电源的输入输出管理电路与电子设备

技术领域

本发明涉及电子设备领域，尤其涉及一种电源的输入输出管理电路与电子设备。

背景技术

在电子设备中，均配置有电源的输入输出管理电路，往往会出现输入电压的工作范围是从较低电压到较高电压的宽范围的情况,然而，在实际使用时，又希望输出电压能维持在较低电压以便支持其后边的低压电路的正常工作。这就需要从宽输入电压范围转换为低电压范围。

为了满足该需求，可在电压输入端与电压输出端之间设置相应的电路，该电路中，可配置有高压P型管、高压N型管及相应的配置电路，进而，在输入电压较低时，利用高压P型管输出电压，在输入电压升高至一定程度时，可利用高压N型管输出电压，但是，由于高压N型管的阈值损失，会带来输出电压的跳变。

发明内容

本发明提供一种电源的输入输出管理电路与电子设备，以解决输出电压的跳变问题。

根据本发明的第一方面，提供了一种电源的输入输出管理电路，包括第一P型管、第二P型管、主P型管、主N型管、调节单元、负反馈单元、电阻，以及能够形成第一指定压降的第一单向导通部；

所述第一P型管与所述第二P型管的源极连接至电压输入端，所述第一P型管的栅极连接所述第二P型管的栅极，所述第一P型管的漏极连接所述调节单元，所述第二P型管的漏极连接所述主P型管的栅极，所述电阻的第一端连接至所述电压输入端，所述电阻的第二端连接所述第一单向导通部的输入端，所述第一单向导通部的输出端接地，所述主P型管的栅极连接所述第二P型管的漏极，所述主P型管的栅极还直接或间接连接所述负反馈单元，所述主P型管的源极连接至所述电压输入端，所述主P型管的漏极连接至电压输出端，所述主N型管的源极连接至所述电压输入端，所述主N型管的漏极连接至所述电压输出端，所述主N型管的栅极连接所述电阻的第二端，所述负反馈单元还连接所述电压输出端；

所述调节单元用于：

在所述电压输入端的输入电压低于第一电压阈值时，通过调节所述第一P型管与所述第二P型管的电流，使所述主P型管导通，以利用所述主P型管的漏极输出电压；

在所述输入电压高于所述第一电压阈值时，通过调节所述第一P型管与所述第二P型管的电流，使所述主P型管截止，以利用所述主N型管的源极输出电压；

所述负反馈单元用于：

在所述输入电压低于第一电压阈值，且高于第二电压阈值时，根据所述电压输出端的电压，反馈调节所述主P型管，使所述电压输出端的输出电压保持在指定电压，所述指定电压匹配于所述第二电压阈值。

可选的，所述调节单元包括电流形成部、第一N型管、第二N型管、第三N型管与第一齐纳二极管；所述第二P型管的漏极经所述负反馈单元与第四N型管接地，且所述第四N型管的漏极经所述负反馈单元连接至所述第二P型管的漏极；

所述第一N型管的漏极经所述电流形成部连接至所述电压输入端，所述第二N型管的漏极直接或间接连接至所述第一齐纳二极管的正极，所述第一齐纳二极管的负极连接所述第一P型管的漏极，所述第三N型管的漏极直接或间接连接所述第一P型管的漏极，所述第一N型管、所述第二N型管、所述第三N型管与所述第四N型管的源极均接地，所述第一N型管、所述第二N型管、所述第三N型管与所述第四N型管的栅极连接在一起，且所述第一N型管的栅极与漏极连接；

所述电流形成部用于确定所述第一N型管的电流。

可选的，所述调节单元还包括第一高压N型管、第二高压N型管，所述第四N型管与所述第二P型管的漏极之间设有第三高压N型管；

所述第一高压N型管的漏极连接所述第一齐纳二极管的正极，所述第一高压N型管的源极连接所述第二N型管的漏极，所述第二高压N型管的漏极连接所述第一P型管的漏极，所述第二高压N型管的源极连接所述第三N型管的漏极，所述第三高压N型管的漏极连接所述第二P型管的漏极，所述第三高压N型管的源极经所述负反馈单元连接所述第四N型管的漏极；

所述第一高压N型管、所述第二高压N型管与所述第三高压N型管的栅极连接于所述电阻的第二端。

可选的，所述电流形成单元为自偏置电流源或电阻线路。

可选的，所述第二N型管与所述第四N型管的尺寸相同，所述第三N型管的尺寸小于所述第二N型管与所述第四N型管。

可选的，所述负反馈单元包括能够形成第二指定压降的第二单向导通部与反馈N型管；

所述第二单向导通部的输入端连接所述电压输出端，所述第二单向导通部的输出端连接所述反馈N型管的源极，所述反馈N型管的漏极直接或间接连接所述主P型管的栅极，所述反馈N型管的栅极接入偏置电压，所述反馈N型管的源极还直接或间接接地。

可选的，所述第二单向导通部包括级联的多个第一二极管或第二齐纳二极管。

可选的，所述第一单向导通部包括级联的多个第二二极管或第三齐纳二极管。

可选的，所述第一P型管与所述第二P型管的尺寸相同，所述主P型管为高压P型管，所述主N型管为高压N型管。

根据本发明的第二方面，提供了一种电子设备，包括第一方面及其可选方案涉及的电源的输入输出管理电路。

本发明提供的电源的输入输出管理电路与电子设备中，基于调节单元对作为镜像电流源的第一P型管、第二P型管的控制，实现了主P型管的导通、截止控制，进而，在电压较低时，可利用主P型管输出电压，此时的电压可以随输入电压的变化而变化，电压较高时，可利用主N型管输出平稳的电压。与此同时，本发明利用负反馈单元实现了针对于主P型管的负反馈控制，在输入电压升高至一定程度时，主P型管的输出电压可不随之升高，进而，当需要转换为利用主N型管输出电压时，不会或不易于产生明显的跳变。可见，本发明既实现了从高输入电压上取到稳定的低电压，又避免或减轻了跳变的情形。

附图说明

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。

图1是区别于本发明的一种方案中输入电压与输出电压的关系示意图；

图2是本发明一实施例中电源的输入输出管理电路的构造示意图一；

图3是本发明一实施例中电源的输入输出管理电路的构造示意图二；

图4是本发明一实施例中电源的输入输出管理电路的构造示意图三；

图5是本发明一实施例中电源的输入输出管路电路的电路示意图；

图6是本发明一实施例中输入电压与输出电压的关系示意图。

附图标记说明：

1-负反馈单元；

11-第二单向导通部；

2-调节单元；

21-电流形成部；

3-第一单向导通部；

P1-第一P型管；

P2-第二P型管；

P0-主P型管；

N0-主N型管；

N1-第一N型管；

N2-第二N型管；

N3-第三N型管；

N4-第四N型管；

NHV1-第一高压N型管；

NHV2-第二高压N型管；

NHV3-第三高压N型管；

R-电阻；

Z1-第一齐纳二极管。

具体实施方式

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。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

为便于说明本发明实施例的技术效果，先结合图1对区别于本发明的方案所形成的输入电压、输出电压进行说明。

在各种电子产品的接口电路中，一般都会考虑接口的电源输入脚可以承受比电子产品内部的系统电路所耐受的电压更高的电压，这样当系统内部的某些电路需要取用接口的电压才能启动工作的时候，就需要把接口可能的高压通过电路传递转换为这些内部电路支持的低压。本发明实施例提供的电路可满足该需求。

请参考图2，本发明实施例提供了一种电源的输入输出管理电路，包括第一P型管P1、第二P型管P2、主P型管P0、主N型管N0、调节单元2、负反馈单元1、电阻R，以及能够形成第一指定压降的第一单向导通部3。

所述第一P型管P1与所述第二P型管P2的源极连接至电压输入端，所述第一P型管P1的栅极连接所述第二P型管P2的栅极，所述第一P型管P1的栅极还连接所述第一P型管P1的漏极，第一P型管P1与第二P型管P2可以是相同尺寸的P型管，进而，第一P型管P1与第二P型管P2可形成镜像电流源。

所述第一P型管P1的漏极连接所述调节单元2，所述第二P型管P2的漏极连接所述主P型管P0的栅极，所述电阻R的第一端连接至所述电压输入端，所述电阻R的第二端连接所述第一单向导通部3的输入端，所述第一单向导通部3的输出端接地，所述主P型管P0的栅极连接所述第二P型管的漏极，所述主P型管P0的栅极还直接或间接连接所述负反馈单元1，所述主P型管P0的源极连接至所述电压输入端，所述主P型管P0的漏极连接至电压输出端，所述主N型管N0的源极连接至所述电压输入端，所述主N型管N0的漏极连接至所述电压输出端，所述主N型管N0的栅极连接所述电阻R的第二端，所述负反馈单元还连接所述电压输出端。

其中的电压输入端，可理解为能够接入输入电压Vin的电路节点，其可以是单独的连接端子，也可以指线路、器件中的任意电路节点。其中的电压输出端，可理解为能够对外输出输出电压Vout的电路节点，其可以是单独的连接端子，也可以指线路、器件中的任意电路节点。

所述调节单元2用于：

在所述电压输入端的输入电压Vin低于第一电压阈值时，通过调节所述第一P型管与所述第二P型管的电流，使所述主P型管导通，以利用所述主P型管的漏极输出电压，所输出的电压可经电压输出端输出；

在所述输入电压Vin高于所述第一电压阈值时，通过调节所述第一P型管与所述第二P型管的电流，使所述主P型管截止，以利用所述主N型管的源极输出电压，所输出的电压可经电压输出端输出。

其中的主P型管P0，可以采用高压P型管，但也不排除采用其他电压、功率P型管的实施方式；其中的主N型管N0，可以采用高压N型管，但也不排除采用其他电压、功率P型管的实施方式。

在未采用负反馈单元1的情况下，请参考图1，主P型管P0截止时，主N型管N0会导通给输出电压端供电，从而输出输出电压Vout，但是，主N型管N0有一个栅源电压差Vgs(该Vgs可理解为是用于导通主N型管N0的栅源电压差)的阈值损失，所以，在电压输出端可以看到一个向下的跳变，其可入图1所示输出电压Vout的向下跳变，进而，输出电压Vout需要在输入电压Vin较高电压时保持在系统所需的较低电压。电阻R与第一单向导通部3可用于设定VA节点的电压VA＝Vout+Vgs，此时的输出电压Vout的值即为输出电压Vout中间横线部分表达的值。

可见，请参考图1，当输入电压Vin高到某个值的时候，输出电压Vout会有一个向下跳变。所以输入电压VIN该值左右变化的时候，输出电压Vout的电压就会出现来回跳变的情况，这样就会导致后边电路工作的纹波比较大以及可能造成芯片内部的参考电压抖动或导致各种电路逻辑误判的问题。

为了解决该问题，本发明实施例引入了负反馈单元1。

所述负反馈单元1用于：

在所述输入电压低于第一电压阈值，且高于第二电压阈值时，根据所述电压输出端的电压，反馈调节所述主P型管，使所述电压输出端的输出电压保持在指定电压，所述指定电压匹配于所述第二电压阈值。

其中的指定电压，可以指单个指定的电压值，也可以指指定的电压范围，该指定的电压值可以等于第二电压阈值，也可以与第二电压阈值间形成一定的电压差，该指定的电压范围可以为第二电压阈值上下浮动的一定范围，也可以是大于或小于第二电压阈值的某个范围。

以上方案中，基于调节单元对作为镜像电流源的第一P型管、第二P型管的控制，实现了主P型管的导通、截止控制，进而，在电压较低时，可利用主P型管输出电压，此时的电压可以随输入电压的变化而变化，电压较高时，可利用主N型管输出平稳的电压。与此同时，本发明实施例利用负反馈单元实现了针对于主P型管的负反馈控制，在输入电压升高至一定程度时，主P型管的输出电压可不随之升高，进而，当需要转换为利用主N型管输出电压时，不会或不易于产生明显的跳变。可见，本发明实施例既实现了从高输入电压上取到稳定的低电压，又避免或减轻了跳变的情形。

其中一种实施方式中，请参考图3与图5，所述调节单元2包括电流形成部21、第一N型管N1、第二N型管N2、第三N型管N3与第一齐纳二极管Z1；所述第二P型管P2的漏极经所述负反馈单元与第四N型管N4接地，且所述第四N型管N4的漏极经所述负反馈单元1连接至所述第二P型管P2的漏极。

所述第一N型管N1的漏极经所述电流形成部21连接至所述电压输入端，所述第二N型管N2的漏极直接或间接连接至所述第一齐纳二极管Z1的正极，所述第一齐纳二极管Z1的负极连接所述第一P型管P1的漏极，所述第三N型管N3的漏极直接或间接连接所述第一P型管P1的漏极，所述第一N型管N1、所述第二N型管N2、所述第三N型管N3与所述第四N型管N4的源极均接地，所述第一N型管N1、所述第二N型管N2、所述第三N型管N3与所述第四N型管N4的栅极连接在一起，且所述第一N型管的栅极与漏极连接。

所述电流形成部21用于确定所述第一N型管N1的电流I1。所述电流形成单元21为自偏置电流源或电阻线路。进而，第一N型管N1的电流I1可以是通过自偏置电流源或电阻线路得到的电流。

第一N型管N1、第二N型管N2、第三N型管N3与第四N型管N4可形成镜像电流源，进而在第二N型管N2、第三N型管N3与第四N型管N4产生下拉电流I2、下拉电流I3、下拉电流I4。

其中，所述第二N型管N2与所述第四N型管N4的尺寸相同，所述第三N型管N3的尺寸小于所述第二N型管N2与所述第四N型管N4。

进一步的举例中，第二N型管N2、第三N型管N3与第四N型管N4间管子大小比例可例如：N3:N4:N2＝1:2:2，同时，第一P型管P1与第二P型管P2间管子大小比例可例如：P1:P2＝1:1.这个比例在满足一定条件下可以任意调整，而不限于该举例。

当第二N型管N2、第三N型管N3与第四N型管N4在饱和区的时候，可以管子大小比例N2:N3:N4，可近似等于对应的电流比I2:I3:I4。

进一步的方案中，所述调节单元2还包括第一高压N型管NHV1、第二高压N型管NHV2，所述第四N型管N4与所述第二P型管P2的漏极之间设有第三高压N型管NHV3(具体可设于所述第二P型管P2的漏极与反馈单元1中的第二单向导通部11之间)。

所述第一高压N型管NHV1的漏极连接所述第一齐纳二极管Z1的正极，所述第一高压N型管NHV1的源极连接所述第二N型管N2的漏极，所述第二高压N型管NHV2的漏极连接所述第一P型管P1的漏极，所述第二高压N型管NHV2的源极连接所述第三N型管N3的漏极，所述第三高压N型管NHV3的漏极连接所述第二P型管P2的漏极，所述第三高压N型管NHV3的源极经所述负反馈单元1连接所述第四N型管N4的漏极。

所述第一高压N型管NHV1、所述第二高压N型管NHV2与所述第三高压N型管NHV3的栅极连接于所述电阻的第二端。

第一高压N型管NHV1、第二高压N型管NHV2、第三高压N型管NHV3是高压的NMOS管子，可用于对第二N型管N2、第三N型管N3与第四N型管N4进行保护，并且，对应的，第二N型管N2、第三N型管N3与第四N型管N4可以为低压NMOS管。

第一单向导通单元3和电阻R可用于产生一个偏置电压，进而，利用该偏置电压给第一高压N型管NHV1、第二高压N型管NHV2、第三高压N型管NHV3，以及主N型管N0(可以为一种高压N型管)的栅极供电。

其中的第一单向导通部3包括级联的多个第二二极管或第三齐纳二极管。若选择第三齐纳二极管，假设该第三齐纳二极管的击穿电压bv(z3)＝6V,当输入电压Vin>bv(z3)，则第一单向导通部3中的第三齐纳二极管会钳位，VA节点的电压可以使得VA＝bv(z3)；第一高压N型管NHV1、第二高压N型管NHV2、第三高压N型管NHV3、主N型管N0的源极电压会被限制低于VA-Vgs的电压值，起到保护低压NMOS管(即第二N型管N2、第三N型管N3、第四N型管N4)的作用；其中的Vgs可以是使第一高压N型管NHV1、第二高压N型管NHV2、第三高压N型管NHV3、主N型管N0导通的栅源电压差。

当输入电压Vin的电压较低的时候，第一齐纳二极管Z1与第二高压N型管NHV1的通路是截止的，第二N型管N2的源漏电压Vds接近为0，第二N型管N2工作在线性区，那么下拉电流I2也接近为0，第二P型管P2镜像过来的电流为下拉电流I3，此时I4>I3,所以VB节点会被下拉，使得第四N型管N4进入线性区,第四N型管N4的源漏电压Vds(即Vds(N4))稳定在合适值使得第四N型管N4的源漏电流(即Ids(N4))等于下拉电流I3，VB节点的电压VB＝Vds(NHV3)+vds(N4)接近0，所以此时主P型管P0会被打开导通。

当VIN>|Vgs(P1)|+bv(Z1)+Vds(NHV2)+Vdsat(N2)时候，第二N型管N2进入饱和区，I2＝I4，第二P型管P2镜像过去的电流I2+I3>I4,所以第二P型管P2会进入线性区，稳定在Vds(P2)使得Ids(P2)＝I4,而这时候主P型管P0就会截止，主N型管N0会导通给输出电压端供电，此时，如前文所提到的，主N型管N0有一个Vgs的阈值损失，如果不做处理，电压输出端可看到一个向下的跳变。

其中一种实施方式中，请参考图4与图5，所述负反馈单元1包括能够形成第二指定压降的第二单向导通部11与反馈N型管N5。

所述第二单向导通部11的输入端连接所述电压输出端，所述第二单向导通部11的输出端连接所述反馈N型管N5的源极，所述反馈N型管N5的漏极直接或间接连接所述主P型管P0的栅极，所述反馈N型管N5的栅极接入偏置电压Vncas，所述反馈N型管N5的源极还直接或间接接地。

进一步的，所述第二单向导通部11可以包括级联的多个第一二极管或第二齐纳二极管。

若第二单向导通部11采用级联的多个第一二极管，则，部分举例中，其可形成大约2.8V的压降，具体举例中所形成的输入电压Vin与输出电压Vout可例如图6所示。

图1与图6所示的曲线中，横坐标为时间，纵坐标为电压。

随着输入电压Vin的变化，图5所示的电路可形成三种工作状态(例如图6所示的A、B、C三个区域，分别对应One、Two、Three三种工作状态)：

工作状态One中，主P型管P0处于导通状态，输入电压Vin比较小，第二单向导通部截至，主P型管P0导通给电压输出端供电；

工作状态Two中，其可理解为一种运放工作状态，反馈N型管N5的栅极有一个偏置电压Vncas供电。电压输出端、第二单向导通部11、反馈N型管N5、第三高压N型管NHV3与主P型管P0形成运放模式，实现负反馈，进而将会使得：当Vin在如下图6所示的区域B内的时候，输出电压Vout持平稳定在一个电压。

工作状态Three中，主N型管N0单独为电压输出端供电的状态：当输入电压Vin电压继续升高，输出电压Vout会被主N型管N0拉高，反馈N型管N5的源极被拉高后截止，导致I4＝0，这时候，第二P型管P2进入线性区其上拉电流就会把VB节点电压VB拉到输入电压Vin，主P型管P0截至。

本发明实施例还提供了一种电子设备，包括以上可选方案涉及的电源的输入输出管理电路。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。