电源电压选择电路的制作方法

1.本技术涉及电子电路技术领域，特别是涉及一种电源电压选择电路。


背景技术：

2.boost电路是六种基本斩波电路之一，是一种开关直流升压电路，它可以使输出电压比输入电压高，主要应用于直流电动机传动、单相功率因数校正(pfc，power factor correction)电路及其他交直流电源中。
3.然而，在boost电路中最大电源电压选择电路中，若vout发生短路时开关管切换不及时，则容易出现vin到vout的直通电流，在直通电流的作用下容易损坏电路，影响芯片正常工作。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提出一种电源电压选择电路，通过改进电路结构，添加vout短路检测电路，可以在vout短路时，跳过比较器和电平转换电路，将vout选通端关闭，快速阻断vin到vout的短路电流，降低对内部电路的冲击，从而避免影响芯片的正常工作。
5.为达到上述目的，本技术提供了以下技术方案：
6.一种电源电压选择电路，包括：分压电路、比较器、电平转换电路、电源选择开关电路以及vout短路检测电路，其中：
7.所述分压电路的第一端与vout端相连，所述分压电路的第二端与vin端相连，所述分压电路的第三端与所述比较器的正相输入端相连，所述分压电路的第四端与所述比较器的负相输入端相连；
8.所述比较器的输出端与所述电平转换电路的第一端相连，所述电平转换电路的第二端与所述电源选择开关电路的第一端相连，所述电平转换电路的第三端分别与所述电源选择开关电路的第二端和所述vout短路检测电路的第一端相连；所述电源选择开关电路的第四端与所述vout短路检测电路的第二端相连，其公共端与所述vout端相连，所述电源选择开关电路的第五端与所述vout短路检测电路的第三端相连，其公共端与所述vin端相连；
9.所述电平转换电路的第四端、所述电源选择开关电路的第三端和所述vout短路检测电路的第四端分别与vmax端相连；
10.当所述vout端发生短路时，所述vout短路检测电路由于所述vout端和所述vin端的压差产生正的的vdg电压导通，将所述电平转换电路的sel_voutb拉到所述vin端的电位，控制电源选择开关电路中的vout选通端关闭，快速阻断所述vin端到所述vout端的短路电流。
11.进一步的，所述vout短路检测电路包括高压开关管mps，所述高压开关管mps的源极作为所述vout短路检测电路的第一端与所述电平转换电路的第三端相连，所述高压开关管mps的栅极作为所述vout短路检测电路的第二端与所述vout端相连，所述高压开关管mps的漏极作为所述vout短路检测电路的第三端与所述vin端相连，所述高压开关管mps的衬底
与所述vmax端相连。
12.进一步的，所述高压开关管mps为pmos管。
13.进一步的，所述分压电路包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的一端作为所述分压电路的第一端与所述vout端相连，所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的一端相连，其公共端作为所述分压电路的第三端与所述比较器的正相输入端相连，所述第二电阻的另一端与所述vin端相连，其公共端作为所述分压电路的第四端与所述比较器的负相输入端相连。
14.进一步的，所述电平转换电路为levelshift电路。
15.进一步的，所述levelshift电路包括：反相器、电压源、开关管mp1-mp4、开关管mn1-mn2，其中：
16.所述反相器的输入端与所述开关管mn2的栅极相连，作为所述levelshift电路的第一端与所述比较器的输出端相连，所述反相器的输出端与所述开关管mn1的栅极相连，所述开关管mn1的漏极与所述开关管mn2的漏极相连，其公共端接地；
17.所述开关管mn1的源极与所述开关管mp3的漏极相连，所述开关管mn2的源极与所述开关管mp4的漏极相连，所述开关管mp3的栅极与所述开关管mp4的栅极与所述电压源的一端相连，所述开关管mp3的源极分别与所述开关mp1的漏极和所述开关管mp2的栅极相连，其公共端作为所述levelshift电路第二端与所述电源选择开关电路的第一端相连；
18.所述电压源的另一端分别与所述开关管mp1的源极和所述开关管mp2的源极相连，其公共端作为所述levelshift电路第四端与所述vmax端相连，所述开关管mp1的栅极和所述开关管mp2的漏极相连，其公共端作为所述levelshift电路第三端与所述电源选择开关电路的第二端相连。
19.进一步的，所述开关管mp1-mp4为低压pmos管。
20.进一步的，所述开关管mn1-mn2为高压nmos管。
21.进一步的，所述电源选择开关电路包括：开关管mp5-mp6，其中：
22.所述开关管mp5的栅极作为所述电源选择开关电路的第二端，与所述电平转换电路的第三端相连，所述开关管mp6的栅极作为所述电源选择开关电路的第一端，与所述电平转换电路的第二端相连；所述开关管mp5的源极与所述开关管mp6的源级相连，其公共端作为所述电源选择开关电路的第三端，与所述vmax端相连；
23.所述开关管mp5的漏极作为所述电源选择开关电路的第五端，与所述vout短路检测电路的第三端相连，所述开关管mp6的漏极作为所述电源选择开关电路的第四端，与所述vout短路检测电路的第二端相连。
24.进一步的，所述开关管mp5为高压pmos管，所述开关管mp6为低压pmos管。
25.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本技术公开了一种电源电压选择电路，包括：分压电路、比较器、电平转换电路、电源选择开关电路以及vout短路检测电路，当所述vout端发生短路时，所述vout短路检测电路由于所述vout端和所述vin端的压差产生正的的vdg电压导通，将所述电平转换电路的sel_voutb拉到所述vin端的电位，控制所述电源选择开关电路中的vout选通端关闭，快速阻断所述vin端到所述vout端的短路电流。本技术通过改进电路结构，添加快速切换电路，可以在vout短路时，跳过比较器和电平转换电路，将电源选择开关电路中的vout选通端关闭，快速阻断vin到vout的短路电流，降低对内
部电路的冲击，从而避免影响芯片的正常工作。
附图说明
26.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
27.图1为现有技术中提供的一种电源电压选择电路结构示意图；
28.图2为本技术实施例提供的一种电源电压选择电路结构框图；
29.图3为本技术实施例提供的一种电源电压选择电路结构示意图；以及
30.图4为现有技术方案与本技术实施例提供的技术方案中开关管mp6流出的电流的对比示意图。
具体实施方式
31.申请人在研究中发现，如图1所示，现有技术的最大电源电压选择电路中，comp(比较器)为内部低压管构成的低压电路，开关管mp1/mp2/mp6为低压管，开关管mp3/mp4/mp5/mn1/mn2为高压管，vb为保护开关管mp1/mp2的偏置电压，一般为几伏，正常工作时vin电压较低，vout为高压，通过vin和vout之间的分压电阻串采样电压送入比较器进行比较，输出信号通过电平转换电路转到高电压域送至选择开关管mp5和开关管mp6的栅端，将vmax信号连接到vin和vout中较高的一个，正常工作时vmax接到vout，开关管mp6打开，开关管mp5关闭，若此时vout短路到0v，需要经过分压电阻串的rc延迟，比较器延迟，高压电平转换电路延迟之后，开关信号sel_vinb和sel_voutb才能翻转，以使开关管mp5打开，开关管mp6关闭，但是，在此期间vin通过开关管mp5的体二极管与vout形成低阻通路，通过开关管mp5的体二极管产生持续直流电流，vin电压越高电流越大，在直通电流的作用下容易损坏电路，从而影响芯片正常工作。
32.本技术提供一种电源电压选择电路，其目的在于：通过改进电路结构，添加vout短路检测电路，可以在vout短路时，跳过比较器和电平转换电路，将开关管mp6关闭，快速阻断vin到vout的短路电流，降低对内部电路的冲击，从而避免影响芯片的正常工作。
33.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
34.请参见附图2所示，为本技术实施例提供的一种电源电压选择电路结构框图。如图2所示，本技术实施例提供一种电源电压选择电路，该电路包括：分压电路21、比较器22、电平转换电路23、电源选择开关电路24以及vout短路检测电路25，其中：
35.所述分压电路21的第一端与vout端相连，所述分压电路21的第二端与vin端相连，所述分压电路21的第三端与所述比较器的正相输入端相连，所述分压电路21的第四端与所述比较器的负相输入端相连；
36.所述比较器22的输出端与所述电平转换电路23的第一端相连，所述电平转换电路
23的第二端与所述电源选择开关电路24的第一端相连，所述电平转换电路23的第三端分别与所述电源选择开关电路24的第二端和所述vout短路检测电路25的第一端相连；所述电源选择开关电路24的第四端与所述vout短路检测电路25的第二端相连，其公共端与所述vout端相连，所述电源选择开关电路24的第五端与所述vout短路检测电路25的第三端相连，其公共端与所述vin端相连；
37.所述电平转换电路23的第四端、所述电源选择开关电路24的第三端和所述vout短路检测电路24的第四端分别与vmax端相连；
38.当所述vout端发生短路时，所述vout短路检测电路25由于所述vout端和所述vin端的压差产生正的的vdg电压导通，将所述电平转换电路23的sel_voutb拉到所述vin端的电位，控制电源选择开关电路中的vout选通端关闭，快速阻断所述vin端到所述vout端的短路电流。
39.本技术实施例通过改进电路结构，添加vout短路检测电路，可以在vout短路时，跳过比较器和电平转换电路，将电源选择开关电路关闭，快速阻断vin到vout的短路电流，降低对内部电路的冲击，从而避免影响芯片的正常工作。
40.进一步的，如图3所示，上述所述vout短路检测电路25包括高压开关管mps，所述高压开关管mps的源极作为所述vout短路检测电路25的第一端与所述电平转换电路23的第三端相连，所述高压开关管mps的栅极作为所述vout短路检测电路25的第二端与所述vout端相连，所述高压开关管mps的漏极作为所述vout短路检测电路25的第三端与所述vin端相连，所述高压开关管mps的衬底与所述vmax端相连。
41.需要说明的是，所述高压开关管mps为pmos管。
42.进一步的，如图3所示，上述所述分压电路21包括第一电阻r1和第二电阻r2，所述第一电阻r1的一端作为所述分压电路21的第一端与所述vout端相连，所述第一电阻r1的另一端与所述第二电阻r2的一端相连，其公共端作为所述分压电路21的第三端与所述比较器22的正相输入端相连，所述第二电阻r2的另一端与所述vin端相连，其公共端作为所述分压电路21的第四端与所述比较器22的负相输入端相连。
43.需要说明的是，所述电平转换电路23为levelshift电路。
44.进一步的，如图3所示，上述所述levelshift电路包括：反相器g、电压源vb、开关管mp1-mp4、开关管mn1-mn2，其中：
45.所述反相器g的输入端与所述开关管mn2的栅极相连，作为所述levelshift电路的第一端与所述比较器22的输出端相连，所述反相器g的输出端与所述开关管mn1的栅极相连，所述开关管mn1的漏极与所述开关管mn2的漏极相连，其公共端接地；
46.所述开关管mn1的源极与所述开关管mp3的漏极相连，所述开关管mn2的源极与所述开关管mp4的漏极相连，所述开关管mp3的栅极与所述开关管mp4的栅极与所述电压源vb的一端相连，所述开关管mp3的源极分别与所述开关mp1的漏极和所述开关管mp2的栅极相连，其公共端作为所述levelshift电路第二端与所述电源选择开关电路24的第一端相连；
47.所述电压源vb的另一端分别与所述开关管mp1的源极和所述开关管mp2的源极相连，其公共端作为所述levelshift电路第四端与所述vmax端相连，所述开关管mp1的栅极和所述开关管mp2的漏极相连，其公共端作为所述levelshift电路第三端与所述电源选择开关电路24的第二端相连。
48.需要说明的是，上述所述开关管mp1-mp4为低压pmos管。
49.需要说明的是，上述所述开关管mn1-mn2为高压nmos管。
50.进一步的，如图3所示，上述所述电源选择开关电路24包括：开关管mp5-mp6，其中：
51.所述开关管mp5的栅极作为所述电源选择开关电路24的第二端，与所述电平转换电路23的第三端相连，所述开关管mp6的栅极作为所述电源选择开关电路24的第一端，与所述电平转换电路23的第二端相连；所述开关管mp5的源极与所述开关管mp6的源级相连，其公共端作为所述电源选择开关电路24的第三端，与所述vmax端相连；
52.所述开关管mp5的漏极作为所述电源选择开关电路24的第五端，与所述vout短路检测电路25的第三端相连，所述开关管mp6的漏极作为所述电源选择开关电路24的第四端，与所述vout短路检测电路25的第二端相连。
53.需要说明的是，上述所述开关管mp5为高压pmos管，所述开关管mp6为低压pmos管。
54.需要说明的是，本技术实施例中，上述高压管mn1-mn3为金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管，mosfet，是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管。mosfet依照其“通道”(工作载流子)的极性不同，可分为“n型”与“p型”的两种类型，通常又称为nmosfet与pmosfet，其他简称尚包括nmos、pmos等。mos管的源极(source)和漏极(drain)是可以对调的，他们都是在p型backgate中形成的n型区。在多数情况下，这个两个区是一样的，即使两端对调也不会影响器件的性能。其工作原理：利用vgs来控制“感应电荷”的多少，以改变由这些“感应电荷”形成的导电沟道的状况，然后达到控制漏极电流的目的。在制造管子时，通过工艺使绝缘层中出现大量正离子，故在交界面的另一侧能感应出较多的负电荷，这些负电荷把高渗杂质的n区接通，形成了导电沟道，即使在vgs＝0时也有较大的漏极电流id。当栅极电压改变时，沟道内被感应的电荷量也改变，导电沟道的宽窄也随之而变，因而漏极电流id随着栅极电压的变化而变化。
55.无论n型或者p型mos管，其工作原理本质是一样的。mos管是由加在输入端栅极的电压来控制输出端漏极的电流。mos管是压控器件它通过加在栅极上的电压控制器件的特性，不会发生像三极管做开关时的因基极电流引起的电荷存储效应，因此在开关应用中，mos管的开关速度应该比三极管快。mos管的内部结构如下图所示；其导通时只有一种极性的载流子(多子)参与导电，是单极型晶体管。导电机理与小功率mos管相同，但结构上有较大区别，小功率mos管是横向导电器件，功率mosfet大都采用垂直导电结构，又称为vmosfet，大大提高了mosfet器件的耐压和耐电流能力。
56.其主要特点是在金属栅极与沟道之间有一层二氧化硅绝缘层，因此具有很高的输入电阻，该管导通时在两个高浓度n扩散区间形成n型导电沟道。n沟道增强型mos管必须在栅极上施加正向偏压，且只有栅源电压大于阈值电压时才有导电沟道产生的n沟道mos管。n沟道耗尽型mos管是指在不加栅压(栅源电压为零)时，就有导电沟道产生的n沟道mos管。
57.需要说明的是，mos管的作用：1、可应用于放大电路。由于mos管放大器的输入阻抗很高，因此耦合电容可以容量较小，不必使用电解电容器。2、很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换。常用于多级放大器的输入级作阻抗变换。3、可以用作可变电阻。4、可以方便地用作恒流源。5、可以用作电子开关。
58.mos管为压控元件，你只要加到它的压控元件所需电压就能使它导通，它的导通就像三极管在饱和状态一样，导通结的压降最小。这就是常说的精典是开关作用，去掉这个控
制电压经就截止。
59.本技术实施例中，如图3所示，在正常工作时，vin为低压，vout为高压，开关管mp5关闭，开关管mp6打开，sel_voutb和vin都低于vout，此时开关管mps关闭，且开关管mps的栅极、源极以及漏极端互相之间压差都在安全工作范围内(soa)，高压承载在d对栅极、源极以及漏极之间，mps可以很好的工作在高压管的器件特性范围内。在vout发生短路的瞬间，开关管mps的栅极端为0v，vmax，sel_vinb，sel_voutb均快速下降且保持之前的开关管mp5关闭，开关管mp6打开状态不变，在前序比较器22和电源选择开关电路24正确翻转信号前，通过开关管mp5的体二极管会产生vin到vout的直通电流，若电流很大容易烧毁电路，若电流持续时间很长则容易触发latchup。而此时开关管mps在vout短路瞬间由于vin和vout的压差产生正的vdg电压导通，将sel_voutb拉到vin电位，此时vin电压高于vmax电压，将开关管mp6关闭，快速阻断vin端到vout端的短路电流。
60.如图4所示，图中pre代表现有技术方案，new代表本技术技术方案，vsg_mp6是开关管mp6的源栅压差，i_mp6是开关管mp6流出的电流，从图4中可以看出：现有技术方案在vout短路后，开关管mp6持续导通，容易损坏芯片电路；而本技术技术方案可以快速阻断vin端到vout端的短路电流，将开关管mp6迅速关闭，从而避免损坏芯片电路。
61.本技术实施例公开一种电源电压选择电路，包括：分压电路、比较器、电平转换电路、电源选择开关电路以及vout短路检测电路，所述分压电路的第一端与vout端相连，所述分压电路的第二端与vin端相连，所述分压电路的第三端与所述比较器的正相输入端相连，所述分压电路的第四端与所述比较器的负相输入端相连；所述比较器的输出端与所述电平转换电路的第一端相连，所述电平转换电路的第二端与所述电源选择开关电路的第一端相连，所述电平转换电路的第三端分别与所述电源选择开关电路的第二端和所述vout短路检测电路的第一端相连；所述电源选择开关电路的第四端与所述vout短路检测电路的第二端相连，其公共端与所述vout端相连，所述电源选择开关电路的第五端与所述vout短路检测电路的第三端相连，其公共端与所述vin端相连；所述电平转换电路的第四端、所述电源选择开关电路的第三端和所述vout短路检测电路的第四端分别与vmax端相连；当所述vout端发生短路时，所述vout短路检测电路由于所述vout端和所述vin端的压差产生正的的vdg电压导通，将所述电平转换电路的sel_voutb拉到所述vin端的电位，控制所述电源选择开关电路中的vout选通端关闭，快速阻断所述vin端到所述vout端的短路电流。
62.本技术实施例通过改进电路结构，添加vout短路检测电路，可以在vout短路时，跳过比较器和电平转换电路，将电源选择开关电路中的vout选通端关闭，快速阻断vin端到vout端的短路电流，降低对内部电路的冲击，从而避免影响芯片的正常工作。
63.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
64.需要说明的是，对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现
或使用本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。