CN111837312A - Usb电力输送中的可编程栅极驱动器控制 - Google Patents

Usb电力输送中的可编程栅极驱动器控制 Download PDF

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哈米德·霍达班德罗
苏米特·古普塔
赛义德·拉扎
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Abstract

本文描述了用于控制USB电力输送(USB‑PD)系统中的电源开关的技术。在示例实施例中，集成电路包括耦合到提供者场效应晶体管(FET)和消费者FET的可编程栅极控制电路，以响应于系统状况和USB‑PD系统的应用要求向提供者FET和消费者FET提供控制信号。下拉电流控制电路可以为提供者FET和消费者FET的缓慢导通提供对转换速率的额外控制。

Description

USB电力输送中的可编程栅极驱动器控制
优先权
本申请是于2018年5月18日提交的第15/983,895号美国非临时申请的国际申请，第15/983,895号美国非临时申请要求于2018年3月13日提交的第62/642,282号美国临时申请的优先权和权益，所有申请通过引用以其整体并入本文。
技术领域
本公开涉及控制对电子设备的电力输送的集成电路。
背景
各种电子设备(例如，诸如智能手机、平板、笔记本电脑、膝上型电脑、集线器、充电器、适配器等)被配置为根据在各种版本的USB电力输送(USB-PD)规范中定义的USB电力输送协议，通过通用串行总线(USB)连接器传输电力。例如，在一些用途中，电子设备可以配置为通过USB连接器(例如，用于电池充电)接收电力的耗电方，而在其他用途中，电子设备可以配置为向通过USB连接器连接于其的另一设备提供电力的电力提供者。然而，USB-PD规范允许电力提供者和耗电方动态地协商所提供的电压和电流水平。因此，在某些电力输送条件下，所提供的电压/电流可能需要快速放电，但是这可能会使控制这种电压/电流的供应的集成电路器件暴露于加热和闩锁效应。类似地，通过电源开关的充电和放电速率可能需要针对最佳系统性能来控制或者响应于故障状况来控制。
附图简述
图1图示了根据一些实施例的用于在USB电力输送中使用的USB设备的系统。
图2图示了根据一些实施例的用于在USB电力输送中使用的栅极驱动器控制系统，该系统包括被配置为提供者和消费者场效应晶体管(FET)的电源开关。
图3图示了根据一些实施例的用于在USB电力输送中使用的栅极驱动器控制电路。
图4图示了根据一些实施例的用于识别和处理USB电力输送中的故障状况的逻辑路径。
图5图示了根据示例实施例的具有识别到的故障的图4的逻辑路径。
图6图示了根据示例实施例的个人计算机(PC)USB-PD电源适配器的示意图。
图7图示了根据示例实施例的用于在USB电力输送中使用的充电电源的示意图。
图8图示了根据示例实施例的移动电话USB-PD电源适配器的示意图。
图9图示了根据示例实施例的USB-PD车载充电器的示意图。
图10图示了根据示例实施例的USB-PD移动电源(power bank)的示意图。
详细描述
下列描述阐述了很多特定的细节，诸如特定系统、部件、方法等的示例，以便提供本文所描述的用于在USB电力输送中控制电源开关(也被称为功率FET)的本文中公开的技术的各种实施例的良好理解。然而对本领域的技术人员将明显的是至少一些实施例可在没有这些特定细节的情况下被实施。在其它实例中，没有详细地描述或以简单的方框图格式呈现公知的组件、元素或方法，以便避免不必要地模糊本文描述的技术。因此，在下文中阐述的特定细节仅仅是示例性的。特定的实施方式可根据这些示例性细节而变化，并且仍然被设想为在本发明的精神和范围内。
在本描述中对“实施例”、“一个实施例”、“示例实施例”、“一些实施例”和“各种实施例”的提及意为结合实施例所描述的特定特征、结构、步骤、操作或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。此外，在描述中的各处出现的短语“实施例”、“一个实施例”、“示例实施例”、“一些实施例”和“各种实施例”并不一定都指相同的实施例。
本描述包括对附图的引用，附图构成详细描述的一部分。附图显示根据示例性实施例的图示。在本文中也可被称为“示例”的这些实施例被足够详细地描述，以使本领域的技术人员能够实施本文描述的要求保护的主题的实施例。在不偏离要求保护的主题的范围和精神的情况下，可将实施例组合，可利用其它实施例，或可做出结构的、逻辑的和电气的改变。应理解，本文描述的实施例并不旨在限制主题的范围，而是使本领域的技术人员能够实施、完成和/或使用主题。
本文描述了用于控制耦合到USB-PD中的电子设备中的电力线的电源开关(也称为功率FET)的技术的各种实施例。这种电子设备的示例包括但不限于个人电脑(例如，膝上型电脑、笔记本电脑等等)、移动计算设备(例如，平板、平板电脑、电子阅读器设备等等)、移动通信设备(例如，智能电话、蜂窝电话、个人数字助理、消息传送设备、掌上电脑等等)，连接和充电设备(例如，集线器、扩展坞、适配器、充电器等等)、音频/视频/数据记录和/或重放设备(例如，相机、录音机、手持式扫描仪、监控器等等)以及可以将USB连接器(接口)用于通信、电池充电和/或电力输送的其他类似的电子设备。
支持USB的电子设备或系统可以符合通用串行总线(USB)规范的至少一个版本。这种USB规范的示例包括但不限于USB规范修订版本2.0(Revision 2.0)、USB 3.0规范、USB3.1规范和/或其各种增补(例如，诸如On-The-Go(或者OTG))、正式版本以及勘误表。USB规范总体上定义了设计和建立标准通信系统和外围设备所需要的差动串行总线的特性(例如，属性、协议定义、事务的类型、总线管理、编程接口等等)。例如，支持USB的外围设备通过主机设备的USB端口附接于支持USB的主机设备，以形成支持USB的系统。USB 2.0端口包括5V的电源电压线(以VBUS表示)、一对差动的数据线(以D+或DP、和D-或DN表示)以及用于电力回路的地线(以GND表示)。为了向后兼容USB 2.0，USB 3.0端口也提供了VBUS、D+、D-以及GND线。另外，为了支持更快的差动总线(USB超高速总线)，USB 3.0端口还提供了一对差动的发送器数据线(以SSTX+和SSTX-表示)、一对差动的接收器数据线(以SSRX+和SSRX-表示)、用于供电的电源线(以DPWR表示)和用于电力回路的地线(以DGND表示)。为了向后兼容USB 2.0通信和USB 3.0通信，USB 3.1端口提供了与USB 3.0端口相同的线路，但是通过被称作增强型超高速的一组特征来扩展超高速总线的性能。
在USB Type-C规范的各个发布版本和/或正式版本(例如，诸如2014年8月11日发布的发布版本1.0(Release 1.0)、2015年4月3日发布的发布版本1.1(Release 1.1)等等)中定义了用于USB连接器(被称作USB Type-C)的最新技术。USB Type-C规范定义了Type-C插座、Type-C插头和Type-C电缆，它们可以支持USB通信以及通过在USB-PD规范的各种修订版本/正式版本中定义的较新的USB电力输送协议进行电力输送。Type-C功能和要求的示例可包括但不限于根据USB 2.0和USB 3.0/3.1的数据通信和其他通信、Type-C电缆的电子-机械的定义以及性能需求、Type-C插座的电子-机械的定义以及性能需求、Type-C插头的电子-机械的定义以及性能需求、传统电缆组件和适配器的Type-C需求、基于Type-C的设备检测和接口配置的需求、Type-C连接器的优化电力传输的需求等等。根据USB Type-C规范，Type-C端口提供了VBUS、D+、D–、GND、SSTX+、SSTX–、SSRX+和SSRX–线等等。另外，Type-C端口还提供了用于边带传输信号功能的边带使用线(以SBU表示)以及用于发现、配置和管理通过Type-C电缆的连接的配置通道线(以CC表示)。Type-C端口可以与Type-C插头关联和/或与Type-C插座关联。为了易于使用，将Type-C插头和Type-C插座设计为可逆的一对，其操作无论插头到插座的取向。因此，(设置为标准Type-C插头或插座的)标准USB Type-C连接器提供了用于四条VBUS线、四个接地回路(GND)线、两条D+线(DP1和DP2)、两条D-线(DN1和DN2)、两条SSTX+线(SSTXP1和SSTXP2)、两条SSTX-线(SSTXN1和SSTXN2)、两条SSRX+线(SSRXP1和SSRXP2)、两条SSRX-线(SSRXN1和SSRXN2)、两条CC线(CC1和CC2)以及两条SBU线(SBU1和SBU2)的引脚，等等。
一些支持USB的电子设备可遵守USB-PD规范的特定修订版本和/或正式版本(例如，诸如2012年7月5日发布的修订版本1.0、2014年8月11日发布的修订版本2.0等或者其后续的修订版本和/或正式版本)。USB-PD规范定义了标准协议，该标准协议被设计通过经由USB Type-C端口的单一USB Type-C电缆提供更灵活的电力传输连同数据通信，来启用支持USB的设备的最佳功能。USB-PD规范还描述了用于管理通过USB Type-C电缆进行多达100W电力的电力传输必需的架构、协议、供电行为、参数以及布线。根据USB-PD规范，具有USBType-C端口的设备(例如，诸如支持USB的设备)可以与在较旧的USB规范(例如，诸如USB2.0规范、USB 3.1规范、USB电池充电规范Rev.1.1/1.2等等)中所允许的相比协商更多的电流和/或更高的或更低的电压通过USB Type-C电缆。例如，USB-PD规范定义了可在一对支持USB的设备之间协商的电力输送合约(PD合约)的要求。PD合约可以规定均被两个设备适应的功率电平和电力传输的方向，并且可以根据任一设备的请求和/或响应于各种事件和条件(诸如，功率角色交换(power role swap)、数据角色交换、硬复位、电源故障等)动态地重新协商(例如，不需要设备拔去电源插头)。
根据USB-PD规范，电子设备通常被配置为通过配置在USB VBUS线上的电力路径向另一设备输送电力。提供电力的设备通常被称为(或包括)“提供者”(或电源)，而消耗电力的设备通常被称为(或包括)“消费者”(或功率耗散器)。电力路径通常包括串联耦合在VBUS线上的电源开关，该电源开关被配置为开启和关闭电力输送。
USB-PD电源可以配置为从AC电源适配器或从另一AC源汲取电力。因此，作为AC到DC转换的一部分，一些实施方式可以在VBUS线的电源侧使用大容量电容器，以便去除功率信号的AC分量。这种大容量电容器可能相当大(例如，1mF至6mF)，并且可能其放电在VBUS线上引起非常高的电流，具有发热和IC控制器闩锁的风险。在某些条件下，需要USB-PD电源来使(在电源侧上的)大容量电容器和在VBUS线的功率耗散器侧的电压非常快速的放电。然而，通过使用IC控制器使VBUS线上的电压快速放电并非易事，因为VBUS线在高达20V的电压下可承载高达5A的电流，总功率高达100W。电源开关(也称为功率FET)的接通和关断可以允许基于电流和电压条件的分析和故障检测的进一步电路保护。
图1图示了用于在USB电力输送中使用的USB设备的系统100。系统100可以包括外围子系统110，外围子系统110包括用于在USB电力输送(USB-PD)中使用的多个组件。外围子系统110可以包括外围互连部111，外围互连部111包括时钟模块、外围时钟(PCLK)112，用于向外围子系统110的各种组件提供定时信号。外围互连部111可以是外围总线，诸如单级或多级先进高性能总线(AHB)，并且可以提供外围子系统110、CPU子系统130和系统资源140之间的数据和控制接口。外围互连部111可以包括控制器电路(诸如直接存储器存取(DMA)控制器)，其可以被编程为在外围块之间传送数据，而无需CPU子系统130的输入、控制或负担。
外围互连部111可以用于将外围子系统110的组件耦合到系统100的其他组件。耦合到外围互连部111的可以是用于发送和接收信号的多个通用输入/输出(GPIO)115。GPIO115可以包括被配置为实现各种功能的电路，诸如上拉、下拉、输入阈值选择、输入和输出缓冲器启用/禁用、单个多路复用等。GPIO 115还可以实现其他功能。一个或更多个定时器/计数器/脉宽调制器(TCPWM)117也可以耦合到外围互连部，并且包括用于实现定时电路(定时器)、计数器、脉宽调制器(PWM)解码器和其他数字功能的电路系统，这些数字功能可以对I/O信号进行操作，并且向系统100的系统组件提供数字信号。外围子系统111还可以包括一个或更多个串行通信块(SCB)119，用于实现串行通信接口(诸如I2C)、串行外围接口(SPI)、通用异步接收器/发送器(UART)、控制器局域网(CAN)、时钟扩展外围接口(CXPI)等。
对于USB电力输送应用，外围子系统110可以包括USB电力输送子系统120，该USB电力输送子系统120耦合到外围互连部并且包括用于在USB电力输送中使用的一组USB-PD模块121。USB-PD模块121可以通过USB-PD互连部123耦合到外围互连部111。USB-PD模块121可以包括：模数转换器(ADC)模块，其用于将各种模拟信号转换成数字信号；误差放大器(AMP)，其用于根据PD合约控制施加到VBUS线的电源电压；高压(HV)调节器，其用于将电源电压转换成精确电压(诸如，3.5-5V)以对系统100供电；低压侧电流感测放大器(LSCSA)、过压保护(OVP)模块和过流保护(OCP)模块以用于在具有可配置阈值和响应时间的VBUS线上提供过流和过压保护；一个或更多个栅极驱动器，其用于在提供者和消费者配置中在USB电力输送中使用的外部功率场效应晶体管(FET)；和用于支持Type-C通信信道(C-C)线上的通信的通信信道PHY(CC BB PHY)模块。USB-PD模块121还可以包括用于确定充电电路存在并耦合到系统100的充电器检测模块和用于控制VBUS上的电压放电的VBUS放电模块。放电控制模块可以被配置为耦合到VBUS线上的电源节点或者VBUS线上的输出(功率耗散器(powersink))节点，并且将VBUS线上的电压放电到期望的电压电平(即，在PD合约中协商的电压电平)。USB电力输送子系统120还可以包括用于外部连接的焊盘127和静电放电(ESD)保护电路129，这可能是在Type-C端口上需要的。
GPIO 115、TCPWM 117和SCB 119可以耦合到输入/输出(I/O)子系统150，该输入/输出子系统150可以包括耦合到多个GPIO 153的高速(HS)I/O矩阵151。GPIO 115、TCPWM117和SCB 119可以通过HS I/O矩阵151耦合到GPIO 153。
系统100还可以包括用于处理命令、存储程序信息和数据的中央处理单元(CPU)子系统130。CPU子系统130可以包括一个或更多个处理单元131，用于从多个存储器中从存储器位置读取和执行指令以及将指令写入存储器位置。处理单元131可以是适于在集成电路(IC)或片上系统(SOC)设备中操作的处理器。在一些实施例中，处理单元131可以针对扩展时钟门控的低功率操作进行优化。在该实施例中，各种内部控制电路可以被实现用于在各种功率状态下处理单元操作。例如，处理单元131可以包括唤醒中断控制器(WIC)，其被配置成将处理单元从休眠状态唤醒，允许电力在IC或SOC处于休眠状态中时能够被切断。CPU子系统130可以包括一个或更多个存储器，其包括闪存133和静态随机存取存储器(SRAM)135以及只读存储器(ROM)137。闪存133可以是非易失性存储器(NAND闪存、NOR闪存等)，其被配置用于存储数据、程序和/或其他固件指令。闪存133可以包括读加速器，并且可以通过集成在CPU子系统130内来提高访问时间。SRAM 135可以是易失性存储器，其被配置用于存储可由处理单元131访问的数据和固件指令。ROM 137可以被配置为存储启动例程、配置参数以及在系统100的操作期间不改变的其他固件参数和设置。SRAM 135和ROM 137可以具有相关联的控制电路。处理单元131和存储器可以耦合到系统互连部139，以将去往和来自CPU子系统130的各种组件的信号路由到系统100的其他块或模块。系统互连部139可以实现为系统总线，诸如单级或多级AHB。系统互连部139可以被配置为将CPU子系统130的各种组件相互耦合的接口。系统互连部139可以耦合到外围互连部111，以在CPU子系统130和外围子系统110的组件之间提供信号路径。
系统100还可以包括多个系统资源140，其包括电源模块141、时钟模块143、复位模块145和测试模块147。电源模块141可以包括睡眠控制模块、唤醒中断控制(WIC)模块、上电复位(POR)模块、多个电压参考(REF)模块和PWRSYS模块。在一些实施例中，电源模块141可以包括允许系统100以不同的电压和/或电流电平从外部源汲取电力和/或向外部源提供电力并且支持在不同功率状态下(诸如，活动、低功率或睡眠)的控制器操作。在各种实施例中，当系统100减慢操作速度以实现期望功耗或输出时，可以实现更多的功率状态。时钟模块143可以包括时钟控制模块、看门狗定时器(WDT)、内部低速振荡器(ILO)和内部主振荡器(IMO)。复位模块145可以包括复位控制模块和外部复位(XRES)模块。测试模块147可以包括控制和进入测试模式的模块，以及用于模拟和数字功能(数字测试和模拟DFT)的测试控制模块。
系统100可以在单片(例如，单个)半导体管芯中实现。在其他实施例中，系统100的各个部分或模块可以在不同的半导体管芯上实现。例如，CPU子系统130的存储器模块可以是片上的或独立的。在又一些实施例中，独立的管芯电路可以被封装到单个“芯片”中，或者保持分离并作为独立元件设置在电路板上(或者在USB电缆连接器中)。
系统100可以在许多应用环境中实现，以向其提供USB-PD放电功能。在每个应用环境中，实现系统100的IC控制器或SOC可以被设置并且配置在电子设备(例如，支持USB的设备)中，以根据本文描述的技术执行操作。在一个示例实施例中，系统100可以被设置并且配置在用于膝上型电脑、笔记本电脑等的个人计算机(PC)电源适配器中。在另一示例实施例中，系统100可以被设置并且配置在用于移动电子设备(例如，智能手机、平板等)的电源适配器(例如，壁式充电器)中。在另一个示例实施例中，系统100可以被设置并且配置在壁式插座中，该壁式插座被配置为通过USB Type-A和/或Type-C端口提供电力。在另一个示例实施例中，系统100可以被设置并且配置在车载充电器中，该车载充电器被配置为通过USBType-A和/或Type-C端口提供电力。在又一个示例实施例中，系统100可以被设置并且配置在移动电源中，该移动电源能够被充电且然后通过USB Type-A或Type-C端口向另一个电子设备提供电力。在其他实施例中，如系统100的系统可以被配置有本文所述的电源开关栅极控制电路，并且可以设置在各种其他的支持USB的电子或机电设备中。
应该理解的是，如在IC控制器上或者作为IC控制器实现的系统100的系统可以设置在不同的应用中，这些应用可能在所使用的电源类型和输送电力的方向方面有所不同。例如，在车载充电器的情况下，电源是提供DC电力的汽车电池，而在移动的电源适配器的情况下，电源是AC壁式插座。此外，在PC电源适配器的情况下，电力输送的流是从提供者设备到消费者设备，而在移动电源的情况下，电力输送的流可以是双向的，这取决于移动电源是作为电力提供者(例如，向另一设备供电)还是作为电力消费者(例如，自己充电)来操作。因此，系统100的各种应用应被视为说明性的，而不是限制性意义上的。
图2图示了栅极驱动器控制系统200的实施例。栅极驱动器控制系统200可以包括耦合到电池充电器电路205的消费者FET 201(本文中也称为电源开关)和耦合到大容量电容器节点207的提供者FET 203(本文中也称为电源开关)。消费者FET 201和提供者FET 203也可以耦合到输出节点209。消费者FET 201和提供者FET 203也可以分别具有栅极(或控制端子)202和204。在各种实施例中，消费者FET 201和提供者FET 203可以被称为电源开关。诸如大容量电容器节点207和输出节点209的节点以及耦合到电池充电器电路205的节点也可以被称为端子。
栅极驱动器控制系统200还可以包括耦合到消费者FET 201和提供者FET 203的栅极202和204的栅极驱动器。栅极驱动器221可以包括耦合在提供者FET 203的栅极204和另一栅极驱动器223以及下拉电流控制电路225之间的PFET。控制电路225可以作为栅极驱动器221和223的公共源极而存在，或者每个栅极驱动器可以采用独立的控制电路。栅极驱动器221的PFET可以包括耦合到栅极驱动器控制逻辑260的栅极，以接收定义PFET的状态的控制信号。栅极驱动器221还可以包括耦合在栅极驱动器221的NFET和大容量电容器节点207之间的PFET有源上拉电路，该PFET有源上拉电路也耦合到提供者FET 203的源极或漏极。PFET有源上拉电路可以包括耦合到栅极驱动器控制逻辑260的栅极，以接收控制信号并内置。
内置有源上拉电路可以通过来自栅极驱动器控制逻辑260的信号、在电压阈值检测器230、故障检测器240或电压阈值检测器257检测到故障状况时被激活。耦合到栅极驱动器控制逻辑的有源上拉电路可以在检测到故障的情况下提供提供者FET 203的快速关断。在正常操作期间(当没有检测到故障状况时)，栅极驱动器可能被禁用，并且提供者FET通过无源上拉关断。
栅极驱动器223可以具有耦合到消费者FET 201的栅极202的漏极以及耦合到栅极驱动器221和下拉电流控制电路225的源极。栅极驱动器223还可以包括耦合到栅极驱动器控制逻辑260的栅极，用于接收控制信号。栅极驱动器控制逻辑还可以向下拉电流控制电路225提供控制信号，下拉电流控制电路225耦合到栅极驱动器223和栅极驱动器221的源极。
栅极驱动器控制系统200可以包括耦合到大容量电容器节点和输出节点的一对电压阈值检测器230和257。电压阈值检测器可以监控大容量电容器节点和输出节点上的电压，并提供输入以供栅极驱动器控制逻辑260处理。在一个实施例中，来自电压阈值检测器的信号可用于向栅极驱动器221和223以及向下拉电流控制电路225提供控制信号。
栅极驱动器控制系统还可以包括故障检测器240。故障检测器240可以耦合到电压阈值检测器230和257的输出端。它也可以耦合到电流感测检测器235。故障检测器240可以检测诸如反向电流、过电流、过电压等故障状况，并将故障检测的结果提供给故障响应控制逻辑模块245。故障响应控制逻辑模块245然后可以向栅极驱动器控制逻辑260提供信号，以控制栅极驱动器221和223以及下拉电流控制电路225。
栅极驱动器控制系统200还可以包括用于通过一条或更多条总线向各种检测器和控制逻辑电路发送和接收信号的CPU。在一个实施例中，CPU 210可以被配置为处理来自各种阈值检测器、电流感测检测器和故障检测器的输入，并且为栅极(date)驱动器控制逻辑提供指令，而不是栅极驱动器控制逻辑自动处理输入(即，没有CPU输入)。
如果消费者FET 201是PFET，栅极202被下拉(低)，以导通消费者FET。为了关断消费者FET 201，PFET的栅极202被拉高(高)。栅极202的状态由栅极驱动器223设置，并且下拉电流可以由下拉电流控制电路225控制。逐渐增加下拉电流可以减少流向消费者FET 201的浪涌电流。
以上描述将消费者FET 201和提供者FET 203称为PFET。然而，在其他实施例中，消费者FET 201和提供者FET 203中的一个或两个可以是NFET。在该实施例中，可能有必要在栅极202和204上提供电荷泵，以提供导通消费者FET 201和提供者203所需的电压。
栅极驱动器控制系统200的各种元件可以具有额外的可编程性。可编程性可用于改变阈值、转换速率、电流感测灵敏度，并且用于在生产后增加条件和功能(即用于现场升级)。例如，阈值电压检测器230和257可以具有可基于编程值而改变的阈值。故障检测器240可以被编程为接收各种输入，用于检测故障并用于基于其编程而不同地处理那些输入。同样，故障响应控制逻辑245可以被编程为向栅极驱动器控制逻辑260提供不同的命令。并且栅极驱动器控制逻辑260可以基于编程值向栅极驱动器221和223以及下拉电流控制逻辑提供信号。
可编程性可以通过几种方法中的任何一种来实现。在第一实施例中，对于栅极驱动器控制系统200的各种可编程元件的设置可以存储在非易失性存储器中，诸如闪存133。在该实施例中，配置数据可以存储在储存元件阵列(例如，存储体、位置等)中。可编程性可以是诸如用闪存133或SRAM 135可重编程的，或者它可以是诸如用ROM 137一次性可编程的(OTP)。编程值可以从第一存储器阵列中读取，并存储在随机存取存储器(RAM)或触发器中，从中可以访问这些值。在另一个实施例中，编程值可以直接从RAM中读取。在各种实施例中，用于与栅极驱动器控制系统200一起使用的存储器元件可以是片上的。但是在其他实施例中，编程值可以存储在外部存储器上，诸如电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，并且由栅极驱动器控制系统200从该外部存储器读取。在一个实施例中，外部存储器的值可以被读取并用于在上电复位(POR)时配置栅极驱动器控制系统200。
可编程性也可以通过使用激光熔丝、电子熔丝或非易失性锁存器来实现。在这些实施例中，熔丝和锁存器的配置可用于将适当的值设置为1或0，以向栅极驱动器控制系统200提供配置信息。
在另一个实施例中，包括栅极驱动器控制系统200的电路的输入端可以用于向各种可编程元件提供设置。在该实施例中，输入端(或引脚)可以耦合到电源(VDD；“1”；高)或接地(VSS；“0”；低)以向设备提供二进制值。这些引脚可以通过将IC与栅极驱动器控制系统焊接(或以其他方式耦合)到被耦合到这些电压的迹线来耦合。在另一个实施例中，跳线的引脚可以耦合到IC，并且可以利用连接元件彼此耦合。在又一个实施例中，可以使用对应于可放置在板上以进行必要连接的电路元件的焊盘。在该实施例中，0欧姆电阻器(或导线)可以在IC的引脚和适当的电压电势之间提供电流耦合。
在另一个实施例中，电阻器配置可以用于提供可编程性。在该实施例中，一个或更多个电阻器可以耦合在引脚(或更多个引脚)和电源或地之间，以在该引脚或那些引脚上产生电压或电流。电压或电流可由ADC测量(或转换成数字值)，以提供对应于栅极驱动器控制系统200的一个或更多个参数的设置的值。
图3图示了用于在USB电力输送中使用的栅极驱动器控制电路的阵列300。阵列300可以包括耦合到电源开关(提供者FET)的栅极的栅极控制电路221。控制电路221可以包括一对开关321和322。开关321可以是NFET，其漏极耦合到电源开关的栅极，并且其源极耦合到栅极控制电路223和下拉电流控制电路225之间共享的节点。开关321的栅极可以耦合到控制逻辑，控制逻辑可以向栅极提供控制信号以导通或关断开关。在各种实施例中，开关321的栅极可以用线性或离散的控制信号来控制，以调制由栅极控制电路提供给电源开关(提供者FET)的控制。
控制电路321的开关322可以是PFET，其源极耦合到(图2的)大容量电容器节点，并且其漏极耦合到电源开关(提供者FET)的栅极。当控制信号被提供给开关322时，开关322可以作为有源上拉电路来操作，以关断电源开关的栅极。
控制电路223可以是开关或NFET，其源极耦合到第二电源开关(消费者FET)，并且其漏极耦合到在栅极控制电路221和下拉电流控制电路225之间共享的节点(或端子)。控制电路223的开关的栅极可以耦合到控制逻辑，控制逻辑可以向栅极提供控制信号以导通或关断开关。在各种实施例中，开关321的栅极可以用线性或离散的控制信号来控制，以调制由栅极控制电路提供给第二电源开关(消费者FET)的控制。
下拉电流控制电路225可以向栅极控制电路221和栅极控制电路223提供下拉电流的控制。下拉控制可以利用下拉电流控制电路的开关的栅极的线性或离散控制来实现。下拉控制电路225可以从控制逻辑接收控制信号，该控制信号在开关的栅极上提供电流电平，或者可以向栅极提供脉宽调制信号，以导通和关断栅极，从而实现期望的下拉电流。
提供给阵列300的电路元件的各种控制信号可以由来自CPU的指令提供，它们可以从外部设备接收，或者当检测到某些系统状况时，它们可以由逻辑路径提供。
图4是由(图2的)栅极驱动器控制逻辑260接收故障信号和提供给栅极驱动器(图2的221和223)的响应的逻辑流程400。如果检测到过电压状况，该信号被输入到过电压保护滤波器410，以提供过电压检测的某种滞后控制，并确保检测不是重复的。也就是说，当检测到过电压状况时，不需要再次检测，因此使用边缘检测器来检测过电压状况状态的变化。如果过电压保护被启用，则“与”逻辑元件420的输出被设置为高。如果检测到过电流状况，该信号被输入到过电流保护滤波器411，以提供过电流检测的某种滞后控制，并确保检测不是重复的。也就是说，当检测到过电流状况时，不需要再次检测，因此使用边缘检测器来检测过电流状况状态的变化。如果过电流保护被启用，则“与”逻辑元件421的输出被设置为高。“与”逻辑元件420和421的输出被输入到“或”逻辑元件430，使得如果检测到过电压状况或过电流状况，则“或”逻辑元件430的输出被设置为高。如果自动响应模式被启用(AUTO_EN)，来自或逻辑元件430的输出、过电压或过电流状况被检测到，则“与”逻辑元件440的输出被设置为高。延迟电路450在“与”逻辑元件440的输出端和“与”逻辑元件460的输入端之间路由。“与”逻辑元件440的输出端耦合到逻辑元件460的另一个输入端。“与”逻辑元件460的输出端可以向多路复用器(MUX)470提供控制信号，多路复用器470的输入端耦合到开/关信号及其补码(即，来自反相器)。MUX 470的输出端可以向耦合到驱动器控制信号(ON/OFF)的另一个MUX 480提供控制信号，使得响应于过电流和过电压状况，控制信号被发送到栅极驱动器。
如果没有检测到过电压状况或过电流状况，或者如果边沿检测信号没有被复位，或者如果自动响应模式没有被启用，则可以选择输入到MUX 470的ON信号，并且可以为MUX480选择ON驱动信号。在该实施例中，电源开关(例如，提供者FET或消费者FET)的栅极可以导通。
图5图示了图4的逻辑流程400，但是检测到过电流状况并且边缘检测器已经检测到状态变化。在这个示例中，OFF控制信号被提供给至少一个栅极驱动器，并且相应的电源开关的栅极被关断。图5图示了过电流状况的实施例，但是过电压状况可以用相同的逻辑流程来评估，以提供必要的栅极驱动器控制信号。
图6图示了根据示例实施例的具有光隔离器反馈的PC电源适配器600。IC控制器601可以设置在芯片封装中，并且包括根据用于本文描述的栅极驱动器控制的技术配置的USB-PD子系统。IC控制器601被配置成与附接到USB Type-C端口610的消费者设备(未示出)协商PD合约，并通过输出引脚(“CATH/COMP”)控制从功率转换器630输出的所需的VBUS电压。USB Type-C端口640通常与Type-C插头相关联，但是应当理解，在各种实施例中，USBType-C端口可以改为与Type-C插座相关联。功率转换器630是AC电源，并且耦合到补偿网络650，补偿网络650可以是专用于功率转换器设计的电阻器-电容器(RC)电路，并且被耦合以从IC控制器601的输出引脚(“FB”)接收反馈信号。功率转换器630可以包括耦合在电源开关620的输入端和地之间的电感器637和大容量电容器635。功率转换器630还可以包括反馈控制模块640，用于跨越隔离屏障进行通信。
IC控制器601耦合到VBUS线611，并且被配置为当检测到故障状况时通过向电源开关的栅极提供控制信号来控制电源开关(诸如电源开关620)的操作和状态。VBUS线601包括电源开关620，其被配置为由来自IC控制器600中的栅极驱动器(类似于图2所示的栅极驱动器控制电路200)的输出引脚(“VBUS_P_CTRL”)的信号所控制的开/关式开关设备。电源开关620可以对应于图2的提供者FET 203。在电源开关603的一侧，VBUS线上的电源节点605耦合到功率转换器630，功率转换器630包括被配置为移除功率信号的AC分量的大容量电容器635。电源节点605耦合到IC控制器601的输入引脚(“VBUS_IN_DIS”)。“VBUS_IN_DIS”引脚耦合到管芯上放电电路，该电路被配置为从电源节点605下拉电流，从而降低其VBUS电压。管芯上放电电路可以对应于图2的有源下拉电路225。在电源开关620的另一侧，VBUS线上的输出节点607耦合到USB Type-C端口610。输出节点607耦合到IC控制器601的另一个输入引脚(“VBUS_C_DIS”)。“VBUS_C_DIS”引脚耦合到另一管芯上放电电路，该电路被配置为从输出节点607下拉电流，从而降低其VBUS电压。被配置为从输出节点下拉电流的管芯上放电电路可以是图2的下拉控制电路225。通过IC控制器600的管芯上放电电路下拉的电流被驱动到IC控制器601的输出引脚(“GND”)。GND引脚耦合到USB Type-C端口610的接地GND线。IC控制器600中的放电控制逻辑被配置成通过使用调节由每个放电电路通过IC控制器传导的电流的定时、持续时间和量的使能和控制信号，分离且彼此独立地控制每个放电电路的操作。
在操作中，VBUS线611上的功率流的方向是从功率转换器630到诸如膝上型计算机(未示出)的消费者设备，其附接到USB Type-C端口610。当与消费者设备的PD合约被协商后，IC控制器601导通电源开关620，从而以协商的电压和/或电流电平向消费者设备提供电力。当PD合约被动态地重新协商到更低的VBUS电压和/或电流时(例如，当消费者设备已经完成对其电池的充电并且现在只需要电力来操作时)，可能需要在VBUS线611上的负电压转换。作为响应，根据本文描述的技术，IC控制器601中的放电控制逻辑接通管芯上放电电路，以降低节点605和/或607处的VBUS电压。当VBUS线611上的电压达到新的PD合约要求的更低的电压电平时，放电控制逻辑关断放电电路并停止放电。
在检测到故障状况时，控制信号可以被发送到电源开关620以关断开关，从而将USB Type-C端口610与功率转换器630断开。电源开关620通过将VBS_P_CTRL的输出驱动成低于VDD而关断。这种断开可能是由过电压状况、过电流状况或可能需要将USB Type-C端口610与功率转换器630断开以保护耦合到USB Type C端口610的电路的其他状况引起。类似地，片上放电电路可以被实现为响应于功耗或其他参数来调整转换速率。
图7图示了在光隔离电源中的初级侧电路700的一个实施例。交流(AC)信号(AC_IN)可被提供给桥式整流器电路705，该桥式整流器电路705向电感器739(其对应于图6的电感器639)提供全波整流信号。该信号然后在电感器737(其对应于图6的电感器637)中被接收，以向USB电力输送电路(未示出)提供充电信号。初级侧电路700还可以包括电感器733，用于检测初级驱动器710的切换相位，以通过隔离电路740(其对应于图6的隔离电路640)向USB功率驱动器电路提供控制信号。初级驱动器710还可以向切换元件720提供控制信号，以控制电感器739。初级侧电路700也可以用在电源适配器应用中，如以下图8所示。
图8图示了根据各种实施例的USB-PD电源适配器800(例如，诸如用于移动电话的壁式适配器或壁式插座)。IC控制器801可以设置在芯片封装中，并且包括根据用于本文描述的故障检测和电源开关控制的技术配置的USB-PD子系统。IC控制器801被配置成与附接到USB Type-C端口810的消费者设备(未示出)协商PD合约。在各个实施例中，USB Type-C端口810可以与Type-C插头或与Type-C插座关联。功率转换器840是AC电源，并且包括大容量电容器835，该大容量电容器被配置为移除提供到VBUS线801上的功率信号的AC分量。功率转换器840可以包括开关830，用于由次级或集成控制器850控制功率转换器。功率转换器840耦合到次级或集成控制器850，控制器850被配置为基于来自IC控制器801的输出引脚(“FB”)的反馈信号来控制由功率转换器840提供的电压。IC控制器801可以支持两种操作模式，恒压模式和恒流模式(也称为直接充电模式)。在通过USB Type-C端口810与消费者设备进行适当协商后，IC控制器801在其两种操作模式之间切换，并在其输出引脚“FB”上提供适当的反馈信号来控制次级或集成控制器850的操作。
IC控制器801耦合到VBUS线811，并且被配置为当检测到故障状况时通过向电源开关的栅极提供控制信号来控制电源开关(诸如电源开关820)的操作和状态。VBUS线811包括电源开关820，电源开关820被配置为由来自IC控制器801中的栅极驱动器的输出引脚(“VBUS_P_CTRL”)的信号控制的开/关式开关设备，IC控制器801从片上逻辑或CPU接收信号或指令(如图2中所讨论的)。在电源开关820的一侧，VBUS线上的电源节点805耦合到功率转换器840。电源节点805耦合到IC控制器801的输入引脚(“VBUS_IN_DIS”)。“VBUS_IN_DIS”引脚耦合到管芯上放电电路，该电路被配置为从电源节点805下拉电流，从而降低其VBUS电压。在电源开关820的另一侧，VBUS线上的输出节点807耦合到USB Type-C端口810。输出节点807耦合到IC控制器801的另一个输入引脚(“VBUS_C_DIS”)。“VBUS_C_DIS”引脚耦合到另一管芯上放电电路，该电路被配置为从输出节点807下拉电流，从而降低其VBUS电压。通过IC控制器801的管芯上放电电路下拉的电流被驱动到IC控制器801的输出引脚(“GND”)。GND耦合到USB Type-C端口810的接地GND线。IC控制器801中的放电控制逻辑被配置成通过使用调节由每个放电电路通过IC控制器传导的电流的定时、持续时间和量的使能和控制信号，分离且彼此独立地控制每个放电电路的操作。
在操作中，VBUS线811上的功率流的方向是从功率转换器840到诸如移动电话(未示出)的消费者设备，其附接到USB Type-C端口810。当与消费者设备的PD合约被协商后，IC控制器801导通电源开关820，从而以协商的电压和/或电流电平向消费者设备提供电力。当PD合约被动态地重新协商到更低的VBUS电压和/或电流时(例如，当消费者设备已经完成对其电池的充电时)，可能需要在VBUS线811上的负电压转换。作为响应，IC控制器801中的放电控制逻辑接通管芯上放电电路，以降低节点805和/或807处的VBUS电压。当VBUS线811上的电压达到新的PD合约要求的更低的电压电平时，放电控制逻辑关断放电电路并停止放电。
在检测到故障状况时，控制信号可以被发送到电源开关820以关断开关，从而将USB Type-C端口810与功率转换器830断开。这种断开可能是由过电压状况、过电流状况或可能需要将USB Type-C端口810与功率转换器830断开以保护耦合到USB Type C端口810的电路的其他状况引起的。类似地，片上放电电路可以被实现为响应于功耗或其他参数来调整转换速率。
图9图示了根据示例实施例的示例双端口USB Type-A/Type-C车载充电器900。IC控制器901可以设置在芯片封装中，并且包括根据技术配置的USB-PD子系统，以当检测到故障状况时，通过向电源开关的栅极提供控制信号来控制电源开关(诸如电源开关920)的操作和状态。IC控制器901被配置成与附接到USB Type-C端口910的消费者设备(未示出)协商PD合约。USB Type-C端口910通常与Type-C插座相关联，但是应当理解，在各种实施例中，USB Type-C端口可以改为与Type-C插头相关联。电池960是DC电源，例如，诸如汽车电池。电池960耦合到调节器950，调节器950被配置为基于来自IC控制器901的输出引脚的使能和反馈信号来控制电池在VBUS线911上提供的电压。电池960还耦合到调节器940，调节器940被配置成控制电池在VBUS线上提供到USB Type-A端口915的电压。基于来自IC控制器901的输出引脚的使能和电压选择信号来控制调节器940，以根据较旧的USB规范(例如，诸如USB2.0规范、USB电池充电规范Rev.1.1/1.2等)来提供VBUS电压和电流，以通过USB Type-A端口为支持USB的设备充电。在一些实施例中，IC控制器901可以配置有用于USB Type-A端口940的充电检测块，并且可以提供启用或禁用USB Type-A充电的选项。
IC控制器901耦合到VBUS线911，并且被配置为当检测到故障状况时，通过向电源开关的栅极提供控制信号来控制电源开关(诸如电源开关920)的操作和状态。VBUS线911包括电源开关903，电源开关903被配置为由来自IC控制器901中的栅极驱动器的输出引脚(“VBUS_P_CTRL”)的信号控制的开/关式开关设备，IC控制器901从片上逻辑或CPU接收信号或指令(如图2中所讨论的)。在电源开关920的一侧，VBUS线上的电源节点905耦合到电池960。电源节点905耦合到IC控制器901的输入引脚(“VBUS_C_DIS”)。“VBUS_C_DIS”引脚耦合到管芯上放电电路，该电路被配置为从电源节点905下拉电流，从而降低其VBUS电压。在电源开关920的另一侧，VBUS线上的输出节点907耦合到USB Type-C端口910。输出节点907耦合到IC控制器901的另一个输入引脚(“VBUS_IN_DIS”)。“VBUS_IN_DIS”引脚耦合到另一管芯上放电电路，该电路被配置为从输出节点907下拉电流，从而降低其VBUS电压。通过IC控制器901的管芯上放电电路下拉的电流被驱动到IC控制器901的GND引脚。GND引脚耦合到USB Type-C端口915的接地GND线。IC控制器901中的放电控制逻辑被配置成通过使用调节由每个放电电路通过IC控制器传导的电流的定时、持续时间和量的使能和控制信号，分离且彼此独立地控制每个放电电路的操作。
在操作中，VBUS线911上的功率流的方向是从电池960到诸如移动电话(未示出)的消费者设备，其附接到USB Type-C端口910。当与消费者设备的PD合约被协商后，IC控制器901导通电源开关903，从而以协商的电压和/或电流电平向消费者设备提供电力。当PD合约被动态地重新协商到更低的VBUS电压和/或电流时(例如，当消费者设备已经完成对其电池的充电时)，可能需要在VBUS线911上的负电压转换。作为响应，根据本文描述的技术，IC控制器901中的放电控制逻辑接通管芯上放电电路，以降低节点905和/或907处的VBUS电压。当VBUS线911上的电压达到新的PD合约要求的更低的电压电平时，放电控制逻辑关断放电电路并停止放电。
在检测到故障状况时，控制信号可以被发送到电源开关920以关断开关，从而将USB Type-C端口910与调节器断开。这种断开可能是由过电压状况、过电流状况或可能需要将USB Type-C端口910与调节器950断开以保护耦合到USB Type C端口910的电路的其他状况引起的。类似地，片上放电电路可以被实现为响应于功耗或其他参数来调整转换速率。在其他实施例中，控制信号可以从IC控制器发送到调节器950，以禁用调节器950，从而停止充电。
图10图示了根据一个实施例的示例USB-PD移动电源应用1000。图10所示的系统可以是双端口USB Type-A/Type-C移动电源，其被配置为作为电源或功率耗散器操作，或者可以通过使用USB-PD电源角色交换在这两个角色之间动态交替。IC控制器1001可以设置在芯片封装中，并且包括根据技术配置的USB-PD子系统，以当检测到故障状况时，通过向电源开关的栅极提供控制信号来控制电源开关(诸如电源开关1020和1022)的操作和状态。当以电源角色操作时，IC控制器1001被配置成与附接到USB Type-C端口1040的消费者设备(未示出)协商PD合约。当以功率耗散器角色操作时，IC控制器1001被配置成通过USB Type-C端口1010控制电池1060的充电。USB Type-C端口1010通常与Type-C插座相关联，但是应当理解，在各种实施例中，USB Type-C端口可以改为与Type-C插头相关联。
电池1060是DC电源，它可以是单个电池，也可以是具有串联联接的多个电池的电池组。电池1060耦合到调节器1050。当IC控制器1001以电源角色操作时，调节器1050被配置为基于来自IC控制器1001的输出引脚的使能和反馈信号来控制在VBUS线1011上提供的电压。电池1060也耦合到调节器1040。当IC控制器1001以电源角色操作时，调节器1040被配置成控制电池在VBUS线1012上提供到USB Type-A端口1015的电压。基于来自IC控制器1001的输出引脚的使能和电压选择(VSEL)信号来控制调节器1040，以根据较旧的USB规范(例如，诸如USB 2.0规范、USB电池充电规范Rev.1.1/1.2等)来提供VBUS电压和电流，以通过USBType-A端口为支持USB的设备充电。电池1060也耦合到电池充电器1035。当IC控制器1001以功率耗散器角色操作时，电池充电器1035被配置为基于来自IC控制器1001的输出引脚的使能信号(EN)来控制在VBUS线1011上提供的电压，以对电池1060充电。在电池是多电池组(例如，诸如膝上型电池组)的实施例中，低压差(LDO)调节器1045可以耦合在电池1060和IC控制器1001的输入引脚(“VDDD”)之间，以向IC控制器1001提供操作电力。
IC控制器1001耦合到VBUS线1011，并且被配置为当检测到故障状况时，通过向电源开关的栅极提供控制信号来控制电源开关(诸如电源开关1020和1022)的操作和状态。VBUS线1011包括电源开关820，电源开关1020被配置为由来自IC控制器1001中的栅极驱动器的输出引脚(“VBUS_P_CTRL”)的信号控制的开/关式开关设备，IC控制器801从片上逻辑或CPU接收信号或指令(如图2中所讨论的)。在电源开关1020的一侧，VBUS线1011上的电源节点1005耦合到调节器1050，调节器1050又耦合到电池1060。电源节点1005耦合到IC控制器1001的输入引脚(“VBUS_C_DIS”)。“VBUS_C_DIS”引脚耦合到管芯上放电电路，该电路被配置为从电源节点1005下拉电流，从而降低其VBUS电压。在电源开关1020的另一侧，VBUS线上的输出节点1007耦合到USB Type-C端口1010。输出节点1007耦合到IC控制器1001的另一个输入引脚(“VBUS_IN_DIS”)。“VBUS_IN_DIS”引脚耦合到另一管芯上放电电路，该电路被配置为从输出节点1007下拉电流，从而降低其VBUS电压。通过IC控制器1001的管芯上放电电路下拉的电流被驱动到IC控制器1001的GND引脚。GND引脚耦合到USB Type-C端口1010的接地(GND)线。IC控制器1001中的放电控制逻辑被配置成通过使用调节由每个放电电路通过IC控制器传导的电流的定时、持续时间和量的使能和控制信号，分离且彼此独立地控制每个放电电路的操作。
当IC控制器1001以电源角色操作时，VBUS线1011上的功率流的方向是从电池1060到诸如移动电话(未示出)的消费者设备，其附接到USB Type-C端口1010。当与消费者设备的PD合约被协商后，IC控制器1000接通电源开关1020并且关断电源开关1022，并且以协商的电压和/或电流电平向消费者设备提供电力。当PD合约被动态地重新协商到更低的VBUS电压和/或电流时(例如，当消费者设备已经完成对其电池的充电时)，可能需要在VBUS线1011上的负电压转换。作为响应，根据本文描述的技术，IC控制器1001中的放电控制逻辑接通管芯上放电电路，以降低节点1005和/或1007处的VBUS电压。当VBUS线1011上的电压达到新的PD合约要求的更低的电压电平时，放电控制逻辑关断放电电路并停止放电。
IC控制器1001还耦合到电源开关1022，以在以功率耗散器角色操作时，通过USBType-C端口1010控制电池1060的充电。电源开关1022在VBUS线1011上耦合在USB Type-C端口1010和电池充电器1035之间，并且被配置为由来自IC控制器1001中的栅极驱动器的输出引脚(“VBUS_C_CTRL”)的信号控制的开/关式开关设备。
在检测到故障状况时，控制信号可以被发送到电源开关1020和1022以关断开关，从而通过调节器1050将USB Type-C端口1010与电池1060断开。这种断开可能是由过电压状况、过电流状况或可能需要将USB Type-C端口1010与电池1060断开以保护耦合到USB TypeC端口1010的电路的其他状况引起的。类似地，片上放电电路可以被实现为响应于功耗或其他参数来调整转换速率。
当IC控制器1001以功率耗散器角色操作时，VBUS线1011上的功率流的方向是从附接到USB Type-C端口1010的功率适配器(例如，壁式充电器)到电池1060。IC控制器1001导通电源开关1022，关断电源开关1020，并使电池充电器1035对电池1060充电。然后，在电池充电器1035设定的电压和电流下，电力在VBUS线1011上从USB Type-C端口1010流向电池1060。在各种实施例中，以这种方式，IC控制器1001可以交替其操作角色来实现USB-PD DRP应用。
在检测到故障状况时，控制信号可以被发送到电源开关1022以关断开关，从而将USB Type-C端口61010与电池充电器1035断开。这种断开可能是由过电压状况、过电流状况或可能需要将USB Type-C端口1010与电池充电器1035断开以保护耦合到USB Type C端口1010的电路或电池1060本身的其他状况引起的。类似地，片上放电电路可以被实现为响应于功耗或其他参数来调整转换速率。
本文描述了用于当检测到故障状况时通过向电源开关的栅极提供控制信号来控制电源开关(诸如电源开关)的操作和状态的技术的各种实施例。
这些操作可以由硬件部件、数码硬件和/或固件、和/或其组合执行和/或控制。在本文使用时，术语“耦合于”可意味着直接连接或通过一个或多个中间部件间接连接。通过各种管芯上总线提供的任何信号可以与其它信号时间复用并通过一个或更多个公共管芯上总线来提供。另外，在电路部件或块之间的互连可被示为总线或单信号线。总线中的每一个可以可选地是一个或更多个单信号线，并且单信号线中的每一个可以可选地是总线。
某些实施例可被实施为可包括储存在非暂态计算机可读介质(例如，诸如易失性存储器和/或非易失性存储器)上的指令的计算机程序产品。这些指令可用于对包括一个或更多个通用或专用处理器(例如，诸如CPU)或其等效形式(例如，诸如处理核心、处理引擎、微控制器等)的一个或更多个设备编程，使得当由处理器或其等效形式执行时，指令使设备执行用于本文所述的VBUS电压放电的所述操作。计算机可读介质还可包括用于以机器(例如，诸如设备或计算机)可读的形式(例如，软件、进行处理的应用程序等)储存或传输信息的一个或更多个机构。非暂态计算机可读存储介质可包括但不限于电磁储存介质(例如，软盘、硬盘等等)、光学储存介质(例如，CD-ROM)、磁光储存介质、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、可擦除可编程存储器(例如，EPROM和EEPROM)、闪存或适合储存信息的另一现在已知或以后开发的非暂态类型的介质。
虽然以特定的顺序示出和描述了本文的电路和块的操作，但是在一些实施例中，每个电路/块的操作的顺序可改变，使得某些操作可以按相反的顺序执行，或使得某个操作可与其它操作至少部分地同时和/或并行地执行。在其他实施例中，指令或不同操作的子操作可以以间歇和/或交替的方式执行。
在前述说明书中，本发明已参考其特定示例实施例进行描述。然而明显的是，在不偏离如在所附权利要求中阐述的本发明的更宽的精神和范围的情况下，可对其做出各种修改和改变。说明书和附图相应地是从说明性意义上而非从限制性意义上来考虑的。

Claims (22)

1.一种通用串行总线(USB)电力输送电路，包括：
提供者场效应晶体管(FET)，所述提供者FET包括：
源极，所述源极耦合到第一端子；
漏极，所述漏极耦合到第二端子，以及
控制端子；
栅极驱动器，所述栅极驱动器耦合到所述提供者FET的控制端子，用于向所述控制端子提供控制信号，其中所述栅极驱动器是可编程的，以响应于系统状况提供控制信号。
2.根据权利要求1所述的USB电力输送电路，其中，所述栅极驱动器包括响应于来自故障检测电路的信号而被激活的有源上拉电阻器。
3.根据权利要求2所述的USB电力输送电路，其中，所述故障检测电路被配置为检测故障状况，所述故障状况包括过电压状况、过电流状况和欠电压状况以及反向电流状况中的至少一个。
4.根据权利要求1所述的USB电力输送电路，其中，所述提供者FET包括无源上拉电路，用于在所述栅极驱动器被禁用时去激活所述提供者FET。
5.根据权利要求1所述的USB电力输送电路，其中，所述系统状况包括至少一个故障状况。
6.根据权利要求1所述的USB电力输送电路，其中，所述栅极驱动器的输出是利用数字信号控制的。
7.根据权利要求7所述的USB电力输送电路，其中，所述数字信号由脉宽调制信号提供，以控制通过所述提供者FET的电流。
8.根据权利要求1所述的USB电力输送电路，其中，所述栅极驱动器的输出是利用模拟信号控制的。
9.根据权利要求8所述的USB电力输送电路，其中，所述模拟信号是电流。
10.一种用于通用串行总线(USB)电力输送的电路，包括：
第一栅极驱动器，所述第一栅极驱动器耦合到提供者场效应晶体管(FET)的第一栅极，所述第一栅极驱动器包括有源上拉电路；和
第二栅极驱动器，所述第二栅极驱动器耦合到消费者FET的第二栅极，
其中，所述第一栅极驱动器和第二栅极驱动器包括用于提供模拟控制的电流控制电路。
11.根据权利要求10所述的用于通用串行总线(USB)电力输送的电路，其中，所述第二栅极驱动器包括：
第一FET栅极驱动器，所述第一FET栅极驱动器包括源极和耦合到所述提供者FET的栅极的漏极；和
下拉电流控制电路，所述下拉电流控制电路耦合到所述源极，
其中，所述下拉电流控制电路被配置为响应于来自控制电路的控制信号，改变所述第一栅极驱动器和所述第一PFET驱动器上的下拉电流。
12.根据权利要求11所述的用于USB电力输送的电路，其中，来自所述控制电路的控制信号对应于用于数字控制的脉宽调制。
13.根据权利要求11所述的用于USB电力输送的电路，其中，来自所述控制电路的控制信号对应于用于模拟控制的电流信号。
14.根据权利要求10所述的用于USB电力输送的电路，其中，所述控制电路响应于故障状况向所述第一栅极驱动器提供控制信号。
15.根据权利要求10所述的用于USB电力输送的电路，其中：
所述提供者FET耦合在大容量电容器和输出节点之间；并且
所述消费者FET耦合在充电电路和所述输出节点之间。
16.一种通用串行总线(USB)电力输送系统，包括：
至少一个电压阈值检测模块；
故障检测模块；
第一栅极驱动器电路；
第二栅极驱动器电路；以及
控制逻辑，所述控制逻辑用于从所述至少一个电压阈值检测模块和故障检测模块接收信号，并且用于向所述第一栅极驱动器电路和第二栅极驱动器电路提供控制信号。
17.根据权利要求16所述的USB电力输送系统，还包括耦合到所述故障检测模块的输出端和所述控制逻辑的输入端的故障响应控制模块。
18.根据权利要求16所述的USB电力输送系统，还包括耦合到所述可编程故障检测器的输入端的电流感测检测模块。
19.根据权利要求16所述的USB电力输送系统，其中，所述至少一个电压阈值检测模块包括：
第一电压阈值检测器模块，所述第一电压阈值检测器模块耦合到提供者场效应晶体管(FET)的第一节点；和
第二电压阈值检测器模块，所述第二电压阈值检测器模块耦合到提供者FET的第二节点，所述提供者FET的第二节点耦合到所述USB电力输送系统的输出节点。
20.根据权利要求16所述的USB电力输送系统，其中，所述第一栅极驱动器电路包括有源上拉电路。
21.根据权利要求16所述的USB电力输送系统，还包括耦合到所述控制逻辑的下拉电流控制电路，所述下拉电流控制电路用于响应于来自所述控制逻辑的控制信号，向所述第一栅极驱动器电路和所述第二栅极驱动器电路提供可变下拉电流。
22.根据权利要求16所述的USB电力输送系统，其中，所述第一栅极驱动器电路和所述第二栅极驱动器电路包括NFET。
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