CN116865545A - 电源管理装置 - Google Patents
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Abstract
一种有短路保护功能的电源管理装置,包含脉冲宽度调变(PWM)电路、脉冲频率调变(PFM)电路、第一开关、第二开关、过电流保护电路、电流检测电路与短路检测电路。该PWM/PFM电路依据一短路检测信号被致能,以产生一PWM/PFM信号。该第一开关耦接于一高电压端与一输出节点之间,依据该PWM/PFM信号输出一第一输出电流给该输出节点。该第二开关耦接于该输出节点与一低电压端之间,依据该PWM/PFM信号输出一第二输出电流给该输出节点。该过电流保护电路于该第一输出电流过高时,令该PWM/PFM电路关闭该第一开关并开启该第二开关,并于该第二输出电流够低时,令该PWM/PFM电路关闭该第二开关并依一输出需求开启该第一开关。该短路检测电路依据该电源管理装置的输出电压产生该短路检测信号。
Description
技术领域
本发明是关于电源管理装置,尤其是关于具有短路保护功能的电源管理装置。
背景技术
图1a显示一现有的电源管理装置。图1a的电源管理装置100包含一脉冲宽度调变(pulse width modulation;PWM)电路110、一第一开关120、一第二开关130、一过电流保护电路140、一电感150以及一电压输出端160。PWM电路110用来产生一PWM信号,以开启/关闭第一开关120以及关闭/开启第二开关130,从而产生一输出电压VOUT。过电流保护电路140用来检测流经第一开关120的输出电流IL是否达到一电流门槛(例如:图1b的电流门槛);于该PWM信号的一目前工作周期中,若电压输出端160短路至一接地端或其它任意电压端,使得该输出电压VOUT降至该接地端的电压(例如:0V)或该其它任意电压端的电压,该输出电流IL会快速上升至该电流门槛,过电流保护电路140会令PWM电路110于该目前工作周期的剩余时间内关闭第一开关120并开启第二开关130,直到该PWM信号的一下一工作周期,从而稳定该输出电流IL。
然而,过电流保护电路140需要一段反应时间(reaction time),以发现该输出电流IL达到该电流门槛以及令PWM电路110关闭第一开关120并开启第二开关130。在该段反应时间内,该第一开关120是开启的,该输出电流IL会快速上升;在该段反应时间后,于一剩余的工作周期内,第一开关120被关闭且第二开关130被开启,此时,电感150的两端分别耦接至该接地端以及短路至该接地端,电感150无法以正常的放电斜率宣泄能量,因此,该输出电流IL在该剩余的工作周期内仅会微幅地下降,然后在一后续的工作周期内继续攀高,如图1b所示。
据上所述,当前述电压输出端短路至该接地端时,该输出电流IL可能会累积并攀高,从而损坏采用电源管理装置100的系统。
发明内容
本公开的目的之一在于提供一种电源管理装置,以避免先前技术的问题。
本公开的电源管理装置的一实施例包含一脉冲宽度调变(pulse widthmodulation;PWM)电路、一脉冲频率调变(pulse frequency modulation;PFM)电路、一第一开关、一第二开关、一过电流保护电路、一电流检测电路以及一短路检测电路。
于上述实施例中,该PWM电路用来依据一短路检测信号被致能或禁能,并于被致能时运行于一PWM模式,以产生一PWM信号。该PFM电路用来依据该短路检测信号被致能或禁能,并于被致能时运行于一PFM模式,以产生一PFM信号。该第一开关耦接于一高电压端与一输出节点之间,用来于该PWM模式下,依据该PWM信号输出一第一输出电流给该输出节点;该第一开关还用来于该PFM模式下,依据该PFM信号输出该第一输出电流给该输出节点,其中该第一输出电流用于该电源管理装置之一输出电压的产生。该第二开关耦接于该输出节点与一低电压端之间,用来于该PWM模式下,依据该PWM信号输出一第二输出电流给该输出节点;该第二开关还用来于该PFM模式下,依据该PFM信号输出该第二输出电流给该输出节点,其中该第二输出电流用于该输出电压的产生。该过电流保护电路耦接于该高电压端与该输出节点之间,用来于该PWM/PFM模式下,检测该第一输出电流是否达到一第一电流门槛,并于该第一输出电流达到该第一电流门槛时,发出一过电流保护信号,以通知该PWM电路关闭该第一开关并开启该第二开关。该电流检测电路耦接于该输出节点与该低电压端之间,用来于该PWM/PFM模式下,检测该第二输出电流是否达到一预设电流门槛,并于该第二输出电流达到该预设电流门槛时,发出一电流检测信号,以通知该PWM/PFM电路关闭该第二开关,并依一输出需求开启该第一开关,其中该输出需求是由包含该电源管理装置的系统所检测。该短路检测电路用来检测该输出电压是否达到一电压门槛,并于该输出电压达到该电压门槛时,禁能该PWM电路并致能该PFM电路。
有关本发明的特征、实作与功效,兹配合附图作较佳实施例详细说明如下。
附图说明
图1a显示一现有的电源管理装置;
图1b显示图1a的电压与电流关系图。
图2显示本公开的电源管理装置的一实施例;以及
图3显示图2的一实作范例的信号关系图。
具体实施方式
本说明书公开一种电源管理装置具有短路保护功能,能够在一电压输出端短路至一接地端时,避免一输出电流的累积。本公开的电源管理装置可应用于/包含于一蓝牙装置,或应用于/包含于一电子装置,其中该电子装置是由至少一电池来驱动。
图2显示本公开之电源管理装置的一实施例。图2的电源管理装置200包含一脉冲宽度调变(pulse width modulation;PWM)电路210、一脉冲频率调变(pulse frequencymodulation;PFM)电路220、一第一开关230、一第二开关240、一过电流保护电路250、一电流检测电路260、一短路检测电路270以及一输出电路280。该些电路分别说明于后。
请参阅图2。PWM电路210用来依据一短路检测信号SCDET被致能或禁能,并于被致能时运行于一PWM模式,以产生一PWM信号SPWM。于该PWM模式下,PWM电路210依据一参考电压VREF与一输出电压VOUT产生该PWM信号SPWM,其中该输出电压VOUT是提供给一负载(未显示于图);举例而言,PWM电路210比较该参考电压VREF与该输出电压VOUT,以决定如何调变该PWM信号SPWM的脉冲宽度,从而提供适当的该输出电压VOUT给该负载。由于PWM电路210单独而言可借由已知/自行开发的技术来实现,其细节在此省略。
请参阅图2。PFM电路220用来依据该短路检测信号SCDET被致能或禁能,并于被致能时运行于一PFM模式,以产生一PFM信号SPFM。于该PFM模式下,PFM电路220依据该参考电压VREF与该输出电压VOUT产生该PFM信号SPFM;举例而言,PFM电路220比较该参考电压VREF与该输出电压VOUT,以决定如何调变该PFM信号SPFM的脉冲频率,从而提供适当的该输出电压VOUT给该负载。由于PFM电路220单独而言可借由已知/自行开发的技术来实现,其细节在此省略。
请参阅图2。第一开关230耦接于一高电压端VDD与一输出节点NDOUT之间,用来于该PWM模式下,依据该PWM信号SPWM输出一第一输出电流IL1给该输出节点NDOUT。第一开关230还用来于该PFM模式下,依据该PFM信号SPFM输出该第一输出电流IL1给该输出节点NDOUT。本实施例中,第一开关230为一p通道金氧半导体(PMOS)晶体管,然此并非本发明的实施限制。
请参阅图2。第二开关240耦接于该输出节点NDOUT与一低电压端GND(例如:接地端)之间,用来于该PWM模式下,依据该PWM信号SPWM输出一第二输出电流IL2给该输出节点NDOUT。第二开关240还用来于该PFM模式下,依据该PFM信号SPFM输出该第二输出电流IL2给该输出节点NDOUT。本实施例中,第二开关240为一n通道金氧半导体(NMOS)晶体管,然此并非本发明的实施限制;只要能满足第一开关230与第二开关240不同时导通的条件,第一开关230与第二开关240可依实施需求以已知/自行开发的开关来实现。
请参阅图2。过电流保护电路250耦接于该高电压端VDD与该输出节点NDOUT之间,用来于该PWM/PFM模式下,检测该第一输出电流IL1是否达到一过电流门槛(例如:图3的过电流门槛),并于该第一输出电流IL1达到该过电流门槛时,发出一过电流保护信号SOCP,以通知PWM电路210/PFM电路220关闭第一开关230并开启第二开关240。由于过电流保护电路250单独而言可借由已知/自行开发的技术来实现,其细节在此省略。
请参阅图2。电流检测电路260耦接于该输出节点NDOUT与该低电压端GND之间,用来于该PWM/PFM模式下,检测该第二输出电流IL2是否达到一预设电流门槛(例如:0A),并于该第二输出电流IL2达到该预设电流门槛时,发出一电流检测信号SZCD,以通知PWM电路210/PFM电路220关闭第二开关220并开启第一开关210。由于电流检测电路260单独而言可借由已知/自行开发的技术(例如:已知的零电流检测电路)来实现,其细节在此省略。
请参阅图2。短路检测电路270用来检测该输出电压VOUT是否达到一电压门槛(例如:该低电压端GND的电压,或任意设定的电压),并于该输出电压VOUT达到该电压门槛时,发出该短路检测信号SCDET以禁能PWM电路210并致能PFM电路220,借此令电源管理装置200从该PWM模式进入该PFM模式。于该PFM模式下,短路检测电路270可用来检测该输出电压VOUT是否高于用于短路保护的一设定电压门槛,若是,短路检测电路270致能PWM电路210并禁能该PFM电路220,借此令电源管理装置200从该PFM模式回到该PWM模式。
请参阅图2。输出电路280的一实施例包含一电感282、一电容284与一电压输出端286。电感282耦接该输出节点NDOUT与电压输出端286之间。电容284的一端耦接于电感282与电压输出端286之间,另一端耦接该低电压端GND。在该PWM模式下,电感282的输出电流IL等于该第一输出电流IL1加上该第二输出电流IL2;在该PFM模式下,电感282的输出电流IL等于该第一输出电流IL1加上该第二输出电流IL2。电感282与电容284用来稳定该输出电压VOUT。
图3显示图2之一实作范例的信号关系图。请参阅图2至图3。在该输出电压VOUT降至0V后(亦即:电压输出端286短路至一接地端后),该输出电流IL快速上升至该过电流门槛,该PWM电路210随之关闭第一开关230并开启第二开关240,此时,因电感282两端无电位差,电感282无法提供一放电斜率,故该输出电流IL整体而言会继续攀升;之后,因该输出电压VOUT达到前述电压门槛,短路检测信号SCDET由一低准位变成一高准位,以令电源管理装置200从该PWM模式进入该PFM模式。承上所述,在该PFM模式下,依包含电源管理装置200之系统的需求,PFM电路220比对输出电压VOUT与参考电压VREF,以开启第一开关230,然后于第一开关230的开启时间达到一固定时间后关闭第一开关230;接下来,PFM电路220开启第二开关240,直到电流检测电路260检测到IL已达到该预设电流门槛后,关闭第二开关240;之后,PFM电路220再依据一输出需求开启第一开关230达一固定时间,然后关闭第一开关230,其中该输出需求是由包含电源管理装置200的系统所检测。
承上所述,若电流检测电路260判断该输出电流IL尚未降至该默认电流门槛,PFM电路220会持续开启第二开关240并关闭第一开关230,直到该输出电流IL降至该预设电流门槛。当该输出电流IL降至该预设电流门槛时,电流检测电路260发出该电流检测信号SZCD;PFM电路220于一目前工作周期的一固定时间TON内开启第一开关230,然后关闭第一开关230并开启第二开关240,直到电流检测信号SZCD的输出准位由一低准位变成一高准位;于一下一工作周期,PFM电路220重复上述操作。值得注意的是,图3的点虚线表示该输出电流IL的平均值,亦是一输出负载电流。
请参阅图2至图3。过电流保护电路250可在该PFM模式下,依据该短路检测信号SCDET调降该过电流门槛(例如:调降后的该过电流门槛为原本该过电流门槛的一半),并于该PFM模式下检测该第一输出电流IL1是否达到该调降后的该过电流门槛;当该第一输出电流IL1达到该调降后的该过电流门槛时,过电流保护电路250发出该过电流保护信号SOCP,以通知PFM电路210关闭第一开关210并开启第二开关220,无论前述固定时间是否结束。
请注意,在实施为可能的前提下,本技术领域具有通常知识者可选择性地实施前述任一实施例中部分或全部技术特征,或选择性地实施前述复数个实施例中部分或全部技术特征的组合,借此增加本发明实施时的弹性。
综上所述,本发明能够在一电压输出端短路至一接地端时,避免一输出电流的累积。
虽然本发明之实施例如上所述,然而该些实施例并非用来限定本发明,本技术领域具有通常知识者可依据本发明之明示或隐含之内容对本发明之技术特征施以变化,凡此种种变化均可能属于本发明所寻求之专利保护范畴,换言之,本发明之专利保护范围须视本说明书之申请专利范围所界定者为准。
【符号说明】
100:电源管理装置
110:脉冲宽度调变电路
120:第一开关
130:第二开关
140:过电流保护电路
150:电感
160:电压输出端
IL:输出电流
VOUT:输出电压
200:电源管理装置
210:脉冲宽度调变电路
220:脉冲频率调变电路
230:第一开关
240:第二开关
250:过电流保护电路
260:电流检测电路
270:短路检测电路
280:输出电路
282:电感
284:电容
286:电压输出端
SCDET:短路检测信号
SPWM:PWM信号
SPFM:PFM信号
VREF:参考电压
VOUT:输出电压
VDD:高电压端
GND:低电压端
NDOUT:输出节点
IL1:第一输出电流
IL2:第二输出电流
IL:输出电流
SOCP:过电流保护信号
SZCD:电流检测信号
TON:固定时间。
Claims (10)
1.一种电源管理装置,包含:
一脉冲宽度调变电路,用来依据一短路检测信号被致能或禁能,并于被致能时运行于一脉冲宽度调变模式,以产生一脉冲宽度调变信号;
一脉冲频率调变电路,用来依据该短路检测信号被致能或禁能,并于被致能时运行于一脉冲频率调变模式,以产生一脉冲频率调变电路信号;
一第一开关,耦接于一高电压端与一输出节点之间,用来于该脉冲宽度调变模式下,依据该脉冲宽度调变信号输出一第一输出电流给该输出节点,该第一开关还用来于该脉冲频率调变模式下,依据该脉冲频率调变电路信号输出该第一输出电流给该输出节点,该第一输出电流用于该电源管理装置的一输出电压的产生;
一第二开关,耦接于该输出节点与一低电压端之间,用来于该脉冲宽度调变模式下,依据该脉冲宽度调变信号输出一第二输出电流给该输出节点,该第二开关还用来于该脉冲频率调变模式下,依据该脉冲频率调变电路信号输出该第二输出电流给该输出节点,该第二输出电流用于该输出电压的产生;
一过电流保护电路,耦接于该高电压端与该输出节点之间,用来于该脉冲宽度调变模式/该脉冲频率调变模式下,检测该第一输出电流是否达到一第一电流门槛,并于该第一输出电流达到该第一电流门槛时,发出一过电流保护信号,以通知该脉冲宽度调变电路/该脉冲频率调变电路关闭该第一开关并开启该第二开关;
一零电流检测电路,耦接于该输出节点与该低电压端之间,用来于该脉冲宽度调变模式/该脉冲频率调变模式下,检测该第二输出电流是否达到一预设电流门槛,并于该第二输出电流达到该预设电流门槛时,发出一电流检测信号,以通知该脉冲宽度调变电路/该脉冲频率调变电路关闭该第二开关;以及一短路检测电路,用来检测该输出电压是否达到一电压门槛,并于该输出电压达到该电压门槛时,发出该短路检测信号以禁能该脉冲宽度调变电路并致能该脉冲频率调变电路。
2.根据权利要求1所述的电源管理装置,其中于该脉冲频率调变模式下,该脉冲频率调变电路于一目前工作周期的一固定时间内开启该第一开关,然后关闭该第一开关并开启该第二开关直到一下一工作周期开始,该电流检测信号决定该下一工作周期何时开始,该脉冲频率调变电路于该下一工作周期依据一输出需求开启该第一开关。
3.根据权利要求1所述的电源管理装置,其中该过电流保护电路用来于该脉冲宽度调变模式/该脉冲频率调变模式下检测该第一输出电流是否达到该第一电流门槛,并于该第一输出电流达到该第一电流门槛时,发出该过电流保护信号,以通知该脉冲宽度调变电路/该脉冲频率调变电路关闭该第一开关并开启该第二开关。
4.根据权利要求1所述的电源管理装置,其中默认该预设电流门槛为零安培。
5.根据权利要求1所述的电源管理装置,其中于该脉冲宽度调变模式下,该脉冲宽度调变电路依据一参考电压与该输出电压产生该脉冲宽度调变信号。
6.根据权利要求1所述的电源管理装置,其中于该脉冲频率调变模式下,该脉冲频率调变电路依据一参考电压与该输出电压产生该脉冲频率调变电路信号。
7.根据权利要求1所述的电源管理装置,其中该电压门槛为该低电压端的电压或一任意电压。
8.根据权利要求1所述的电源管理装置,还包含一输出电路,该输出电路包含:
一电感,耦接于该输出节点与一电压输出端之间,其中该电压输出端的电压为该输出电压;以及
一电容,该电容的一端耦接于该电感与该电压输出端之间,该电容的另一端耦接该低电压端。
9.根据权利要求1所述的电源管理装置,其包含于一蓝牙装置中。
10.根据权利要求1所述的电源管理装置,其包含于一电子装置中,该电子装置由至少一电池来驱动。
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