掉电保护电路和电源电路的制作方法

1.本发明实施例涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种掉电保护电路和电源电路。


背景技术：

2.目前，给tv板卡供电的电源板，在掉电时可能会出现掉电反弹现象。特别是单tv板卡适配不同的电源板时，由于适配度和电源板的品质问题等原因，更容易产生掉电反弹。在出现掉电反弹现象时，可能会出现在掉电反弹脉冲时间内，短暂的给tv板卡恢复供电后再次掉电的情况。这样可能会造成tv板卡中的存储器(比如flash存储器)在没有完全写入数据时就断电，导致存储器工作异常，进而造成tv板卡工作异常。
3.现有的掉电保护电路通常采用电阻分压进行硬件保护或通过控制系统进行软件保护。但采用电阻分压方式难以确定关断电压的大小，尤其是针对掉电反弹脉冲的峰值接近电源信号正常值时，无法保证可靠拦截掉电反弹脉冲；而采用控制系统进行保护时，保护电路的响应速度慢，也无法保证有效拦截掉电反弹脉冲。因此，现有技术中的掉电保护电路难以有效拦截掉电反弹脉冲，可靠性较低。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供了一种掉电保护电路和电源电路，以有效拦截掉电反弹脉冲，提高掉电保护电路的可靠性。
5.第一方面，本发明实施例提供了一种掉电保护电路，包括：
6.延迟电路，包括第一输入端、第二输入端和输出端；所述延迟电路的第一输入端接入电源信号，所述延迟电路的第二输入端接地；所述延迟电路用于削弱所述电源信号中的掉电反弹脉冲；
7.开关电路，包括控制端、输入端和输出端；所述开关电路的输入端与所述延迟电路的输出端电连接，所述开关电路的输出端输出使能信号；所述开关电路用于在关断时拦截掉电反弹脉冲；
8.门槛电路，包括输入端和输出端；所述门槛电路的输入端接地，所述门槛电路的输出端与所述开关电路的控制端电连接；所述门槛电路用于设定门槛电压，所述门槛电压与所述延迟电路的输出信号共同控制所述开关电路的导通或关断。
9.可选地，所述延迟电路包括：第一电阻、第二电阻和电容；
10.所述第一电阻的第一端接入所述电源信号；所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端电连接，并作为所述延迟电路的输出端；所述电容的第一端与所述第二电阻的第二端电连接，所述电容的第二端接地。
11.可选地，所述掉电保护电路还包括：第一放电电路，包括控制端、输入端和输出端；所述第一放电电路的控制端与所述开关电路的输出端电连接，所述第一放电电路的输入端与所述电容的第一端电连接，所述第一放电电路的输出端接地。
12.可选地，所述第一放电电路包括：第一晶体管；所述第一晶体管的控制极作为所述
第一放电电路的控制端，所述第一晶体管的第一极作为所述第一放电电路的输入端，所述第一晶体管的第二极作作为所述第一放电电路的输出端。
13.可选地，所述掉电保护电路还包括：第二放电电路，包括输入端和输出端；所述第二放电电路的输入端与所述电容的第一端电连接，所述第二放电电路的输出端与所述第一电阻的第一端电连接。
14.可选地，所述第二放电电路包括：二极管；所述二极管的第一极作为所述第二放电电路的输入端，所述二极管的第二极作为所述第二放电电路的输出端。
15.可选地，所述门槛电路包括：第三电阻和稳压二极管；所述稳压二极管的第一极作为所述门槛电路的输入端，所述稳压二极管的第二极与所述第三电阻的第二端电连接；所述第三电阻的第一端作为所述门槛电路的输出端。
16.可选地，所述开关电路包括：第二晶体管；所述第二晶体管的控制极作为所述开关电路的控制端，所述第二晶体管的第二极作为所述开关电路的输入端，所述第二晶体管的第一极作为所述开关电路的输出端。
17.可选地，所述第二晶体管为pnp型三极管或者p型mos管。
18.第二方面，本发明实施例还提供了一种电源电路，包括：电源转换芯片和如本发明任意实施例所提供的掉电保护电路；
19.所述电源转换芯片的输入端接入所述电源信号，所述电源转换芯片的使能端与所述开关电路的输出端电连接。
20.本发明所提供的掉电保护电路中，设置有延迟电路、开关电路和门槛电路；通过门槛电路设置的门槛电压配合延迟电路的输出信号共同控制开关电路的开关状态。其中，延迟电路可以在电源信号出现掉电反弹脉冲时快速反应，对掉电反弹脉冲进行延迟滤波处理，使得门槛电路只需要配合削弱后的掉电反弹脉冲的峰值来设置门槛电压。这样，相比于现有技术，本实施例相当于为门槛电压的设置提供了更多裕度，可以在不影响开关电路对掉电反弹脉冲的拦截能力的基础上，设置门槛电压较为远离电源信号正常值，从而允许电源信号在正常运行期间存在纹波，避免因门槛电压过于接近电源信号正常值而造成的开关电路非正常关断，保证板卡工作的稳定性。因此，与现有技术相比，本发明实施例可以有效拦截掉电反弹脉冲，提高掉电保护电路的可靠性。
附图说明
21.图1是本发明实施例提供的一种掉电保护电路的结构示意图；
22.图2是本发明实施例提供的另一种掉电保护电路的结构示意图；
23.图3是本发明实施例提供的又一种掉电保护电路的结构示意图；
24.图4是本发明实施例提供的一种电源信号的波形示意图；
25.图5是本发明实施例提供的另一种电源信号的波形示意图；
26.图6是本发明实施例提供的一种电源电路的结构示意图。
具体实施方式
27.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便
于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
28.正如背景技术所述，现有技术中的掉电保护电路难以有效拦截掉电反弹脉冲。下面对现有技术的问题进行具体说明。在现有技术中，通常需要电源转换芯片将电源信号转换为tv板卡所需的供电电压；常见的掉电保护电路包括：
29.1、在电源信号端和电源转换芯片的使能端之间设置分压电阻，通过调整分压电阻的大小来控制输入至电源转换芯片使能端的使能信号，从而控制电源转换芯片工作或停止工作。具体地，当电源信号减小，分压后得到的使能信号相应的也会减小，当使能信号减小至使电源转换芯片正常工作的使能电压的临界值以下时，电源转换芯片停止输出。
30.此种掉电保护电路的优点是结构简单、成本低；缺点是难以设置关断电压；其中，关断电压可以理解为电源信号降至使电源转换芯片停止工作时的电压。
31.2、在第1种方案的基础上，在电源信号端和电源转换芯片的使能端之间增设稳压二极管，以便于设置关断电压。但是，当电源信号降至关断电压时，会使得电阻分压后得到的使能信号小于或等于使能电压的临界值，从而使电源转换芯片停止工作。那么，若将关断电压设置为接近电源信号正常值的大小，由于电源信号纹波等原因，会造成工作中电源转换芯片的误关断。因此，此方法并不适用于掉电反弹脉冲峰值接近电源信号正常值的情况。
32.3、在电源端设置监测模块监测电源信号状态，并将监测信号传输至控制系统，控制系统根据监测信号对tv板卡进行保护。例如，利用分压电阻构成监测模块，控制系统可以为嵌入式多媒体控制系统(embedded multi media card，emmc)，当监测信号指示电源信号掉落到一定电压的时候，由emmc系统进行数据保护。这种方法由于需要软件系统配合工作，保护电路整体响应较慢，难以应对负载突变的情况。
33.综上，第1和第2种方案均为硬件保护，第3种方案为软件保护。上述各方案都存在难以有效拦截掉电反弹脉冲，可靠性较低的问题。
34.基于以上研究，本发明提供了一种掉电保护电路，以解决掉电反弹问题，特别是负载突变后电源响应速度慢导致的掉电反弹。图1是本发明实施例提供的一种掉电保护电路的结构示意图。参见图1，该掉电保护电路包括：延迟电路10、开关电路20和门槛电路30。
35.延迟电路10包括第一输入端11、第二输入端12和输出端13；延迟电路10的第一输入端11接入电源信号vcc，第二输入端12接地；延迟电路10用于削弱电源信号vcc中的掉电反弹脉冲。开关电路20包括控制端21、输入端22和输出端23；开关电路20的输入端22与延迟电路10的输出端13电连接，输出端23输出使能信号dcdc_en；开关电路20用于在关断时拦截掉电反弹脉冲。门槛电路30包括输入端31和输出端32；门槛电路30的输入端31接地，输出端32与开关电路20的控制端21电连接；门槛电路30用于设定门槛电压，门槛电压与延迟电路10的输出信号共同控制开关电路20的导通或关断。
36.示例性地，该掉电保护电路的工作过程包括：
37.正常情况下，电源信号vcc经延迟电路10后输出至开关电路20的输入端22，门槛电路30将门槛电压输出至开关电路20的控制端；由于延迟电路10的输出信号与门槛电压的差值大于开关电路20的导通阈值电压，开关电路20导通。此时开关电路20输出的使能信号dcdc_en大于后续的电源转换芯片使能电压的临界值，因此，该使能信号dcdc_en控制电源转换芯片正常工作，输出供电电压。
38.当电源信号vcc减小，即电源掉电情况发生时，延迟电路10的输出信号减小；由于
门槛电压保持不变，延迟电路10的输出信号与门槛电压的差值逐渐减小，直至该差值小于开关电路20的导通阈值电压，开关电路20断开；此时，开关电路20无信号输出，或者说，此时的使能信号dcdc_en为“0”，不满足电源转换芯片的使能条件，电源转换芯片停止工作，不再输出。
39.当电源信号vcc出现掉电反弹时，延迟电路10即刻对掉电反弹脉冲进行滤波和延迟，以削弱掉电反弹脉冲，使得削弱后的掉电反弹脉冲的峰值与门槛电压的差值小于开关电路20的导通阈值电压，从而使得开关电路20在掉电反弹期间保持关断状态，拦截掉电反弹脉冲，防止电源转换芯片误启动。
40.本发明所提供的掉电保护电路中，设置有延迟电路10、开关电路20和门槛电路30；通过门槛电路30设置的门槛电压配合延迟电路10的输出信号共同控制开关电路20的开关状态。其中，延迟电路10可以在电源信号出现掉电反弹脉冲时快速反应，对掉电反弹脉冲进行延迟滤波处理，既保证掉电保护电路的响应速度，又使得门槛电路30只需要配合削弱后的掉电反弹脉冲的峰值来设置门槛电压。这样，相比于现有技术，本实施例相当于为门槛电压的设置提供了更多的裕度，可以在不影响开关电路20对掉电反弹脉冲的拦截能力的基础上，设置门槛电压较为远离电源信号vcc的正常值，从而允许电源信号vcc在正常运行期间存在纹波，避免因门槛电压过于接近正常的电源信号vcc而造成的开关电路20非正常关断，保证板卡，尤其是一些高性能机型上的板卡工作的稳定性。因此，本发明实施例可以有效拦截掉电反弹脉冲，提高掉电保护电路的可靠性。
41.图2是本发明实施例提供的另一种掉电保护电路的结构示意图。参见图2，在上述各实施方式的基础上，可选地，延迟电路10包括：第一电阻r1、第二电阻r2和电容c1；第一电阻r1的第一端接入电源信号vcc；第一电阻r1的第二端与第二电阻r2的第一端电连接，并作为延迟电路10的输出端；电容c1的第一端与第二电阻r2的第二端电连接，电容c1的第二端接地。
42.本实施方式中，第一电阻r1、第二电阻r2和电容c1共同构成rc延迟电路10，使得延迟电路10的结构简单，成本低廉，易于实现。该延迟电路10的延迟时间(记为td)可以表示为：td＝(r1 r2)c1。其中，延迟时间td可以根据经验值和实际测试的掉电反弹脉冲宽度进行设置；例如设置延迟时间td与掉电反弹脉冲宽度相等，或根据实际情况进行调整。实际应用时，可以根据延迟时间td计算需要的电阻值和电容值。
43.继续参见图2，在上述各实施方式的基础上，可选地，开关电路20包括：第二晶体管q2；第二晶体管q2的控制极作为开关电路20的控制端，第二极作为开关电路20的输入端，第一极作为开关电路20的输出端。如图2所示，示例性地，第二晶体管q2可以是pnp型三极管，第二晶体管q2的基极为其控制极，集电极为其第一极，发射极为其第二极。本实施方式中，采用一个晶体管构成开关电路10，使得开关电路10结构简单，易于实现。
44.继续参见图2，在上述各实施方式的基础上，可选地，门槛电路30包括：第三电阻r3和稳压二极管d2；稳压二极管d2的第一极作为门槛电路30的输入端，稳压二极管d2的第二极与第三电阻r3的第二端电连接；第三电阻r3的第一端作为门槛电路的输出端。
45.在该门槛电路30中，可以通过稳压二极管d2的选型设置门槛电压，即设置第二晶体管q2的导通电压。通过调整第三电阻r3的阻值，或者，通过联合调整第一电阻r1和第三电阻r3的阻值，可以保证稳压二极管d2工作在稳态，以保证掉电保护电路工作的稳定性。
46.在上述各实施方式的基础上，可选地，掉电保护电路还包括放电电路，以对电容c1进行放电，防止电容c1在被充电后由于没有放电回路，在断电后只能通过空气放电，因而在很长一段时间保留电量，影响下次上电时延迟电路10的功能。下面就放电电路的结构进行说明，但不作为对本发明的限定。
47.继续参见图2，在一种实施方式中，可选地，掉电保护电路还包括：第一放电电路40。第一放电电路40的控制端与开关电路20的输出端电连接，第一放电电路40的输入端与电容c1的第一端电连接，第一放电电路40的输出端接地。本实施例这样设置，在存在掉电问题时，由于开关电路20断开，第一放电电路40的控制端无信号输入，第一放电电路40关断，不影响电容c1的正常工作。但当掉电后再次上电，开关电路20导通时，电源信号vcc经过延迟电路10和开关电路20传输至第一放电电路40的控制端，使第一放电电路40导通，电容c1通过第一放电电路40完成放电，直至电源再次发生掉电，开关电路20再次断开时，电容c1可再次被充电。
48.在上述各实施方式的基础上，可选地，第一放电电路40包括：第一晶体管q1；第一晶体管q1的控制极作为第一放电电路40的控制端，第一极作为第一放电电路40的输入端，第二极作作为第一放电电路40的输出端。如图2所示，示例性地，第一晶体管q1可以是npn型三极管，第一晶体管q1的基极为其控制极，集电极为其第一极，发射极为其第二极。
49.继续参见图2，在一种实施方式中，可选地，掉电保护电路还包括：第二放电电路50。第二放电电路50的输入端与电容c1的第一端电连接，第二放电电路50的输出端与第一电阻r1的第一端电连接。该放电电路适用于一些快速开关机和掉电反弹的情况，当电源信号vcc为高电平时，电源信号vcc向电容c1充电；当电源信号vcc转为低电平时，电容c1可以通过第二放电电路50迅速放电，从而保证每次上电时电容c1都不是充满电的状态。
50.在上述各实施方式的基础上，可选地，第二放电电路50包括：二极管d1；二极管d1的第一极作为第二放电电路50的输入端，二极管d1的第二极作为第二放电电路50的输出端。这样设置，可以保证第二放电电路50的单向性，不影响延迟电路10的正常工作。
51.在一种实施方式中，可选地，掉电保护电路包括：第一放电电路40和第二放电电路50，两种放电电路相互配合，共同构成电容c1的放电回路，可以更好的保证每次上电时电容c1都不是充满电的状态。
52.综上，如图2所示的掉电保护电路为纯硬件设计，通过延迟电路10和门槛电路30进行配合，可以对掉电反弹脉冲进行快速响应和拦截，弥补了现有技术中的掉电保护电路功能的不足。且整个保护电路没有一颗元器件是多余的，物尽其用，尽可能的降低了成本。
53.上述各实施方式中示例性的示出了第一晶体管q1和第二晶体管q2均为三极管的情况，但不作为对本发明的限定。在其他实施方式中，也可设置第一晶体管q1和/或第二晶体管q2为其他类型的晶体管。
54.图3是本发明实施例提供的又一种掉电保护电路的结构示意图。参见图3，在一种实施方式中，可选地，第一晶体管q1为n型mos管，第二晶体管q2为p型mos管。示例性地，稳压二极管d2可以采用稳压芯片构成；稳压芯片的a引脚为稳压二极管d2的输入端、k引脚为稳压二极管d2的输出端、nc引脚悬空。
55.图4是本发明实施例提供的一种电源信号的波形示意图。下面结合图4，对掉电保护电路的作用方式进行具体说明。图4中横坐标代表时间t，纵坐标代表电源信号vcc的电压
值。参见图4，将电源信号vcc的正常值记为u0，例如为12v。自t0时刻起电源发生掉电，将t0时刻电源信号vcc的电压值记为u1；自t1时刻起，发生掉电反弹。其中，t1-t2时刻之间的波形可认为是掉电反弹脉冲，掉电反弹脉冲的脉冲宽度为t2-t1，峰值记为u21。
56.如图4所示的掉电反弹脉冲，脉冲峰值u21与电源信号vcc的正常值u0比较接近。自t1时刻起，延迟电路10开始发挥作用，对掉电反弹脉冲进行滤波延迟；经延迟电路10削弱后的掉电反弹脉冲如图4中虚线所示，削弱后的脉冲峰值减至u22。由于第二晶体管q2的导通要求为：延迟电路10的输出信号减去门槛电压的值大于第二晶体管q2的导通阈值vth，例如vth＝0.7v。因此，门槛电路30输出的门槛电压应大于u22-vth，以使延迟电路10可以先将掉电反弹脉冲的电压峰值滤除到门槛电压以下，保证t1-t2期间开关电路20保持关断；同时，门槛电路30输出的门槛电压应小于u0-vth，以保证电源信号vcc正常时开关电路20可以导通。进一步地，考虑到电源信号vcc的纹波，为了保证掉电保护电路的可靠性，门槛电压的上限值可以设置的尽量小，例如，当u0＝12v时，可以将门槛电压设置在(u22，10v)的范围内。
57.图5是本发明实施例提供的另一种电源信号的波形示意图。参见图5，与图4不同的是，该电源信号vcc中的掉电反弹脉冲的峰值u23更为远离电源信号vcc的正常值u0。那么，针对图5的情况，在掉电保护电路中可以弱化延迟电路10的作用，甚至不设置延迟电路10，仅依靠门槛电压的设置来拦截掉电反弹脉冲，从而加快掉电保护电路的响应速度。示例性地，当u0＝12v时，可以将门槛电压设置在(u23，10v)的范围内。
58.本发明实施例还提供了一种电源电路，包括本发明任意实施例所提供的掉电保护电路，具有相应的有益效果。图6是本发明实施例提供的一种电源电路的结构示意图。参见图6，电源电路包括：电源转换芯片ud1和掉电保护电路；电源转换芯片ud1的输入端in接入电源信号vcc，电源转换芯片ud1的使能端en与开关电路20的输出端电连接。示例性地，电源转换芯片ud1为同步降压式直流变换(buck)芯片，该电源电路为buck电源。
59.继续参见图6，可选地，电源转换芯片ud1还包括其外围电路。具体地，外围电路包括：第一电容cd1、第二电容cd2、第三电容cd3、第四电容cd4、第五电容cd5、第六电容cd6、第七电容cd7、第一电感ld1、第一分压电阻rd1和第二分压电阻rd2。第一电容cd1、第二电容cd2和第三电容cd3均连接在电源端和地之间，可作为输入滤波电容，电源信号vcc例如为12v。第四电容cd4连接在电源转换芯片ud1的自举端bs与输出端sw之间；第一电感ld1连接在电源转换芯片ud1的输出端sw和电源板的开关脚stb之间；电源转换芯片ud1的输出信号例如为5v。第五电容cd5、第六电容cd6和第七电容cd7均连接在开关脚stb和地之间，可作为输出滤波电容；其中，第七电容cd7可以是电解电容。第一分压电阻rd1和第二分压电阻rd2串联连接在开关脚stb和地之间，二者的连接点与电源转换芯片ud1的反馈端fb电连接。电源转换芯片ud1的接地端cnd直接接地。
60.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。