CN109075571A - 电源切换电路 - Google Patents

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Abstract

公开了一种电源切换电路，该电源切换电路包括：用于选择性地将第一电源节点连接到输出节点的第一开关对、用于选择性地将第二电源节点连接到所述输出节点的第二开关对以及开关控制电路。该开关控制电路可操作以使得所述第一开关对和所述第二开关对中的每一个开关对的第一开关由各自的第一控制信号控制，并且使得所述第一开关对和所述第二开关对中的每一个开关对的第二开关由各自的第二控制信号控制，以便在任何一个时刻将所述第一电源节点或所述第二电源节点中的不多于一个连接到所述输出节点。

Description

电源切换电路
本发明涉及一种用于在第一电源和第二电源之间进行切换的电源切换电路。
集成电路需要至少一个电源(例如，主电源)才能进行操作。然而，存在一些情况，在该情况下，提供与主电源并联的至少一个附加电源是有好处的。例如，在要求很高可靠性的系统中，假如主电源故障或低于特定电压或电流水平，则需要冗余的或“备用”的电源。在这种情况下，仍然可以通过备用电源向电路或系统供电。
实现待机模式或“睡眠”模式的设备也可以包括与主电源并联的附加电源。在这种情况下，与前一种情况不同，为了节省电力，故意中断与主电源的连接。例如，在待机模式期间，设备可以使用低功率电源(例如电池)来为仅有的几个关键电路供电，一旦设备重新唤醒，设备就需要恢复操作。由于通常发生在断电期间的数据丢失，关键电路可以包括例如易失性存储器和实时时钟(RTC)。设备被唤醒后，设备的电源将恢复到较高功率的主电源。
在实现两个电源的任一情况或其它情况下，都需要用于在两个电源之间进行切换的装置，使得在任何一个时刻只有一个电源连接到电路或负载。换句话说，两个或更多个电源始终保持相互隔离是很重要的。如果不满足这个条件，则其中一个电源(通常是两个电源中较小的一个)会从另一个电源吸收电流。因此，由于反向电流，较大的电源将进入电流极限。如果电源持续处于这种电流极限状态，则不仅可能损坏电源，而且也可能损坏连接到接收电流的电源的开关。在两个电源功率相等(并且电流能力相等)的情况下，如果两个电源之间没有提供隔离，则两个电源都将向负载或电路供电。在其中一个电源是电池的情况下，电池将不断地耗尽，并且当主电源发生故障时可能无法为负载提供足够的电力。
连接到任何电源的器件(例如开关)能够承受通过它所耗散的全部电压也是很重要的。如果不是这种情况，则器件可能会因为在其任何端子上出现的或穿过的过高电压(高于其额定电压)而损坏。对于半导体器件来说尤其如此，这些半导体器件对它们所能吸收的功率量有限制。具体地，随着半导体器件变得更小，与“摩尔定律”相符，它们的物理接合点变得更小，因此更不能处理较大的电压。然而，许多设备仍然需要较大的电源电压来进行操作。因此，在较小节点制造工艺中实现切换电路变得更加困难，特别是那些不提供高电压器件(即，能够承受比标称电源大得多的电压的器件)的工艺(例如28nm CMOS工艺)。一种解决方案是使用芯片外的、功率较高的开关来处理这种工艺节点上的电源切换。这导致了尺寸和成本的增加。
因此，希望提供用于在第一电源和第二电源之间进行切换同时确保电源保持相互隔离的切换电路。还希望提供用于在第一电源和第二电源之间进行切换的切换电路，其中，切换电路的构成开关或其它器件的击穿电压极限可以小于电源中的至少一个的电压水平而不会被损坏。
发明内容
在本发明的第一方面中，提供了一种电源切换电路，所述电源切换电路包括：
第一开关对，用于选择性地将第一电源节点连接到输出节点；
第二开关对，用于选择性地将第二电源节点连接到所述输出节点；以及
开关控制电路，其可操作以使得所述第一开关对和所述第二开关对中的每一个开关对的第一开关由各自的第一控制信号控制，并且使得所述第一开关对和所述第二开关对中的每一个开关对的第二开关由各自的第二控制信号控制，以便在任何一个时刻将所述第一电源节点或所述第二电源节点中的不多于一个连接到所述输出节点。
在本发明的第二方面中，提供了一种电源切换电路，所述电源切换电路包括：
一个或更多个第一开关，用于选择性地将第一电源节点连接到输出节点；
一个或更多个第二开关，用于选择性地将第二电源节点连接到所述输出节点；以及
开关控制电路，所述开关控制电路包括用于提供第一电流的第一电流源和用于提供第二电流的第二电流源，所述开关控制电路是可操作的，以使得用于所述一个或更多个第一开关的一个或更多个第一控制信号以及用于所述一个或更多个第二开关的一个或更多个第二控制信号都来源于所述第一电流和/或所述第二电流。
在所附的从属权利要求中公开了本发明的其它可选方面。
附图说明
现在将参照附图仅通过示例的方式描述本发明的实施方式，其中：
图1是第一现有技术电源切换电路的示意图；
图2是第二现有技术电源切换电路的示意图；
图3是根据本发明第一实施方式的电源切换电路示意图；
图4是具有所示开关控制电路的细节的图3中的电源切换电路的示意图，以及
图5例示了电源切换电路的操作：(a)第一操作配置中的第二实施方式的电源切换电路；(b)第二操作配置中的第二实施方式的电源切换电路；(c)操作配置中的图4的电源切换电路。
具体实施方式
存在各种已知的技术将两个电源连接到提供所需隔离的公共负载或电路。这种技术可以采用电源切换电路，有时称为电源多路复用(或简单地称为电源复用)电路。下面讨论所使用的一些方法。
图1是通过使用“或”二极管电路结构将第一电源(例如，主电源)和第二电源(例如，辅助电源)互相连接到公共负载的已知结构的示意图。该结构包括第一电源100A和第一二极管110A的串联连接支路和第二电源100B和第二二极管110B的串联连接支路，这两个串联连接支路相互并联。每个二极管110A、110B的阴极连接在一起并耦合到公共负载120，而二极管110A的阳极连接到第一电源100A，并且二极管110B的阳极连接到第二电源100B。
假定由第一电源100A提供给负载120的电压比第二电源100B提供的电压大多于一个二极管压降的电压，则负载120将由第一电源100A供电。如果第一电源100A发生故障或者其电压比第二电源100B的电压低多于一个二极管压降的电压，则电力供应切换到第二电源100B。该电路的优点在于它的简单性以及每个二极管110A、110B都是反向偏置的，以免电流流入对应的电源100A、100B。因此，该电路可以防止针对二极管的反向击穿电压以下的任何电压的反向电流流动。
使用这种结构以互相连接两个电源的主要缺点是：由于对应的导通的二极管110A、110B的正向结电势，所以出现在负载120处的电压总是比由电源提供的对应电压低一个二极管正向电压降。这在由低电压供电的现代电子系统中尤其是个问题。例如，虽然硅二极管上的0.6-0.7V的电压降在10V系统中是可以接受的(<10％的损耗)，但在由1V电源供电的电子系统中这是一个棘手的问题(>70％的损耗)。
使用具有较低的正向结电势的二极管可以有助于缓解这一问题。锗二极管的正向结电势仅为0.3V左右，这使得锗二极管在功率损耗方面优于硅二极管。然而，与硅二极管相比，锗二极管还具有对温度变化的影响非常敏感的漏电流。肖特基二极管也具有0.3V的正向结电势，但是它们具有更大的反向电流并且通常是比较大的，因此肖特基二极管比标准二极管更昂贵。
图2是用于将两个电源连接到公共负载的另一种已知结构的示意图，该结构克服了图1的结构的一些问题。在该结构中，每个二极管110A、110B已经被各自的电源200A、200B与负载220之间的开关210A、210B代替。每个开关210A、210B可以包括任何开关器件，诸如金属氧化物半导体(MOS)场效应晶体管(FET)或MOSFET(或任何其它合适的晶体管或其它开关器件)。
MOSFET开关210A、210B这样操作：当一个开关(例如，开关210A)处于接通状态以将其对应的电源200A连接到负载220时，另一个开关210B处于断开状态以将其对应的电源200B与负载220隔离开来，反之亦然。该操作是通过适当地控制在每个开关210A、210B的控制端子(栅极端子)处的电压Vg1、Vg2来实现的。因此，与图1中所例示的结构相比，该结构的缺点是需要专用的开关控制电路230来控制开关210A、210B，以使得在任何一个时刻只有一个电源200A、200B连接到负载220。
每个开关210A、210B(作为MOSFET)具有各自的形成于基底(本体)与基底未连接到的流动端子(源极端子或漏极端子)之间的本征体二极管240A、240B，(没有示出基底与其它流动端子之间的短接本征体二极管)。当开关(例如，尽管这一点同样适用于开关210A，但此处指开关210B)导通时，即，在接通状态下，电流流过开关210B，并且来自于电源200B的可以忽略的电流流过对应的本征体二极管240B。这是因为在导通状态下，开关210B的漏极-源极通路具有比本征体二极管240B低得多的电阻。因此，出现在开关两端的唯一电压降是漏极-源极电势产生的电压降，当开关210B在线性区域工作时，漏极-源极电势通常比二极管压降小得多。这使得这种方法适合于低功耗设计。
与图1的结构一样，这种结构的缺点是不可能任意选择由电源200A、200B提供的电压。由电源200A、200B提供的电压仍然需要在彼此的一个二极管压降(即，针对硅二极管而言是0.6-0.7V)内。如果“隔离的”电源(例如第二电源200B)的电压大于正在从有效电源施加到负载220的电压的二极管压降，则将使对应的本征体二极管240B正向偏置，从而不考虑开关210B是否处于断开状态而为负载220供电。还应该显而易见的是，如果当前的有效电源(例如，第一电源200A)在该电路中出现故障，则连接到“隔离的”电源200B的开关的本征体二极管240B将被正向偏置，从而产生进入故障电源200A的反向电流。
在这种电路结构中，开关210A、210B能够承受施加在其漏极-源极和栅极-源极端子上的电压是很重要的。此外，漏极-源极和源极-栅极端子之间的电压电势不应超过器件的最大额定值(即击穿电压VDS-Max和VGS-Max)，否则可能损坏器件并导致电路的可靠性问题。为了允许将被连接到负载上的最大可能的电源电压，需要使用由该技术支持的最高电压晶体管来实现开关210A、210B。然而，大多数技术节点不提供能够承受由电源和电池所使用的高电压的晶体管。代工厂提供的新技术尤其如此。随着器件尺寸的缩小，其氧化物层变薄，因此击穿电压变小。例如，格罗方德公司的28nm CMOS工艺中可用的最大电压器件具有1.8V的最大栅极-源极击穿电压VGS，该VGS比例如3V电池低很多。
图3示出了示例性的电源切换电路，该电路解决了上述与图1和图2所描绘的结构有关的问题。图3的切换电路能够选择两个独立的电源(耦合至第一电源节点VIN1的第一电源300A以及耦合至第二电源节点VIN2的第二电源300B)中的一个电源，以便为附接到输出节点VOUT的负载320供电。该电路包括选择性地将第一电源300A耦合到负载320的第一开关对，以及选择性地将第二电源300B耦合到负载320的第二开关对。在所描绘的实施方式中，第一开关对和第二开关对各包括与第二开关315A、315B串联耦合的第一开关310A、310B。开关控制电路330提供用于开关310A、310B的第一控制信号VB1、VB2，以及用于开关315A、315B的第二控制信号VB3、VB4。这样，开关310A、310B、315A、315B的控制端子(栅极端子)分别通过由开关控制电路330产生的第一控制信号和第二控制信号来单独控制。在例示的示例中，每个开关310A、310B、315A、315B包括p-沟道开关-MOSFET。具体地，开关310A、310B、315A、315B可以包括横向扩散MOSFET(或LD-MOSFET)。LD-MOSFET是用设置在高掺杂硅基底上的外延硅层制造的非对称功率晶体管，使得LD-MOSFET能够承受高电场。这赋予了它们一个优点：与标准晶体管相比，它们具有高击穿电压。由于它们的有效栅极长度通常短于栅电极的物理长度，因此它们也可以在高速下操作，从而通常被用于高功率射频应用。然而，这只是示例器件，开关310A、310B、315A、315B可以同样包括任何其它合适的开关器件，包括任何其它类型的晶体管。
在实施方式中，第一开关对的第一开关310A和第二开关315A以其本征体二极管340A、345A反向连接的方式配置，同样地，第二开关对的第一开关310B和第二开关315B也以这样的方式配置其本征体二极管340B、345B。该配置在各电源300A、300B与负载320之间创建了一对背对背二极管340A、345A；340B、345B。该配置克服了结合图2所示电路讨论的问题。首先，由于本征体二极管340A、345A；340B、345B中的一个将总是反向偏置的从而阻止电流的反向流动，所以可以更自由地选择电源电压，而与一个电源电压是否超过另一个电源电压一个二极管压降或更多无关。其次，如果其中一个电源发生故障，则防止另一个电源将电流输送到故障电源从而可能损坏工作电源。
图4示出了具有所示(示例性)开关控制电路330的细节的图3中的电路。开关控制电路330包括分别从第一电源300A和第二电源300B在芯片上产生的第一电流源400A和第二电流源400B。这些电流源用于为开关310A、310B、315A、315B产生必要的控制信号，以确保在任何一个时刻只有一个电源为负载320供电。现在将提供关于开关控制电路330如何控制开关310A、310B、315A、315B的描述。注意，由于电路是对称的，为了简洁起见，只详细讨论了左手边(LHS)示出的开关控制电路330的操作。
第一电流源400A产生第一电流I1，从而设置参考器件405A的漏极电流。凭借参考器件405A与镜像器件410A之间形成的电流镜像连接，将该第一电流I1镜像到镜像器件410A的漏极。同样地，在镜像器件415A与参考器件420A之间形成的电流镜像产生流过镜像器件415A的漏极的第一电流I1的复制。经由在参考器件405B与镜像器件425A之间形成的电流镜像，将开关控制电路330的右手边(RHS)子电路中的第二电流源400B产生的第二电流I2镜像到镜像器件425A上。在镜像器件425A的漏极处，第一电流I1和第二电流I2的交叉点产生差分电流I1-I2(减法)，该差分电流流过二极管连接器件430A，以产生第三控制信号(偏置电压)VB5。该偏置电压VB5偏置控制器件435A和控制器件440A的栅极。假定第一电流I1明显大于第二电流I2，则产生足够高的偏置电压VB5。这使得控制器件435A和控制器件440A都导通，将其各自的漏极电压(第二控制信号和第一控制信号)VB3和VB1拉低。该动作接通了开关315A和310A，允许从第一电源300A向负载320供电。应该注意，当指控制器件435A和440A时，术语“导通”的使用比较宽松，因为它们可以在线性区域中作为开关来操作或在饱和(低于阈值或超过阈值)区域中操作。换句话说，控制器件435A和440A不限于特定的操作模式。
如前所述，开关控制电路330确保在任何一个时刻只有一个电源连接到负载。在具体的示例中，默认为可以将第一电源300A连接到负载。这通过设计开关控制电路330使得当两个电源300A、300B都正常工作时第一电流I1大于第二电流I2来实现。换句话说，电流源400A、400B被设计成明显的不平衡。当然，在两个电源300A、300B都正常工作时，开关控制电路330可以通过使第一电流I1小于第二电流I2而使第二电源300B默认连接到负载来操作。无论哪种方式，除了该细节外，开关控制电路330的LHS子电路和RHS子电路都是对称设计的。
由于对称，在RHS上示出的开关控制电路330以类似的方式操作。唯一的区别是电流I2类似地镜像到镜像器件415B，在该镜像器件处，电流I2与从参考器件405A镜像得到的电流I1相遇。换句话说，相对于LHS上所示的类似子电路中流动的电流，电流I1和电流I2是互换的。这种结构的结果是产生流过二极管连接器件430B的差分电流I2-I1，以产生偏置控制器件435B和440B的第四控制信号(偏置电压)VB6。继续之前的示例，其中，电流I1被设计为大于电流I2，这导致二极管连接器件430B电流‘不足’。因此，偏置电压VB6被拉低，关断控制器件435B和440B。结果，第一控制信号VB2被拉高至第二电源节点电压VIN2，并且第二控制信号VB4被拉高至输出节点电压VOUT(在该特定示例结构中，VOUT将是第一电源节点电压VIN1)。这确保了开关310B和315B保持断开，从而防止从第一电源300A流出的反向电流。
开关控制电路330的一个显著(可选)特征是开发了用于开关315A、315B(例如，具有相对于从各自电源节点VIN1、VIN2到输出节点VOUT的电流流动处于正向偏置方向的本征体二极管345A、345B的开关)中的至少一个的第二控制信号VB3、VB4这一方式。控制器件435A的漏极经由负载器件450A(注意，为方便起见，倒置绘制控制器件435A，即其与器件440A具有相同的栅极-源极电压)连接到输出节点VOUT，而不是连接到第一电源节点电压VIN1。控制器件440A的漏极经由负载器件445A连接第一电源节点VIN1。因此，当控制器件435A和440A导通时，它们都从第一电源300A输送功率。虽然该结构在控制器件435A导通时没有优势，但它确保了在有意地从其它电源300B输送功率时开关315A保持断开，而不考虑所使用的电源电压。负载器件450B可以类似地连接到输出节点VOUT(如图所示)。或者，可以通过将负载器件450A、450B中的仅一个这样连接到输出节点VOUT并且另一个负载器件视情况连接到对应的电源节点VIN1、VIN2来实现该功能。
图5通过示出三个单独的示例例示了该技术效果。在图5(a)的第一示例中，开关310A和315A的偏置与施加到第一电源节点VIN1的3V的示例性电压关联(refer)，并且开关310B和315B的偏置与施加到第二电源节点VIN2的4V的示例性电压关联。术语“关联”将被理解为：在负载器件的第一流动端子连接到其对应开关的栅极时，该负载器件的第二流动端子的连接。此处，控制开关控制电路330以为输出节点VOUT处的负载提供第一电源节点VIN1处的3V电源。这通过对开关310A、315A的控制端子施加比第一电源节点VIN1处的电压小Δ的电压(即3V-Δ)来实现。另一方面，开关310B和315B将施加到第二电源节点VIN2处的电压(即4V)施加到其控制端子上。在这种情况下，开关310B和315B按需要处于断开状态。然而，图5(b)表明，如果希望为负载提供第二电源节点VIN2处的4V电源，则情况并非如此。尽管旨在通过在控制开关310A、315A的控制端子施加第一电源节点的电压(即3V)以使控制开关310A、315A断开，但很明显，由于源极电压(4V)超过了栅极电压(3V)，所以开关315A和开关310A将会接通。图5(c)例示了上文所讨论的结构，其中，用输出节点VOUT处的电压而不是各自电源节点VIN1或VIN2处的电压来偏置开关315A和315B的栅极。可以看出，针对该结构，将防止由图5(b)所例示的反向电流情况。这是因为最小源栅电压总是为零(与电源电压无关)，这不足以接通开关315A、315B。因此，为了电路更可靠地操作，晶体管435A和/或435B的漏极端子可以经由其各自的负载器件450A和/或450B连接到输出节点VOUT，而不是按照惯例连接到电源节点VIN1、VIN2。
值得注意的是，尽管示例性开关控制电路330示出了第二控制信号VB3、VB4都与输出电压VOUT关联的对称结构，但是只需要这样关联其中一个控制信号VB3、VB4(另一个以惯例方式关联到其对应的电源节点VIN1、VIN2)。因此，为了取得图5所例示的效果，可以将控制器件435A、435B中的任何一个或两个的漏极(经由各自的负载器件450A、450B)连接到输出节点VOUT。
图4的电路的另一个显著特点是，它能够在低电压工艺技术中切换高电压电源，而不需要高电压晶体管。例如，在28nm工艺中，LDMOS晶体管的最大栅源电压额定值为1.8V，最大漏源电压额定值为5V。然而，通过使用本说明书所描述的电源切换电路，可以切换具有比开关310A、310B、315A、315B的栅源击穿电压更大(可能大2倍、3倍或更多倍)的电压输出的电源。这意味着开关310A、310B、315A、315B不需要是高电压器件，因此，例如可以与开关控制电路330集成在同一个管芯上。因此，本说明书所公开的电源切换电路(诸如图3和图4中所例示的)可以包括单个集成电路。
有许多特征允许使用标准开关来切换相对高电压电源。一个这样的特征是：用于开关310A、310B、315A、315B的控制信号VB1、VB2、VB3、VB4是从差分电流中而不是按照惯例从差分电压中获得的。这意味着开关控制电路330中所包括的参考器件405A、405B、420A、420B和镜像器件410A、410B、415A、415B、425A、425B中的任何一个的控制电极与流动电极之间的电压差(即，栅源电压)将永远不会大于二极管正向电压降。注意，所有这些器件都可以实现为晶体管，更具体地，实现为MOSFET。电流镜像是通过二极管连接结构(当然是二极管连接器件430A、430B)中的所有参考器件实现的，这意味着参考器件和镜像器件都不能过度偏置。
允许使用标准开关的另一个特征是负载器件445A、445B、450A、450B的适当选择(例如，确定大小)，以使得开关310A、310B、315A、315B的控制电极与流动电极之间的最大电压差(即，栅源电压)不超过由工艺支持的最大允许栅源电压(即，它们的击穿电压)。应当注意，每个开关310A、310B、315A、315B的栅源电压将等于通过其各自负载器件445A、445B、450A、450B(即，开关栅极处的负载器件)的电压降。因此，应该这样选择(例如，确定大小)负载器件445A、445B、450A、450B：通过负载器件的电压降不大于开关的最大允许栅源电压。RHS子电路中的负载器件445B和450B的大小可以(可选地)分别与负载器件445A和450A的大小基本相同。应理解，虽然负载器件445A、445B、450A、450B在图4中被示为电阻，但它们可以使用有源元件(例如二极管连接(MOSFET)器件)来实现，以获得“电阻器”功能。这些被称为有源电阻器，并且具有通常需要较小的面积以及可以降低制造成本的优点。这样的器件可以确保在它们之间有设定的、适当低的电压降(例如，二极管压降)。此外，可以控制有源电阻器的电阻，这提供了可配置的备用切换电路的可能性，例如，为不同的输入电压配置切换电路或选择哪个电源是主电源。
本说明书中所描述的包括电流源以产生用于控制所述开关的差分电流信号的开关控制电路可以调整为每侧仅产生一个控制信号，以仅控制每个电源的单个开关。因此，所设想的实施方式包括电源切换电路，该电源切换电路仅包括每个电源节点VIN1、VIN2与输出节点VOUT之间的单个开关。这样的实施方式可以类似于图4中所例示的实施方式，但是没有开关310A、310B，以及它们各自的控制器件440A、440B和负载器件445A、445B；而且开关315A、315B关联其各自的电源节点(即，负载器件450A连接到第一电源节点VIN1，负载器件450B连接到第二电源节点VIN2)。这样的实施方式将产生用于开关315A的第一控制信号和用于开关315B的第二控制信号。这样的实施方式可能不会受益于本说明书中参考四个开关的实施方式描述的所有优点，但仍能受益于能够切换大于其组成开关的击穿电压的电源(因此，电源切换电路可以集成在单个芯片上)。
正如已经提及的，本说明书所公开的概念可以在不提供高电压器件的亚微米工艺中实现。应当注意，本说明书所公开的概念同样可以在提供高电压器件的标准CMOS工艺中实现。然而，在这种情况下，仅使用标准低电压器件可以减少所需的硅面积并节省费用。
尽管将参考电流源400A和400B示为独立源，但实际上可以分别从电源节点VIN1和VIN2处的电源中产生；例如经由带隙电路产生。这样，第一电流I1取决于第一电源节点VIN1处的电压，并且第二电流I2取决于第二电源节点VIN2处的电压。因此，假如其中一个电源发生故障，则对应的电流供应将受到影响。例如，如果第一电源节点VIN1处的电压由于任何原因中断，则参考电流源I1将趋于零，或者至少会变小。
负载320与接地之间可以连接适当大小的电容器，以改进电源切换电路的性能。具体地，无论何时当电路从一个电源切换到另一个电源时，这种电容器可以用来平滑负载320处出现的任何毛刺。电容应该足够大，以抑制毛刺，但不能过大以造成从一个电源切换到另一个电源的过度延迟。
应当注意，连接到电路输出端的负载320可以是另一个电路，而不是简单的负载。例如，电源切换电路可以作为为小型启动电路供电的电池备用切换电路来使用，该小型启动电路本身用于启动大型系统或为大型系统上电，例如GNSS接收器或蜂窝前端。
图3、图4和图5示出了为开关310A、310B、315A、315B部署P-沟道MOSFET(PMOS晶体管)的实现。然而，本领域的技术人员会立即意识到：针对开关(或甚至其它合适的器件)使用N-沟道MOSFET(NMOS晶体管)是同样可能的。在应用后者的实现时，本领域的技术人员还会意识到：控制开关的栅极的控制器件将需要适当地调节，例如通过使用PMOS晶体管以及对电流I1和I2的电流镜像进行相应的改变。
应当理解，上述描述仅用于说明，并且在不脱离本发明的精神和范围时可以设想其它实施方式和变形。诸如“耦合到”和“连接到”的术语应被理解为包括不直接连接或耦合的情况(例如，可能存在中间元件或器件的情况)。在具体的示例性实施方式中，所有开关、镜像器件、参考器件、控制器件和二极管连接器件都具体示为MOSFET器件，而负载器件示为电阻。这纯粹是作为示例，任何合适的等效或类似的器件都可以在可能的情况下使用，或者在技术人员不需努力的情况下使用这样的等效或类似器件。因此，开关、镜像器件、参考器件、控制器件和二极管连接器件可以包括下列器件中的任何一个以及任何组合(如果可能的话)：MOSFET、LD-MOSFET、其它晶体管器件或其它开关器件。二极管连接器件也可以包括二极管，并且负载器件可以包括任何合适的负载(包括晶体管器件)。此外，尽管图4中的电流镜像示为产生电流的精确复制(1:1比率镜像)，但是可以设想，每一侧的一个或更多个(等效)电流镜像采用不同比率的电流镜像，以按比例放大或缩小电流。例如，这可以用来降低功耗。

Claims (31)

1.一种电源切换电路，所述电源切换电路包括：
第一开关对，用于选择性地将第一电源节点连接到输出节点；
第二开关对，用于选择性地将第二电源节点连接到所述输出节点；以及
开关控制电路，其能够操作以使得所述第一开关对和所述第二开关对中的每一个开关对的第一开关由各自的第一控制信号控制，并且使得所述第一开关对和所述第二开关对中的每一个开关对的第二开关由各自的第二控制信号控制，以便在任何一个时刻将所述第一电源节点或所述第二电源节点中的不多于一个连接到所述输出节点。
2.根据权利要求1所述的电源切换电路，其中，在所述第一开关对和所述第二开关对的每一个开关对中，所述第一开关和所述第二开关按照使所述第一开关和所述第二开关的本征体二极管反向连接的方式串联连接。
3.根据权利要求1或2所述的电源切换电路，其中，用于所述第一开关对或所述第二开关对中的至少一个开关对的所述第二开关的所述第二控制信号经由所述输出节点获得。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的电源切换电路，其中，所述第一控制信号源自于所述第一电源节点以用于所述第一开关对的所述第一开关，并且源自于所述第二电源节点以用于所述第二开关对的所述第一开关。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的电源切换电路，其中，每个第一控制信号和每个第二控制信号均经由各自的控制器件获得。
6.根据权利要求5所述的电源切换电路，其中，所述第一开关对和所述第二开关对的所述第一开关和所述第二开关中的每一个均包括控制端子，所述控制端子由与该开关对应的所述控制器件的公共节点和各自的负载器件偏置。
7.根据权利要求6所述的电源切换电路，其中，每个负载器件使得该负载器件上降低的电压在大小上小于对应开关的击穿电压。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的电源切换电路，其中，所述开关控制电路包括用于提供第一电流的第一电流源以及用于提供第二电流的第二电流源，所述开关控制电路能够操作，以使得从所述第一电流和/或所述第二电流获得所述第一控制信号和所述第二控制信号。
9.根据权利要求8所述的电源切换电路，所述电源切换电路能够操作，以从连接到所述第一电源节点的第一电源中产生所述第一电流，并且从连接到所述第二电源节点的第二电源中产生所述第二电流。
10.根据权利要求8或9所述的电源切换电路，其中，所述开关控制电路能够操作，以使得所述第一开关对和所述第二开关对的控制由所述第一电流与所述第二电流之间的差分电流确定。
11.根据权利要求10所述的电源切换电路，其中，所述开关控制电路包括多个电流镜，所述多个电流镜能够操作，以从所述第一电流源和所述第二电流源获得所述差分电流。
12.根据权利要求11所述的电源切换电路，其中，每个电流镜包括参考器件和镜像器件，所述参考器件为二极管连接结构，所述参考器件和所述镜像器件具有连接在一起的控制端子。
13.根据权利要求10至12中的任一项所述的电源切换电路，其中，所述第一开关对的控制由第一差分电流确定，所述第二开关对的控制由第二差分电流确定，所述第一差分电流与所述第二差分电流基本相等且相反。
14.根据权利要求8至13中的任一项所述的电源切换电路，其中，所述开关控制电路被配置成使得当第一电源向所述第一电源节点供电并且第二电源向所述第二电源节点供电时，所述第一电流和所述第二电流不同。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的电源切换电路，其中，所述第一开关对、所述第二开关对和所述开关控制电路全部集成在单个管芯上。
16.根据前述权利要求中的任一项所述的电源切换电路，所述电源切换电路被配置为在所述第一电源节点处切换比所述第一开关对中的每个开关的击穿电压大的电压，和/或在所述第二电源节点处切换比所述第二开关对中的每个开关的击穿电压大的电压。
17.根据前述权利要求中的任一项所述的电源切换电路，其中，所述第一开关对和所述第二开关对中的所述开关包括MOSFET。
18.根据前述权利要求中的任一项所述的电源切换电路，其中，所述开关控制电路能够操作，以：
在主操作模式中，控制所述第一开关对，以将所述第一电源节点处的第一电源连接到所述输出节点，并且控制所述第二开关对，以将所述第二电源节点处的第二电源与所述输出节点隔离；以及在所述第一电源的输出低于某一水平时：
在辅助操作模式中，控制所述第一开关对，以将所述第一电源节点处的所述第一电源与所述输出节点隔离，并且控制所述第二开关对，以将所述第二电源节点处的所述第二电源连接到所述输出节点。
19.一种电源切换电路，所述电源切换电路包括：
一个或更多个第一开关，用于选择性地将第一电源节点连接到输出节点；
一个或更多个第二开关，用于选择性地将第二电源节点连接到所述输出节点；以及
开关控制电路，所述开关控制电路包括用于提供第一电流的第一电流源和用于提供第二电流的第二电流源，所述开关控制电路能够操作，以从所述第一电流和/或所述第二电流获得用于所述一个或更多个第一开关的一个或更多个第一控制信号以及用于所述一个或更多个第二开关的一个或更多个第二控制信号。
20.根据权利要求19所述的电源切换电路，所述电源切换电路能够操作，以从连接到所述第一电源节点的第一电源中产生所述第一电流，并且从连接到所述第二电源节点的第二电源中产生所述第二电流。
21.根据权利要求19或20所述的电源切换电路，其中，所述开关控制电路能够操作，以使得所述一个或更多个第一开关和所述一个或更多个第二开关的控制由所述第一电流与所述第二电流之间的差分电流确定。
22.根据权利要求21所述的电源切换电路，其中，所述开关控制电路包括多个电流镜，所述多个电流镜能够操作，以从所述第一电流源和所述第二电流源获得所述差分电流。
23.根据权利要求22所述的电源切换电路，其中，每个电流镜包括参考器件和镜像器件，所述参考器件为二极管连接结构，所述参考器件和所述镜像器件具有连接在一起的控制端子。
24.根据权利要求21至23中的任一项所述的电源切换电路，其中，所述一个或更多个第一开关的控制由第一差分电流确定，所述一个或更多个第二开关的控制由第二差分电流确定，所述第一差分电流与所述第二差分电流基本相等且相反。
25.根据权利要求21至24中的任一项所述的电源切换电路，其中，所述一个或更多个第一控制信号和所述一个或更多个第二控制信号经由各自的控制器件分别获得，并且其中，针对所述控制器件中的各个控制器件的第三控制信号和第四控制信号是从所述差分电流获得的。
26.根据权利要求19至25中的任一项所述的电源切换电路，其中，所述开关控制电路被配置成使得当第一电源向所述第一电源节点供电并且第二电源向所述第二电源节点供电时，所述第一电流和所述第二电流不同。
27.根据权利要求19至26中的任一项所述的电源切换电路，其中，所述一个或更多个第一开关包含第一开关对，并且所述一个或更多个第二开关包含第二开关对，所述第一开关对和所述第二开关对中的每一个开关对均包含一对按照本征体二极管反向连接的方式串联连接的开关。
28.根据权利要求19至27中的任一项所述的电源切换电路，其中，所述一个或更多个第一开关、所述一个或更多个第二开关和所述开关控制电路全部集成在单个管芯上。
29.根据权利要求19至28中的任一项所述的电源切换电路，其中，所述电源切换电路能够操作，以在所述第一电源节点处切换比所述一个或更多个第一开关中的每个开关的击穿电压大的电压，和/或在所述第二电源节点处切换比所述一个或更多个第二开关中的每个开关的击穿电压大的电压。
30.根据权利要求19至29中的任一项所述的电源切换电路，其中，所述一个或更多个第一开关和所述一个或更多个第二开关均包括MOSFET。
31.根据权利要求19至30中的任一项所述的电源切换电路，其中，所述开关控制电路能够操作，以：
在主操作模式中，控制所述一个或更多个第一开关，以将所述第一电源节点处的第一电源连接到所述输出节点，并且控制所述一个或更多个第二开关，以将所述第二电源节点处的第二电源与所述输出节点隔离；以及在所述第一电源的输出低于某一水平时：
在辅助操作模式中，控制所述一个或更多个第一开关，以将所述第一电源节点处的所述第一电源与所述输出节点隔离，并且控制所述一个或更多个第二开关，以将所述第二电源节点处的所述第二电源连接到所述输出节点。
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