一种防止负载过大导致电压跌落的开关控制电路和方法

文档序号:490302 发布日期:2022-01-04 浏览:4次 >En<

阅读说明:本技术 一种防止负载过大导致电压跌落的开关控制电路和方法 (Switch control circuit and method for preventing voltage drop caused by overlarge load ) 是由 叶青海 庄惠明 于 2021-09-01 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种防止负载过大导致电压跌落的开关控制电路和方法,包括开关电路和控制电路;开关电路包括PMOS管和第一电容,PMOS管的源极与供电输入端电连接,PMOS管的漏极同时与第一电容的一端和供电输出端电连接,控制电路包括开关三极管,开关三极管的基极与信号控制端电连接,开关三极管的集电极与PMOS管的栅极电连接,开关三极管的射极和第一电容的另一端均接地;信号控制端的开关控制信号为PWM信号,PWM信号的占空比随负载瞬间电流的增大而增大且频率随负载瞬间电流的增大而减小。本发明根据负载设备的负载瞬间电流来灵活控制PWM信号的频率和占空比,无需增加硬件且无需根据负载需求更换第一电容,从而能兼容不同的负载设备且降低硬件成本。(The invention discloses a switch control circuit and a method for preventing voltage drop caused by overlarge load, comprising a switch circuit and a control circuit; the control circuit comprises a switch triode, the base electrode of the switch triode is electrically connected with the signal control end, the collector electrode of the switch triode is electrically connected with the grid electrode of the PMOS tube, and the emitter electrode of the switch triode and the other end of the first capacitor are both grounded; the switch control signal of the signal control end is a PWM signal, the duty ratio of the PWM signal is increased along with the increase of the load instantaneous current, and the frequency is reduced along with the increase of the load instantaneous current. According to the invention, the frequency and the duty ratio of the PWM signal are flexibly controlled according to the load instantaneous current of the load equipment, hardware does not need to be added, and the first capacitor does not need to be replaced according to the load requirement, so that different load equipment can be compatible, and the hardware cost is reduced.)

一种防止负载过大导致电压跌落的开关控制电路和方法

技术领域

本发明涉及电路控制技术领域,特别涉及一种防止负载过大导致电压跌落的开关控制电路和方法。

背景技术

电子产品应用中,为了控制各个模块的上下电顺序,经常会使用电子开关控制电路来控制电源上下电,而开关在导通的瞬间,往往比较大负载瞬间电流会很大,导致输入电压被瞬间拉低,这种情况很容易引起模块或者整机运行故障,严重时还会损坏系统的供电器件。为了解决这个问题,通常的做法是在开关的控制端增加电阻和电容,利用阻容器件来延迟开关速度,减小负载瞬间电流,从而避免拉低输入电压。而此方法增加了成本,也不灵活,设计上无法兼容。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是:提供一种防止负载过大导致电压跌落的开关控制电路和方法,以兼容不同的负载设备且降低硬件成本。

为了解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:

一种防止负载过大导致电压跌落的开关控制电路,包括开关电路和控制电路;

所述开关电路包括PMOS管和第一电容,所述PMOS管的源极与供电输入端电连接,所述PMOS管的漏极同时与第一电容的一端和供电输出端电连接,所述第一电容的另一端接地;

所述控制电路包括开关三极管,所述开关三极管的基极与信号控制端电连接,所述开关三极管的集电极与所述PMOS管的栅极电连接,所述开关三极管的射极接地;

所述信号控制端的开关控制信号为PWM信号,所述PWM信号的占空比随负载瞬间电流的增大而增大且频率随负载瞬间电流的增大而减小。

为了解决上述技术问题,本发明采用的另一种技术方案为:

一种防止负载过大导致电压跌落的开关控制方法,应用上述的一种防止负载过大导致电压跌落的开关控制电路,其包括以下步骤:

接收供电输入端的输入电压以及信号控制端的PWM信号;

当所述PWM信号为高电平时,所述开关三极管导通,使得所述PMOS管导通,所述输入电压输出至供电输出端所连接的负载设备,反之,当所述PWM信号为低电平时,所述开关三极管截止,使得所述PMOS管截止,所述输入电压停止输出,如此循环,直至所述负载设备的负载瞬间电流到达工作电流时,所述信号控制端保持高电平信号。

本发明的有益效果在于:一种防止负载过大导致电压跌落的开关控制电路和方法,通过PWM信号的高低变化来控制开关三极管的导通和截止,从而控制PMOS管的导通和截止,以抑制负载设备的负载瞬间电流,从而避免拉低输入电压,由此,可以根据负载设备的负载瞬间电流来灵活控制PWM信号的频率和占空比,无需增加硬件且无需根据负载需求更换第一电容,从而能兼容不同的负载设备且降低硬件成本。

附图说明

图1为本发明实施例的一种防止负载过大导致电压跌落的开关控制电路的电路示意图;

图2为现有控制方法的波形图;

图3为本发明实施例的波形图;

图4为本发明实施例的一种防止负载过大导致电压跌落的开关控制方法的流程示意图。

标号说明:

C1、第一电容;C2、第二电容;C3、第三电容;

GPIO、信号控制端;

Q1、PMOS管;s、源极;d、漏极;g、栅极;

Q2、开关三极管;b、基极;c、集电极;e、射极;

R1、第一电阻;R2、第二电阻;R3、第三电阻;

Vin、供电输入端;Vout、供电输出端;

Iout、负载瞬间电流。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果,以下结合实施方式并配合附图予以说明。

请参照图1至图3,一种防止负载过大导致电压跌落的开关控制电路,包括开关电路和控制电路;

所述开关电路包括PMOS管和第一电容,所述PMOS管的源极与供电输入端电连接,所述PMOS管的漏极同时与第一电容的一端和供电输出端电连接,所述第一电容的另一端接地;

所述控制电路包括开关三极管,所述开关三极管的基极与信号控制端电连接,所述开关三极管的集电极与所述PMOS管的栅极电连接,所述开关三极管的射极接地;

所述信号控制端的开关控制信号为PWM信号,所述PWM信号的占空比随负载瞬间电流的增大而增大且频率随负载瞬间电流的增大而减小。

从上述描述可知,本发明的有益效果在于:通过PWM信号的高低变化来控制开关三极管的导通和截止,从而控制PMOS管的导通和截止,以抑制负载设备的负载瞬间电流,从而避免拉低输入电压,由此,可以根据负载设备的负载瞬间电流来灵活控制PWM信号的频率和占空比,无需增加硬件且无需根据负载需求更换第一电容,从而能兼容不同的负载设备且降低硬件成本。

进一步地,所述开关电路还包括第二电容,所述第二电容的一端与所述供电输入端电连接且另一端接地。

进一步地,所述第二电容的电容值在5μF至20μF之间。

从上述描述可知,通过第二电容对输入电压进行滤波,以得到较为平滑的电压。

进一步地,所述开关电路还包括第一电阻和第二电阻;

所述第一电阻的两端分别与所述开关三极管的集电极与所述PMOS管的栅极电连接;

所述第二电阻的一端和所述供电输入端电连接且另一端与所述PMOS管的栅极电连接,所述第一电阻的阻值小于所述第二电阻。

进一步地,所述第一电阻的阻值在50kΩ至200kΩ之间,所述第二电阻的阻值在500kΩ至2MΩ之间。

从上述描述可知,通过第一电阻和第二电阻的分压之后给PMOS管提供偏置电压,以保证PMOS管的导通。

进一步地,所述开关电路还包括第三电容,所述第三电容的一端与所述供电输入端电连接且另一端与所述PMOS管的栅极电连接。

进一步地,所述第三电容的电容值在50nF至200nF之间。

从上述描述可知,通过在供电输入端和PMOS管的栅极之间接入一个小电容,以使得PMOS管能够更稳定的导通。

进一步地,所述控制电路还包括第三电阻,所述第三电阻的一端与所述开关三极管的基极电连接且另一端与信号控制端电连接。

进一步地,所述第三电阻的阻值在10kΩ至100kΩ之间。

从上述描述可知,通过在开关三极管的基极连接一个电阻,以对开关三极管的基极在导通时进行限流,保证电路的稳定性。

请参照图4,一种防止负载过大导致电压跌落的开关控制方法,应用上述的一种防止负载过大导致电压跌落的开关控制电路,其包括以下步骤:

接收供电输入端的输入电压以及信号控制端的PWM信号;

当所述PWM信号为高电平时,所述开关三极管导通,使得所述PMOS管导通,所述输入电压输出至供电输出端所连接的负载设备,反之,当所述PWM信号为低电平时,所述开关三极管截止,使得所述PMOS管截止,所述输入电压停止输出,如此循环,直至所述负载设备的负载瞬间电流到达工作电流时,所述信号控制端保持高电平信号。

从上述描述可知,本发明的有益效果在于:通过PWM信号的高低变化来控制开关三极管的导通和截止,从而控制PMOS管的导通和截止,以抑制负载设备的负载瞬间电流,从而避免拉低输入电压,由此,可以根据负载设备的负载瞬间电流来灵活控制PWM信号的频率和占空比,无需增加硬件且无需根据负载需求更换第一电容,从而能兼容不同的负载设备且降低硬件成本。

请参照图1至图3,本发明的实施例一为:

一种防止负载过大导致电压跌落的开关控制电路,包括开关电路和控制电路。

如图1所示,开关电路包括PMOS管Q1、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一电阻R1和第二电阻R2,PMOS管Q1的源极s同时与供电输入端Vin、第二电容C2的一端、第三电容C3的一端以及第二电阻R2的一端电连接,PMOS管Q1的漏极d同时与第一电容C1的一端和供电输出端Vout电连接,PMOS管Q1的栅极g同时与第一电阻R1的一端、第二电阻R2的另一端以及第三电容C3的另一端电连接,第一电容C1的另一端以及第二电容C2的另一端均接地。其中,第一电阻R1的阻值小于第二电阻R2。

在本实施例中,第一电阻R1的阻值为100kΩ,第二电阻R2的阻值为1MΩ,通过第一电阻R1和第二电阻R2的分压之后给PMOS管Q1提供偏置电压。在其他等同实施例中,第一电阻R1的阻值在50kΩ至200kΩ之间,第二电阻R2的阻值在500kΩ至2MΩ之间。

在本实施例中,第一电容C1实质上就是用来等效设备的负载,第一电容C1的电容值越大则表示负载设备的负载瞬间电流Iout越大,比如负载设备的负载瞬间电流Iout为5A则可以选择100μF的电容,如果为1A,则选择10μF的电容。

在本实施例中,第二电容C2的电容值为10μF,以对输入电压进行滤波;第三电容C3的电容值为100nF,以使得PMOS管Q1更稳定的导通。在其他等同实施例中,第二电容C2的电容值在5μF至20μF之间,第三电容C3的电容值在50nF至200nF之间。

如图1所示,控制电路包括开关三极管Q2和第三电阻R3,开关三极管Q2的基极b与第三电阻R3的一端电连接,开关三极管Q2的集电极c与第一电阻R1的另一端电连接,开关三极管Q2的射极e接地;其中,第三电阻R3的另一端与信号控制端GPIO电连接。

在本实施例中,第三电阻R3的阻值为50kΩ,其起到对开关三极管Q2的基极b在导通时进行限流的作用,在其他等同实施例中,第三电阻R3的阻值在10kΩ至100kΩ之间。

在本实施例中,开关三极管为常见的NPN管,和上述的PMOS管一样使用现有通用的一些型号即可。

由此,如图2所示,在本实施例的电路中,若采用传统的控制开关方式,当信号控制端GPIO的开关控制信号为高电平,使开关三极管Q2和PMOS管Q1一直保持导通状态,则对第一电容C1的瞬间充电电流非常大,导致PMOS管Q1前级输入电压端Vin上的输入电压被瞬间拉低,这很可能导致系统欠压突然断电形成工作异常,严重时还可能损坏输入电压端Vin的供电电路设备导致产品损毁。而传统的解决方法是在图1的开关三极管Q2的基极b并一个比较大的电容,这个一方面增加了器件使用提高了产品成本,效果也不理想,当负载瞬间电流Iout更大时无法临时去更换此电容,使用起来很不灵活,兼容性差。

而本实施例中,信号控制端GPIO的开关控制信号为PWM信号,PWM信号的占空比随负载瞬间电流Iout的增大而增大且频率随负载瞬间电流Iout的增大而减小。其中,比如负载瞬间电流Iout为2A,则PWM信号的占空比为0.5,其频率为50Hz。

如图3所示,通过信号控制端GPIO上输出的PWM信号的高低变化来作为开关控制信号,能够有效抑制负载设备的负载瞬间电流Iout,从而避免拉低输入电压,由此,可以通过CPU软件根据负载设备的负载瞬间电流Iout来灵活控制PWM信号的频率和占空比,无需增加硬件且无需根据负载需求更换第一电容C1,从而能兼容不同的负载设备且降低硬件成本。

请参照图4,本发明的实施例二为:

一种防止负载过大导致电压跌落的开关控制方法,包括以下步骤:

接收供电输入端的输入电压以及信号控制端的PWM信号;

当PWM信号为高电平时,开关三极管导通,使得PMOS管导通,输入电压输出至供电输出端所连接的负载设备,反之,当PWM信号为低电平时,开关三极管截止,使得PMOS管截止,输入电压停止输出,如此循环,直至负载设备的负载瞬间电流Iout到达工作电流时,信号控制端保持高电平信号。

综上所述,本发明提供的一种防止负载过大导致电压跌落的开关控制电路和方法,通过PWM信号的高低变化来控制开关三极管的导通和截止,并通过第一电阻和第二电阻的分压之后给PMOS管提供偏置电压以及通过在供电输入端和PMOS管的栅极之间接入一个小电容,以使得PMOS管能够更稳定的导通,以抑制负载设备的负载瞬间电流,从而避免拉低输入电压,由此,可以根据负载设备的负载瞬间电流来灵活控制PWM信号的频率和占空比,无需增加硬件且无需根据负载需求更换第一电容,从而能兼容不同的负载设备且降低硬件成本。

以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换,或直接或间接运用在相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。

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