CN114665853A - 开关单元 - Google Patents
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- H03K17/082—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
Abstract
本发明公开一种开关单元，用以提供逆电流保护。该开关单元具有一输入端、一输出端、一开关元件、一运算放大器以及一电压差电路。该开关元件为耦合于该输入端与该输出端之间。该电压差电路接收该输出端的电压以产生一第一信号，其中该第一信号为大于该输出端的电压。该运算放大器耦合至该输入端与该第一信号，用以产生一第二信号以控制该开关元件。
Description
技术领域
本发明为关于一种开关单元，特别是关于一种可提供逆电流保护的开关单元。
背景技术
近年来随着便携装置的发展，为了节省电能及延长使用时间，电源管理集成电路(Integrated Circuit)与开关元件已经变成不可或缺。一般来说，开关元件为一配置于一电源与一负载之间的电源通道零件。系统可通过控制开关元件的导通情形以决定是否提供电源至负载。为了改善开关元件的可靠度，设计者可增加一逆电流保护电路以保护电源的周边元件。
图1为现有的开关单元10的示意图。开关单元10具有一输入端Vi、一输出端Vo、一开关元件100、一比较器110以及一控制电路120。当输出端Vo的电压大于输入端Vi的电压时，开关电流Isw会从输出端Vo逆流至输入端Vi。为了防止逆电流的产生，当输出端Vo的电压大于输入端Vi的电压时，比较器110会经由控制电路120使得控制信号Vc为一低位准以关闭开关元件100。由于逆电流的大小取决于比较器110的输入补偿电压与速度，因此开关单元10无法准确侦测逆电流产生的时间点而容易造成逆电流太大。
发明内容
有鉴于前述问题，本发明的目的在于提供一种可减少逆电流的开关单元。
为了达到上述目的，本发明提供一种开关单元。该开关单元具有一输入端、一输出端、一开关元件、一运算放大器以及一电压差电路。该开关元件为耦合于该输入端与该输出端之间。该开关元件具有一开关电流Isw，其中该开关电流Isw是指从该输入端流经该开关元件至该输出端的电流。该输入端可具有一高电压(例如24V)以供一高压电路使用。该开关元件可为一N型功率金氧半晶体管。该N型功率金氧半晶体管的汲极耦合至该输入端而该N型功率金氧半晶体管的源极耦合至该输出端。该电压差电路接收该输出端的电压以产生一第一信号，其中该第一信号为大于该输出端的电压。该第一信号与该输出端的电压的差值可为一预定值Vp，其中该预定值Vp可为一相对小的值(例如约20mV)。该运算放大器具有一非反相输入端耦合至该输入端与一反相输入端耦合至该第一信号，用以产生一第二信号以控制该开关元件的导通情形。
当该开关元件处于一正常操作状态时，该输入端的电压为大于该输出端的电压。为了加速逆电流的判断，本发明的一实施例将现有的比较器置换成该运算放大器。当该开关元件处于一轻载模式时，假使该输入端的电压与该输出端的电压的差值太小时，该运算放大器会调变该第二信号使得该输入端的电压与该输出端的电压的差值至少维持在该预定值Vp。此时该开关元件的导通电阻为相等于Vp/Isw。当该开关元件的负载越轻时，表示该开关元件的导通电阻越大。当该开关元件处于一无载模式时，该开关元件会被关闭，所以不会有逆电流的产生。因此，通过该运算放大器与该电压差电路的搭配组合，当该开关元件处于轻载模式时，该开关单元可通过调变该开关元件的导通电阻以提早启动一逆电流保护机制以减少逆电流。
附图说明
图1为现有的开关单元的示意图。
图2为本发明一实施例的开关单元的示意图。
附图标记说明：10-开关单元；Isw-开关电流；100-开关元件；110-比较器；120-控制电路；Vi-输入端；Vo-输出端；Vc-控制信号；20-开关单元；200-开关元件；210-运算放大器；220-电压差电路；V1-第一信号；V2-第二信号。
具体实施方式
下文中的说明将使本发明的目的、特征与优点更明显。兹将参考图式详细说明依据本发明的较佳实施例。
图2为本发明一实施例的开关单元20的示意图。开关单元20具有一输入端Vi、一输出端Vo、一开关元件200、一运算放大器210以及一电压差电路220。开关元件200为耦合于输入端Vi与输出端Vo之间。开关元件200具有一开关电流Isw，其中该开关电流Isw是指从输入端Vi流经开关元件200至输出端Vo的电流。输入端Vi可具有一高电压(例如24V)以供一高压电路使用。如图2所示，开关元件200可为一N型功率金氧半晶体管。N型功率金氧半晶体管的汲极耦合至输入端Vi而N型功率金氧半晶体管的源极耦合至输出端Vo。电压差电路220接收输出端Vo的电压以产生一第一信号V1，其中第一信号V1为大于输出端Vo的电压。根据本发明的一实施例，第一信号V1与输出端Vo的电压的差值可为一预定值Vp，其中预定值Vp可为一相对小的值(例如约20mV)。运算放大器210具有一非反相输入端耦合至输入端Vi与一反相输入端耦合至第一信号V1，用以产生一第二信号V2以控制开关元件200的导通情形。
具体而言，当开关元件200处于一正常操作状态时，输入端Vi的电压为大于输出端Vo的电压。为了加速逆电流的判断，本发明的一实施例将现有的比较器置换成运算放大器210。当开关元件200处于一轻载模式时，假使输入端Vi的电压与输出端Vo的电压的差值太小时，运算放大器210会调变第二信号V2使得输入端Vi的电压与输出端Vo的电压的差值至少维持在预定值Vp。此时开关元件200的导通电阻为相等于Vp/Isw。当开关元件200的负载越轻时，表示开关元件200的导通电阻越大。当开关元件200处于一无载模式时，开关元件200会被关闭，所以不会有逆电流的产生。因此，通过运算放大器210与电压差电路220的搭配组合，当开关元件200处于轻载模式时，开关单元20可通过调变开关元件200的导通电阻以提早启动一逆电流保护机制以减少逆电流。
根据本发明的一实施例，当开关元件200处于轻载模式时，开关单元20可提早启动逆电流保护机制。当开关元件200处于无载模式时，开关元件200会被关闭，所以不会有逆电流的产生。此外，开关单元20可应用于高压电路。
虽然本发明业已通过较佳实施例作为例示加以说明，应了解者为：本发明不限于此被公开的实施例。相反地，本发明意欲涵盖对于熟习此项技艺的人士而言为明显的各种修改与相似配置。因此，权利要求范围应根据最广的诠释，以包含所有此类修改与相似配置。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (11)
1.一种开关单元，其特征在于，包含：
一输入端；
一输出端；
一开关元件，耦合于该输入端与该输出端之间；
一电压差电路，用以接收该输出端的一电压以产生一第一信号，其中该第一信号大于该输出端的该电压；以及
一运算放大器，耦合至该输入端与该第一信号，用以产生一第二信号以控制该开关元件。
2.如权利要求1所述的开关单元，其特征在于，该开关单元提供一逆电流保护。
3.如权利要求1所述的开关单元，其特征在于，该开关单元为应用于一高压电路。
4.如权利要求1所述的开关单元，其特征在于，当该开关元件处于一无载模式时，该开关元件被关闭。
5.如权利要求1所述的开关单元，其特征在于，当该开关元件处于一轻载模式时，该开关单元提早启动一逆电流保护机制。
6.如权利要求1所述的开关单元，其特征在于，该开关元件为一N型功率金氧半晶体管。
7.如权利要求6所述的开关单元，其特征在于，该N型功率金氧半晶体管的一汲极耦合至该输入端，该N型功率金氧半晶体管的一源极耦合至该输出端。
8.如权利要求1所述的开关单元，其特征在于，该第一信号与该输出端的该电压的一差值为一预定值。
9.如权利要求8所述的开关单元，其特征在于，该预定值为一相对小的值。
10.如权利要求8所述的开关单元，其特征在于，该预定值约为20mV。
11.如权利要求8所述的开关单元，其特征在于，当该开关元件处于一轻载模式时，假使该输入端的一电压与该输出端的该电压的一差值太小时，该运算放大器调变该第二信号使得该输入端的该电压与该输出端的该电压的该差值至少维持在该预定值。
Priority Applications (1)
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| CN202011528276.9A CN114665853A (zh) | 2020-12-22 | 2020-12-22 | 开关单元 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116260423A (zh) * | 2023-03-30 | 2023-06-13 | 江苏尚飞光电科技股份有限公司 | 一种阻抗匹配电路及数模转换器 |
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2020
- 2020-12-22 CN CN202011528276.9A patent/CN114665853A/zh active Pending
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