CN105572603A - 电源管理系统及其电源模块的检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电源管理系统及其电源模块的检测装置。电源模块的检测装置包括多数个电压减法器、时钟产生器以及多工器。电压减法器接收电源电压与电源模块提供的第一检测电压及第二检测电压。各电压减法器包括第一及第二晶体管，用以分别依据第一及第二检测电压来调整电源电压，以分别产生第一及第二调整电压。时钟产生器提供各电压减法器对应的选择信号。各电压减法器并依据选择信号对第一及第二调整电压进行减法运算以产生减法结果电压。多工器选择电压减法器的其中之一产生的减法结果电压以产生输出电压。

Description

电源管理系统及其电源模块的检测装置

技术领域

本发明是有关于一种电源模块的检测装置及其所构成的电源管理系统，且特别是有关于一种利用高压晶体管元件所建构的电源管理系统及其电源模块的检测装置。

背景技术

在现今的技术领域，针对电源模块进行检测的电路中，常利用运算放大器来针对电源模块所产生的高电压的检测电压进行运算动作，并藉以检测电源模块的状态是否正常。在这样的状态下，运算放大器中所使用的电子元件，就需要是可以承受较高电压的电子元件(例如高压元件的晶体管)。然而，这种可承受较高电压的电子元件，其元件的尺寸较大，因此会占去相当大的电路面积，而使电路的成本大幅的增加。

另外，在现有技术中，要针对高压元件所建构的运算放大器进行控制动作，需要利用电平转换(levelshift)电路将低电压的控制信号转换为高电压，方能使控制信号可以有效的进行运算放大器的操控动作。这些电平转换电路同样会占去一定程度的电路面积而造成成本的增加，另外，电平转换电路需要额外的功率消耗，也造成了电力的浪费。

发明内容

本发明提供一种电源管理系统及其电源模块的检测装置，可提高电力管理效率、降低功率消耗以及缩小电路的面积。

本发明的电源模块的检测装置包括多数个电压减法器、多工器以及时钟产生器。电压减法器接收电源电压与电源模块提供的多个检测电压的其中之二的第一检测电压以及第二检测电压。各电压减法器包括第一及第二晶体管，用以分别依据第一及第二检测电压来调整电源电压以分别产生第一及第调整电压。各电压减法器并依据选择信号对第一及第二调整电压进行减法运算以产生减法结果电压。多工器选择电压减法器的其中之一产生的减法结果电压以产生输出电压。时钟产生器耦接电压减法器，并提供各电压减法器对应的选择信号。

在本发明的一实施例中，上述的电压减法器还包括第一开关、第二开关以及减法电路。第一开关的第一端耦接第一晶体管以接收第一调整电压以及选择信号，并依据选择信号以传送第一调整电压至第一开关的第二端。第二开关的第一端耦接第二晶体管以接收第二调整电压以及选择信号，并依据选择信号以传送第二调整电压至第二开关的第二端。减法电路耦接第一开关以及第二开关的第二端，针对第一调整电压以及第二调整电压进行减法运算以产生减法结果电压。

在本发明的一实施例中，上述的减法电路包括运算放大器、第一电阻以及第二电阻。运算放大器的第一输入端耦接至第一开关的第二端，其第二输入端耦接至第二开关的第二端，其输出端产生减法结果电压。第一电阻耦接在运算放大器的第一输入端以及参考接地端间。第二电阻耦接在运算放大器的输出端与运算放大器的第二输入端间。

在本发明的一实施例中，上述的第一及第二晶体管分别依据第一调整电压以及第二调整电压而工作在线性区。

基于上述，本发明提供电压减法器来进行电源模块的检测动作，并通过在电压减法器中设置高压元件的晶体管。如此一来，可通过高压元件的晶体管以依据电源模块所提供的检测电压来调整电源电压并藉以产生调整电压，再通过将两个调整电压进行相减，并通过提供减法结果电压来作为电源模块检测的依据。本发明通过在电压减法器中设置高压元件的晶体管的方式，有效提升电力管理的效率，并降低其功率消耗，且有效的缩小电路的面积。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明一实施例的电源管理系统的示意图；

图2为本发明实施例的电压减法器的一实施方式的示意图；

图3为本发明实施例的电源模块的实施方式的示意图。

附图标记说明：

100：电源管理系统；

101：检测装置；

110、300：电源模块；

121～12N：电压减法器；

130：多工器；

140：时钟产生器；

VD11～VDN1、VD12～VDN2：检测电压；

M1～M4：晶体管；

VT1、VT2：调整电压；

VDD：电源电压；

VDIFF1～VDIFFN：减法结果电压；

VOUT：输出电压；

SEL1～SELN：选择信号；

CMD：测试命令；

R1～R4：电阻；

SW1、SW2：开关；

210：减法电路；

OP1：运算放大器；

GND：参考接地端；

BAT1～BATN：电池。

具体实施方式

以下请参照图1，图1为本发明一实施例的电源管理系统的示意图。电源管理系统100包括电源模块110以及检测装置101。检测装置用来检测电源模块110。检测装置101包括电压减法器121～12N、多工器130以及时钟产生器140。其中，电源模块110提供多个检测电压VD11～VDN1以及VD12～VDN2，检测电压VD11～VDN1以及VD12～VDN2彼此间的电压值的大小都是不相同的。而在电压减法器121～12N中，各电压减法器接收检测电压VD11～VDN1以及VD12～VDN2中的其中两个检测电压。以电压减法器121为例，电压减法器121接收检测电压VD11以及VD12。并且，电压减法器121中包括晶体管M1以及M2。晶体管M1以及M2的控制端分别接收检测电压VD11以及VD12，而晶体管M1以及M2的第一端共同接收电源电压VDD，且晶体管M1以及M2的第二端分别产生调整电压VT1以及VT2。

在本发明实施例中，晶体管M1以及M2可以是金氧半导场效晶体管(MOSFET)，而晶体管M1以及M2的控制端为其栅极，晶体管M1以及M2的第一端可以是源极，晶体管M1以及M2的第二端则可以是漏极。

值得注意的是，晶体管M1依据所接收的检测电压VD11来针对电源电压VDD进行调整来产生调整电压VT1。晶体管M2依据所接收的检测电压VD12来针对电源电压VDD进行调整来产生调整电压VT2。晶体管M1以及M2都为可以承受高电压(例如40V以上)的高压元件。

在实现细节上，在电源模块110为正常状态时，晶体管M1以及M2分别接收电压大小不相同的检测电压VD11以及VD12并分别工作在线性区，其中，检测电压VD11的电压值大于检测电压VD12的电压值。基于晶体管M1以及M2为N型的晶体管，控制端接收较高检测电压VD11的晶体管M1提供较小的电阻，而控制端接收较低检测电压VD12的晶体管M2提供较大的电阻。如此一来，调整电压VT1电压值会大于调整电压VT2的电压值。

电压减法器121并针对调整电压VT1以及VT2进行减法运算的动作，并产生减法结果电压VDIFF1。通过减法结果电压VDIFF1的电压值，就可以得知电源模块110提供的检测电压VD11以及VD12是否正常。

附带一提的，电源模块110中可以包括多个电源供应单元(例如电池)来分别产生检测电压VD11、VD12–VDN1以及VDN2。因此，以电压减法器121为范例，通过检查电压减法器121所产生的减法结果电压VDIFF1的电压值，就可以知道电压减法器121对应的电源供应单元所产生的检测电压VD11以及VD12是否正常，也就可以得知电压减法器121对应的电源供应单元是否正常。而通过分别对电压减法器121～12N所分别产生的减法结果电压VDIFF1～VDIFFN进行检测，就可以达到对电源模块110中的所有的电源供应单元进行检测的目的。

多工器130耦接至电压减法器121～12N，并选择电压减法器121～12N所分别产生的减法结果电压VDIFF1～VDIFFN的其中之一以进行输出，并藉以产生输出电压VOUT。多工器130可将输出电压VOUT提供至一监控电路(未示出)，监控电路则可依据输出电压VOUT的电压值大小来判读出电源模块110的工作状态是否正常。

时钟产生器140耦接至电压减法器121～12N，并产生多数个选择信号SEL1～SELN以分别提供至电压减法器121～12N。电压减法器121～12N所进行的减法运算是分别依据所对应接收的选择信号SEL1～SELN来进行的。其中，时钟产生器140可以利用计时的方式，使选择信号SEL1～SELN分别在不同的时间区间中产生正脉冲(或负脉冲)，而电压减法器121～12N则可分别在其所对应的选择信号SEL1～SELN为正脉冲(或负脉冲)的时间区间中进行的减法运算。

时钟产生器140可依据测试命令CMD来执行选择信号SEL1～SELN的产生动作，当电源模块110的检测动作需要被执行时，使用者可以通过下达测试命令CMD至时钟产生器140来启动选择信号SEL1～SELN，电压减法器121～12N可以设置在相同的芯片中。而通过本发明实施例的电路架构，电压减法器121～12N所属的芯片中的高压电路元件有效的被减少，使该芯片的尺寸可以有效的缩减，降低生产的成本。

以下请参图2，图2为本发明实施例的电压减法器的一实施方式的示意图。电压减法器200包括晶体管M1、M2、电阻R3～R4、开关SW1、SW2以及减法电路210。晶体管M1、M2的控制端分别接收检测电压VD11以及VD12。晶体管M1、M2的第一端接收电源电压VDD。电阻R3串接在晶体管M1的第二端以及开关SW1间，电阻R4串接在晶体管M2的第二端以及开关SW2间。开关SW1以及SW2受控于选择信号SEL1，并可同时被开启会被断开。开关SW1以及SW2可分别由晶体管M3及M4来建构，其中，晶体管M3、M4的控制端接收选择信号SEL1，而晶体管M3的第一及第二端分别耦接至电阻R3以及减法电路210，晶体管M4的第一及第二端分别耦接至电阻R4以及减法电路210。

减法电路210包括运算放大器OP1、电阻R1以及R2。运算放大器OP1的第一输入端耦接至开关SW1，而电阻R1串接在参考接地端GND以及运算放大器OP1的第一输入端间。运算放大器OP1的第二输入端耦接至开关SW2。电阻R2则耦接在运算放大器OP1的第二输入端以及运算放大器OP1的输出端间。其中，运算放大器OP1的输出端产生减法结果电压VDIFF1，运算放大器OP1的第一输入端可以为其正输入端(或负输入端)，而运算放大器OP1的第二输入端可以为其负输入端(或正输入端)。

在实现细节上，晶体管M1以及M2分别依据所接收的检测电压VD11以及VD12以对电源电压VDD进行调整以分别产生调整电压VT1以及VT2。在当电压减法器200要进行减法运算时，开关SW1以及SW2依据选择信号SEL1而被导通。如此一来，减法电路210则可依据调整电压VT1以及VT2进行减法运算，并藉以产生减法结果电压VDIFF1。

由本实施方式可以得知，电压减法器200中仅有晶体管M1以及M2需要由高压元件来建构，其余的电路元件都不需要应用可承受较高电压的高压元件来建构，可有效降低电路面积的需求。

请参照图3，图3为本发明实施例的电源模块的实施方式的示意图。电源模块300包括多数个电池BAT1～BATN串接而成，其中，各电池的正极端与负极端分别提供不同的检测电压。具体来说明，电池BAT1～BATN分别提供检测电压VD11、VD12～VDN1、VDN2。在本实施方式中，检测电压VD11、VD12～VDN1、VDN2的电压值依据其排列顺序而递减，也就是说检测电压VD11的电压值最高，检测电压VDN2的电压值最小。另外，各电池所提供的两个检测电压间的电压差可以是相同的(VD11-VD12＝VDN1-VDN2)。

综上所述，本发明利用高压的晶体管接收电源模块的检测电压，并使晶体管依据检测电压来对相对低压的电源电压进行调整，并藉此获得调整电压。通过计算两个调整电压间的差值，本发明实施例的电源模块的检测装置可以检测出电源模块的工作状态是否正确。如此一来，检测装置中的高压元件的数量可以被减少，达到节省电路面积的功效。并且，也不会因需要设置电平转移电路而需要额外的电力消耗，达到节省功率消耗的效果。

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。

Claims (10)

1.一种电源模块的检测装置，其特征在于，用于接收电源模块提供的多数个检测电压，且该些检测电压至少包含有第一检测电压及第二检测电压，而该检测装置包括：

多数个电压减法器，每一电压减法器接收电源电压、该第一检测电压及该第二检测电压，各该电压减法器包括：第一及第二晶体管，分别依据该第一及第二检测电压调整该电源电压以分别产生一第一及第二调整电压；

时钟产生器，耦接该些电压减法器，并分别对应每一电压减法器提供选择信号，各该电压减法器依据该选择信号对该第一及第二调整电压进行减法运算以产生减法结果电压；以及

多工器，选择该些电压减法器的其中之一产生的该减法结果电压以产生输出电压。

2.根据权利要求1所述的电源模块的检测装置，其特征在于，各该电压减法器还包括：

第一开关，其第一端耦接该第一晶体管以接收该第一调整电压以及该选择信号，依据该选择信号以传送该第一调整电压至该第一开关的第二端；

第二开关，其第一端耦接该第二晶体管以接收该第二调整电压以及该选择信号，依据该选择信号以传送该第二调整电压至该第二开关的第二端；以及

减法电路，耦接该第一开关以及该第二开关的第二端，针对该第一调整电压以及该第二调整电压进行减法运算以产生该减法结果电压。

3.根据权利要求2所述的电源模块的检测装置，其特征在于，该减法电路包括：

运算放大器，其第一输入端耦接至该第一开关的第二端，其第二输入端耦接至该第二开关的第二端，其输出端产生该减法结果电压；

第一电阻，耦接在该运算放大器的第一输入端以及一参考接地端间；以及

第二电阻，耦接在该运算放大器的输出端与该运算放大器的第二输入端间。

4.根据权利要求2所述的电源模块的检测装置，其特征在于，该减法电路还包括：

第一电阻，串接在该第一开关与该第一晶体管的耦接路径间；以及

第二电阻，串接在该第二开关与该第二晶体管的耦接路径间。

5.根据权利要求1所述的电源模块的检测装置，其特征在于，该第一及第二晶体管分别依据该第一调整电压以及该第二调整电压而工作在线性区。

6.根据权利要求1所述的电源模块的检测装置，其特征在于，该时钟产生器接收一测试命令以产生对应各该电压减法器的该选择信号。

7.根据权利要求1所述的电源模块的检测装置，其特征在于，该些检测电压的电压值大小不相同。

8.一种电源管理系统，其特征在于，包括：

电源模块，提供多数个检测电压，且该些检测电压至少包含有第一检测电压及第二检测电压；

检测装置，包括：

多数个电压减法器，每一电压减法器接收电源电压、该第一检测电压及该第二检测电压，各该电压减法器包括：第一及第二晶体管，分别依据该第一及第二检测电压调整该电源电压以分别产生第一及第二调整电压；

时钟产生器，耦接该些电压减法器，并分别对应每一电压减法器提供选择信号，各该电压减法器依据该选择信号对该第一及第二调整电压进行减法运算以产生减法结果电压；以及

多工器，选择该些电压减法器的其中之一产生的该减法结果电压以产生输出电压。

9.根据权利要求8所述的电源管理系统，其特征在于，该电源模块包括：

多数个电池，该些电池相互串连，各该电池的正极以及负极分别产生该些调整电压的其中之一以及其中的另一。

10.根据权利要求8所述的电源管理系统，其特征在于，各该电压减法器还包括：

第一开关，其第一端耦接该第一晶体管以接收该第一调整电压以及该选择信号，依据该选择信号以传送该第一调整电压至该第一开关的第二端；

第二开关，其第一端耦接该第二晶体管以接收该第二调整电压以及该选择信号，依据该选择信号以传送该第二调整电压至该第二开关的第二端；以及

减法电路，耦接该第一开关以及该第二开关的第二端，针对该第一调整电压以及该第二调整电压进行减法运算以产生该减法结果电压。