CN114696587B - 电源监控电路及开关电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电源监控电路及开关电源，电源监控电路包括：核心采样控制模块，用于根据电源电压的电平状态输出具有第一逻辑电平的第一控制信号；电荷泵，用于根据不同的复位指示信号的有效电平状态产生相应的基准电压；逻辑电平转换模块，用于根据基准电压转换第一控制信号的逻辑电平，以输出具有第二逻辑电平的第二控制信号；输出模块，包括至少一个开关管，栅极接收第二控制信号，开关管用于在导通时于漏极输出有效的复位指示信号，且开关管为耗尽型晶体管。该电路能够在电源电压为0V时即可正常工作，且占用面积小，稳定性和准确性高。

Description

电源监控电路及开关电源

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种电源监控电路及开关电源。

背景技术

对于电源监控芯片等电路，要求输出引脚能在尽量低的电源电压下也具有提供正确指示电压的能力，并提供具有足够低的输出阻抗。为防止电源故障，大部分电路系统中，应用电源监控芯片对系统电源电压进行监控，在电源电压低于系统工作电压时，电源监控芯片输出逻辑高电平或者逻辑低电平给核心电路，实现电路复位。这要求电源监控芯片能在极低的电源电压下给系统后级芯片提供正确的复位指示，这需要复位芯片在极低电压下即可工作。

电源监控芯片电路(下文中简称为电源监控电路)10的典型电路结构可参考图1，包括输出电路11和与该输出电路11连接的核心采样控制电路12，输出电路11包括串联于电源电压VCC输入端与参考地GND之间的晶体管M10和晶体管M11，晶体管M0和晶体管M1的栅极则均与核心采样控制电路12的输出端连接。以低电平为有效复位电平举例，针对前述问题，传统的解决方案通常为增加输出电路11中晶体管M10和晶体管M11的宽长比，降低输出电路11的导通阻抗，以及在输出端外接外置电阻R。针对该方案，增加外置电阻R会增加系统整体功耗。而增加输出电路11中晶体管M10和晶体管M11的宽长比不仅增大了芯片面积，并且该电路并没有彻底解决低电压工作的难题，它通常需要核心电路能在低电压工作。

因此，有必要提供改进的技术方案以克服现有技术中存在的以上技术问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电源监控电路及开关电源，该电源监控电路在电源电压为0V时即可正常工作，且占用面积小，稳定性和准确性高。

根据本公开第一方面，提供了一种电源监控电路，包括：核心采样控制模块，与电源电压输入端连接，用于根据所述电源电压的电平状态输出具有第一逻辑电平的第一控制信号；

电荷泵，用于根据不同的复位指示信号的有效电平状态产生相应的基准电压；

逻辑电平转换模块，分别与所述输出模块、所述核心采样控制模块和所述电荷泵连接，用于根据所述基准电压转换所述第一控制信号的逻辑电平，以输出具有第二逻辑电平的第二控制信号；

输出模块，用于根据所述第二控制信号提供复位指示信号，所述复位指示信号用于表征所述电源电压的电平状态，

其中，所述输出模块包括至少一个开关管，栅极接收所述第二控制信号，所述开关管用于在导通时于漏极输出有效的所述复位指示信号，且所述开关管为耗尽型晶体管。

可选地，所述输出模块为包括：第一开关管和第二开关管，

所述第一开关管和所述第二开关管依次串联于电源电压输入端和参考地之间，所述第一开关管的栅极接收所述第一控制信号或所述第二控制信号，所述第二开关管的栅极接收所述第二控制信号，

其中，所述第一开关管为增强型PMOS晶体管，所述第二开关管为耗尽型NMOS晶体管，所述输出模块于所述第二开关管的漏极处输出所述复位指示信号，且所述复位指示信号为低电平状态时有效。

可选地，所述输出模块为包括：第一电阻和第三开关管，

所述第一电阻和所述第三开关管依次串联于电源电压输入端和参考地之间，所述第三开关管的栅极接收所述第二控制信号，

其中，所述第三开关管为耗尽型NMOS晶体管，所述输出模块于所述第三开关管的漏极处输出所述复位指示信号，且所述复位指示信号为低电平状态时有效。

可选地，所述输出模块为包括：第四开关管和第五开关管，

所述第四开关管和所述第五开关管依次串联于电源电压输入端和参考地之间，所述第四开关管的栅极接收所述第一控制信号或所述第二控制信号，所述第五开关管的栅极接收所述第二控制信号，

其中，所述第四开关管为耗尽型PMOS晶体管，所述第五开关管为增强型NMOS晶体管，所述输出模块于所述第四开关管的漏极处输出所述复位指示信号，且所述复位指示信号为高电平状态时有效。

可选地，所述输出模块为包括：第六开关管和第二电阻，

所述第六开关管和所述第二电阻依次串联于电源电压输入端和参考地之间，所述第六开关管的栅极接收所述第二控制信号，

其中，所述第六开关管为耗尽型PMOS晶体管，所述输出模块于所述第六开关管的漏极处输出所述复位指示信号，且所述复位指示信号为高电平状态时有效。

可选地，所述电荷泵为产生具有负电压的基准电压。

可选地，所述电荷泵为产生具有大于所述电源电压的基准电压。

可选地，当所述第一逻辑电平为所述电源电压时，所述第二逻辑电平也为所述电源电压；

当所述第一逻辑电平为0时，所述第二逻辑电平为所述基准电压。

可选地，当所述第一逻辑电平为所述电源电压时，所述第二逻辑电平为0；

当所述第一逻辑电平为0时，所述第二逻辑电平为所述基准电压。

根据本公开第二方面，提供了一种开关电源，包括控制电路和功率电路，该控制电路包括控制模块和如上所述的电源监控电路。

本发明的有益效果是：本公开涉及一种电源监控电路及开关电源，在电源监控电路中采用耗尽型的晶体管来作为输出复位指示信号的输出级晶体管，由于耗尽型晶体管的导通特性，使得电源监控电路即使在电源电压很低时也能够正常导通，并正确输出有效的复位指示信号。同时，在电源监控电路中还设置有电荷泵和逻辑电平转换模块，利用逻辑电平转换模块基于电荷泵输出的基准电压转换输出至开关管的控制信号的逻辑电平，也使得在电源电压升高、核心电路正常工作后仍然可以正确的实现开关管的开启和关闭，有效的确保了输出的复位指示信号的准确性。

另一方面，电路在没有外接外置电阻的情况下即可实现正确的复位指示信号输出，进而占用面积很小。

应当说明的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1示出现有的一种电源监控电路的电路结构示意图；

图2示出根据本公开实施例提供的电源监控电路的结构框图；

图3示出根据本公开第一实施例提供的电源监控电路的电路结构示意图；

图4示出根据本公开第二实施例提供的电源监控电路的电路结构示意图；

图5示出根据本公开第三实施例提供的电源监控电路的电路结构示意图；

图6示出根据本公开第四实施例提供的电源监控电路的电路结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以通过不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反的，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

下面，参照附图对本发明进行详细说明。

参考图2，图2示出根据本公开实施例提供的电源监控电路的结构框图。

如图2所示，本公开中，电源监控芯片主要包括电源电压VCC输入端、输出端OUT和参考地GND。以及，该电源监控芯片的内部电路结构即电源监控电路20主要包括有核心采样控制模块21、电荷泵22、逻辑电平转换模块23以及输出模块24。

其中，核心采样控制模块21和输出模块24均分别与电源电压VCC输入端与参考地GND之间，逻辑电平转换模块23连接于核心采样控制模块21的输出端与输出模块24的控制端之间，电荷泵22则与逻辑电平转换模块23连接。

核心采样控制模块21用于根据电源电压VCC的电平状态输出具有第一逻辑电平的第一控制信号。电荷泵22用于根据不同的复位指示信号的有效电平状态产生相应的基准电压。逻辑电平转换模块23用于根据基准电压转换第一控制信号的逻辑电平，以输出具有第二逻辑电平的第二控制信号。输出模块24用于根据第二控制信号提供复位指示信号，该复位指示信号用于表征电源电压VCC的电平状态(例如，当复位指示信号有效时，表征电源电压VCC为小于阈值电压的状态，而复位指示信号无效时，表征电源电压VCC为大于阈值电压的状态)。可选的，有效的复位指示信号还可用于触发产生电源电压VCC的核心电路进行复位。

本公开中，输出模块24为包括至少一个开关管，该开关管的栅极接收第二控制信号，开关管用于在其导通时于开关管的漏极输出有效的复位指示信号。且进一步地，本公开中，该开关管为耗尽型晶体管。如此，基于耗尽型晶体管的导通特性，使得电源监控电路20即使在电源电压很低时也能够正常导通，并正确输出有效的复位指示信号。

与此同时，电荷泵22产生的基准电压具有可以使得开关管截止的逻辑电平，因而逻辑电平转换模块23基于电荷泵22输出的基准电压转换输出至开关管的控制信号的逻辑电平，能够使得在电源电压VCC升高、核心电路正常工作后仍然可以正确的实现开关管的开启和关闭，有效的确保了在电源电压VCC的变化过程中输出的复位指示信号的准确性。

下面结合具体的实施例对本公开中电源监控电路20的具体工作原理进行说明：

实施例一

该实施例中，复位指示信号为低电平状态时有效。

参考图3，输出模块24为包括：第一开关管MP0和第二开关管MN0。第一开关管MP0和第二开关管MN0依次串联于电源电压VCC输入端和参考地GND之间，第一开关管MP0的栅极接收第一控制信号或接收第二控制信号A，第二开关管MN0的栅极接收第二控制信号A。其中，第一开关管MP0为增强型PMOS晶体管，第二开关管MN0为耗尽型NMOS晶体管。且输出模块24为于第二开关管MN0的漏极处输出复位指示信号至输出端OUT。

进一步地，本实施例中，电荷泵22为产生具有负电压VSS的基准电压。

具体工作原理如下：

1)当电源电压VCC的电压值很低，且低于核心采样控制模块21的正常工作电压时，核心采样控制模块21、电荷泵22和逻辑转换模块23均不工作。此时，输出模块24的控制端所接收的第二控制信号A的逻辑电平几乎为0V。

由于耗尽型NMOS管可以在0V时导通，因此此时第一开关管MP0处于关断状态而第二开关管MN0处于导通状态，从而，输出模块24输出至输出端OUT的复位指示信号为低电平的有效状态。同时，导通状态下的第二开关管MN0可以提供极低的导通阻抗，进而使得在电源电压VCC为处于0V到核心采样控制模块21的工作最低电压之间的范围时，输出端OUT始终对地提供低阻电路，使得输出端OUT的电压为0V，从而正确输出了低电平的有效复位指示信号。

2)当电源电压VCC升高至核心采样控制模块21的工作电压后，核心采样控制模块21、电荷泵22和逻辑转换模块23均开始正常工作。进而电荷泵22提供一个对地的负电压VSS作为基准电压，且该电压低于耗尽型的第二开关管MNO的截止电平。

此时，若电源电压VCC小于阈值电压，则核心采样控制模块21输出的第一控制信号所具有的第一逻辑电平为电源电压VCC，且逻辑电平转换模块23输出的第二控制信号A所具有的第二逻辑电平也为电源电压VCC，进而该第二控制信号A可控制第一开关管MP0处于关断状态，控制第二开关管MN0处于导通状态，使得输出模块24输出至输出端OUT的复位指示信号为低电平的有效状态。

此时，若电源电压VCC大于阈值电压，则核心采样控制模块21输出的第一控制信号所具有的第一逻辑电平为电源电压0V，而逻辑电平转换模块23输出的第二控制信号A所具有的第二逻辑电平将转换至基准电压的负电压VSS，进而该第二控制信号A可控制第一开关管MP0处于导通状态，控制第二开关管MN0处于关断状态，使得输出模块24输出至输出端OUT的复位指示信号为高电平的无效状态。也即复位指示信号的复位功能解除。

基于上述描述可知，本实施例所公开的电源监控电路20在电源电压VCC电压为0V时即可工作，以为系统提供正确的复位指示信号。同时在电路20各模块工作后仍然可以提供正确的复位指示信号，进而控制实现开关电源核心电路的正确的开启和关闭。

实施例二

该实施例中，复位指示信号为高电平状态时有效。

参考图4，输出模块24为包括：第四开关管MP1和第五开关管MN1。第四开关管MP1和第五开关管MN1依次串联于电源电压VCC输入端和参考地GND之间，第四开关管MP1的栅极接收第一控制信号或接收第二控制信号A，第五开关管MN1的栅极接收第二控制信号A。其中，第四开关管MP1为耗尽型PMOS晶体管，第五开关管MN1为增强型NMOS晶体管。以及输出模块24为于第四开关管MP1的漏极处输出复位指示信号至输出端OUT。

进一步地，本实施例中，电荷泵22为产生具有大于电源电压VCC的基准电压。

具体工作原理如下：

1)当电源电压VCC的电压值很低，且低于核心采样控制模块21的正常工作电压时，核心采样控制模块21、电荷泵22和逻辑转换模块23均不工作。此时，输出模块24的控制端所接收的第二控制信号A的逻辑电平几乎为0V。

由于耗尽型PMOS管可以在0V时导通，因此此时第四开关管MP1处于导通状态而第五开关管MN1处于关断状态，从而，输出模块24输出至输出端OUT的复位指示信号为高电平的有效状态。同时，导通状态下的第四开关管MP1可以提供极低的导通阻抗，进而使得在电源电压VCC为处于0V到核心采样控制模块21的工作最低电压之间的范围时，输出端OUT始终对电源电压输入端提供低阻电路，使得输出端OUT的电压为高电平，从而正确输出了高电平的有效复位指示信号。

2)当电源电压VCC升高至核心采样控制模块21的工作电压后，核心采样控制模块21、电荷泵22和逻辑转换模块23均开始正常工作。进而电荷泵22提供一个大于电源电压VCC的电压作为基准电压，且该电压低于耗尽型的第四开关管MP1的截止电平。

此时，若电源电压VCC小于阈值电压，则核心采样控制模块21输出的第一控制信号所具有的第一逻辑电平为电源电压VCC，而逻辑电平转换模块23输出的第二控制信号A所具有的第二逻辑电平为0V，进而该第二控制信号A可控制第四开关管MP1处于导通状态，控制第五开关管MN1处于关断状态，使得输出模块24输出至输出端OUT的复位指示信号为高电平的有效状态。

此时，若电源电压VCC大于阈值电压，则核心采样控制模块21输出的第一控制信号所具有的第一逻辑电平为电源电压0V，而逻辑电平转换模块23输出的第二控制信号A所具有的第二逻辑电平将转换至基准电压的大于电源电压VCC的电压值，进而该第二控制信号A可控制第四开关管MP1处于关断状态，控制第五开关管MN1处于导通状态，使得输出模块24输出至输出端OUT的复位指示信号为低电平的无效状态。也即复位指示信号的复位功能解除。

基于上述描述可知，本公开实施例针对复位指示信号的不同的有效状态，仅需适当改变输出模块24中的开关管类型和相应的电荷泵22以及逻辑电平转换模块23的输出电平，即可实现电源监控电路20在电源电压VCC电压为0V时，或者在电路20各模块工作后的对复位指示信号的正确输出。

进一步的，上述实施例一和实施例二中的原理描述部分，均为以增强型晶体管的栅极接收第二控制信号A为例进行的说明，但可以理解的是，当增强型晶体管的栅极为接收第一控制信号时，上述描述也同样适用，因此此处不再做过多说明。

实施例三

该实施例中，复位指示信号为低电平状态时有效。

参考图5，输出模块24为包括：第一电阻R1和第三开关管MN2。第一电阻R1和第三开关管MN2依次串联于电源电压VCC输入端和参考地GND之间，第三开关管MN2的栅极接收第二控制信号A。其中，第三开关管MN2为耗尽型NMOS晶体管。以及输出模块24于第三开关管MN2的漏极处输出复位指示信号。

进一步地，本实施例中，电荷泵22为产生具有负电压VSS的基准电压。

本实施例中的电源监控电路20相较于实施例一中的电源监控电路20，仅是将输出模块24中的PMOS晶体管换成了电阻，其具体工作原理与实施例一中所描述的基本相同，因此此处不再赘述，具体可参考实施例一进行理解。

实施例四

该实施例中，复位指示信号为高电平状态时有效。

参考图6，输出模块24为包括：第六开关管MP2和第二电阻R2。第六开关管MP2和第二电阻R2依次串联于电源电压VSS输入端和参考地GND之间，且第六开关管MP2的栅极接收第二控制信号A。其中，第六开关管MP2为耗尽型PMOS晶体管。以及输出模块24为于第六开关管MP2的漏极处输出复位指示信号。

进一步地，本实施例中，电荷泵22为产生具有大于电源电压VCC的基准电压。

本实施例中的电源监控电路20相较于实施例二中的电源监控电路20，仅是将输出模块24中的NMOS晶体管换成了电阻，其具体工作原理与实施例二中所描述的基本相同，因此此处不再赘述，具体可参考实施例二进行理解。

相比于本公开实施例一或实施例二中输出模块24的推挽输出方式，本公开的实施例三和实施例四中输出模块24为采用源极开路式的输出结构，但也可对应实现相同的功能。因此，可以为用户提供更多的选择。

本公开还涉及一种开关电源，该开关电源包括有控制电路和功率电路。其中，该开关电源中的控制电路进一步的包括控制模块和如图2至图6中所描述的电源监控电路20。

综上，本公开所涉及的电源监控电路及开关电源，在电源监控电路中采用耗尽型的晶体管来作为输出复位指示信号的输出级晶体管，由于耗尽型晶体管的导通特性，使得电源监控电路即使在电源电压很低时也能够正常导通，并正确输出有效的复位指示信号。同时，在电源监控电路中还设置有电荷泵和逻辑电平转换模块，利用逻辑电平转换模块基于电荷泵输出的基准电压转换输出至开关管的控制信号的逻辑电平，也使得在电源电压升高、核心电路正常工作后仍然可以正确的实现开关管的开启和关闭，有效的确保了输出的复位指示信号的准确性。

以及，电路在没有外接外置电阻的情况下即可实现正确的复位指示信号输出，进而占用面积很小。

应当说明的是，在本文中，所含术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种电源监控电路，其中，包括：

核心采样控制模块，与电源电压输入端连接，用于根据所述电源电压的电平状态输出具有第一逻辑电平的第一控制信号；

电荷泵，用于根据不同的复位指示信号的有效电平状态产生相应的基准电压；

逻辑电平转换模块，分别与输出模块、所述核心采样控制模块和所述电荷泵连接，用于根据所述基准电压转换所述第一控制信号的逻辑电平，以输出具有第二逻辑电平的第二控制信号；

输出模块，用于根据所述第二控制信号提供复位指示信号，所述复位指示信号用于表征所述电源电压的电平状态，

其中，所述输出模块包括至少一个开关管，栅极接收所述第二控制信号，所述开关管用于在导通时于漏极输出有效的所述复位指示信号，且所述开关管为耗尽型晶体管；

在所述电源电压小于阈值电压且大于所述核心采样控制模块的工作电压期间，所述第二逻辑电平在所述复位指示信号为低电平状态有效时为所述电源电压，所述第二逻辑电平在所述复位指示信号为高电平状态有效时为0；

在所述电源电压大于所述阈值电压期间，所述第二逻辑电平为所述基准电压，所述基准电压具有使所述开关管截止的逻辑电平。

2.根据权利要求1所述的电源监控电路，其中，所述输出模块为包括：第一开关管和第二开关管，

所述第一开关管和所述第二开关管依次串联于电源电压输入端和参考地之间，所述第一开关管的栅极接收所述第一控制信号或所述第二控制信号，所述第二开关管的栅极接收所述第二控制信号，

其中，所述第一开关管为增强型PMOS晶体管，所述第二开关管为耗尽型NMOS晶体管，所述输出模块于所述第二开关管的漏极处输出所述复位指示信号，且所述复位指示信号为低电平状态时有效。

3.根据权利要求1所述的电源监控电路，其中，所述输出模块为包括：第一电阻和第三开关管，

所述第一电阻和所述第三开关管依次串联于电源电压输入端和参考地之间，所述第三开关管的栅极接收所述第二控制信号，

其中，所述第三开关管为耗尽型NMOS晶体管，所述输出模块于所述第三开关管的漏极处输出所述复位指示信号，且所述复位指示信号为低电平状态时有效。

4.根据权利要求1所述的电源监控电路，其中，所述输出模块为包括：第四开关管和第五开关管，

所述第四开关管和所述第五开关管依次串联于电源电压输入端和参考地之间，所述第四开关管的栅极接收所述第一控制信号或所述第二控制信号，所述第五开关管的栅极接收所述第二控制信号，

其中，所述第四开关管为耗尽型PMOS晶体管，所述第五开关管为增强型NMOS晶体管，所述输出模块于所述第四开关管的漏极处输出所述复位指示信号，且所述复位指示信号为高电平状态时有效。

5.根据权利要求1所述的电源监控电路，其中，所述输出模块为包括：第六开关管和第二电阻，

所述第六开关管和所述第二电阻依次串联于电源电压输入端和参考地之间，所述第六开关管的栅极接收所述第二控制信号，

其中，所述第六开关管为耗尽型PMOS晶体管，所述输出模块于所述第六开关管的漏极处输出所述复位指示信号，且所述复位指示信号为高电平状态时有效。

6.根据权利要求2和3中任一项所述的电源监控电路，其中，所述电荷泵为产生具有负电压的基准电压。

7.根据权利要求4和5中任一项所述的电源监控电路，其中，所述电荷泵为产生具有大于所述电源电压的基准电压。

8.根据权利要求6所述的电源监控电路，其中，当所述第一逻辑电平为所述电源电压时，所述第二逻辑电平也为所述电源电压；

当所述第一逻辑电平为0时，所述第二逻辑电平为所述基准电压。

9.根据权利要求7所述的电源监控电路，其中，当所述第一逻辑电平为所述电源电压时，所述第二逻辑电平为0；

当所述第一逻辑电平为0时，所述第二逻辑电平为所述基准电压。

10.一种开关电源，包括控制电路和功率电路，其中，所述控制电路包括控制模块和如权利要求1-9中任一项所述的电源监控电路。