmos管p2导通。
41.这样，针对于一些有高电压的供电需求，但由于高电压供电端上电慢，需要先使用低电压供电端进行供电，待高电压供电端电位足够高后，则使用高电压供电端进行供电的场景，本实施例方案的实施，实现了基于上电控制电路自动切换高低位供电电压，满足了这些特定场景的供电需求的同时，避免了只选用二极管来选通高低位供电电压时，容易因二极管的导通压降和耗散，而损坏上电控制电路或损耗上电控制电路的供电能力的情况发
生，而且还能防止电压输出端的电压反灌到供电电源。
42.由此可见，本实施例方案可以适用于需要先使用低电压供电端进行供电，待高电压供电端电位足够高后，再使用高电压供电端进行供电的场景，因此，第一供电电源u1和第二供电电源u2的最大供电电压可以根据实际场景需求设置，例如设置第一供电电源u1和第二供电电源u2的最大供电电压分别为 3.3v和 5v、或者设置为 5v和 12v，或者设置为3.3v和 12v等。
43.优选地，设置第一供电电源u1为 5v的待机电源，设置第二供电电源 u2为 12v的开机电源；其中，待机电源指的是上电后电压很快就达到最大供电电压的供电端，开机电源指的是上电后需要一段时间才能达到最大供电电压的供电端。
44.在一实施例中，参照图2，所述上电控制电路的第一电路控制模块包括第一电阻r1、第二电阻r2和二极管z1，其中，所述第一pmos管p1的栅极g通过所述第一电阻r1与地线gnd连接；所述第一pmos管p1的栅极g通过所述第二电阻r2和所述二极管z1组成的串联电路与所述第二供电电源u2连接，即第一pmos管p1的栅极g与第二供电电源u2之间依次串联有第二电阻r2和二极管z1。
45.其中，所述第一电阻r1的取值范围可选为1kω
‑
100kω，和/或所述第二电阻r2的取值范围可选为50ω
‑
150ω。
46.可选的，所述第二电路控制模块包括稳压二极管z2和第三电阻r3，其中，所述第二pmos管p2的栅极g通过所述稳压二极管z2与地线gnd连接；所述第三电阻r3连接在所述第二pmos管p2的栅极g与所述第二pmos管p2的源极s 之间(相当于所述第三电阻r3通过所述第二pmos管p2的栅极g和所述第二 pmos管p2的源极s与所述第二pmos管p2并联)。
47.其中，所述稳压二极管z2提供的稳压电压大于所述第一供电电源u1的最大供电电压，且所述稳压二极管z2提供的稳压电压小于所述第二供电电源u2 的最大供电电压；和/或，所述第三电阻r3的取值范围可选为1kω
‑
100kω。
48.可选的，当第一供电电源u1为 5v电源、第二供电电源u2为 12v电源时，则所述第一电阻r1的取值优选设置为10kω，和/或所述第二电阻r2的取值优选设置为100ω，和/或所述稳压二极管z2提供的稳压电压优选设置为 5.1v，和/或所述第三电阻r3的取值优选设置为10kω。
49.可选的，以下以第一供电电源u1为 5v的待机电源、第二供电电源u2为 12v的开机电源、稳压二极管z2提供的稳压电压为 5.1v为例，对上电控制电路的工作流程进行说明：
50.当所述上电控制电路开始运作时，所述第一供电电源u1和所述第二供电电源u2会开始同时上电，且两者各自对应的实时供电电压会从0v开始逐渐增大。
51.在第一供电电源u1和第二供电电源u2的实时供电电压上升的过程中，当第一供电电源u1的实时供电电压小于所述第一pmos管p1的开启电压(其取值为 2v)时，所述第一电路控制模块就会通过所述第一pmos管p1的栅极g 控制所述第一pmos管p1处于截止状态，此时第一供电电源u1提供的电流从第一pmos管p1的漏极d流入后，就会经第一pmos管p1的漏极d与源极s之间的第一体二极管流至源极s，然后再达到电压输出端uo；此时，第二供电电源 u2的实时供电电压同样小于所述第二pmos管p2的开启电压(即第二供电电源u2的实时供电电压同样小于 2v)，因此所述第二电路控制模块就会通过所述第二pmos管p2的栅极g
控制所述第二pmos管p2处于截止状态，而由于第二电路控制模块有向第二pmos管p2提供 5.1v的稳压电压，使得第二 pmos管p2的源极s的电压大于漏极d的电压(该电压此时小于 2v)，并使得第二pmos管p2的漏极d与源极s之间的第二体二极管同样处于反向截止的状态，这样第二供电电源u2的电流就无法流至电压输出端uo，即此时只有第一供电电源u1通过第一体二极管为电压输出端uo提供电压，且电压输出端uo 的电压等于第一pmos管p1的源极s端的电压(由于体二极管具有一定节流作用，因此源极s的输出电压会小于漏极d的输入电压)。
52.进一步地，在第一供电电源u1和第二供电电源u2的实时供电电压上升的过程中，当第一供电电源u1的实时供电电压大于或等于 2v，且小于或等于 5v时，所述第一电路控制模块就会控制所述第一pmos管p1处于导通状态，此时第一供电电源u1提供的电流就可以绕开第一体二极管，直接从第一 pmos管p1的漏极d流至源极s，然后再达到电压输出端uo；而由于pmos管的开启电压要小于第二电路控制模块提供的稳压电压，那么当第二供电电源 u2的实时供电电压大于或等于 2v，且小于 5.1v时，由于稳压电压 5.1v的存在，即便第二电路控制模块可以控制所述第二pmos管p2处于导通状态，但第二供电电源u2提供的电流仍然无法直接从第二pmos管p2的漏极d流至源极s(相当于第二电路控制模块依然控制第二pmos管p2截止)，而此时第二体二极管仍然处于反向截止状态，这样第二供电电源u2的电流依然无法流至电压输出端uo，即此时只有第一供电电源u1直接为电压输出端uo提供电压，且电压输出端uo的电压等于第一供电电源的实时供电电压(即 2v≤uo≤ 5v)。
53.进一步地，在第一供电电源u1的实时供电电压达到第一供电电源u1的最大供电电压 5v之后，若第二供电电源u2的实时供电电压大于 5v，且第二供电电源u2的实时供电电压略大于稳压电压时(如此时第二供电电源u2的实时供电电压为 6v)，使得第一pmos管p1的栅极g的电压大于漏极d的电压，此时第一电路控制模块就会控制所述第一pmos管p1处于截止状态，而第二体二极管则不再反向截止，此时由第一供电电源u1通过第一体二极管为电压输出端uo供电，或者由第二供电电源u2通过第二体二极管为电压输出端uo供电，这时第一体二极管和第二体二极管中，哪个体二极管为电压输出端uo提供的电压更大，哪个体二极管就可以为电压输出端uo供电。
54.进一步地，当第二供电电源u2的实时供电电压进一步升高，直至远大于稳压电压时(如 7v≤u2≤ 12v时)，则此时第二供电电源u2提供的电流无需经过第二体二极管，即可直接从第二pmos管p2的漏极d流至源极s，并使得第二体二极管处于反向截止状态，这样第二供电电源u2的电流可以直接流至电压输出端uo，即此时只有第二供电电源u2直接为电压输出端uo提供电压，且电压输出端uo的电压等于第二供电电源的实时供电电压(此时第一电路控制模块已控制第一pmos管p1处于截止状态，且由于第二供电电源u2的实时供电电压已足够大，使得第一pmos管的源极s电压大于漏极d的电压，进而使得第一体二极管处于反向截止状态，所以第一供电电源u1无法再为电压输出端uo供电)，且这种情况会一直维持至第二供电电源u2的实时供电电压达到第二供电电源u2的最大供电电压 12v，这样也就可以使得电压输出端 uo的电压同样达到 12v。
55.这样，实现了基于上电控制电路自动切换高低位供电电压，满足了这些特定场景的供电需求的同时，避免了只选用二极管来选通高低位供电电压时，容易因二极管的导通压降和耗散，而损坏上电控制电路或损耗上电控制电路的供电能力的情况发生，而且还能
防止电压输出端的电压反灌到供电电源。
56.此外，本实用新型还提出一种板卡系统(或称板卡芯片系统)，所述板卡系统包括以上实施例所述的上电控制电路，所述上电控制电路的电压输出端uo与所述板卡系统的工作电压输入端连接，且当所述上电控制电路开始工作时，可以通过电压输出端uo将所述板卡系统的工作电压输入端的电压从0v 开始，一直提高至与第二供电电源u2的最大供电电压相等的电压值。
57.以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。