CN111752363A - 电源电路及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种电源电路及其驱动方法，该电源电路包含供电电路及第一控制电路。供电电路电性连接于供电电源及电源端子，用以选择性地将供电电源传递至电源端子。第一控制电路电性连接于供电电路，且用以接收检测信号，以致能或禁能供电电路。在检测信号为致能电平时，第一控制电路提供第一致能信号至供电电路，使得供电电路将供电电源传递至电源端子。在检测信号为禁能电平时，第一控制电路用以提供第一禁能信号至供电电路，使得供电电路停止将供电电源传递至电源端子。

Description

电源电路及其驱动方法

技术领域

本公开内容关于一种电源电路，用以将电力传输至电源端子，以进行电力传输。

背景技术

在各种电子装置中，连接电路(connection circuit)是用以传输电力或数据的重要桥梁。传输电路的接口标准众多，常见的规格包含通用串行总线(universal serialbus，以下简称USB)、Lightning等。在一个主机(Host)与一个装置(Device)通过连接电路连接时，连接电路可能需要将主机的电力提供给装置，因此，连接电路内需要电源电路(Powercircuit)，用以判断供电的时机与供电大小。

发明内容

本公开内容的一个实施方式为一种电源电路，包含供电电路及第一控制电路。供电电路电性连接于供电电源及电源端子，用以选择性地将供电电源传递至电源端子。第一控制电路电性连接于供电电路，且用以接收检测信号，以致能或禁能供电电路。在检测信号为致能电平时，第一控制电路提供第一致能信号至供电电路，使得供电电路将供电电源传递至电源端子。在检测信号为禁能电平时，第一控制电路用以提供第一禁能信号至供电电路，使得供电电路停止将供电电源传递至电源端子。

本公开内容的另一实施方式为一种电源电路的驱动方法，包含下列步骤：信号产生电路根据供电电源及操作电源产生第一控制信号。第一控制电路接收检测信号。在检测信号为致能电平时，第一控制电路根据第一控制信号对供电电路施加第一致能信号，使得供电电路将供电电源传递至电源端子。在检测信号为禁能电平时，第一控制电路根据电源端子对供电电路施加第一禁能信号，使得供电电路停止将供电电源传递至电源端子。

据此，由于第一控制电路能对供电电路施加禁能信号，使其处于断路状态，因此，即可避免供电电源被控制于零电位时，供电电路受到外界电压影响，使其内部的开关反向导通而造成的漏电问题。

附图说明

图1为根据本公开内容的部分实施例所绘示的电源电路的示意图。

图2为根据本公开内容的部分实施例所绘示的电源电路的示意图。

图3A为根据本公开内容的部分实施例所绘示的电源电路的供电状态示意图。

图3B为根据本公开内容的部分实施例所绘示的电源电路的关断状态示意图。

图3C为根据本公开内容的部分实施例所绘示的电源电路的重置状态示意图。

图4为根据本公开内容的部分实施例所绘示的驱动方法流程图。

具体实施方式

以下将以附图揭露本案的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本案。也就是说，在本公开内容部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单示意的方式绘示之。

在本文中，当一组件被称为“连接”或“耦接”时，可指“电性连接”或“电性耦接”。“连接”或“耦接”也可用以表示二或多个组件间相互搭配操作或互动。此外，虽然本文中使用“第一”、“第二”、…等用语描述不同组件，该用语仅是用以区别以相同技术用语描述的组件或操作。除非上下文清楚指明，否则该用语并非特别指称或暗示次序或顺位，亦非用以限定本发明。

本公开内容是关于一种电源电路100，用以传输电力。在部分实施例中，电源电路100为连接电路的一部分。请参阅图1所示，在部分实施例中，电源电路100应用于主机端H100及装置端D100，且符合USB Type C的传输界面。主机端H100及装置端D100皆包含电源端子Pcc，用以传输电力。

在部分实施例中，电源电路100用以将供电电源Vcon传递到电源端子Pcc。然而，在部分应用中，由于装置端D100中的供电电源Vcon有时候会被归零(如：重置功能，Power onreset)，造成电源主机端H100中的工作电压Vdd会通过上拉电阻Rp，通过电源电路100电性连接至装置端D100的供电电源Vcon(此时Vcon为零)，反向导通电源电路100，造成漏电问题。因此，本公开内容的其中一个目的系用以避免漏电的状况发生。

请参阅图2，本公开内容系关于一种电源电路100，包含供电电路110及第一控制电路130。供电电路110的两端电性连接于供电电源Vcon、电源端子Pcc。搭配参考图1，供电电路110用以选择性地将供电电源Vcon传递至电源端子Pcc，或通过上拉电阻Rp将工作电压Vdd传递至电源端子Pcc，或通过下拉电阻Rd将电源端子Pcc接地。在正常运作下，由于供电电源Vcon大于电源端子Pcc的电位，故不会有反向导通的问题。

第一控制电路130电性连接于供电电路110，且用以接收检测信号EN，以致能或禁能供电电路110。检测信号EN系用以通知供电电路110进行供电的通知信号，例如：当电源端子Pcc相互连接时，主机端H100能判断是否需要进行供电。在检测信号EN为致能电平时，第一控制电路130将提供第一致能信号至供电电路110，使得供电电路110将供电电源Vcon传递至电源端子Pcc。在检测信号EN为禁能电平时，第一控制电路130用以提供第一禁能信号至供电电路110，使得供电电路110形成断路，而停止将供电电源Vcon传递至电源端子Pcc。在部分实施例中，电源电路100应用于USB Type C的传输界面，亦即，供电电路110还会电性连接至工作电压Vdd及上拉电阻Rp，但本公开内容不以此为限。

在部分实施例中，供电电路110内包含第一供电开关111，且电源电路100还包含信号产生电路120，信号产生电路120电性连接于供电电源Vcon及电源端子Pcc，并根据供电电源Vcon及电源端子Pcc的电压取其高者，产生第一控制信号V1。在部分实施例中，信号产生电路120包含相互串联的第一分压电阻R1、第二分压电阻R2以及第三分压电阻R3。该些分压电阻R1～R3分别通过二极管D3、D4电性连接至供电电源Vcon及电源端子Pcc，使信号产生电路120根据分压定理，根据供电电源Vcon及电源端子Pcc中具有较高电压者，产生第一控制信号V1、第二控制信号V2及第三控制信号V3。第一控制信号V1大于第三控制信号V3、第三控制信号V3大于第二控制信号V2。在部分实施例中，第一控制信号V1为4.3伏特、第二控制信号V2为1.7伏特、第三控制信号V3为3.3伏特、供电电源Vcon为5伏特、工作电压Vdd为5伏特。为了避免漏电，第一供电开关111的跨压应控制在小于3.3伏特，但本公开内容并不以此为限，信号产生电路120亦能通过其他电源产生控制信号，且防止第一供电开关111的跨压须视其组件效能而定。

第一控制电路130包含第一偏压电路131，且第一偏压电路131包含第一开关单元M1。第一开关单元M1的第一端用以通过二极管D1接收第一控制信号V1，其第二端则电性连接于第一供电开关111的控制端及电源端子Pcc，以在第一开关单元M1导通时，第一供电开关111能根据第一控制信号V1导通。而在第一开关单元M1关断时，第一供电开关111的控制端将接收第一禁能信号，使第一供电开关111根据该电源端子Pcc的电压被关断。

据此，在电源电路100须关闭供电电路110时，若供电电源Vcon被控制于零电位，则由于第一控制电路110会根据电源端子Pcc的电压对第一供电开关111施加第一禁能信号，因此电源端子Pcc的电流将无法通过第一供电开关111流向供电电源Vcon造成漏电。在部分实施例中，电源端子Pcc的电压小于供电电源Vcon。

电源电路100包含三种应用状态，分别为“供电状态”、“关闭状态”以及“重置状态(Power on reset)”。为便于描述不同状态时，电源电路100控制第一供电开关111的方式，在此先说明第一控制电路130的各细部电路特征如后。如图2所示，在部分实施例中，第一偏压电路131还包含第二开关单元M2、第三开关单元M3、第四开关单元M4、辅助开关Ma及第五开关单元M5。第二开关单元M2的第一端电性连接于第一开关单元M1的第二端。第二开关单元M2的第二端电性连接于参考电位(如：接地)。亦即，第二开关单元M2与第一开关单元M1串迭连接于第一节点N1(第一供电开关111的控制端)。

第三开关单元M3的第一端电性连接于电源端子Pcc，第二端电性连接于第一节点N1(第一供电开关111的控制端)。第四开关单元M4的第一端电性通过电阻R4连接于电源端子Pcc及第三开关单元M3的控制端，其第二端电性连接于参考电位，用以根据电源端子Pcc的电压，导通第三开关单元M3。第五开关单元M5的第一端通过电阻R5接收第三控制信号V3，且电性连接于第四开关单元M4的一控制端。第五开关单元M5的第二端也电性连接于参考电位。第五开关单元M5用以接收检测信号EN，在第五开关单元M5根据检测信号EN被关断时，第四开关单元M4将根据第二控制信号V2及第三控制信号V3导通。

在部分实施例中，第二开关单元M2包含相互串联的N型金属氧化物半导体场效晶体管M22及P型金属氧化物半导体场效晶体管M21。第四开关单元M4包含相互串联的N型金属氧化物半导体场效晶体管M42及P型金属氧化物半导体场效晶体管M41。此外，第五开关单元M5的控制端及第二开关单元M2的其中一控制端(M22)根据检测信号EN控制。第一开关单元M1、第二开关单元M2的另一控制端(M21)及第四开关单元M4的其中一控制端(M41)根据第二控制信号开启或关闭。

在“供电状态”时，请参阅图2及图3A所示，电源电路100将检测信号EN控制于致能电平(如：高电压)。此时，第五开关单元M5导通、第四开关单元M4关断、第三开关单元M3关断，第一开关单元M1及第二开关单元M2导通。因此，通过第一开关单元M1及第二开关单元M2，第二控制信号V2即能在第一节点N1(第一供电开关111的控制端)上形成第一致能信号(如：1.7伏特)，使第一供电开关111导通，供电电源Vcon(如：5伏特)供电至电源端子Pcc。

在“关闭状态”时，请参阅图2及图3B所示，电源电路100将检测信号EN控制于禁能电平(如：低电压)。此时，第二开关单元M2及第五开关单元M5关断，第三开关单元M3及第四开关单元M4导通。第一控制电路130通过电源端子Pcc的电压及第三开关单元M3，在第一节点N1(第一供电开关111的控制端)上形成第一禁能信号(如：3伏特)，以关断第一供电开关111，使供电电路110停止将供电电源Vcon传递至电源端子Pcc。在其他部分实施例中，当检测信号EN处于禁能电平时，若电源端子Pcc的电压小于第二控制信号V2，则在此种特殊情况下，第一供电开关111及第一开关单元M1可能会处于导通状态，但仍可通过第二控制电路140(于后文详述)，防止供电电路110产生供电电流。

在“重置状态”时，请参阅图2及图3C所示，检测信号为禁能电平(如：低电压)，且供电电源Vcon被控制于零电位。此时第一控制电路130中各开关单元的状态与第3B图相同，但由于电源端子Pcc在第一节点N1上形成有第一禁能信号(即，电源端子Pcc上的电压)，因此电源端子Pcc上的电压无法贯穿第一供电开关111而造成漏电。

在部分实施例中，辅助开关Ma系用以防止漏电。在电源端子Pcc上之电压值为零电位的情况下，若第一开关单元M1被第二控制信号V2导通，且第一控制电路130不包含辅助开关Ma，此时第一控制信号V1将通过第一开关单元M1及第三开关单元M3，导通至电源端子Pcc，形成漏电路径。辅助开关Ma电性连接第三开关单元M3的控制端(栅极)与第二端(漏极)，其控制端电性连接于电源端子Pcc，且能根据低电位导通。因此，当电源端子Pcc上之电压值为零电位时，辅助开关Ma将能控制第三开关单元M3关断，避免产生漏电路径。

请参阅图2，在部分实施例中，电源电路100还包含第二控制电路140，用以接收检测信号EN，以致能或禁能供电电路。供电电路110还包含第二供电开关112。第二供电开关112电性连接于供电电源Vcon及第一供电开关111。在检测信号EN为该致能电平时，第二控制电路140提供第二致能信号至第二供电开关112，使得供电电路110将供电电源Vcon传递至该电源端子。而在检测信号EN为禁能电平时，第二控制电路140用以提供第二禁能信号至第二供电开关112，使得供电电路110形成断路，且使得供电电路110停止将供电电源Vcon传递至电源端子Pcc。其中，第一供电开关111及第二供电开关112可以是功率晶体管，然本公开内容不限于此。

在部分实施例中，第二控制电路140包含第二偏压电路141。该第二偏压电路141包含第六开关单元M6。第六开关单元M6的第一端用以通过二极管D2接收第一控制信号V1，第六开关单元M6的第二端则电性连接于第二节点N2(第二供电开关112的控制端)及供电电源Vcon。据此，在第六开关单元M6导通时，第二控制电路140在第二节点N2上形成第二致能信号，以导通第二供电开关112，使得供电电源Vcon通过第一供电开关111及第二供电开关112传递至电源端子Pcc。而在第六开关单元M6关断时，第二控制电路140在第二节点N4上形成第二禁能信号，以关断第二供电开关112。

承上，在部分实施例中，第二偏压电路141还包含第七开关单元M7。第七开关单元M7的第一端电性连接于第六开关单元M1的第二端，其第二端电性连接于参考电位。此外，第二控制电路还包含第八开关单元M8、第九开关单元M9、辅助开关Mb及第十开关单元M10。第八开关单元M8的第一端电性连接于供电电源Vcon，其第二端电性连接于第二供电开关112的控制端，在第八开关单元M8被导通时，根据供电电源Vcon在第二节点N2上形成第二禁能信号。辅助开关Mb电性连接于第八开关单元M8、第二节点N2及供电电源Vcon。辅助开关Mb根据供电电源Vcon导通或关断。在供电电源Vcon归零时，第六开关单元M6及辅助开关Mb导通，以在第二节点N2上形成第三禁能信号。

第九开关单元M9的第一端通过电阻R6电性连接于供电电源Vcon及第八开关单元M8的控制端，第九开关单元M9的第二端电性连接于参考电位。第十开关单元M10的第一端通过分压电阻R7、R8、R9电性连接至供电电源Vcon，且用以接收检测信号EN，其第二端电性连接于参考电位。

在部分实施例中，第七开关单元M7包含相互串联的N型金属氧化物半导体场效晶体管M72及P型金属氧化物半导体场效晶体管M71。第九开关单元M9包含相互串联的N型金属氧化物半导体场效晶体管M92及P型金属氧化物半导体场效晶体管M91。此外，第十开关单元M10的控制端及第七开关单元M7的其中一控制端(M72)根据检测信号EN控制。第六开关单元M6、第七开关单元M7的另一控制端(M71)及第九开关单元M9的其中一控制端(M91)根据第二控制信号开启或关闭。

在“供电状态”时，请参阅图2及图3A所示，电源电路100将检测信号EN控制于致能电平(如：高电压)。此时，第十开关单元M10导通、第九开关单元M9关断、第八开关单元M8关断，第六开关单元M6及第七开关单元M7导通。因此，通过第六开关单元M6及第七开关单元M7，第二控制电路140即能根据第二控制信号V2在第二节点N2(第二供电开关112的控制端)上形成第二致能信号(如：1.7伏特)，使第二供电开关112导通，供电电源Vcon(如：5伏特)供电至电源端子Pcc。

在“关闭状态”时，请参阅图2及图3B所示，电源电路100将检测信号EN控制于禁能电平(如：低电压)。此时，第七开关单元M7及第十开关单元M10关断，第八开关单元M8及第九开关单元M9导通。第六开关单元M6亦关断。第二控制电路140即能根据供电电源Vcon，通过第八开关单元M8在第二节点N2(第二供电开关112的控制端)上形成禁能信号(即，供电电源Vcon的电压值)，以关断第二供电开关112。

在“重置状态”时，请参阅图2及图3C所示，检测信号为禁能电平(如：低电压)，且供电电源Vcon被控制于零电位。此时，第七开关单元M7、第八开关单元M8、第九开关单元M9、第十开关单元M10皆关断。第二控制电路140即能根据第一控制信号V1，通过第六开关单元M6，使辅助开关Mb反向导通至供电电源Vcon，以在第二供电开关112的控制端上形成第三禁能信号，使得电源端子Pcc无法贯穿第一供电开关111而造成漏电。

请参阅图4所示，在此说明本公开内容中，电源电路100的驱动方法如后。在步骤S401中，信号产生电路120根据供电电源Vcon，产生第一控制信号V1、第二控制信号V2及第三控制信号V3。在步骤S402中，第一控制电路130及第二控制电路140分别接收检测信号EN。在步骤S403中，当检测信号EN为致能电平时，导通第一开关单元M1及第二开关单元M2，以在第一开关单元M1及第二开关单元M2间形成第一致能信号，用以导通第一供电开关111。同时，导通第六开关单元M6及第七开关单元M7，以在第六开关单元M6及第七开关单元M7间形成第二致能信号，用以导通第二供电开关112，使电源电路100进入「供电状态」。

在步骤S404中，当检测信号EN为禁能电平时，关断第一开关单元M1及第二开关单元M2、导通第三开关单元M3，使得电源端子Pcc通过第三开关单元M3，在第一供电开关111的控制端上形成第一禁能信号，用以关断第一供电开关111，且使供电电路100停止传递供电电源Vcon至电源端子Pcc。同时，关断第六开关单元M6及第七开关单元M7、导通第八开关单元M8，使得供电电源Vcon通过第八开关单元M8，在该第二供电开关112的控制端上形成第二禁能信号，用以关断第二供电开关112，使电源电路100进入“关断状态”。

在步骤S405中，在供电电源Vcon归零时，关断第一开关单元M1及第二开关单元M2、导通第三开关单元M3，以通过电源端子Pcc，确保第一供电开关111被关断。同时，导通第六开关单元M6及辅助开关Mb、关断第七开关单元M7，使得第一控制信号V1在第六开关单元M6及辅助开关Mb之间形成第三禁能信号，确保第二供电开关112被关断。

在部分实施例中，电源电路100还包含电阻Rx，电性连接于第一供电开关111的控制端及第二端之间，电阻Rx为大电阻(如：1M欧姆)，据此，若在重置状态中，第二控制信号V2及电源端子Pcc未实时关断第一开关单元M1及第二开关单元M2以及开启第三开关单元M3，第一供电开关111仍能通过电阻Rx，避免反向导通而造成漏电问题。

虽然本公开内容已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明内容，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明内容的精神和范围内，当可作各种更动与修改，因此本发明内容的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

【符号说明】

100 电源电路

H100 主机端

D100 装置端

Vcon 供电电源

Vdd 工作电压

110 供电电路

111 第一供电开关

112 第二供电开关

120 信号产生电路

130 第一控制电路

131 第一偏压电路

140 第二控制电路

141 第二偏压电路

M1 第一开关单元

M2 第二开关单元

M21 P型金属氧化物半导体场效晶体管

M22 N型金属氧化物半导体场效晶体管

M3 第三开关单元

M4 第四开关单元

M41 P型金属氧化物半导体场效晶体管

M42 N型金属氧化物半导体场效晶体管

M5 第五开关单元

M6 第六开关单元

M7 第七开关单元

M71 P型金属氧化物半导体场效晶体管

M72 N型金属氧化物半导体场效晶体管

M8 第八开关单元

M9 第九开关单元

M91 P型金属氧化物半导体场效晶体管

M92 N型金属氧化物半导体场效晶体管

M10 第十开关单元

Ma 辅助开关

Mb 辅助开关

V1 第一控制信号

V2 第二控制信号

V3 第三控制信号

EN 检测信号

R1 第一分压电阻

R2 第二分压电阻

R3 第三分压电阻

R4 电阻

R5 电阻

R6 电阻

R7 分压电阻

R8 分压电阻

R9 分压电阻

Rx 电阻

Rp 上拉电阻

Rd 下拉电阻

N1 第一节点

N2 第二节点

Pcc 电源端子

D1 二极管

D2 二极管

D3 二极管

D4 二极管。

Claims (10)

1.一种电源电路，包含：

一供电电路，电性连接于一供电电源及一电源端子，用以选择性地将该供电电源传递至该电源端子；以及

一第一控制电路，电性连接于该供电电路，且用以接收一检测信号，以致能或禁能该供电电路；其中在该检测信号为一致能电平时，该第一控制电路提供一第一致能信号至该供电电路，使得该供电电路将该供电电源传递至该电源端子；在该检测信号为一禁能电平时，该第一控制电路用以提供一第一禁能信号至该供电电路，使得该供电电路停止将该供电电源传递至该电源端子。

2.根据权利要求1所述的电源电路，其中该供电电路包含一第一供电开关，该第一控制电路包含一第一开关单元；在该第一开关单元导通时，该第一控制电路在一第一节点上形成该第一致能信号，用以导通该第一供电开关；在该第一开关单元关断时，该第一控制电路在该第一节点上形成该第一禁能信号，使得该供电电路停止将该供电电源传递至该电源端子。

3.根据权利要求2所述的电源电路，其中该第一控制电路还包含：

一第二开关单元，该第二开关单元与该第一开关单元串迭连接于该第一节点，在该第一开关单元及该第二开关单元导通时，用以在该第一节点上形成该第一致能信号。

4.根据权利要求3所述的电源电路，其中该第一控制电路还包含一第三开关单元，该第三开关单元电性连接于该电源端子及该第一节点，在该第三开关单元导通时，根据该电源端子在该第一节点上形成该第一禁能信号。

5.根据权利要求4所述的电源电路，其中该第一控制电路还包含一第四开关单元，该第四开关单元电性连接于该电源端子及该第三开关单元，用以根据该电源端子，导通该第三开关单元。

6.根据权利要求5所述的电源电路，其中该第一控制电路还包含一第五开关单元，该第五开关单元电性连接于该第四开关单元，且用以接收该检测信号，在该第五开关单元根据该检测信号被关断时，该第四开关单元将导通。

7.根据权利要求2所述的电源电路，其中该供电电路还包含一第二供电开关，且该电源电路包含一第二控制电路，该第二控制电路电性连接于该第二供电开关，且用以接收该检测信号，以致能或禁能该供电电路；在该检测信号为该致能电平时，该第二控制电路提供一第二致能信号至该第二供电开关，使得该供电电路将该供电电源传递至该电源端子；在该检测信号为该禁能电平时，该第二控制电路用以提供一第二禁能信号至该第二供电开关，使得该供电电路停止将该供电电源传递至该电源端子。

8.根据权利要求7所述的电源电路，该第二控制电路还包含：

一第六开关单元，电性连接于该第二供电开关，在该第六开关单元导通时，该第二控制电路在一第二节点上形成该第二致能信号，用以导通该第二供电开关；在该第六开关单元关断时，该第二控制电路在该第二节点上形成该第二禁能信号，用以关断该第二供电开关；以及

一第七开关单元，电性连接于该第六开关单元，在该第六开关单元及该第七开关单元导通时，该第二控制电路在该第二节点上形成该第二致能信号。

9.根据权利要求8所述的电源电路，其中该第二控制电路还包含：

一第八开关单元，该第八开关单元电性连接于该第二节点及该供电电源，在该第八开关单元被导通时，根据该供电电源在该第二节点上形成该第二禁能信号；以及

一辅助开关，该辅助开关电性连接于该第八开关单元、该第二节点及该供电电源，在该供电电源归零时，该第六开关单元及该辅助开关导通，以在该第二节点上形成一第三禁能信号。

10.一种电源电路的驱动方法，包含：

通过一信号产生电路，根据一供电电源产生一第一控制信号；

通过一第一控制电路，接收一检测信号；

在该检测信号为一致能电平时，通过该第一控制电路，根据该第一控制信号对一供电电路施加一第一致能信号，使得该供电电路将该供电电源传递至一电源端子；以及

在该检测信号为一禁能电平时，通过该第一控制电路，根据该电源端子对该供电电路施加一第一禁能信号，使得该供电电路停止将该供电电源传递至该电源端子。

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