CN118018001A - 一种低功耗的电源切换电路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低功耗的电源切换电路及其控制方法，包括：第一和第二电源比较模块、电源切换模块、偏置电流产生模块；第一电源比较模块负责在输入电源VBAT和VCC之间进行比较，输出比较结果SELVCC；电源切换模块根据SELVCC，控制PMOS管MP1和MP2的开关，并在VBAT和VCC中做出选择；偏置电流产生模块负责产生第一电源比较模块用的偏置电压VBN1；第二电源比较模块负责在输出电源VMAX和VBAT之间进行比较，产生第一电源比较模块用的偏置电压VBN2，辅助第一电源比较模块做电源比较。本发明达到在保证低功耗的同时，能在各种上电、掉电组合中电源比较器输出无误判，电源切换过程中无漏电的目的。

Description

一种低功耗的电源切换电路及其控制方法

技术领域

本发明涉及集成电路设计技术领域，具体涉及一种低功耗的电源切换电路及其控制方法。

背景技术

电源切换电路广泛的应用在多电源系统中，负责在两个甚至更多个电源之间自动比较、选择一路电源给芯片内部电路供电。通常，电源切换电路在系统中是属于常开的模块，这就要求电源切换电路在工作时保持较低的功耗。另一方面，多电源输入意味着有不同的上电、掉电组合，电源切换电路需要保证输出电源切换及时、无误判。

专利申请CN107395170A公开了一种电源选择电路，AMP1负责对输入电源VOLA、VOLB进行比较，AMP1输出控制M3、M4的开关，在VOLA、VOLB中做出选择，VOL_HIGH为输出电源。该电路是电源切换电路常用的架构，并无特别之处，重点是电源比较模块如何设计能做到低功耗、比较及时、比较器输出无误判。

专利申请CN201910719435.4公开了一种电源自动切换电路，电压比较子模块负责在输入电源VBAT和VCC之间进行比较，输出SEL1、SEL2分别控制MP9、MP10的开关，在VBAT和VCC中做出选择，VMAX为输出电源。该电路同样是常用的电源切换电路架构，特别在于电源比较模块的设计采用了全差分结构，偏置电流由R1、R2或I1、I2产生，但要做到低功耗时R1、R2面积会非常大，另一方面，即使偏置电流由I1、I2产生，整个电源比较器共有I1/R1、I2/R2、MN1、MN2、MN3、MN4共六支路电流，且为常开状态，功耗较大。

除了上述两种电路，现有技术中还涉及一种电源切换电路，在该电路中，电压比较模块负责在输入电源VBAT和VCC之间进行比较，输出SELVCC、SELVBAT分别控制电源切换电路中PMOS管MP1、MP2的开关，在VBAT和VCC中做出选择，VMAX为输出电源。该电路也是常用的电源切换电路架构，特别在于电源比较模块的设计采用了单端结构，常开的电流支路只有MN1、MN2。另外，偏置电流产生模块为与电源无关的偏置模块，负责给电压比较模块提供偏置电压VBN1。但是该电源切换电路依旧存在以下技术问题：

(1)当VBAT单独供电时，VBAT上电过程中，可能存在VBAT到VCC的漏电通路，且VMAX不能及时跟随VBAT上升；

(2)当VBAT或VCC单独供电时，电源比较器电流不关闭，功耗大。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种低功耗的电源切换电路及其控制方法，用于解决现有技术所存在的VBAT到VCC的漏电通路、VMAX不能及时跟随VBAT上升以及电源比较器电流不关闭，功耗大等的技术问题，从而达到在保证低功耗的同时，能在各种上电、掉电组合中电源比较器输出无误判，并且电源切换过程中无漏电的目的。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种低功耗的电源切换电路，包括：

第一电源比较模块，负责在输入电源VBAT和输入电源VCC之间进行比较，输出比较结果SELVCC控制电源切换模块；

电源切换模块，根据所述第一电源比较模块输出的比较结果SELVCC，控制PMOS管MP1和PMOS管MP2的开关，并在所述输入电源VBAT和所述输入电源VCC中做出选择；

偏置电流产生模块，负责产生所述第一电源比较模块用的偏置电压VBN1；

第二电源比较模块，负责在输出电源VMAX和输出电源VBAT之间进行比较，产生所述第一电源比较模块用的偏置电压VBN2，辅助所述第一电源比较模块做电源比较。

作为本发明优选的实施方式，所述第一电源比较模块包括：电流镜、电流镜的偏置电流管以及输入电源控制的开关管；

其中，所述电流镜由PMOS管MP3、PMOS管MP4构成；

所述电流镜的偏置电流管，包括：NMOS管MN1、NMOS管MN2、NMOS管MN10以及NMOS管MN11，并且I(MN1)＝I(MN2)、I(MN10)＝I(MN11)；

所述输入电源控制的开关管，包括：NMOS管MN3、NMOS管MN4，所述NMOS管MN3由所述输入电源VCC控制，所述NMOS管MN4由所述输入电源VBAT控制。

作为本发明优选的实施方式，所述电源切换模块还包括：反向器INV，所述反向器INV的输出SELVBAT为所述比较结果SELVCC的反；

所述输入电源VBAT和所述输入电源VCC到所述输出电源VMAX均存在寄生的正向二极管；

其中，当所述输出电源VMAX上升到max{VBAT，VCC}时，两个正向二极管均处于关闭状态。

作为本发明优选的实施方式，所述偏置电流产生模块中的启动电路复用为所述第二电源比较模块的一部分；

所述偏置电流产生模块的电源为所述输出电源VMAX，NMOS管MN5、NMOS管MN6、PMOS管MP5、PMOS管MP6以及电阻R1构成与电源无关的偏置电流产生主体电路；

NMOS管MN7、NMOS管MN8、PMOS管MP7、PMOS管MP8为所述偏置电流产生主体电路的启动电路。

一种上述的低功耗的电源切换电路的控制方法，包括以下步骤：

当检测到所述输入电源VCC和所述输入电源VBAT均有电时，导通所述NMOS管MN3和所述NMOS管MN4，并比较所述输入电源VCC和所述输入电源VBAT；

若所述输入电源VCC大于所述输入电源VBAT，则选择所述输入电源VCC作为输出电源；

若所述输入电源VCC小于所述输入电源VBAT，则选择所述输入电源VBAT作为输出电源。

作为本发明优选的实施方式，本控制方法还包括以下步骤：

当检测到所述输入电源VCC有电、所述输入电源VBAT无电时，导通所述NMOS管MN3，关闭所述NMOS管MN4，则所述第一电源比较器内部电流镜节点电压VBPX等于0，则所述PMOS管MP4导通，选择所述输入电源VCC作为输出电源；

在选择所述输入电源VCC作为输出电源后，包括：

当所述输出电源VMAX稳定到所述输入电源VCC时，通过所述NMOS管MN1将所述第一电源比较器内部电流镜节点电压VBPX保持拉至0，保持所述NMOS管MN4关闭，则所述NMOS管MN1和所述NMOS管MN2的支路电流均为0。

作为本发明优选的实施方式，本控制方法还包括以下步骤：

当检测到所述输入电源VBAT有电、所述输入电源VCC无电时，关闭所述NMOS管MN3，导通所述NMOS管MN4，则所述第一电源比较器内部电流镜节点电压VBPX等于所述输入电源VBAT，并关闭所述PMOS管MP4。另一方面，所述输出电源VMAX一开始无电，则所述第二电源比较模块内部电流镜节点电压VBP2为0，则所述PMOS管MP9导通，则所述偏置电压VBN2跟随所述输入电源VBAT上升，进而使所述NMOS管MN10和所述NMOS管MN11均能产生偏置电流，并通过所述偏置电流保持所述第一电源比较模块的正常比较；

通过所述NMOS管MN11将所述比较结果SELVCC拉低，导通所述PMOS管MP1，并将所述输出电源VMAX连接到所述输出电源VBAT；

在所述输出电源VMAX连接到所述输出电源VBAT后，包括：

当所述输出电源VMAX稳定到所述输入电源VBAT时，通过所述NMOS管MN2将所述比较结果SELVCC保持拉低，则所述第一电源比较模块电流为0。

作为本发明优选的实施方式，本控制方法还包括以下步骤：

当检测到所述比较结果SELVCC为高时，则反向器INV的输出SELVBAT为低，关闭所述PMOS管MP1沟道，导通所述PMOS管MP2沟道，并将所述输出电源VMAX连接到所述输入电源VCC；

当检测到所述比较结果SELVCC为低时，则所述反向器INV的输出SELVBAT为高，导通所述PMOS管MP1沟道，关闭所述PMOS管MP2沟道，并将所述输出电源VMAX连接到所述输入电源VBAT；

其中，当所述输入电源VCC大于所述输入电源VBAT时，所述比较结果SELVCC为高，当所述输入电源VCC小于所述输入电源VBAT时，所述比较结果SELVCC为低；

所述电源切换模块还包括：所述反向器INV，所述反向器INV的输出SELVBAT为所述比较结果SELVCC的反；

所述输入电源VBAT和所述输入电源VCC到所述输出电源VMAX均存在寄生的正向二极管；

其中，当所述输出电源VMAX上升到max{VBAT，VCC}时，两个正向二极管均处于关闭状态。

作为本发明优选的实施方式，本控制方法还包括以下步骤：

当检测到所述输出电源VMAX从0开始上升，并且所述偏置电压VBN1一开始为0时，则一开始关闭NMOS管MN8、导通PMOS管MP8，以使当VMA X>Vsg(MP8)+Vsg(MP7)时，所述偏置电流产生模块内部启动节点电压VST开始上升，所述偏置电流产生模块内部电流镜节点电压VBP1开始下降，所述偏置电压VBN1开始上升，进而使得偏置电流产生主体电路开始有了偏置电流得以启动；

当检测到所述偏置电压VBN1高于阈值时，导通所述NMOS管MN8，拉低所述偏置电流产生模块内部启动节点电压VST，关闭启动电路、PMOS管MP7、PMOS管MP8以及NMOS管MN8的支路电流，完成启动；

其中，所述偏置电流产生模块中的启动电路复用为所述第二电源比较模块的一部分；

所述偏置电流产生模块的电源为所述输出电源VMAX，NMOS管MN5、NMOS管MN6、PMOS管MP5、PMOS管MP6以及电阻R1构成与电源无关的偏置电流产生主体电路；

NMOS管MN7、NMOS管MN8、PMOS管MP7、PMOS管MP8为所述偏置电流产生主体电路的启动电路。

作为本发明优选的实施方式，本控制方法还包括以下步骤：

当检测到所述输入电源VBAT和所述输入电源VCC均有电，关闭所述偏置电流产生模块中的启动电路，关闭所述PMOS管MP7、所述PMOS管MP8以及NMOS管MN8的支路电流，以使所述输出电源VMAX最终稳定到max{VB AT,VCC}；

当检测到所述输入电源VBAT无电、所述输入电源VCC有电时，则所述输入电源VBAT为0，PMOS管MP9和NMOS管MN9的支路电流为0，所述偏置电压VBN2为0，以使所述NMOS管MN10和所述NMOS管MN11电流为0；

当检测到所述输入电源VBAT有电、所述输入电源VCC无电时，关闭所述NMOS管MN3，导通所述NMOS管MN4，则所述第一电源比较器内部电流镜节点电压VBPX等于所述输入电源VBAT，并关闭所述PMOS管MP4；

其中，所述第二电源比较模块包括PMOS管MP9和NMOS管MN9。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

(1)本发明所提供的电源切换电路在单电源供电(VBAT供电或VCC供电)工作状态下，电源比较器工作电流为0，整个电源切换电路为超低功耗状态；

(2)本发明所提供的电源切换电路能消除传统的电源切换电路中，VBAT单电源供电上电过程中，VBAT漏电到VCC的问题，VMAX不能及时切换到VBAT的问题；

(3)本发明通过复用偏置电流产生模块的启动支路为第二电源比较器电路，从而在实现上述有益效果(1)和(2)时，不显著增加面积。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例所提供的低功耗的电源切换电路的电路模块组成图。

附图标号说明：1、第一电源比较模块；2、电源切换模块；3、偏置电流产生模块；4、第二电源比较模块；5、NMOS管MN1；6、NMOS管MN2；7、NMOS管MN3；8、NMOS管MN4；9、NMOS管MN5；10、NMOS管MN6；11、NMOS管MN7；12、NMOS管MN8；13、NMOS管MN9；14、NMOS管MN10；15、NMOS管MN11；16、PMOS管MP1；17、PMOS管MP2；18、PMOS管MP3；19、PMOS管MP4；20、PMOS管MP5；21、PMOS管MP6；22、PMOS管MP7；23、PMOS管MP8；24、PMOS管MP9；25、反向器INV；26、电阻R1。

具体实施方式

本发明所提供的低功耗的电源切换电路，包括：第一电源比较模块1、电源切换模块2、偏置电流产生模块3以及第二电源比较模块4。

第一电源比较模块1，负责在输入电源VBAT和输入电源VCC之间进行比较，输出比较结果SELVCC控制电源切换模块2。

电源切换模块2，根据第一电源比较模块1输出的比较结果SELVCC，控制PMOS管MP116和PMOS管MP217的开关，并在输入电源VBAT和输入电源VCC中做出选择。

偏置电流产生模块3，负责产生第一电源比较模块1用的偏置电压VBN1。

第二电源比较模块4，负责在输出电源VMAX和输出电源VBAT之间进行比较，产生第一电源比较模块1用的偏置电压VBN2，辅助第一电源比较模块1做电源比较。

进一步地，第一电源比较模块1包括：电流镜、电流镜的偏置电流管以及输入电源控制的开关管；

其中，电流镜由PMOS管MP318、PMOS管MP419构成；

电流镜的偏置电流管，包括：NMOS管MN15、NMOS管MN26、NMOS管MN1014以及NMOS管MN1115，并且I(MN1)＝I(MN2)、I(MN10)＝I(MN11)；

输入电源控制的开关管，包括：NMOS管MN37、NMOS管MN48，NMOS管MN37控制输入电源VCC，NMOS管MN48控制输入电源VBAT。

进一步地，电源切换模块2还包括：反向器INV 25，反向器INV 25的输出SELVBAT为比较结果SELVCC的反；

输入电源VBAT和输入电源VCC到输出电源VMAX均存在寄生的正向二极管；

其中，当输出电源VMAX上升到max{VBAT，VCC}时，两个正向二极管均处于关闭状态。

进一步地，偏置电流产生模块3中的启动电路复用为第二电源比较模块4的一部分；

偏置电流产生模块3的电源为输出电源VMAX，NMOS管MN59、NMOS管MN610、PMOS管MP520、PMOS管MP621以及电阻R126构成与电源无关的偏置电流产生主体电路；

NMOS管MN711、NMOS管MN812、PMOS管MP722、PMOS管MP823为偏置电流产生主体电路的启动电路。

本发明所提供的低功耗的电源切换电路的控制方法，包括以下步骤：

当检测到输入电源VCC和输入电源VBAT均有电时，导通NMOS管MN37和NMOS管MN48，并比较输入电源VCC和输入电源VBAT；

若输入电源VCC大于输入电源VBAT，则选择输入电源VCC作为输出电源；

若输入电源VCC小于输入电源VBAT，则选择输入电源VBAT作为输出电源。

进一步地，本发明的控制方法，还包括以下步骤：

当检测到输入电源VCC有电、输入电源VBAT无电时，导通NMOS管MN37，关闭NMOS管MN48，则第一电源比较器内部电流镜节点电压VBPX等于0，并导通PMOS管MP419，选择输入电源VCC作为输出电源；

在选择输入电源VCC作为输出电源后，包括：

当输出电源VMAX稳定到输入电源VCC时，通过NMOS管MN15将第一电源比较器内部电流镜节点电压VBPX保持拉至0，保持NMOS管MN48关闭，则NMOS管MN15和NMOS管MN26的支路电流均为0。

进一步地，本发明的控制方法，还包括以下步骤：

当检测到输入电源VBAT有电、输入电源VCC无电时，关闭NMOS管MN37，导通NMOS管MN48，则第一电源比较器内部电流镜节点电压VBPX等于输入电源VBAT，并关闭PMOS管MP419。另一方面，所述输出电源VMAX一开始无电，则所述第二电源比较模块内部电流镜节点电压VBP2为0，则所述所述第二电源比较模块PMOS管MP9导通，则偏置电压VBN2跟随输入电源VBAT上升，进而使NMOS管MN1014和NMOS管MN1115均能产生偏置电流，并通过偏置电流保持第一电源比较模块1的正常比较；

通过NMOS管MN1115将比较结果SELVCC拉低，导通PMOS管MP116，并将输出电源VMAX连接到输出电源VBAT；

在输出电源VMAX连接到输出电源VBAT后，包括：

当输出电源VMAX稳定到输入电源VBAT时，通过NMOS管MN26将比较结果SELVCC保持拉低，以使第一电源比较模块1电流为0。

更进一步地，本发明的控制方法，还包括以下步骤：

当检测到比较结果SELVCC为高时，则反向器INV 25的输出SELVBAT为低，关闭PMOS管MP116沟道，导通PMOS管MP217沟道，并将输出电源VMAX连接到输入电源VCC；

当检测到比较结果SELVCC为低时，则反向器INV 25的输出SELVBAT为高，导通PMOS管MP116沟道，关闭PMOS管MP217沟道，并将输出电源VMAX连接到输入电源VBAT；

其中，当输入电源VCC大于输入电源VBAT时，比较结果SELVCC为高，当输入电源VCC小于输入电源VBAT时，比较结果SELVCC为低；

电源切换模块2还包括：反向器INV 25，反向器INV 25的输出SELVBAT为比较结果SELVCC的反；

输入电源VBAT和输入电源VCC到输出电源VMAX均存在寄生的正向二极管；

其中，当输出电源VMAX上升到max{VBAT，VCC}时，两个正向二极管均处于关闭状态。

更进一步地，本发明的控制方法，还包括以下步骤：

当检测到输出电源VMAX从0开始上升，并且偏置电压VBN1一开始为0时，则一开始关闭NMOS管MN812、导通PMOS管MP823，以使当VMAX>Vsg(MP8)+Vsg(MP7)时，偏置电流产生模块3内部启动节点电压VST开始上升，偏置电流产生模块3内部电流镜节点电压VBP1开始下降，偏置电压VBN1开始上升，进而使得偏置电流产生主体电路开始有了偏置电流得以启动；

当检测到偏置电压VBN1高于阈值时，导通NMOS管MN812，拉低偏置电流产生模块3内部启动节点电压VST，关闭启动电路、PMOS管MP722、PMOS管MP823以及NMOS管MN812的支路电流，完成启动；

其中，偏置电流产生模块3中的启动电路复用为第二电源比较模块4的一部分；

偏置电流产生模块3的电源为输出电源VMAX，NMOS管MN59、NMOS管MN610、PMOS管MP520、PMOS管MP621以及电阻R126构成与电源无关的偏置电流产生主体电路；

NMOS管MN711、NMOS管MN812、PMOS管MP722、PMOS管MP823为偏置电流产生主体电路的启动电路。

更进一步地，本发明的控制方法，还包括以下步骤：

当检测到输入电源VBAT和输入电源VCC均有电，关闭偏置电流产生模块3中的启动电路，关闭PMOS管MP722、PMOS管MP823以及NMOS管MN 812的支路电流，以使输出电源VMAX最终稳定到max{VBAT,VCC}；

当检测到输入电源VBAT无电、输入电源VCC有电时，则输入电源VBA T为0，PMOS管MP924和NMOS管MN913的支路电流为0，偏置电压VB N2为0，以使NMOS管MN1014和NMOS管MN1115电流为0；

当检测到输入电源VBAT有电、输入电源VCC无电时，关闭NMOS管MN37，导通NMOS管MN48，则第一电源比较器内部电流镜节点电压VBPX等于输入电源VBAT，并关闭PMOS管MP419；

其中，第二电源比较模块4包括PMOS管MP924和NMOS管MN913。

以下的实施例是对本发明的进一步说明，但本发明的范围并不限制于此。

本实施例所提供的低功耗的电源切换电路的电路模块组成，如图1所示，具体包括：

第一电源比较模块1：负责在输入电源VBAT和输入电源VCC之间进行比较，输出比较结果SELVCC控制电源切换模块2。

电源切换模块2：根据第一电源比较模块1的输出SELVCC，控制PMOS管MP116、PMOS管MP217的开关，在输入电源VBAT和输入电源VCC中做出选择。

偏置电流产生模块3：负责产生第一电源比较模块1用的偏置电压VBN1。

第二电源比较模块4：负责在输出电源VMAX和输出电源VBAT之间进行比较，产生第一电源比较模块1用的偏置电压VBN2，辅助第一电源比较模块1做电源比较。

相关信号：

VBAT：第一输入电源；

VCC：第二输入电源；

SELVCC：第一电源比较器输出。当SELVCC为高时，表示VCC高于VB AT，需要选择VCC作为输出电源。当SELVCC为低时，表示VBAT高于VCC，需要选择VBAT作为输出电源；

SELVBAT：反向器INV 25的输出，为SELVCC的反；

VMAX：电源切换模块2的输出，为输出电源；

VBN1：第一电源比较器的NMOS管MN15、MN2的偏置电压；

VBN2：第一电源比较器的NMOS管MN1014、MN11的偏置电压；

VBPX：第一电源比较器内部电流镜节点电压；

VBP1：偏置电流产生模块3内部电流镜节点电压；

VST：偏置电流产生模块3内部启动节点电压；

VBP2：第二电源比较器内部电流镜节点电压。

工作说明：

(1)第一电源比较模块1

第一电源比较模块1负责在输入电源VBAT和输入电源VCC之间进行比较，输出比较结果SELVCC控制电源切换模块2。

第一电源比较模块1中，PMOS管MP318、PMOS管MP419构成电流镜，NMOS管MN15、NMOS管MN26、NMOS管MN1014、NMOS管MN1115为电流镜的偏置电流管(一般设计I(MN1)＝I(MN2)，I(MN10)＝I(MN11))，NM OS管MN37、NMOS管MN48分别为输入电源VCC、输入电源VBAT控制的开关管。

当输入电源VCC、输入电源VBAT均有电时，NMOS管MN37、NMOS管MN48均导通。如果VCC>VBAT，即PMOS管MP419的源栅电压大于PMOS管MP318的源栅电压，则I(MP4)>I(MP3)＝I(MN2)，则SELVCC为高，表示VCC高于VBAT，需要选择输入电源VCC作为输出电源。如果VCC<VBAT，即PMOS管MP419的源栅电压小于PMOS管MP318的源栅电压，则I(MP4)<I(MP3)＝I(MN2)，则SELVCC为低，表示VCC低于VBAT，需要选择输入电源VBAT作为输出电源。

当输入电源VCC有电、输入电源VBAT无电时，NMOS管MN37导通、NMOS管MN48关闭，VBPX＝0，PMOS管MP419导通，则SELVCC为高，表示VCC高于VBAT，需要选择输入电源VCC作为输出电源。当VMAX稳定到VCC时，NMOS管MN15会将VBPX保持拉至0，且NMOS管MN48关闭，则NMOS管MN15、NMOS管MN26支路电流均为0。另外，由于VBA T为0，则第二电源比较模块4中PMOS管MP924、NMOS管MN913支路电流为0，则NMOS管MN1014、NMOS管MN1115支路电流同样为0，这样整个第一电源比较模块1电流为0，整个电源切换电路为超低功耗状态。

当输入电源VBAT有电、输入电源VCC无电时，NMOS管MN37关闭、NMOS管MN48导通，VBPX＝VBAT，PMOS管MP419关闭。由于VMAX一开始无电，则第二电源比较模块4中PMOS管MP722、PMOS管MP924构成的电流镜中，VBP2＝0，则VBN2跟随VBAT上升，NMOS管MN1014、NMOS管MN1115均能产生偏置电流。因此即使偏置电流产生模块3的电源VMAX一开始无电，导致其给第一电源比较模块1产生的偏置电压VBN1为0，导致NMOS管MN15、NMOS管MN26支路无电流，但NMOS管MN1014、NMOS管MN1115的偏置电流仍能保持第一电源比较器正常比较，NMOS管MN1115将节点SELVCC拉低，电源选择模块中PMOS管MP116导通，输出电源VMAX连接到输出电源VBAT。当VMAX稳定到VBAT后(VMAX＝VBAT)，偏置电流产生模块3已经启动完毕，VBN1电压正常，NMOS管MN26会将SELVCC保持拉低，另一方面，由于偏置电流产生模块3已经启动完毕，则偏置电流产生模块3中PMOS管MP722、PMOS管MP823、NMOS管MN812支路电流关闭，则第二电源比较模块4中PMOS管MP924支路电流为0，则NMOS管MN1014、NMOS管MN1115支路电流同样为0，这样整个第一电源比较模块1电流为0，整个电源切换电路为同样超低功耗状态。

(2)电源切换模块2

电源切换模块2根据第一电源比较模块1的输出SELVCC，控制PMOS管MP116、PMOS管MP217的开关，在输出电源VBAT和输出电源VCC中做出选择。其中，SELVBAT为反向器INV 25的输出，为SELVCC的反。

当SELVCC为高时，SELVBAT为低，PMOS管MP116沟道关闭，PMOS管MP217沟道导通，输出电源VMAX连接到输入电源VCC。

当SELVCC为低时，SELVBAT为高，PMOS管MP116沟道导通，PMOS管MP217沟道关闭，输出电源VMAX连接到输入电源VBAT。

另一方面，输入电源VBAT和输入电源VCC到输出电源VMAX均存在寄生的正向二极管。当VMAX上升到max{VBAT，VCC}时，两个正向二极管均处于关闭状态。

(3)偏置电流产生模块3

偏置电流产生模块3负责产生第一电源比较模块1用的偏置电压VBN1。同时偏置电流产生模块3中的启动电路复用为第二电源比较模块4的一部分。

偏置电流产生模块3的电源为输出电源VMAX，NMOS管MN59、NMOS管MN610、PMOS管MP520、PMOS管MP621、电阻R126构成与电源无关的偏置电流产生主体电路。NMOS管MN711、NMOS管MN812、PMOS管MP722、PMOS管MP823为偏置电流产生主体电路的启动电路。

当VMAX从0开始上升时，VBN1一开始为0，则一开始NMOS管MN812关闭、PMOS管MP823导通，当VMAX>Vsg(MP8)+Vsg(MP7)时，VST电压开始上升，VBP1电压开始下降，VBN1电压开始上升，这样偏置电流产生主体电路开始有了偏置电流得以启动，当VBN1电压足够高时，NMOS管MN812导通，VST被拉低，启动电路关闭，PMOS管MP722、PMOS管MP823、NMOS管MN812支路电流关闭，完成启动，此时输出VBN1正常。

(4)第二电源比较模块4

第二电源比较模块4负责在输出电源VMAX和输出电源VBAT之间进行比较，产生第一电源比较模块1用的偏置电压VBN2，辅助第一电源比较模块1做电源比较。

当输入电源VBAT、输入电源VCC均有电时，VMAX最终稳定到max{VBAT,VCC}，且偏置电流产生模块3中启动电路关闭，PMOS管MP722、PMO S管MP823、NMOS管MN812支路电流关闭。因此，PMOS管MP924、NMOS管MN913支路电流为0，输出VBN2为0，则第一电源比较器中的NMO S管MN1014、NMOS管MN1115电流为0。

当输入电源VBAT无电、输入电源VCC有电时，VBAT＝0，显然PMOS管MP924、NMOS管MN913支路电流为0，输出VBN2为0，则第一电源比较器中的NMOS管MN1014、NMOS管MN1115电流为0。

当输入电源VBAT有电、输入电源VCC无电时，NMOS管MN37关闭、NMOS管MN48导通，VBPX＝VBAT，PMOS管MP419关闭。

对于传统的电源切换电路，由于偏置电流产生模块3的电源为输出电源VMAX，而一开始时，VMAX无电，则电源比较模块中NMOS管MN15、NMO S管MN26的栅极电压VBN1为0，即NMOS管MN15、NMOS管MN26关断。因此，SELVCC节点浮空。如果SELVCC开始是保持低电平，则PMOS管MP116导通，输出电源VMAX连接到输入电源VBAT，VMAX正常上电。如果SELVCC开始是跟随VBAT上升为高电平，则SELVBAT＝0，PMOS管MP217导通，意味着电源切换模块2一开始误判，选择输出电源VCC供电，则此时存在输入电源VBAT到输出电源VCC的漏电通路(PMOS管MP116漏极VB AT到衬底VMAX的寄生二极管正向导通，PMOS管MP217沟道导通)，且导致VMAX不能及时上升让偏置电流产生模块3工作，则电压比较模块不能及时做出正确比较。由于偏置电流产生模块3的启动电路最低工作电压为Vsg(MP8)+Vsg(MP7)，即当VBAT<Vdiode+Vsg(MP8)+Vsg(MP7)时(其中Vdiode为PMO S管MP116漏极VBAT到衬底VMAX的寄生二极管正向压降，Vsg为栅源电压)，存在输入电源VBAT到输出电源VCC的漏电通路，且VMAX不能及时的跟随VBAT上升。当VBAT继续上升，VMAX升高一点，偏置电流产生模块3的启动后，NMOS管MN15、NMOS管MN26有电流了，电源比较模块才能正常比较，输出SELVCC被拉低，PMOS管MP116导通，输出电源VMAX切回到输入电源VBAT，并最终稳定到VBAT，此时NMOS管MN15支路电流常开。

本发明申请示例，如图1所示，第二电源比较模块4中，当VMAX一开始无电时，第二电源比较模块4中PMOS管MP722、PMOS管MP924构成的电流镜中，VBP2＝0，则VBN2跟随VBAT上升，NMOS管MN1014、NMOS管MN1115均能产生偏置电流。因此即使偏置电流产生模块3的电源VMAX一开始无电，导致其给第一电源比较模块1产生的偏置电压VBN1为0，导致NMO S管MN15、NMOS管MN26支路无电流，但NMOS管MN1014、NMOS管MN1115的偏置电流仍能保持第一电源比较器正常比较，NMOS管MN1115将节点SELVCC拉低，电源选择模块中PMOS管MP116导通，输出电源VM AX连接到输入电源VBAT。当VMAX稳定到VBAT后(VMAX＝VBAT)，偏置电流产生模块3已经启动完毕，VBN1电压正常，NMOS管MN26会将SEL VCC保持拉低，另一方面，由于偏置电流产生模块3已经启动完毕，则偏置电流产生模块3中PMOS管MP722、PMOS管MP823、NMOS管MN812支路电流关闭，则第二电源比较模块4中PMOS管MP924支路电流为0，则NMO S管MN1014、NMOS管MN1115支路电流同样为0，这样整个第一电源比较模块1电流为0，整个电源切换电路为同样超低功耗状态。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种低功耗的电源切换电路，其特征在于，包括：

第一电源比较模块，负责在输入电源VBAT和输入电源VCC之间进行比较，输出比较结果SELVCC控制电源切换模块；

电源切换模块，根据所述第一电源比较模块输出的比较结果SELVCC，控制PMOS管MP1和PMOS管MP2的开关，并在所述输入电源VBAT和所述输入电源VCC中做出选择；

偏置电流产生模块，负责产生所述第一电源比较模块用的偏置电压VBN1；

第二电源比较模块，负责在输出电源VMAX和输出电源VBAT之间进行比较，产生所述第一电源比较模块用的偏置电压VBN2，辅助所述第一电源比较模块做电源比较。

2.根据权利要求1所述的低功耗的电源切换电路，其特征在于，所述第一电源比较模块包括：电流镜、电流镜的偏置电流管以及输入电源控制的开关管；

其中，所述电流镜由PMOS管MP3、PMOS管MP4构成；

所述电流镜的偏置电流管，包括：NMOS管MN1、NMOS管MN2、NMOS管MN10以及NMOS管MN11，并且I(MN1)＝I(MN2)、I(MN10)＝I(MN11)；

所述输入电源控制的开关管，包括：NMOS管MN3、NMOS管MN4，所述NMOS管MN3由所述输入电源VCC控制，所述NMOS管MN4由所述输入电源VBAT控制。

3.根据权利要求1所述的低功耗的电源切换电路，其特征在于，所述电源切换模块还包括：反向器INV，所述反向器INV的输出SELVBAT为所述比较结果SELVCC的反；

所述输入电源VBAT和所述输入电源VCC到所述输出电源VMAX均存在寄生的正向二极管；

其中，当所述输出电源VMAX上升到max{VBAT，VCC}时，两个正向二极管均处于关闭状态。

4.根据权利要求1所述的低功耗的电源切换电路，其特征在于，所述偏置电流产生模块中的启动电路复用为所述第二电源比较模块的一部分；

所述偏置电流产生模块的电源为所述输出电源VMAX，NMOS管MN5、NMOS管MN6、PMOS管MP5、PMOS管MP6以及电阻R1构成与电源无关的偏置电流产生主体电路；

NMOS管MN7、NMOS管MN8、PMOS管MP7、PMOS管MP8为所述偏置电流产生主体电路的启动电路。

5.一种权利要求2所述的低功耗的电源切换电路的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

当检测到所述输入电源VCC和所述输入电源VBAT均有电时，导通所述NMOS管MN3和所述NMOS管MN4，并比较所述输入电源VCC和所述输入电源VBAT；

若所述输入电源VCC大于所述输入电源VBAT，则选择所述输入电源VCC作为输出电源；

若所述输入电源VCC小于所述输入电源VBAT，则选择所述输入电源VBAT作为输出电源。

6.根据权利要求5所述低功耗的电源切换电路的控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：

当检测到所述输入电源VCC有电、所述输入电源VBAT无电时，导通所述NMOS管MN3导通，关闭所述NMOS管MN4，则所述第一电源比较器内部电流镜节点电压VBPX等于0，则导通所述PMOS管MP4，选择所述输入电源VCC作为输出电源；

在选择所述输入电源VCC作为输出电源后，包括：

当所述输出电源VMAX稳定到所述输入电源VCC时，通过所述NMOS管MN1将所述第一电源比较器内部电流镜节点电压VBPX保持拉至0，保持所述NMOS管MN4关闭，则所述NMOS管MN1和所述NMOS管MN2的支路电流均为0。

7.根据权利要求5所述低功耗的电源切换电路的控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：

当检测到所述输入电源VBAT有电、所述输入电源VCC无电时，关闭所述NMOS管MN3，导通所述NMOS管MN4，则所述第一电源比较器内部电流镜节点电压VBPX等于所述输入电源VBAT，则所述PMOS管MP4关闭。另一方面，所述输出电源VMAX一开始无电，则所述第二电源比较模块内部电流镜节点电压VBP2为0，则所述PMOS管MP9导通，则所述偏置电压VBN2跟随所述输入电源VBAT上升，进而使所述NMOS管MN10和所述NMOS管MN11均能产生偏置电流，并通过所述偏置电流保持所述第一电源比较模块的正常比较；

通过所述NMOS管MN11将所述比较结果SELVCC拉低，导通所述PMOS管MP1，并将所述输出电源VMAX连接到所述输出电源VBAT；

在所述输出电源VMAX连接到所述输出电源VBAT后，包括：

当所述输出电源VMAX稳定到所述输入电源VBAT时，通过所述偏置管NMOS管MN2将所述比较结果SELVCC保持拉低，以使所述第一电源比较模块电流为0。

8.根据权利要求5-7任一项所述低功耗的电源切换电路的控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：

当检测到所述比较结果SELVCC为高时，则反向器INV的输出SELVBAT为低，关闭所述PMOS管MP1沟道，导通所述PMOS管MP2沟道，并将所述输出电源VMAX连接到所述输入电源VCC；

当检测到所述比较结果SELVCC为低时，则所述反向器INV的输出SELVBAT为高，导通所述PMOS管MP1沟道，关闭所述PMOS管MP2沟道，并将所述输出电源VMAX连接到所述输入电源VBAT；

其中，当所述输入电源VCC大于所述输入电源VBAT时，所述比较结果SELVCC为高，当所述输入电源VCC小于所述输入电源VBAT时，所述比较结果SELVCC为低；

所述电源切换模块还包括：所述反向器INV，所述反向器INV的输出SELVBAT为所述比较结果SELVCC的反；

所述输入电源VBAT和所述输入电源VCC到所述输出电源VMAX均存在寄生的正向二极管；

其中，当所述输出电源VMAX上升到max{VBAT，VCC}时，两个正向二极管均处于关闭状态。

9.根据权利要求5-7任一项所述低功耗的电源切换电路的控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：

当检测到所述输出电源VMAX从0开始上升，并且所述偏置电压VBN1一开始为0时，则一开始关闭NMOS管MN8、导通PMOS管MP8，以使当VMA X>Vsg(MP8)+Vsg(MP7)时，所述偏置电流产生模块内部启动节点电压VST开始上升，所述偏置电流产生模块内部电流镜节点电压VBP1开始下降，所述偏置电压VBN1开始上升，进而使得偏置电流产生主体电路开始有了偏置电流得以启动；

当检测到所述偏置电压VBN1高于阈值时，导通所述NMOS管MN8，拉低所述偏置电流产生模块内部启动节点电压VST，关闭启动电路、PMOS管MP7、PMOS管MP8以及NMOS管MN8的支路电流，完成启动；

其中，所述偏置电流产生模块中的启动电路复用为所述第二电源比较模块的一部分；

所述偏置电流产生模块的电源为所述输出电源VMAX，NMOS管MN5、NMOS管MN6、PMOS管MP5、PMOS管MP6以及电阻R1构成与电源无关的偏置电流产生主体电路；

NMOS管MN7、NMOS管MN8、PMOS管MP7、PMOS管MP8为所述偏置电流产生主体电路的启动电路。

10.根据权利要求9所述低功耗的电源切换电路的控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：

当检测到所述输入电源VBAT和所述输入电源VCC均有电，关闭所述偏置电流产生模块中的启动电路，关闭所述PMOS管MP7、所述PMOS管MP8以及NMOS管MN8的支路电流，以使所述输出电源VMAX最终稳定到max{VB AT,VCC}；

当检测到所述输入电源VBAT无电、所述输入电源VCC有电时，即所述输入电源VBAT为0，则PMOS管MP9和NMOS管MN9的支路电流为0，所述偏置电压VBN2为0，则所述NMOS管MN10和所述NMOS管MN11电流为0；

当检测到所述输入电源VBAT有电、所述输入电源VCC无电时，关闭所述NMOS管MN3，导通所述NMOS管MN4，则所述第一电源比较器内部电流镜节点电压VBPX等于所述输入电源VBAT，并关闭所述PMOS管MP4；

其中，所述第二电源比较模块包括PMOS管MP7、PMOS管MP9和NMO S管MN9。