CN111552339A - 用于提供功率供应的设备 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施例涉及用于提供功率供应的设备。第一端子接收第一DC电压。开关选择性地将第一端子耦合到提供输出的第二端子。响应于第一DC电压与第二DC电压的比较，控制电路选择性地致动开关。连接在第一端子与第三端子之间的低压差(LDO)线性电压调节器操作以从第一DC电压提供第二DC电压。

Description

用于提供功率供应的设备
优先权要求
本申请要求2019年02月12日提交的法国专利申请号1901411的优先权权益，其内容在法律允许的最大范围内通过引用以其整体并入本文。
技术领域
本申请总体上涉及用于从功率供应源向负载提供功率供应的设备。本申请更具体地涉及用于在功率供应源与负载之间传输能量的传输线缆的领域，特别是使用USB-PD技术的USB-C类型的线缆和连接器。
背景技术
尽管无线技术是能量和数据交换领域研究的主要脉络之一，但是线缆似乎仍然是连接多个电子设备的最可靠手段，无论是用于交换数据、或是向一个或多个电子设备供应功率、或是对一个或多个电子设备充电。
在通用串行总线(USB)标准的各种类型的线缆和连接器中，USB-C类型是使数据和能量交换成为可能的一种类型。USB-PD(来自“功率递送：POWER DELIVERY”)技术是一种充电技术，其适用于USB-C类型的线缆和连接器。凭借这种技术，可以管理电子设备的功率供应。
期望能够至少部分地改善设备的某些方面，以用于通过线缆，特别是通过适用于USB-PD技术的USB-C线缆，来从功率供应向负载提供功率供应。
发明内容
本文的实施例解决了用于从功率源向负载提供功率供应的已知设备的全部或一些缺点。
在一个实施例中，一种设备包括：第一端子，被配置成接收第一DC电压；开关，选择性地将第一端子耦合到设备的第二输出端子；开关的控制电路，包括被配置成接收第二DC电压的第三端子；以及低压差(LDO)线性电压调节器，其被连接在第一端子与第三端子之间，该调节器被配置成基于第一电压提供第二电压。
根据一个实施例，该开关的控制电路被配置成将第一电压与第二电压进行比较，并且根据比较的结果来控制开关的断开状态或闭合状态。
根据一个实施例，该开关的控制电路包括迟滞比较器，其第一输入耦合到第一端子，其第二输入连接到第三端子，并且其输出耦合到开关的控制端子。
根据一个实施例，当第一电压从目标值增加时，调节器被配置成保持第二电压低于或等于阈值电压，优选地高于目标值。
根据一个实施例，该阈值电压基于目标值来确定。
根据一个实施例，该调节器包括：晶体管，优选地功率晶体管，其导电端子分别连接到第一端子和第三端子；第一电路，被配置成基于第四端子上可获得的信号来控制晶体管；以及第二电路，被配置成向第四端子提供表示第二电压的值与阈值之间的差的信号。
根据一个实施例，该第二电路包括差分放大器，该差分放大器具有输入，该输入优选地是非反相收入，被配置成接收表示阈值的电压；另外的输入，该另外的输入优选地是反相输入，被链接到第三端子，并且该差分放大器的输出连接到第四端子。
根据一个实施例，该设备还包括第三电路，该第三电路被配置成在第二电压变得高于电压限制时激活第二电路。
根据一个实施例，该第三电路被配置成在第二电压基本上高于或等于电压限制时激活第二电路的差分放大器。
根据一个实施例，该设备还包括用于启动调节器的启动电路，该调节器由第一电压来供应。
根据一个实施例，该启动电路被配置成在第二电路不活动时提供去往第四端子的信号，使得所述第二电压随着第一电压增加直到电压限制。
根据一个实施例，由启动电路提供的去往第四端子的信号表示第二电压与基准电压之间的差。
根据一个实施例，启动电路包括差分放大器，优选地低功率差分放大器，该差分放大器具有被链接到基准电压的源的输入，优选地，非反相输入,还具有被链接到第二端子的另外的输入，优选地，反相输入，并且差分放大器的输出连接到第四端子，该差分放大器由第一电压供应。
根据一个实施例，基准电压的源由第一电压供电，电压源优选包括一个或多个二极管，该一个或多个二极管的一个或多个阈值电压确定基准电压。
根据一个实施例，开关的第一端子和/或控制端子均链接到施加端子，其用于通过相应的二极管(优选地齐纳二极管)施加基准电位(优选地，地电位)。
附图说明
以下通过说明而非限制的方式给出的对特定实施例的描述中，将参考附图对上述以及其他特征和优点进行详细描述，其中：
图1是描绘功率供应源与电子设备之间的连接的示意图；
图2是描绘用于向图1中所示的电子设备提供功率供应的电子设备的一个实施例的示意图；
图3描述了图2所示的设备中电压的系列；以及
图4以更详细地方式并且以电子电路的形式描绘了图2中所示的设备的一个实施例。
具体实施方式
在各个附图中，相似的特征已经由相似的附图标记指定。特别地，在各个实施例之间共有的结构和/或功能特征可以具有相同的附图标记并且可以具有相同的结构、尺寸和材料性质。
为了清楚起见，仅详细图示和描述了对理解本文描述的实施例有用的操作和元件。特别地，没有详细描述设备与功率供应源之间关于要提供的功率供应水平的协商的阶段的管理。而且，仅描述了USB-C和USB-PD技术的相关方面，其他方面无需修改即可应用。特别地，没有描述经由USB-PD类型的线缆的数据交换功能，所描述的实施例与常规USB-PD线缆的数据交换功能兼容。
除非另有说明，否则当提及两个元件被连接在一起时，这意指没有除导体以外的任何中间元件的直接连接，并且当提及两个元件链接或耦合在一起时，这意指这两个元件可以通过一个或多个其他元件连接或链接或耦合。
在下面的公开中，除非另有说明，否则当提及绝对位置限定词(诸如，术语“前”、“后”、“顶部”、“底部”、“左”、“右”等)，或提及相对位置限定词(诸如，术语“上方”、“下方”、“较高”、“较低”等)，或提及定向的限定词(诸如，“水平”、“垂直”等)时，参考的是图中所示的定向。
除非另有说明，否则表述“大约”、“近似”、“基本上”和“约”表示在10％以内，优选在5％以内。
图1是描述在通过线缆C连接的功率供应源(源)200与电子设备(宿)400之间的能量的传输的示意图，线缆C例如是配备有USB-PD或USB功率递送技术的USB-C类型的。功率供应源200例如是干线供电电源或DC供电电源。功率供应源200可以是计算机、便携式电池等，或适于向设备提供功率和/或对电池充电的任何其他电子设备。
线缆C在其端部中的每个端部包括连接器C1、C2，在该示例中，连接器C1、C2适用于USB-PD技术。连接器C1、C2通常相同。
功率供应源200或设备400分别包括耦合元件210或410，耦合元件210或410分别包括连接器212或412以及连接接口214或414。每个连接器212、412适于与线缆C的连接器C1、C2配合。每个连接接口214、414分别将连接器212、412耦合到功率供应源200或设备400的其余部分。借助于连接接口214、414，可以根据设备400所需的功率供应来适配由功率供应源200提供的功率供应。接口214、414通常相同。
在连接期间，通信在设备400与功率供应源200之间建立，以便确定设备400能够被供以功率和/或被充电所需的功率供应水平。更具体地，设备400指示其操作所需的最小功率水平，并且功率供应源200指示其能够提供的功率供应水平。例如由USB-PD技术管理的协商因此被发起，以便限定功率供应源200将提供给设备400何种功率水平。当该协商已经结束时，连接接口214就根据该协商的结果来调整功率供应源200的功率供应水平，然后对设备400的功率供应开始。更具体地，接口214包括功率转换器(图1中未图示)，优选地包括DC/DC或AC/DC电压转换器，其被控制以根据该协商的结果来调整源200的功率水平，即，将源的功率水平调整为经协商的功率水平。
例如，源200能够提供的功率供应水平是从接口中保存的功率供应水平的列表中选择。优选地，该列表是例如由标准预先定义的。该列表中的每个功率供应水平由多个值来表征，特别地由与该功率水平相对应的电压的值来表征。
但是，在功率转换器的输出处可用的功率水平可以高于经协商的功率水平。特别地，由转换器递送的电压可以高于表征经协商的功率供应水平的电压，表征经协商的功率供应水平的电压构成电压的目标值，其可用作转换器的输出。这可能导致设备400的损坏。为了解决设备400的损坏，在所描述的实施例中，当功率转换器递送的电压偏离目标值并且超过阈值电压时，连接器C1与功率转换器的输出的电隔离被提供。当功率供应的强度已经协商时，阈值电压的值优选地基于与该经协商的强度相对应的电压的值，即基于由转换器递送的电压的目标值来确定。只要强度未被协商，阈值电压的值优选地由表征保存在接口214中的列表的功率供应的强度的最低电压来确定，该最低电压在此也构成由转换器递送的电压的目标值。例如，该最低电压由标准定义，例如等于5V。
在所描述的实施例中，当功率转换器递送的电压超过阈值电压时，连接器C1与功率转换器之间的电隔离由接口214的电子组件来实施，接口214的该电子组件利用由功率转换器递送的电压来供应。在这些实施例中，对这些组件的保护被提供，以防止由功率转换器递送的电压的增加可能损坏这些组件。通过该方式，可以避免以下情况：这些组件在这种电压增加期间被破坏，并且因此不能够再控制功率调整设备与连接器C1之间的电隔离。
图2是描绘电子设备10的一个实施例的示意图，电子设备10被包括在图1中所示的源200的接口214和设备400的接口414中。更具体地，设备10被定位在通过线缆C耦合的电子设备的每个连接接口中，然而，该设备10仅在起到功率供应源作用的设备的连接接口中是活动的，并且在图1中描绘的情况下，仅连接接口214的设备10是活动的。因此，尽管这里相关于源200的接口214和连接器C1描述了设备10，但是所指示的内容也适用于接口414的设备10。
设备10包括至少两个输入端子，该至少两个输入端子连接到功率供应源，这里是功率供应源200的其余部分。第一端子从功率供应源200接收电压Vsource，电压Vsource以由第二端子接收的基准电位GND(例如，地)为基准。设备10还包括提供功率供应电压Vbus的第一输出端子和至少一个通信端子，功率供应电压Vbus以由第二输出端子接收的基准电位GND为基准。这些输出端子都被配置成耦合到连接器C1，其然后支持经由连接器C2和设备400的接口414与设备400的耦合。在该实施例中，设备10包括两个通信端子CC1、CC2。具有两个通信端子的优点在于，在这些端子以对称的方式被定位在连接器C1上的情况下，可以通过这种方式来制造可逆连接器，即例如矩形形状的连接器，其可以在第一方向上、以及与第一方向相反的第二方向上被插入。
设备10包括转换器(CONV)12、开关SW、开关SW的控制电路或模块(M)14、线性电压调节器(LDO)16(优选地，低压差线性调节器)，并且在该实施例中包括调节器16的启动电路(START)18。
例如在功率供应源200是DC功率供应源(例如，适于对另外的电子设备(诸如计算机或外接电池)供以功率和/或充电的电子设备)时，转换器12例如是降压转换器，其适于将DC电压Vsource转换成较低的DC功率供应电压Vsc。转换器12包括：接收电压Vsource的输入端子C-IN；接收基准电位GND的端子C-GND；接收控制信号的控制端子C-DRIVE，该控制信号表示电压Vsc的目标值；以及输出端子C-OUT，其从源200的电功率供应向设备10的端子或节点19提供经转换或调整的电压Vsc，端子C-OUT连接到端子19。
在未示出的变型实施例中，转换器12在设备10的外部。在这种情况下，端子19构成设备10的输入，该输入被配置成接收电压Vsc。
开关SW具有的导电端子中的一个导电端子耦合到端子19，并且其另一导电端子连接到提供电压Vbus的输出端子。开关SW由控制模块14控制或驱动。当开关SW断开时，转换器的输出端子C-OUT、并且因此端子19与设备10的输出端子电气地被隔离，设备10的输出端子提供电压Vbus。
控制模块14被配置成观测电压Vsc，并且在电压Vsc超过阈值电压时控制开关SW的断开。控制模块14包括：输入端子M-IN，其接收电压Vsc或至少基本上等于电压Vsc的电压，该电压Vsc以基准电位GND为基准；接收基准电位GND的端子M-GND；耦合到设备10的通信端子的至少一个通信端子(在图2中所描绘的情况下，控制模块14包括两个通信端子M-CC1、M-CC2)；转换器12的控制端子M-DRIVE，其将控制信号传输给转换器12的端子C-DRIVE，该控制信号表示由转换器12提供的电压Vsc的目标值；调节器16的控制端子M-CTRL，其将表示电压Vsc的目标值的控制信号传输给调节器16；开关SW的控制端子M-SW，其向开关SW传送控制信号；以及从调节器16接收输出电压Vdd的端子M-VDD，该电压特别地允许电供应模块14。
电压调节器16被配置成基于电压Vsc向模块14的端子M-VDD提供电压Vdd。更具体地，在启动阶段之后，调节器16被配置成提供等于阈值电压的经调节的电压Vdd，该阈值电压是基于电压Vsc的目标值确定的。优选地，阈值电压与电压Vsc的目标值成比例并且高于电压Vsc的目标值，使得如果电压Vsc小于或等于阈值电压，则电压Vdd基本等于电压Vsc，否则电压Vdd等于阈值电压。电压调节器包括：接收电压Vsc的端子L-IN；接收基准电位GND的端子L-GND；提供电压Vdd的端子L-OUT；端子L-CTRL，其被连接到模块14的端子M-CTRL，用于接收对应的控制信号；并且在该实施例中包括接收由启动电路18提供的启动信号的端子L-START。
在该实施例中，启动电路16被配置成启动调节器16，或者换句言之，在启动阶段期间控制调节器16，使得它向端子M-VDD提供非零电压Vdd。更具体地，在启动阶段期间，电路18控制调节器16，使得电压Vdd不超过电压限制。启动电路18包括：端子S-IN，其接收电压Vsc或至少基本上等于电压Vsc的电压，端子S-IN耦合到端子C-OUT，从而耦合到端子19；接收基准电位GND的端子S-GND；端子S-OUT，其向调节器16的端子L-START提供启动信号；以及端子S-VDD，其接收表示电压Vdd的电压，端子S-VDD以图2所示的示例接收电压Vdd。
在未描绘的变型实施例中，电路18是调节器16的一部分。
现在将相关于图3来描述通过设备10的用于向设备400提供功率的方法的一个实施例。
图3描绘了接口214中的电压Vsc和Vdd(以伏特V)作为时间t的函数的系列。
在时刻t0与t2之间，时刻t0标志着启动阶段的开始，电压Vsc从零值增加。在时刻t0与t2之间包括的时刻t1处，端子S-IN上存在的非零电压Vsc使得由电路18向调节器16提供启动信号。因此，调节器16向端子M-VDD提供非零电压Vdd，电压Vdd从时刻t1随电压Vsc增加。一旦电压Vdd足以为模块14供应(例如在时刻t1与时刻t2之间)时，模块14就控制转换器12，使得其提供处于目标值Vsc-start的电压Vsc，目标值Vsc-start例如是表征接口214中保存的列表的功率供应水平的最低电压值Vsc，例如5V。在图3所示的示例中，电压Vsc从时刻t2开始稳定在目标值Vsc-start。
而且，在启动阶段期间，一旦电路18将启动信号提供给调节器16(时刻t1)，调节器16就被该信号控制，使得电压Vdd不超过限制值Vdd-lim。在图3所示的示例中，电压Vdd在时刻t2处稳定在值Vdd-lim。值Vdd-lim低于目标值Vsc-start，值Vdd-lim例如等于4V。值Vdd-lim使得模块14被正确地供应。换言之，值Vdd-lim高于或等于模块14的最小功率供应电压。
另外，在启动阶段期间，在时刻t0与时刻t3之间，开关SW由模块14保持断开，时刻t3在时刻t2之后或与时刻t2处于同时刻。例如，只要电压Vdd低于模块14的最小功率供应电压，模块14就不能生成具有足以闭合开关SW的电压的水平的控制信号，并且当电压Vdd变得高于或等于模块14的最小功率供应电压时，模块14将开关SW的控制信号的电压水平保持在使得开关SW保持断开的值。
从标志着启动阶段的结束的时刻t3起，调节器就不再由启动电路18控制，而是由模块14为其提供的控制信号控制。因此，调节器16提供低于阈值电压Vdd-start-th的电压Vdd。基于由模块14提供给调节器16的控制信号，电压Vdd-start-th由目标值Vsc-start确定。阈值电压Vdd-start-th的值大于目标值Vsc-start。优选地，阈值电压Vdd-start-th的值与目标值Vsc-start成比例。
因此，从时刻t3起，在忽略调节器16中的电压降的情况下，如果电压Vsc小于或等于阈值电压Vdd-start-th，则电压Vdd等于电压Vsc，否则电压Vdd等于电压Vdd-start-th。
而且，从时刻t3起，模块14闭合开关SW，并且被配置成如果电压Vsc变为高于电压Vdd加上迟滞值，则断开该开关。
从时刻t3起，功率供应的协商的阶段被实施，源200将会将该功率供应提供给设备400。
在该协商的阶段期间，在图3中的时刻t3与之后的时刻t4之间，设备400通过通信端子CC1、CC2和线缆C将以下信息发送到功率供应源200，该信息关于要向设备400提供的必要的功率供应水平。控制模块14，就本身而言，通过通信端子CC1、CC2和线缆C向设备400提供功率供应源200能够提供给设备400的功率供应水平。然后，控制模块14通过通信端子CC1、CC2与设备400协商，以便选择这些功率供应水平中的一个功率供应水平。
例如，模块14基于对电压Vsource和/或Vsc的测量以及被保存在接口中的功率供应水平的列表，来确定源200能够提供的功率水平。列表的水平中的每个水平由多个值定义，例如功率供应电流、功率供应电压、最小功率供应电流、最小功率供应电压等。例如，模块14通过将测量的电压Vsource和/或Vsc与来自列表的功率水平的每个最小功率供应电压进行比较，来从该列表确定源200能够提供的功率供应水平。
根据一个另外的示例，模块14仅基于接口中保存的功率供应水平的列表，来确定源200能够提供的功率水平。然后认为源200能够提供列表的功率水平中的每个功率水平。
在时刻t4，模块14更新被发送到转换器12的端子C-DRIVE的控制信号，使得转换器提供电压Vsc，该电压Vsc具有与所选择或经协商的功率供应水平相关联的值Vsc-neg。因此，值Vsc-neg构成电压Vsc的新目标值。
在时刻t4，模块14还更新发送到调节器16的端子L-CTRL的控制信号，该信号表示目标Vsc-neg。因此，调节器16基于由模块14提供给调节器16的控制信号，提供低于阈值电压Vdd-th的电压Vdd，阈值电压Vdd-th由目标值Vsc-neg确定。阈值电压Vdd-th的值大于目标值Vsc-neg。优选地，阈值电压Vdd-th的值与目标值Vsc-neg成比例。
因此，从时刻t4起，在忽略调节器16中的电压降的情况下，如果电压Vsc低于或等于阈值电压Vdd-th，则电压Vdd等于电压Vsc，否则电压Vdd等于电压Vdd-th。
在图3所示的示例中，目标值Vsc-neg大于目标值Vsc-start，目标值Vsc-neg例如等于20V。因此，从时刻t4到之后的时刻t5，电压Vsc和Vdd增加直到它们等于目标值Vsc-neg。在时刻t5，在忽略调节器16中的电压降的情况下，电压Vsc的值等于目标值Vsc-neg，并且电压Vdd等于电压Vsc。从时刻t5起，设备400因此经由线缆C由电压Vsc以处于对应于经协商的强度的目标值Vsc-neg来供应。
在时刻t5之后的时刻t6，例如由于转换器12的操作中的缺陷，电压Vsc上升而目标值Vsc-neg未被修改。忽略调节器16中的电压降，只要电压Vsc低于阈值电压Vdd-th，电压Vdd就等于电压Vsc。从时刻t6之后的时刻t7起，电压Vsc高于阈值电压Vdd-th，并且因此电压Vdd稳定在如下值：该值等于阈值电压Vdd-th的值。
因此，即使电压Vsc增加达到能够损坏模块14的电子组件的值，由模块14接收的功率供应电压Vdd仍然保持低于或等于阈值电压Vdd-th，电压Vdd-th的值被确定以便不损坏模块14。而且，尽管未在图3中图示，优选地，用于防止过电压的无源保护设备(包括例如一个或多个二极管)在模块14的端子M-IN处、优选地在端子M-IN与处于基准电位GND的端子之间被提供。因此，当电压Vsc超过保护设备的触发阈值时，模块14的端子M-IN上存在的电压被用于防止过电压的无源保护设备限制，这使得可以防止可能损坏模块14的电压Vsc存在在端子M-In上。
而且，在时刻t7之后不久，模块14检测到电压Vsc高于电压Vdd加上迟滞值，即在此处电压Vsc高于阈值电压Vdd-th加上迟滞值。因此，模块14控制开关SW的断开，这使得可以保护设备400免受电压Vsc的增加超出阈值电压Vdd-th。
尽管未在图3中描绘，但是如果在时刻t0和时刻t3之间，例如由于转换器12的操作中的缺陷，电压Vsc增大达到高于目标值Vsc-start的值，则由模块14接收的电压Vdd仍然低于或等于电压限制Vdd-lim。通过这种方式，可以保护模块14免受可能损坏模块14的电压Vsc的增加。通过开关SW断开这一事实，设备400就其自身而言被保护免受电压Vsc的这些增加。
尽管也未在图3中描绘，但是如果在时刻t3与t4之间出现电压Vsc的这种增加，因为模块14接收的电压Vdd仍然低于或等于阈值电压Vdd-start-th，所以模块14被保护。设备400就其自身而言通过模块14控制的开关SW的断开而被保护。实际上，当电压Vsc变得高于经迟滞值升高的电压Vdd时，即在此处在电压Vcs变得高于阈值电压Vdd-start-th加上迟滞值的情况下，模块14断开开关SW。因此，提供给设备400的电压不能超过Vdd-start-th。应当注意，设备10在时刻t3与时刻t4之间以及从时刻t4起具有类似的操作。更具体地，在时刻t3与时刻t4之间，电压Vsc的目标值为Vsc-start，因此阈值电压为Vdd-start-th并且由值Vsc-start确定，而从时刻t4起，电压Vsc的目标值为Vsc-neg，因此阈值电压为Vdd-th并且由值Vsc-neg确定。
图4以更详细地方式并且以电子电路的形式描绘了图2中所示的设备10的一个实施例。
在图4所示的示例中，模块14的端子M-IN通过与用于防止过电压的无源保护设备22串联电阻器20，而被耦合到端子C-OUT，从而耦合到端子19，电阻器20连接到端子C-OUT。设备22在此包括连接在电阻器20与端子M-IN之间的电阻器221、以及齐纳二极管222，齐纳二极管222的阳极连接到处于基准电位GND的端子，并且齐纳二极管222的阴极连接到端子M-IN。
在图4所示的示例中，开关SW包括串联的两个晶体管T1和T2，其将转换器12的端子C-OUT(因此，端子19)耦合到提供电压Vbus的设备10的输出端子，晶体管T1在端子C-OUT的一侧。更具体地，晶体管T1的导电端子连接到电阻器20与设备22之间的连接节点。这里的晶体管T1和T2是P沟道MOS晶体管，晶体管T1的源极和栅极分别被耦合到，优选地被连接到，晶体管T2的源极和栅极。开关SW还包括电阻器R，该电阻器R将晶体管T1和T2的源极耦合到晶体管T1和T2的栅极。晶体管T1和T2的栅极构成开关SW的控制端子。开关SW的控制端子被耦合到模块14的M-SW端子，在该示例中是通过用于防止过电压的无源保护设备24。设备24例如与设备22相同，设备24的二极管和电阻器分别以242和241标记。
在图4中，调节器16包括晶体管161，例如P沟道MOS晶体管，其导电端子分别连接到端子L-IN和L-OUT。在操作期间，晶体管161被控制以便实施相关于图3所描述的方法。优选地，晶体管161是功率晶体管。
调节器16还包括晶体管161的控制电路或驱动器电路162。电路162被配置成将控制信号提供给晶体管161的控制端子，该控制信号是基于在电路162的端子1621上接收的信号来确定的。电路162包括电阻器1622和晶体管1623，其被串联连接在端子L-IN(因此端子19)与端子L-GND之间。电阻器1624连接在晶体管1623的控制端子(这里，端子1621)与端子L-GND之间。晶体管1623与电阻器1622之间的连接节点1625连接到晶体管161的控制端子。在该示例中，其中晶体管161是P沟道的，晶体管1623是N沟道的,并且晶体管1623具有分别被连接到端子L-GND和连接到电阻器1622的晶体管1623的源极和漏极。
调节器16还包括电路163，电路163被配置成向电路162的端子1621提供信号，在功率供应水平已经被协商的情况下，该信号表示电压Vdd与阈值电压Vdd-th之间的差，否则表示电压Vdd与阈值电压Vdd-start-th之间的差。该信号由差分放大器1631的输出提供。放大器1631的输出连接到端子1621。在图4所示的示例中，电路163被包括在模块14中，并且放大器1631的输出构成模块14的输出端子M-OUT，输出端子M-OUT连接到电路162的端子1621。作为变型，电路163在模块14的外部。
放大器1631的输入，优选地，非反相(+)输入被配置成接收基准电压Vref2，基准电压Vref2根据情况表示目标Vsc-neg或Vsc-start，从而根据情况表示阈值电压Vdd-th或Vdd-start-th。电压Vref2由模块14的电路144(内部基准)提供。在该示例中，其中电路163是模块14的一部分，提供电压Vref2的电路144的端子对应于相关于图2所描述的端子M-CTRL，并且接收电压Vref2的放大器1631的输入对应于相关于图2所描述的端子L-CTRL。例如，电压Vref2等于电压Vsc的目标值的分数，或者换言之，电压Vref2根据情况等于A*Vsc-start或A*Vsc-neg，A小于1。
放大器1631的另外的输入，优选地，反相(-)输入被耦合到端子M-VDD，以用于接收表示电压Vdd的电压V2。更具体地，电路163包括分压电阻器桥。在这里，分压器桥包括三个电阻器1632、1633和1634，该三个电阻器1632、1633和1634串联连接在端子M-VDD(L-OUT)与处于基准电位GND的端子之间，电阻器1632连接到端子M-VDD并且电阻器1634连接到处于电位GND的端子。电压V2在电阻器1633与电阻器1634之间的连接节点处可获得。
在该实施例中，放大器1631还包括激活端子，该激活端子从模块14的电路165(POR)接收激活信号。POR(“通电复位”)电路165还连接到端子M-VDD。电路165被配置成：在电压Vdd基本等于、优选地等于、或高于电压Vdd-lim时，向放大器1631的激活端子提供激活信号。因此，电路163仅从图3中所示的时刻t2才活动。
尽管这里将电路165图示为模块14的一部分，但该电路165可以在模块14的外部。特别地，在电路163在模块14的外部的情况下，电路165可以是电路163的一部分，因此可以是调节器16的一部分。
在图4所示的示例中，启动电路18包括差分放大器181。放大器181的功率供应端子连接到电路18的端子S-IN，端子S-IN本身连接到模块14的端子M-IN。因此，放大器181由基本上等于电压Vsc的电压来供应。优选地，差分放大器181是低功率放大器，即，它可以利用相对较低的功率供应水平来操作，例如利用大约几微安(例如，小于10μA)的功率供应电流和大约为2V至3V的功率供应电压来操作。放大器181的输出构成电路18的输出S-OUT。电路18的输出S-OUT连接到端子M-OUT，因此连接到电路161的端子1621，端子1621对应于图2中的端子L-START。放大器181的输入，优选地非反相(+)输入接收基准电压Vref1。电压Vref1不需要精确，并且仅在电路10的启动阶段期间才需要。例如，电压Vref1由在组件的端子处的电压降设置，例如由一个或多个串联的二极管的阈值电压设置或者由一个或多个串联的MOS晶体管设置。在图4所示的示例中，电压Vref1由二极管182的阈值电压设置。二极管182与电阻器183在端子S-IN和端子S-GND之间串联连接，二极管的阴极连接到端子S-GND，并且二极管182与电阻器183之间的连接节点提供电压Vref1。放大器181的另外的输入，优选地，反相(-)输入链接到端子M-VDD，以用于接收表示电压Vdd的电压V1。因此，放大器181的该另外的输入对应于图2中所示的端子S-VDD。
在该示例中，电压V1在电阻器1632和电阻器1633之间的连接节点处可获得。因此，调节器16的电路163将其分压器桥与电路18共享。作为变型，附加的分压器桥可以在端子S-VDD与接收电压V1的放大器的输入之间提供，因此端子S-VDD连接到如图2中所图示的端子M-VDD。
在该示例中，电路18是模块14的一部分。作为变型，电路18可以在模块14的外部。
在图4中，模块14还包括迟滞比较器141。比较器的一个输入连接到端子M-IN，比较器的另一个输入连接到端子M-VDD(未在图4中图示)以用于接收电压Vdd。比较器141的输出耦合到端子M-SW。
在图示的实施例中，模块14包括用于控制开关SW的控制电路142(数字控制器)。电路142的输出耦合到端子M-SW。在该示例中，模块14包括与门143，其输入连接到比较器141的相应输出和电路142的相应输出，并且其输出连接到端子M-SW。
应当注意，图4中未图示转换器12的端子C-DRIVE、模块14的端子M-DRIVE、模块14的通信端子M-CC1和M-CC2以及设备10的通信端子M-CC1和M-CC2。
在图4所示的设备10的启动阶段期间，当电压Vsc从零值增加(从时刻t0直到图3中的时刻t1)时，非零电压在端子M-IN上建立。一旦该电压足以用于供应放大器181并且足以设置电压Vref1，由于电压Vdd并且因此电压V1是零，所以放大器181的输出电压为非零。该非零电压在导通的晶体管1623的控制端子上被发现，这继而导致晶体管161导通。然后，根据情况，电压Vdd等于电压Vsc(图3中从时刻t0到时刻t1)或等于Vdd-lim(图3中从时刻t1到时刻t2)。在图4所示的示例中，电压Vdd-lim等于Vref1*(1+(Ra/(Rb+Rc)))，其中Ra、Rb和Rc分别是电阻器1632、1633和1634的值。电压Vref1的值以及值Ra、Rb和Rc因此由值Vdd-lim确定。
因此，电路165激活电路163(图3，时刻t2)，即激活放大器1631。电压V2等于Vdd*(Rc/(Ra+Rb+Rc))，电压Vref2等于A*Vsc-start。
电阻器Ra、Rb和Rc的值被选择以使得Rc/(Ra+Rb+Rc)<A，或者换言之，使得Rc/(Ra+Rb+Rc)＝A/B，其中B严格地大于1。
首先考虑电压Vsc等于目标值Vsc-start的情况。在忽略调节器16中的电压降的情况下，电压Vdd因此等于Vsc-start。实际上，电压V2等于Vdd*(Rc/(Ra+Rb+Rc))，从而等于Vdd*(A/B)。由于电压Vref2等于A*Vsc-start，并且电压Vdd最多可以等于电压Vsc，所以电压Vref2高于电压V2。通过选择B，以使得电压Vref2与电压V2之间的差引起放大器1631的饱和处于高水平，例如B等于1.25，确保了晶体管1623和晶体管161导通。结果，在忽略晶体管161中的电压降的情况下，电压Vdd等于目标值Vsc-start。
现在考虑这种情况(未在图3中描绘)，其中例如由于转换器12的操作中的缺陷，电压Vsc增加并且偏离目标值Vsc-start。放大器1631因此提供输出信号，使得电压V2与Vref2相等。因此，Vdd*(Rc/(Ra+Rb+Rc))等于A*Vsc-start，或者换言之，电压Vdd等于B*Vsc-start，B*Vsc-start构成阈值Vdd-start-th。而且，当电压Vsc变得高于经比较器141的迟滞值升高的目标Vsc-start时，比较器141的输出切换为低，这在开关尚未通过电路142的低输出而保持断开的情况下，引起开关SW的断开。
当目标Vsc-start由目标Vsc-neg代替时，上述调节器16的在如下情形时操作也适用：在调节器由其电路163(即由电压Vref2)而不是由启动电路18控制时。因此，电压Vref2等于A*Vsc-neg，并且因此阈值电压Vdd-th等于B*Vsc-neg。
已经描述了各种实施例和变型。本领域技术人员将理解，可以组合这些实施例的某些特征，并且本领域技术人员将容易想到其他变型。特别地，设备10可以与关联于USB-PD技术的USB-C类型的其他线缆一起使用，例如，以用于调整功率供应源的强度并且保护该设备由该经调整的功率而被供应功率。
最后，基于上文提供的功能描述，本文描述的实施例和变型的实际实施方式在本领域技术人员的能力之内。

Claims (17)

1.一种用于提供功率供应的设备，包括：
第一端子，被配置成接收第一DC电压；
开关，被配置成选择性地将所述第一端子耦合到第二端子，以便将所述第一DC电压递送到所述第二端子；
控制电路，被配置成控制所述开关的致动，所述控制电路包括被配置成接收第二DC电压的第三端子；以及
低压差(LDO)线性电压调节器，被连接在所述第一端子与所述第三端子之间，并且被配置成基于所述第一DC电压提供所述第二DC电压；
其中所述控制电路进一步被配置成将所述第一DC电压与所述第二DC电压进行比较，并且根据所述比较的结果来控制所述开关的断开状态或闭合状态。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制电路包括迟滞比较器，所述迟滞比较器具有从所述第一端子接收所述第一DC电压的第一输入、从所述第三端子接收所述第二DC电压的第二输入、以及被耦合到所述开关的控制端子的输出。
3.根据权利要求1所述的设备，其中响应于所述第一DC电压从目标值增加，所述LDO线性电压调节器被配置成维持所述第二DC电压低于或等于阈值电压，所述阈值电压高于所述目标值。
4.根据权利要求3所述的设备，其中所述阈值电压是基于所述目标值来确定的。
5.根据权利要求3所述的设备，其中所述LDO线性电压调节器包括：
功率晶体管，具有分别被连接到所述第一端子和所述第三端子的导电端子；
第一电路，被配置成基于在第四端子处所生成的信号来控制所述功率晶体管；以及
第二电路，被配置成向所述第四端子提供所述信号，所述信号表示所述第二电压与所述阈值之间的差。
6.根据权利要求5所述的设备，其中所述第二电路包括差分放大器，所述差分放大器具有被配置成接收表示所述阈值的电压的输入、被耦合到所述第三端子的另外的输入、以及输出，所述输出被连接到所述第四端子。
7.根据权利要求5所述的设备，进一步包括第三电路，所述第三电路被配置成响应于所述第二电压超过电压限制而激活所述第二电路。
8.根据权利要求7所述的设备，其中所述第三电路被配置成在所述第二电压高于或等于所述电压限制时激活所述第二电路的差分放大器。
9.根据权利要求8所述的设备，进一步包括启动电路，所述启动电路被配置成启动所述调节器，并且所述启动电路由所述第一DC电压供应。
10.根据权利要求9所述的设备，其中所述启动电路被配置成在所述第二电路不活动时提供去往所述第四端子的信号使得所述第二DC电压随着所述第一DC电压增加直到所述电压限制。
11.根据权利要求10所述的设备，其中由所述启动电路提供的去往所述第四端子的所述信号表示所述第二DC电压与基准电压之间的差。
12.根据权利要求11所述的设备，其中所述启动电路包括差分放大器，所述差分放大器具有被耦合到所述基准电压的源的输入、被耦合到所述第二端子的另外的输入、以及输出，所述输出被连接到所述第四端子，其中所述差分放大器由所述第一DC电压供应。
13.根据权利要求12所述的设备，其中所述基准电压的所述源由所述第一DC电压供应，所述源包括具有阈值电压的一个或多个二极管，所述阈值电压确定所述基准电压。
14.根据权利要求1所述的设备，其中所述开关的所述第一端子和所述控制端子中的一项或多项均被链接到施加端子，所述施加端子用于通过相应的齐纳二极管施加基准电位。
15.根据权利要求1所述的设备：
其中所述第一DC电压从源电路被接收；
其中所述第二端子被耦合到负载电路；
其中所述控制电路操作以与所述负载电路协商来确定针对所述第一DC电压的经协商的水平，并且控制所述源电路的操作来递送处于所述经协商的水平的所述第一DC电压；以及
其中所述控制电路进一步操作以监控所述第一DC电压的实际水平并且控制所述LDO线性电压调节器，使得响应于所述第一DC电压的所述实际水平增加到所述经协商的水平之上，所述第二DC电压不增加到阈值电压水平之上。
16.一种用于提供功率供应的设备，包括：
第一端子，被配置成从源电路接收DC输入电压；
开关，选择性地将所述第一端子耦合到第二端子以生成去往负载电路的DC输出电压；
低压差(LDO)线性电压调节器，被配置成将所述DC输入电压转换为DC供应电压；
控制电路，由所述DC供应电压供以功率，并且被配置成控制所述开关的致动；
其中所述控制电路操作以与所述负载电路协商来确定针对所述DC输入电压的经协商的水平，并且控制所述源电路的操作来递送处于所述经协商的水平的所述DC输入电压；以及
其中所述控制电路进一步操作以监控所述DC输入电压的实际水平并且控制所述LDO线性电压调节器，使得响应于所述DC输入电压的所述实际水平增加到所述经协商的水平之上，所述DC供应电压不增加到阈值电压水平之上。
17.根据权利要求16所述的设备，其中所述控制电路包括迟滞比较器电路，所述迟滞比较器电路被配置成将所述DC输入电压与所述DC供应电压进行比较，并且响应于所述比较而控制所述开关的致动。
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