一种具有防止热损坏功能的放电电路的制作方法

1.本发明涉及电源管理技术领域，特别是涉及一种具有防止热损坏功能的放电电路。


背景技术：

2.目前快充技术在智能手机、笔记本电脑、平板电脑等便携式智能移动电子上的普及率越来越高，尤其是笔记本电脑也大规模普及usb pd充电之后，大功率pd充电器不但能够给笔记本充电，也能给手机充电，快速充电逐渐成为消费者的基本需求。因此快充功能也逐渐成为各种充电设备比如移动电源、车载充电器、智能插排以及充电器的基本功能。快充技术的主流做法有提高输出电压、提高输出电流以及同时提高输出电压和输出电流等3种做法，目前绝大部分快充充电器都支持高压快充。
3.当具备快充功能的充电器对支持快充的电子设备进行充电时，充电器输出高压比如9v，12v，20v等给设备充电，如果在充电过程中突然拔掉该电子设备，此时充电器还在输出比如20v的高压，假如有其他的不支持快充的电子设备插入，如果充电器输出电压还没有下降到5v以内，可能会损坏电子设备。因此快充充电器必须具备放电功能，当检测到快充设备拔出后，将输出电压快速放电到5v。尤其最新的usb3.1规范，增加了28v，36v以及48v快充规格，未来这个问题会更加严重。假如适配器输出48v，当48v正在充电的设备拔除之后，还没有快速将输出放电到5v，就插入了低压设备，更加容易烧毁低压设备。
4.现有技术方案一般采用恒定电流源放电或者采用mos开关控制泄放电阻放电。但是充电设备的输出电容大小不一，容值范围从4.7uf到2000uf甚至更大。假如充电设备输出电压20v高压，电容容值高达2000uf时，输出电容存储了大量电荷，假如采用恒定电流放电，在100ms内将输出电容电荷放空，放电电流高达400ma，瞬时功率高达8w，电路在短时间内会承受很大功率，导致放电电路发热。如果放电电路散热不好，甚至可能导致放电电路烧毁。即使没有短时间内烧毁，短时间内的大电流和发热是否影响了放电电路的长期可靠性从而导致寿命下降，也暂时没有技术手段可以检测和发现。现有的解决方案，通常是预留多个放电档位，根据实际应用情况测试，观察应用中哪些放电电流档位会导致放电电路烧毁，然后在没有烧毁的几个放电档位中，选择一个可以满足放电速度的泄放电流档位。但是，该档位放电电流的长期可靠性无法证实，需要经过多样品的长期老化实验来验证是否安全。
5.综上，本领域亟需一种具有防止热损坏功能的放电电路，以避免放电电路发热损坏，保证放电电路的长期可靠性。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种具有防止热损坏功能的放电电路，能够避免放电电路发热损坏，保证放电电路的长期可靠性。
7.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
8.一种具有防止热损坏功能的放电电路，所述电路包括：
9.可控泄放模块，与快充电源的电源输出端口连接，用于对所述电源输出端口进行恒流放电；
10.温度检测电路，设置于所述可控泄放模块一侧的设定区域内，用于检测所述可控泄放模块的温度；
11.放电电流控制模块，分别与所述可控泄放模块和所述温度检测电路连接，用于根据所述可控泄放模块的温度控制所述可控泄放模块的放电电流保持恒定，并将所述可控泄放模块的温度控制在设定范围内。
12.可选地，所述温度检测电路包括参考源电路和温度敏感元器件；所述温度敏感元器件设置于所述可控泄放模块一侧的设定区域内；
13.所述温度敏感元器件的第一端分别与所述参考源电路和所述放电电流控制模块连接；
14.所述温度敏感元器件的第二端接地。
15.可选地，所述可控泄放模块包括可控泄放电路或可控阵列式泄放电路；
16.当所述可控泄放模块为可控泄放电路时，所述可控泄放电路包括检流电阻、电流检测电路、第一运算放大器和泄放mos管；
17.所述检流电阻的第一端与快充电源的电源输出端口连接；
18.所述电流检测电路分别与所述检流电阻的第一端和所述检流电阻的第二端连接；
19.所述第一运算放大器的负输入端与所述电流检测电路连接；所述第一运算放大器的正输入端与所述参考源电路连接；所述第一运算放大器的输出端与所述放电电流控制模块连接；
20.所述泄放mos管的栅极分别与所述第一运算放大器的输出端和所述放电电流控制模块连接；所述泄放mos管的漏极分别与所述检流电阻的第二端和所述电流检测电路连接；所述泄放mos管的源极接地；
21.当所述可控泄放模块为可控阵列式泄放电路时，所述可控阵列式泄放电路包括阵列控制逻辑电路、n个mos管和n个泄放电阻；
22.所述阵列控制逻辑电路同时与n个所述mos管的栅极连接；所述阵列控制逻辑电路还与所述放电电流控制模块连接；
23.n个所述泄放电阻的第一端同时与快充电源的电源输出端口连接；
24.n个所述mos管的源极均接地；第i个所述mos管的漏极与第i个所述泄放电阻的第二端连接；其中，i为正整数，1≤i≤n。
25.可选地，所述放电电流控制模块包括放电电流控制电路或模数转换器：
26.当所述放电电流控制模块为放电电流控制电路时，所述放电电流控制电路包括第二运算放大器和电流控制mos管；
27.当所述温度敏感元器件具有负温度系数时，所述第二运算放大器的负输入端分别与所述温度敏感元器件的第一端和所述参考源电路连接；所述第二运算放大器的正输入端与所述参考源电路连接；
28.当所述温度敏感元器件具有正温度系数时，所述第二运算放大器的正输入端分别与所述温度敏感元器件的第一端和所述参考源电路连接；所述第二运算放大器的负输入端与所述参考源电路连接；
29.所述电流控制mos管的栅极与所述第二运算放大器的输出端连接；所述电流控制mos管的漏极分别与所述泄放mos管的栅极和所述第一运算放大器的输出端连接；所述电流控制mos管的源极接地；
30.当所述放电电流控制模块为模数转换器时，所述模数转换器分别与所述温度敏感元器件的第一端、所述参考源电路和所述可控阵列式泄放电路连接。
31.可选地，所述可控阵列式泄放电路中所述mos管导通的个数由所述模数转换器确定。
32.可选地，所述温度敏感元器件包括二极管、三极管、mos管或具有温度系数的电阻。
33.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
34.本发明公开的具有防止热损坏功能的放电电路，通过可控泄放模块对快充电源的电源输出端口进行恒流放电；通过在可控泄放模块一侧的设定区域内设置温度检测电路检测可控泄放模块的温度；通过放电电流控制模块根据可控泄放模块的温度控制可控泄放模块的放电电流保持恒定，并将可控泄放模块的温度控制在设定范围内，保证放电电路的元器件不超过安全温度，从而可以有效地避免放电电路发热损坏，同时能够保证放电电路的长期可靠性。
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.图1为本发明具有防止热损坏功能的放电电路实施例一的结构图；
37.图2为本发明具有防止热损坏功能的放电电路实施例二的结构图；
38.图3为本发明具有防止热损坏功能的放电电路实施例三的结构图；
39.图4为本发明可控阵列式泄放电路的结构示意图。
具体实施方式
40.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
41.本发明的目的是提供一种具有防止热损坏功能的放电电路，能够避免放电电路发热损坏，保证放电电路的长期可靠性。
42.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
43.实施例一
44.图1为本发明具有防止热损坏功能的放电电路实施例一的结构图。参见图1，该具有防止热损坏功能的放电电路包括可控泄放模块101、温度检测电路102和放电电流控制模块103。
45.可控泄放模块101与快充电源的电源输出端口连接，可控泄放模块101用于对电源输出端口进行恒流放电。快充电源种类繁多，以快充电源为快充充电器为例，快充充电器的电源输出端口，即插到待充电电子设备上的充电头。
46.温度检测电路102设置于可控泄放模块101一侧的设定区域内，温度检测电路102用于检测可控泄放模块101的温度。其中，设定区域的设置要求温度检测电路102设置于可控泄放模块101越近越好，这样温度检测电路102能够更好地感应可控泄放模块101的温度，从而更好地检测可控泄放模块101的温度。
47.放电电流控制模块103分别与可控泄放模块101和温度检测电路102连接，放电电流控制模块103用于根据可控泄放模块101的温度控制可控泄放模块101的放电电流保持恒定，并将可控泄放模块101的温度控制在设定范围内。
48.其中，温度检测电路102包括参考源电路和温度敏感元器件；温度敏感元器件设置于可控泄放模块一侧的设定区域内。
49.温度敏感元器件的第一端分别与参考源电路和放电电流控制模块103连接。
50.温度敏感元器件的第二端接地。
51.可控泄放模块101包括可控泄放电路或可控阵列式泄放电路。
52.当可控泄放模块101为可控泄放电路时，可控泄放电路包括检流电阻、电流检测电路、第一运算放大器和泄放mos管。
53.检流电阻的第一端与快充电源的电源输出端口连接。
54.电流检测电路分别与检流电阻的第一端和检流电阻的第二端连接。
55.第一运算放大器的负输入端与电流检测电路连接；第一运算放大器的正输入端与参考源电路连接；第一运算放大器的输出端与放电电流控制模块103连接。
56.泄放mos管的栅极分别与第一运算放大器的输出端和放电电流控制模块103连接；泄放mos管的漏极分别与检流电阻的第二端和电流检测电路连接；泄放mos管的源极接地。
57.当可控泄放模块101为可控阵列式泄放电路时，可控阵列式泄放电路包括阵列控制逻辑电路、n个mos管和n个泄放电阻。
58.阵列控制逻辑电路同时与n个mos管的栅极连接；阵列控制逻辑电路还与放电电流控制模块103连接。
59.n个泄放电阻的第一端同时与快充电源的电源输出端口连接。
60.n个mos管的源极均接地；第i个mos管的漏极与第i个泄放电阻的第二端连接；其中，i为正整数，1≤i≤n。
61.放电电流控制模块103包括放电电流控制电路或模数转换器。
62.当放电电流控制模块103为放电电流控制电路时，放电电流控制电路包括第二运算放大器和电流控制mos管。
63.当所述温度敏感元器件具有负温度系数时，第二运算放大器的负输入端分别与温度敏感元器件的第一端和参考源电路连接；第二运算放大器的正输入端与参考源电路连接。
64.当所述温度敏感元器件具有正温度系数时，所述第二运算放大器的正输入端分别与所述温度敏感元器件的第一端和所述参考源电路连接；所述第二运算放大器的负输入端与所述参考源电路连接。
65.电流控制mos管的栅极与第二运算放大器的输出端连接；电流控制mos管的漏极分别与泄放mos管的栅极和第一运算放大器的输出端连接；电流控制mos管的源极接地。
66.当放电电流控制模块103为模数转换器时，模数转换器分别与温度敏感元器件的第一端、参考源电路和可控阵列式泄放电路连接。
67.可控阵列式泄放电路中mos管导通的个数由模数转换器确定。
68.温度敏感元器件包括二极管、三极管、mos管或具有温度系数的电阻。
69.实施例二
70.图2为本发明具有防止热损坏功能的放电电路实施例二的结构图。参见图2，该具有防止热损坏功能的放电电路包括可控泄放电路、温度检测电路和放电电流控制电路。
71.其中，可控泄放电路连接到快充电源的电源输出端口，起到快速放电的作用。可控泄放电路可以是恒流放电电路，也可以是由mos管控制的放电电阻来实现。
72.温度检测电路可以采用多种做法，其基本原理都是将一个温度特性已知并确定的温度敏感元器件，比如二极管、三极管或者具有温度系数(包括正温度系数和负温度系数)的电阻。其中，二极管为具有负温度系数的温度敏感元器件，三极管为具有正温度系数的温度敏感元器件。将二极管、三极管或者具有温度系数的电阻在物理位置上贴近摆放在可控泄放电路旁边，这样该温度敏感元器件感应到的温度和可控泄放电路的温度一致，从而可以根据该温度敏感元器件的温度特性来检测可控泄放电路的温度。比如，可以利用二极管的v
be
的负温度特性来实现，或者也可以利用三极管bjt的δv
be
的正温度特性来实现。放电电流控制电路实现方式可以采用运算放大器将二极管的v
be
或者三极管bjt的δv
be
和参考电压进行比较，然后用运算放大器根据比较结果控制放电mos的栅极电压，控制放电电流的大小，将温度控制在安全范围之内，从而解决了现有放电电路可靠性和寿命无法保证的问题。
73.温度检测电路根据二极管的v
be
或者三极管的δv
be
来检测可控泄放电路的温度，温度检测电路的原理为：温度检测电路用二极管v
be
的负温度特性或者三级管的δv
be
的正温度特性来检测可控泄放电路的温度，当可控泄放电路的温度上升时，二极管的v
be
会下降，当可控泄放电路的温度上升时，三极管的δv
be
会上升，因此可以用二极管的v
be
和三极管的δv
be
来检测可控泄放电路的温度。
74.图2示出了采用二极管检测温度的一种放电电路的具体结构。其中第一运算放大器、泄放mos管、检流电阻和电流检测电路组成了可控泄放电路。该可控泄放电路通过检流电阻检测泄放电流，检流信号连接到第一运算放大器的负输入端，第一运算放大器的正输入端连接到参考源电路，参考源电路提供参考电压，第一运算放大器的输出端控制泄放mos管的栅极，从而实现了恒流放电方式的可控泄放电路。
75.其中，检流电阻检测电流是业界公知做法，阻值根据需要实际的需要来确定。外部检流电阻是标准电子元器件，阻值很多标准值可选，比如5mohm、10mohm或20mohm，甚至100mohm。
76.检流电路是业界通用做法。通过电流流经检流电阻的电压降，检测电流大小。
77.恒流放电方式的可控泄放电路的原理为：当检流电压超过参考电压，代表放电电流超过设定值。第一运算放大器的输出变低，因此泄放mos管的栅极电压下降，从而减小电流。如果检流电压小于参考电压，代表放电电流小于设定值。第一运算放大器输出变高，因
此泄放mos管的栅极电压升高，从而增大电流，因此可以将泄放电流控制在恒定值。具体为：参考源电路送出一个恒定电流灌到二极管上得到了二极管正向导通电压v
be
，同时该二极管位置紧靠泄放mos管，这样二极管的温度等于泄放mos管的温度，因此v
be
的变化就反映了泄放mos管的温度。第二运算放大器和电流控制mos管组成了放电电流控制电路。第二运算放大器的负输入端连接到二极管阳极，第二运算放大器的正输入端连接到参考电压，参考电压的高低设定了保护的温度门限，第二运算放大器的输出端连接到电流控制mos管的栅极，电流控制mos管的漏极连接到泄放mos管的栅极。一旦泄放mos管上面的功率太大，导致发热严重从而温度上升，物理位置上紧靠泄放mos管的二极管温度同样上升，从而v
be
下降，当v
be
下降到设定的参考电压之下后，第二运算放大器的输出端电位上升，当输出端电位上升到电流控制mos管的阈值电压之上时，电流控制mos管开启开始下拉泄放mos管的栅极电压降低泄放电流，从而减小泄放mos管的发热，将泄放mos管的温度保持在过温保护门限之下，从而保证了泄放mos管不会发生过温，进而保证了泄放mos管的长期可靠性不会下降。
78.其中，灌到二极管上的恒定电流根据不用应用市场的需求来确定。一般消费类应用设置在120℃，工艺类或者汽车类设置会更高，比如150℃。
79.参考电压的高低设定了保护的温度门限，是由于v
be
是负温度系数的，温度上升时v
be
会下降，因此根据特定的二极管的v
be
的特性来选择相应的参考电压来设定温度。
80.设定的参考电压根据二极管的具体特性来确定具体值，不同的芯片生产工艺，其二极管的v
be
的参数不同。每个芯片生产工艺的二极管温度参数都有区别，只是针对某个特定的工艺，根据其二极管的v
be
可以确定参考电压设定值。
81.实施例三
82.图3为本发明具有防止热损坏功能的放电电路实施例三的结构图。参见图3，该具有防止热损坏功能的放电电路包括可控阵列式泄放电路、温度检测电路和模数转换器(adc)。
83.该实施例中，泄放电流控制通过adc的方式实现。用adc检测二极管的v
be
或者三极管bjt的δv
be
，根据adc数据来判断放电电路是否过温，一旦发现泄放电路温度超过设定值，则判断电路输出过温检测信号通知可控阵列式泄放电路。可控阵列式泄放电路接收到过温信号之后，减小放电电流。一旦温度下降，adc检测到温度回落到过温门限之下，过温检测信号置零，可控阵列式泄放电路则停止减少放电电流，将可控阵列式泄放电路的温度保持在过温门限以下，从而保证可控阵列式泄放电路不会发生过温烧毁。采用adc检测可控阵列式泄放电路过温时，可控阵列式泄放电路可以采用多个小的泄放电路阵列并联的方式来实现，每个小的泄放电路的泄放电流相等，放电电流控制电路则通过adc的温度数据，控制小的泄放电路的个数来实现控制放电电流的大小。
84.泄放电流控制还可以通过比较器的方式实现。比较器将二极管的v
be
或者三极管三极管bjt的δv
be
和参考电压进行比较。二极管的v
be
是负温度特性的，温度上升v
be
会下降。三极管的δv
be
是正温度系数的，温度上升时，δv
be
会上升。因此可以根据二极管的v
be
或者三极管的δv
be
来检测可控泄放电路温度。一旦发现可控泄放电路温度超过设定值，比较器输出过温检测信号通知可控泄放电路。可控泄放电路接收到过温信号之后，关断放电电流。一旦温度下降，比较器检测到温度回落，过温检测信号置零，可控泄放电路又重新打开放电电流，因此可控泄放电路通过打开和关断放电电流，实际上等效降低了放电的平均电流，保证
可控泄放电路不会发生过温烧毁。
85.温度检测电路利用温度特性确定的元器件的温度特性来检测泄放电路的温度，包括二极管压降v
be
的负温度特性或三极管的δv
be
的正温度特性，还可以采用mos管阈值电压的负温度特性来检测，或者采用电阻的温度特性来检测等。
86.其中，通过二极管压降v
be
检测温度，是业界通用技术，当二极管上流过一个正向的恒定电流时，会产生一个二极管压降v
be
。该压降v
be
具有负温度系数。v
be
大约是0.6～0.7v，温度系数一般在
‑
2.3mv/℃，不同的生产工艺，参数会有偏差。
87.利用三极管δv
be
检测温度，是业界通用技术，两个面积成确定比例关系的三极管v
be
流过相同的电流时，它们的v
be
之差δv
be
是具有正温度系数的。利用δv
be
的正温度系数，可以检测温度的变化。
88.通过mos管阈值电压的负温度特性检测温度，是业界通用技术。当恒定电流通过mos管，会产生正向的mos管导通压降，该电压具有负温度系数，可以通过它的负温度系数来测量温度。
89.在某些集成电路工艺中，有特定的电阻，具有正温度系数或者负温度系数。根据工艺给出的温度系数，可以知道电阻值随温度变化的关系，从而根据电阻值的变化，可以检测温度的变化。
90.图3示出了一个采用adc检测过温的一个放电电路，该电路同样采用二极管v
be
检测可控阵列式泄放电路的温度变化。采用adc来采集二极管v
be
，将v
be
转换成温度的数据信息，用温度数据来控制可控阵列式泄放电路的泄放电流。其中，可控阵列式泄放电路的结构示意图如图4所示，该可控阵列式泄放电路由若干个(比如n个)相同大小泄放单元组成了一泄放阵列，每个泄放单元是由一个mos管控制的泄放电阻构成，如图4中，mos管m1和泄放电阻r1构成一个泄放单元，mos管m2和泄放电阻r2构成一个泄放单元，mos管mn
‑
1和泄放电阻rn
‑
1构成一个泄放单元，mos管mn和泄放电阻rn构成一个泄放单元等等。每个泄放单元具有相同的泄放电流，而总的泄放电流的大小通过温度数据来控制泄放单元的导通的个数来实现。当发现温度高于过温保护门限，v
be
下降则温度数据下降，通过温度数据控制阵列式泄放电路中泄放单元的个数，因此泄放电流减小，将泄放电路的温度控制在过温门限之下。从而保证了通过泄放电流的大小可控，将泄放电路的温度保证在安全温度范围内，从而保证了放电电路的寿命和可靠性。
91.其中，过温保护门限根据不同市场或者产品应用来确定。不同的应用过温保护门限不一样。一般消费类应用设置在120℃，工艺类或者汽车类设置会更高，比如150℃。
92.上述实施例只是列举了常用的实施例，根据上述实施例，业内人士可以采用多种的变化，比如采用比较器检测是否过温，一旦发现过温就关断泄放电流，通过泄放电流的打开和关断来降低泄放电流的平均值。或者采用三极管δv
be
的正温度系数，或者采用mos管的阈值电压的负温度系数，或温敏电阻的温度特性等业内常用的温度检测手段来检测温度的变化。但是这些局部的变化或组合，其实现的基本原理都在本发明所公布的实现方案范围内。
93.本发明公开的具有防止热损坏功能的放电电路，适用于电源管理芯片和电源控制系统，包括但不限应用于电源管理芯片、快速充电、移动电源、车载充电器、适配器、无线充电器、交流
‑
直流转换器、直流
‑
直流转换器等的电源管理。在放电的过程中，可控泄放电路
连接到电源输出端口，监控可控泄放电路的泄放元器件，比如mos管或者电阻的温度，并根据泄放元器件的温度调整可控泄放电路的放电电流，保证泄放元器件不超过安全温度，从而可以有效的解决现有放电电路有烧毁风险问题，同时能够保证放电电路的长期可靠性。
94.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
95.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。