一种电源控制系统及其实现方法
【专利摘要】本发明公开了一种电源控制系统及其实现方法，包括：第一输入端、第二输入端、输出端、第一开关模块、第二开关模块、第三开关模块和第四开关模块，第一开关模块连接于第一输入端与输出端之间，第二开关模块连接于第二输入端与输出端之间，第三开关模块连接于第一输入端与第二开关模块之间，第四开关模块连接于第二开关控制模块与第二开关模块之间。第一开关控制模块控制第一开关模块、第三开关模块以及第四开关模块的通断，第二开关控制模块根据唤醒信号及第四开关模块的通断控制第二开关模块的通断，从而控制电源控制系统的供电方式。通过上述方式，能够实现在内部电源与外部电源之间进行无缝切换，避免外部电源与内部电源之间互相灌电。
【专利说明】一种电源控制系统及其实现方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电源控制领域，特别是涉及一种电源控制系统及其实现方法。
【背景技术】
[0002]随着互联网以及移动互联网的发展，对网络安全的要求逐步提高，融合RTC(Real-time communicat1n,实时通讯)技术和2代USB KEY技术的第3代USB KEY技术具备更高的安全性。但是该技术在电源切换控制上存在问题，即不支持在电池供电与外部接口供电间进行无缝切换，以及电池供电时不能进行断电唤醒。
【发明内容】
[0003]本发明主要解决的技术问题是提供一种电源控制系统及其实现方法，能够实现在内部电源供电与外部电源供电间进行无缝切换，避免外部电源与内部电源之间互相灌电，并且在内部电源供电时支持断电唤醒模式。
[0004]为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是提供一种电源控制系统，包括:第一输入端、第二输入端、输出端、第一开关模块、第二开关模块、第三开关模块、第四开关模块、第一开关控制模块以及第二开关控制模块，其中第一输入端用于连接外部电源，第二输入端用于连接内部电源，第一开关模块连接于第一输入端与输出端之间，第二开关模块连接于第二输入端与输出端之间，第三开关模块连接于第一输入端与第二开关模块之间，第四开关模块连接于第二开关控制模块与第二开关模块之间，第一开关控制模块连接第一输入端、第二输入端、第一开关模块、第三开关模块以及第四开关模块，第二开关控制模块连接第二输入端，并接收一唤醒信号，当第一输入端上存在外部电源电压，第二输入端上存在内部电源电压时，第一开关控制模块控制第一开关模块和第三开关模块导通，并控制第四开关模块截止，以使得外部电源电压经第一开关模块输出至输出端，并经第三开关模块控制第二开关模块截止，当第一输入端上不存在外部电源电压，第二输入端上存在内部电源电压时，第一开关控制模块控制第一开关模块和第三开关模块截止，并控制第四开关模块导通，第二开关控制模块将唤醒信号经第四开关模块输出至第二开关模块，以由唤醒信号控制第二开关模块导通或截止。
[0005]其中，第一开关模块、第二开关模块、第三开关模块和第四开关模块分别包括至少一开关元件及至少一反向隔离元件，反向隔离元件用于防止电流经开关元件反向流通。
[0006]其中，电源控制系统进一步包括电压转换模块，电压转换模块连接于第一开关模块和输出端之间，以对经第一开关模块输出的外部电源电压进行电压转换。
[0007]其中，第一开关模块包括第一 PMOS管和第二 PMOS管，第一 PMOS管的漏极与第二PMOS管的漏极连接，第一 PMOS管的源极连接第一输入端，第二 PMOS管的源极连接输出端，第一 PMOS管和第二 PMOS管的栅极连接第一开关控制模块。
[0008]其中，第二开关模块包括第三PMOS管和第四PMOS管，第三PMOS管的漏极与第四PMOS管的漏极连接，第三PMOS管的源极连接第二输入端，第四PMOS管的源极连接输出端，第三PMOS管和第四PMOS管的栅极连接第三开关模块和第四开关模块。
[0009]其中，第三开关模块包括第五PMOS管和第六PMOS管，第五PMOS管的漏极与第六PMOS管的漏极连接，第五PMOS管的源极连接第一输入端，第六PMOS管的源极连接第三PMOS管和第四PMOS管的栅极，第五PMOS管和第六PMOS管的栅极连接第一开关控制模块。
[0010]其中，第四开关模块包括第七PMOS管、第八PMOS管以及第一 NMOS管，第七PMOS管的漏极与第八PMOS管的漏极连接，第七PMOS管的源极连接第一 NMOS管的漏极，第八PMOS管的源极和第一 NMOS管的源极连接第三PMOS管和第四PMOS管的栅极，第七PMOS管和第八PMOS管的栅极连接第一输入端，第一 NMOS管的栅极连接第一开关控制模块，第二开关控制模块将唤醒信号输入至第一 NMOS管的漏极。
[0011]其中，第一开关控制模块包括第一电阻、第二电阻和第二 NMOS管，第一电阻的一端连接第一输入端，第一电阻的另一端接地，第二电阻的一端连接第二输入端，第二电阻的另一端连接第二 NMOS管的漏极，第二 NMOS管的源极接地，第二 NMOS管的栅极连接第一输入端，第一 PMOS管、第二 PMOS管、第五PMOS管、第六PMOS管以及第一 NMOS管的栅极连接于第二电阻的另一端与第二 NMOS管的漏极之间。
[0012]其中，内部电源为电池电源。
[0013]为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是提供一种电源控制系统的实现方法，其中，电源控制系统包括第一输入端、第二输入端、输出端、第一开关模块、第二开关模块、第三开关模块和第四开关模块，第一开关模块连接于第一输入端与输出端之间，第二开关模块连接于第二输入端与输出端之间，第三开关模块连接于第一输入端与第二开关模块之间，第四开关模块连接于唤醒信号与第二开关模块之间，其方法包括以下步骤:
[0014]检测第一输入端和第二输入端的状态；
[0015]若第一输入端上存在外部电源电压，第二输入端上存在内部电源电压，则控制第一开关模块和第三开关模块导通，并控制第四开关模块截止，以使得外部电源电压经第一开关模块输出至输出端，并经第三开关模块控制第二开关模块截止；
[0016]当第一输入端上不存在外部电源电压，第二输入端上存在内部电源电压时，控制第一开关模块和第三开关模块截止，并控制第四开关模块导通，使唤醒信号经第四开关模块输出至第二开关模块，以由唤醒信号控制第二开关模块导通或截止。
[0017]本发明的有益效果是:区别于现有技术的情况，本发明通过第一开关控制模块控制第一开关模块、第三开关模块以及第四开关模块的通断，而第二开关控制模块根据唤醒信号及第四开关模块的通断控制第二开关模块的通断，从而控制电源控制系统的供电方式，能够避免外部电源与内部电源互相灌电，并且能够在内部供电与外部供电间进行无缝切换。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本发明第一实施例的电源控制系统的结构示意图；
[0019]图2是本发明第一实施例的电源控制系统的电路图；
[0020]图3是本发明第一实施例的电源控制系统的实现方法的示意图；
【具体实施方式】
[0021]请参阅图1，图1是本发明第一实施例的电源控制系统的结构示意图。如图1所不，电源控制系统包括:第一输入端100、第二输入端118、输出端106、第一开关模块11、第二开关模块12、第三开关模块13、第四开关模块14、第一开关控制模块107以及第二开关控制模块110。
[0022]在本实施例中，第一输入端100用于连接外部电源，第二输入端118用于连接内部电源，第一开关模块11连接于第一输入端100与输出端106之间,第二开关模块12连接于第二输入端118与输出端106之间,第三开关模块13连接于第一输入端100与第二开关模块12之间，第四开关模块14连接于第二开关控制模块110与第二开关模块12之间，第一开关控制模块107连接第一输入端100、第二输入端118、第一开关模块11、第三开关模块13以及第四开关模块14，第二开关控制模块110连接第二输入端118，并从端口 122接收一唤醒信号并输出到端口 123。当第一输入端100上存在外部电源电压，第二输入端118上存在内部电源电压时，第一开关控制模块107控制第一开关模块11和第三开关模块13导通，并控制第四开关模块14截止，以使得外部电源电压经第一开关模块11输出至输出端106，并经第三开关模块13控制第二开关模块12截止，当第一输入端100上不存在外部电源电压，第二输入端118上存在内部电源电压时，第一开关控制模块107控制第一开关模块11和第三开关模块13截止，并控制第四开关模块14导通，第二开关控制模块110将唤醒信号经第四开关模块14输出至第二开关模块12，以由唤醒信号控制第二开关模块12导通或截止。
[0023]在本实施例中，电源控制系统进一步包括电压转换模块105，电压转换模块105连接于第一开关模块11和输出端106之间，以对经第一开关模块11输出的外部电源电压进行电压转换。
[0024]在本实施例中，第一开关模块11优选包括第一开关元件101和第一反向隔离元件103，第二开关模块12包括第二开关元件119和第二反向隔离元件121，第三开关模块13包括第三开关元件111和第三反向隔离元件113，第四开关模块14包括第四开关元件112和第四反向隔离元件116。其中，第一反向隔离元件103、第二反向隔离元件121、第三反向隔离元件113以及第四反向隔离元件116用于防止电流的反向流通。
[0025]在本实施例中，图1的具体工作原理如下:
[0026]当第一输入端100上存在外部电源电压，第二输入端118上存在内部电源电压时，第一开关控制模块107控制第一开关兀件101和第一反向隔离兀件103导通,外部电源电压经过第一开关元件101和第一反向隔离元件103输出至端口 104，电压转换模块105将外部电源电压转换为正常工作电压后经输出端106输出。同时，第一开关控制模块107控制第三开关元件111和第三反向隔离元件113导通以及第四开关元件112和第四反向隔离元件116截止，进而控制第二开关元件119和第二反向隔离元件121截止，第二输入端118到输出端106的供电通路被截断。当第一输入端100上不存在外部电源电压，第二输入端118上存在内部电源电压时,第一开关控制模块107控制第一开关兀件101和第一反向隔离兀件103截止,第一输入端100到输出端106的供电通路被截断。同时，第一开关控制模块107控制第三开关元件111和第三反向隔离元件113截止以及第四开关元件112和第四反向隔离元件116导通，唤醒信号经第二开关控制模块110、第四开关元件112和第四反向隔离元件116输出至端口 117，进而控制第二开关元件119和第二反向隔离元件121的通断，从而由唤醒信号决定内部电源是否经第二开关元件119和第二反向隔离元件121传输到输出端106。在本实施例中，内部电源优选为电池电源。
[0027]图2为本发明第一实施例的电源控制系统的电路图。如图2所示，第一开关模块11包括第一 PMOS管201和第二 PMOS管202，第一 PMOS管201作为开关元件,第二 PMOS管202作为反向隔离元件。第一 PMOS管201的漏极与第二 PMOS管202的漏极连接，第一 PMOS管201的源极连接第一输入端100，第二 PMOS管202的源极经电压转换模块105连接输出端106，第一 PMOS管201和第二 PMOS管202的栅极连接第一开关控制模块107。
[0028]在本实施例中，第二开关模块12包括第三PMOS管203和第四PMOS管204，第三PMOS管203作为开关元件，第四PMOS管204作为反向隔离元件。第三PMOS管203的漏极与第四PMOS管204的漏极连接，第三PMOS管203的源极连接第二输入端118，第四PMOS管204的源极连接输出端106，第三PMOS管203和第四PMOS管204的栅极连接第三开关模块13和第四开关模块14。
[0029]在本实施例中，第三开关模块13包括第五PMOS管205和第六PMOS管206，第五PMOS管205作为开关元件，第六PMOS管206作为反向隔离元件。第五PMOS管205的漏极与第六PMOS管206的漏极连接，第五PMOS管205的源极连接第一输入端100，第六PMOS管206的源极连接第三PMOS管203和第四PMOS管204的栅极，第五PMOS管205和第六PMOS管206的栅极连接第一开关控制模块107。
[0030]在本实施例中，第四开关模块14包括第七PMOS管207、第八PMOS管208和第一NMOS管209，第七PMOS管207和第一 NMOS管209作为开关元件，第八PMOS管208作为反向隔离元件。第七PMOS管207的漏极与第八PMOS管208的漏极连接，第七PMOS管207的源极连接第一 NMOS管209的漏极，第一 NMOS管209的衬底接地，第八PMOS管208的源极和第一 NMOS管209的源极连接第三PMOS管203和第四PMOS管204的栅极，第七PMOS管207和第八PMOS管208的栅极连接第一输入端100，第一 NMOS管209的栅极连接第一开关控制模块107，第二开关控制模块110将唤醒信号rtc_wkup输入至第一 NMOS管209的漏极。
[0031]在本实施例中，第一开关控制模块107包括第一电阻211、第二电阻212和第二NMOS管210。第一电阻211的一端连接第一输入端100,第一电阻211的另一端接地，第二电阻212的一端连接第二输入端118，第二电阻212的另一端连接第二 NMOS管210的漏极，第二 NMOS管210的源极接地，第二 NMOS管210的栅极连接第一输入端100，第一 PMOS管201、第二 PMOS管202、第五PMOS管203、第六PMOS管206以及第一 NMOS管209的栅极连接于第二电阻212的另一端与第二 NMOS管210的漏极之间。
[0032]在本实施例中，对图2的详细描述如下:
[0033]当第一输入端100输入的外部电源电压V_USB为V0,第二输入端118输入的内部电源电压VCC_BAT为Vl时，第二 NMOS管210导通，第二 NMOS管210的漏极电压VS_USB为低电平，因此，第一 PMOS管201和第二 PMOS管202导通，外部电源电压V_USB经电压转换模块105转换为正常工作电压后由输出端106输出进行供电。此时，第七PMOS管207、第八PMOS管208以及第一 NMOS管209截止，以防止外部电源灌电到唤醒信号rtc_wkup。而第五PMOS管205和第六PMOS管206导通，VS_BAT为高电平，第三PMOS管203和第四PMOS管204截止，内部电源不能供电。为防止外部电源反向灌电到内部电源，VS_BAT的电压需高于VCC_BAT的电压。
[0034]当第一输入端100输入的外部电源电压V_USB为0V,第二输入端118输入的内部电源电压VCC_BAT为Vl时，第二 NMOS管210截止，VS_USB为高电平，因此，第一 PMOS管201和第二 PMOS管202截止，外部电源不能供电。而第五PMOS管205和第六PMOS管206截止，第七PMOS管207、第八PMOS管208以及第一 NMOS管209导通。为防止内部电源反向灌电到外部电源，VS_USB的电压需为VCC_BAT。第二开关控制模块110在内部电源和唤醒信号rtc_wkup0的作用下产生唤醒信号rtc_wkup。唤醒信号rtc_wkup经过第七PMOS管207和第八PMOS管208或者第一 NMOS管209传输到第三PMOS管203和第四PMOS管204的栅极。当唤醒信号rtc_wkup为OV时，第三PMOS管203和第四PMOS管204的栅极电压VS_BAT为0V，第三PMOS管203和第四PMOS管204导通，内部电源电压VCC_BAT传输至输出端106进行供电。当唤醒信号rtc_wkup为VCC_BAT时，第三PMOS管203和第四PMOS管204的栅极电压VS_BAT为VCC_BAT，第三PMOS管203和第四PMOS管204截止，电源控制系统进入断电休眠状态。为防止唤醒信号rtc_wkup的电压VCC_BAT反向灌电到外部电源，在其通路(即第四开关模块14)上加入了反向隔离元件进行关断控制。
[0035]本发明还提供第一实施例的电源控制系统的实现方法。其中，电源控制系统包括第一输入端、第二输入端、输出端、第一开关模块、第二开关模块、第三开关模块和第四开关模块，第一开关模块连接于第一输入端与输出端之间，第二开关模块连接于第二输入端与输出端之间，第三开关模块连接于第一输入端与第二开关模块之间，第四开关模块连接于唤醒信号与第二开关模块之间。如图3所示，其方法包括以下步骤:
[0036]检测第一输入端和第二输入端的状态；
[0037]若第一输入端上存在外部电源电压，第二输入端上存在内部电源电压，则控制第一开关模块和第三开关模块导通，并控制第四开关模块截止，以使得外部电源电压经第一开关模块输出至输出端，并经第三开关模块控制第二开关模块截止。
[0038]当第一输入端上不存在外部电源电压，第二输入端上存在内部电源电压时，控制第一开关模块和第三开关模块截止，并控制第四开关模块导通，使唤醒信号经第四开关模块输出至第二开关模块，以由唤醒信号控制第二开关模块导通或截止。当唤醒信号为OV时，第二开关模块导通，内部电源经第二开关模块输出至输出端进行供电；当唤醒信号不为OV时，电源控制系统进入断电休眠状态。
[0039]综上所述，本发明的电源控制系统通过第一开关控制模块控制第一开关模块、第三开关模块以及第四开关模块的通断，第二开关控制模块根据唤醒信号及第四开关模块的通断来控制第二开关模块的通断，从而控制电源控制系统的供电方式。通过上述方式，能够实现在内部电源与外部电源供电间进行无缝切换，避免外部电源与内部电源之间互相灌电，并且在内部供电时支持断电唤醒模式。
[0040]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效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的【技术领域】，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【权利要求】
1.一种电源控制系统,其特征在于，所述电源控制系统包括第一输入端、第二输入端、输出端、第一开关模块、第二开关模块、第三开关模块、第四开关模块、第一开关控制模块以及第二开关控制模块，其中所述第一输入端用于连接外部电源，所述第二输入端用于连接内部电源，所述第一开关模块连接于所述第一输入端与所述输出端之间，所述第二开关模块连接于所述第二输入端与所述输出端之间，所述第三开关模块连接于所述第一输入端与所述第二开关模块之间，所述第四开关模块连接于所述第二开关控制模块与所述第二开关模块之间，所述第一开关控制模块连接所述第一输入端、所述第二输入端、所述第一开关模块、所述第三开关模块以及所述第四开关模块，所述第二开关控制模块连接所述第二输入端，并接收一唤醒信号，当所述第一输入端上存在外部电源电压，所述第二输入端上存在内部电源电压时，所述第一开关控制模块控制所述第一开关模块和所述第三开关模块导通，并控制所述第四开关模块截止，以使得所述外部电源电压经所述第一开关模块输出至所述输出端，并经所述第三开关模块控制所述第二开关模块截止，当所述第一输入端上不存在外部电源电压，所述第二输入端上存在内部电源电压时，所述第一开关控制模块控制所述第一开关模块和所述第三开关模块截止，并控制所述第四开关模块导通，所述第二开关控制模块将所述唤醒信号经所述第四开关模块输出至所述第二开关模块，以由所述唤醒信号控制所述第二开关模块导通或截止。
2.根据权利要求1所述的电源控制系统，其特征在于，所述第一开关模块、所述第二开关模块、所述第三开关模块和所述第四开关模块分别包括至少一开关元件及至少一反向隔离元件，所述反向隔离元件用于防止电流经所述开关元件反向流通。
3.根据权利要求1所述的电源控制系统，其特征在于，所述电源控制系统进一步包括电压转换模块，所述电压转换模块连接于所述第一开关模块和所述输出端之间，以对经所述第一开关模块输出的外部电源电压进行电压转换。
4.根据权利要求1所述的电源控制系统，其特征在于，所述第一开关模块包括第一PMOS管和第二 PMOS管，所述第一 PMOS管的漏极与所述第二 PMOS管的漏极连接，所述第一PMOS管的源极连接所述第一输入端，所述第二 PMOS管的源极连接所述输出端，所述第一PMOS管和所述第二 PMOS管的栅极连接所述第一开关控制模块。
5.根据权利要求4所述的电源控制系统，其特征在于，所述第二开关模块包括第三PMOS管和第四PMOS管，所述第三PMOS管的漏极与所述第四PMOS管的漏极连接，所述第三PMOS管的源极连接所述第二输入端，所述第四PMOS管的源极连接所述输出端，所述第三PMOS管和所述第四PMOS管的栅极连接所述第三开关模块和第四开关模块。
6.根据权利要求5所述的电源控制系统，其特征在于，所述第三开关模块包括第五PMOS管和第六PMOS管，所述第五PMOS管的漏极与所述第六PMOS管的漏极连接，所述第五PMOS管的源极连接所述第一输入端，所述第六PMOS管的源极连接所述第三PMOS管和所述第四PMOS管的栅极，所述第五PMOS管和所述第六PMOS管的栅极连接所述第一开关控制模块。
7.根据权利要求6所述的电源控制系统，其特征在于，所述第四开关模块包括第七PMOS管、第八PMOS管以及第一 NMOS管，所述第七PMOS管的漏极与所述第八PMOS管的漏极连接，所述第七PMOS管的源极连接所述第一 NMOS管的漏极，所述第八PMOS管的源极和所述第一 NMOS管的源极连接所述第三PMOS管和所述第四PMOS管的栅极，所述第七PMOS管和第八PMOS管的栅极连接所述第一输入端，所述第一 NMOS管的栅极连接所述第一开关控制模块，所述第二开关控制模块将所述唤醒信号输入至所述第一 NMOS管的漏极。
8.根据权利要求7所述的电源控制系统，其特征在于，所述第一开关控制模块包括第一电阻、第二电阻和第二 NMOS管,所述第一电阻的一端连接所述第一输入端,所述第一电阻的另一端接地，所述第二电阻的一端连接所述第二输入端，所述第二电阻的另一端连接所述第二 NMOS管的漏极，所述第二 NMOS管的源极接地，所述第二 NMOS管的栅极连接所述第一输入端，所述第一 PMOS管、所述第二 PMOS管、所述第五PMOS管、所述第六PMOS管以及所述第一 NMOS管的栅极连接于所述第二电阻的另一端与所述第二 NMOS管的漏极之间。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的电源控制系统，其特征在于，所述内部电源为电池电源。
10.一种电源控制系统的实现方法，其特征在于，所述电源控制系统包括第一输入端、第二输入端、输出端、第一开关模块、第二开关模块、第三开关模块和第四开关模块，所述第一开关模块连接于所述第一输入端与所述输出端之间，所述第二开关模块连接于所述第二输入端与所述输出端之间，所述第三开关模块连接于所述第一输入端与所述第二开关模块之间，所述第四开关模块连接于唤醒信号与所述第二开关模块之间，所述方法包括以下步骤: 检测所述第一输入端和所述第二输入端的状态； 若所述第一输入端上存在外部电源电压，所述第二输入端上存在内部电源电压，则控制所述第一开关模块和所述第三开关模块导通，并控制所述第四开关模块截止，以使得所述外部电源电压经所 述第一开关模块输出至输出端，并经所述第三开关模块控制第二开关模块截止； 当所述第一输入端上不存在外部电源电压，所述第二输入端上存在内部电源电压时，控制所述第一开关模块和所述第三开关模块截止，并控制所述第四开关模块导通，使所述唤醒信号经所述第四开关模块输出至所述第二开关模块，以由所述唤醒信号控制所述第二开关模块导通或截止。
【文档编号】H02J9/06GK104052146SQ201310080404
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2013年3月13日 优先权日:2013年3月13日
【发明者】李晨, 谢华, 梁洁 申请人:国民技术股份有限公司