CN110380610A - 电源中的有效钳位 - Google Patents

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Abstract

公开一种电源。该电源包括第一开关和第二开关。该第一开关的栅极耦合到该第二开关的栅极。该电源还包括耦合在该第一开关与输入电压端口之间的切断开关。包括比较器，用于将反馈端口处的电压与固定参考电压相比较。当该反馈端口处的该电压低于该固定参考电压时，该比较器打开该切断开关。还公开了电源中的有效钳位方法。

Description

电源中的有效钳位
技术领域
本发明公开一种电源以及一种用于电源中的有效钳位的方法。
背景技术
电源几乎用于每个电子装置中，主要用于将可能由于电力线情况和负载因数而发生电压变化的交流(alternate current，AC)电输入转换成恒定直流(direct current，DC)输出，从而为电子装置的内部电路供电。
若干类型的电源用于不同应用中，例如，线性调节器、开关调节器和低压差调节器(low drop-out regulator，LDO)。线性调节器是用于保持平稳电压的系统。调节器的电阻根据负载变化，从而产生恒定输出电压。调节装置被制造成用作可变电阻器，从而连续地调整分压器网络以保持恒定输出电压并且将输入电压与调节电压之间的差作为废热连续地耗散。开关调节器使用打开和关闭以保持平均输出值的有源装置。低压差或LDO调节器是即使在电源电压非常接近输出电压时也可以调节输出电压的DC线性电压调节器。
对于某些应用，当输入电源电压太低而无法进行调节时，电压调节器被强制进入所谓的直通模式(pass-through mode，PTM)，在此情况下输出传递装置将完全打开，从而将输出钳位到输入。通常需要大的硅面积来制造输出传递装置，以最小化电阻并减小跨越该输出传递装置的压降。无法完全打开该装置将产生相当大的硅面积。
发明内容
提供此发明内容以通过简化形式介绍下文在具体实施方式中进一步描述的概念选择。本发明内容并非意图识别所主张的主题的关键特征或基本特征，也并非意图用于限制所主张的主题的范围。
在一个实施例中，公开一种电源。电源包括第一开关和第二开关。第一开关的栅极耦合到第二开关的栅极。电源还包括耦合在第一开关与输入电压端口之间的切断开关。包括比较器，用于将反馈端口处的电压与固定参考电压相比较。当反馈端口处的电压低于固定参考电压时，比较器打开切断开关。
在另一实施例中，公开一种用于调节电源中的输入电压的方法。电源包括处于镜像配置的第一开关和第二开关以及反馈端口。该方法包括：将所述反馈端口处的电压与固定参考电压相比较，以及如果所述反馈端口处的所述电压低于所述固定参考电压，则使用切断开关切断所述第一开关的电源，其中所述镜像配置包括所述第一开关的栅极耦合到所述第二开关的栅极，所述第一开关的源极通过所述切断开关耦合到输入电源，以及所述第二开关的漏极耦合到输出端口。
在一些例子中，电源包括耦合到第一开关的源极的偏压电流源，以及耦合到该第一开关的源极并耦合到地的第三开关。配置反馈端口，使得该反馈端口处的电压与输出电压成比例地变化。包括第二比较器并且该第二比较器耦合到反馈端口和固定参考电压。第二比较器被配置成当反馈端口处的电压低于固定参考电压时控制第三开关。
附图说明
为了可以详细地理解本发明的上述特征的方式，可以通过参考实施例来作出上文简要概括的本发明的更特定描述，该实施例中的一些实施例在附图中示出。然而，应注意，附图仅示出本发明的典型实施例且因此不应将其视为对本发明的范围的限制，因为本发明可以容许其它同等有效的实施例。本领域的技术人员在结合附图阅读本说明书后，将清楚所主张的主题的优点，其中类似附图标记用于表示类似元件，并且其中：
图1描绘根据本公开的一个或多个实施例的具有切断开关的电源的示意图；以及
图2示出根据本公开的一个或多个实施例的用于切断处于镜像配置的多个开关中的开关的电源的方法。
应注意，图式未必按比例绘制。已经省略图式转变之间的中间步骤以免混淆本公开。那些中间步骤对于本领域的技术人员来说是已知的。
具体实施方式
已经省略或不在说明书中详细描述许多熟知的制造步骤、组件和连接器，以免混淆本公开。
图1示出包括切断开关102的电源100。电源100还包括用于控制切断开关102的第一比较器104。包括处于镜像配置的第一开关M1和第二开关M2以调节输出电压Vo。第二开关M2是通常占据半导体晶片上的最大空间的主要调节器开关，在该半导体晶片上制造电源100的组件。第一开关M1的源极串联耦合到切断开关102，也就是说，当切断开关102打开时，第一开关M1的源极从电源断开连接。第一开关M1的漏极和栅极耦合在一起。第二开关M2的源极耦合到待调节的输入电源。第二开关M2的漏极耦合到输出端口114。在一些例子中，输出端口114可以耦合到电容器CL和电阻器RL。可以包括反馈端口112。反馈端口112可以具有输入到第一比较器104和第二比较器106的电压Vfb。第二比较器106耦合到第三开关M3，并且第二比较器106控制第三开关M3的栅极。参考电压VREF输入到第一比较器104和第二比较器106的第二输入端口。
偏压电流Id由偏压电流源110产生并且输入到第三开关M3的漏极。提供偏压电流Id以在电源100中的各个点处建立预定电压或电流。提供第三开关M3以在直通模式下驱动主要输出装置，例如，第二开关M2。当输入电源电压低于选定阈值时，出现直通模式。在直通模式中，其中M2的栅极由前调节级下拉，M1需要停用以防止过大电流流入M3。否则，M2的栅极电压将保持在升高水平，从而防止开关M2完全打开，进而将需要更大的硅制造区域来处理通过电流的升高。
电源100被配置成提供恒定输出电压Vo。但是，当输入电源电压VIN低于选定阈值时，输出电压Vo也低于另一预选定阈值。如果输入电源电压VIN保持高于选定阈值，则即使当输入电源电压VIN波动时，输出电压Vo也保持恒定。当Vo低于预选定阈值时，反馈端口112处的反馈电压Vfb低于参考电压VREF。当Vfb低于VREF时，第一比较器104关闭切断开关102，由此切断到第一开关M1的电流。同时，第二比较器106在第三开关M3处施加栅极电压。切断到第一开关M1的电流实现将第二开关M2的栅极拉到接近地。
通常，高值电阻器在通过箭头108所示的位置处放置于第一开关M1与第三开关M3之间。在直通模式中，需要下拉第二开关M2的栅极，以最大化输出电压。尽管线108处的高值电阻器可以限制到第三开关M3的漏极电流，但是第二开关M2的栅极电压向上保持到比所需更高的值，从而需要开关M2的更大尺寸。在一些实施例中，可以省略第二比较器106，并且第一比较器104的反相输出可以耦合到第三开关M3的栅极。在一些例子中，反馈端口112可以与提供电压Vo的输出端口相同。在其它例子中，在使用较低固定VREF的情况下，反馈端口112可以具有低于Vo的电压。
图2示出用于切断处于镜像配置的多个开关中的开关的电源的方法200。因此，在步骤202处，使用比较器将反馈端口处的电压与固定参考电压相比较。在步骤204处，确定反馈端口处的电压是否低于固定参考电压。如果是，则使用切断开关切断多个开关中的开关的电源，该切断开关耦合到从电源切断的开关的漏极。在步骤206处，如果反馈端口处的电压低于固定参考电压，则打开耦合在从电源切断的开关的源极与地之间的第三开关。
这些实施例中的一些或全部可以组合，一些可以被完全省略，并且可以添加额外过程步骤，同时仍获得本文中所描述的产品。因此，本文描述的主题可以许多不同变化体现，且所有此类变化预期在权利要求书的范围内。
尽管已借助于例子和根据具体实施方式描述一个或多个实施方案，但应理解，一个或多个实施方案不限于所公开的实施例。相反地，预期涵盖对本领域的技术人员来说将显而易见的各种修改和类似布置。因此，所附权利要求书的范围应被赋予最广泛的解释，以便涵盖所有此类修改和类似布置。
除非本文中另外指出或明显与内容相矛盾，否则在描述主题的背景下(尤其在以上权利要求书的背景下)使用术语“一(a/an)”和“所述”以及类似指示物应解释为涵盖单数和复数两者。除非在本文中另外指示，否则对本文中值范围的叙述仅预期充当个别提及属于该范围的每一单独值的速记方法，且每一单独值并入本说明书中，如同在本文中个别地叙述一般。此外，上述描述仅出于说明的目的，而不是出于限制的目的，因为寻求保护的范围由下文所阐述的权利要求及其授权的任何等效物来限定。除非另外主张，否则本文中所提供的对任何和所有例子或示例性语言(例如，“例如”)的使用仅仅是意图更好地说明主题，而并非对主题的范围造成限制。使用术语“基于”和其它类似短语指示在权利要求和书面描述中产生结果的条件，并不旨在排除产生该结果的任何其它条件。本说明书中的任何语言都不应理解为指示实践所主张的本发明所必需的任何非主张的要素。
本文中描述优选实施例，包括本发明人已知的用于执行所主张的主题的最佳模式。当然，在阅读上述描述之后，本领域的技术人员将清楚那些优选实施例的变化。本发明人期望本领域的技术人员按需要采用此类变化，并且本发明人意图以不同于本文中特定描述的其它方式来实践所主张的主题。因此，此所主张的主题包括可适用法律所准许的在所附权利要求中叙述的主题的所有修改和等效物。此外，除非本文另外指示或以其它方式明显与上下文相矛盾，否则涵盖上文所描述的元件以其所有可能的变化形式的任何组合。

Claims (8)

1.一种电源，其特征在于，包括：
第一开关；
第二开关，其中所述第一开关的栅极耦合到所述第二开关的栅极；
切断开关，所述切断开关耦合在所述第一开关与输入电压端口之间；
比较器，用于将反馈端口处的电压与固定参考电压相比较，其中当所述反馈端口处的所述电压低于所述固定参考电压时，所述比较器打开所述切断开关。
2.根据权利要求1所述的电源，其特征在于，进一步包括耦合到所述第一开关的源极的偏压电流源。
3.根据权利要求1所述的电源，其特征在于，进一步包括耦合到所述第一开关的漏极并耦合到地的第三开关。
4.根据权利要求1所述的电源，其特征在于，所述反馈端口处的所述电压与输出电压成比例地改变。
5.根据权利要求3所述的电源，其特征在于，进一步包括耦合到所述反馈端口和所述固定参考电压的第二比较器。
6.根据权利要求5所述的电源，其特征在于，所述第二比较器被配置成当所述反馈端口处的所述电压低于所述固定参考电压时，控制所述第三开关。
7.一种用于调节电源中的输入电压的方法，电源包括处于镜像配置的第一开关和第二开关以及反馈端口，其特征在于，所述方法包括：
将所述反馈端口处的电压与固定参考电压相比较，以及如果所述反馈端口处的所述电压低于所述固定参考电压，则使用切断开关切断所述第一开关的电源，其中所述镜像配置包括所述第一开关的栅极耦合到所述第二开关的栅极，所述第一开关的源极通过所述切断开关耦合到输入电源，以及所述第二开关的漏极耦合到输出端口。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括当所述反馈端口处的所述电压低于所述固定参考电压时，使用第三开关来控制所述第二开关的所述栅极。
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