CN204425185U - 电源选择电路 - Google Patents

Abstract

一种电源选择电路，包含第一调节电路、至少第二调节电路及控制电路。第一调节电路具有第一控制端、第一输入端及第一输出端，其中第一控制端连接第一电压，第一输入端连接输入电压，而第一输出端会产生第三电压；第二调节电路具有第二控制端、第二输入端、第二输出端及调节开关元件，其中第二控制端连接第一电压，第二输入端连接第二电压，第二输出端连接该第一输出端；控制电路耦接于第一调节电路与第二调节电路，并根据第一电压、第二电压及第三电压以控制调节开关元件的启闭。如此一来，可确保每个调节电路于各自所需的输入电压达到启动电压值之前，处于截止状态，以避免调节电路异常运作。

Description

电源选择电路

技术领域

本实用新型是有关于一种电源控制电路，且特别是有关于一种线性稳压器的电源选择电路。

背景技术

当今的电子设备(如：桌上型电脑、笔记型电脑、测量设备)对各种稳压电源的需求持续增长，如何透过包含一些调节电路的电源选择电路来为电子设备提供稳定电压成为一重要课题，而调节电路因为稳压需求，使得低压降线性稳压器(low dropout regulator)被广为使用。现行许多应用低压降线性稳压器组成的电源选择电路，当应用多个低压降线性稳压器透过电压序列以提供电子设备中不同元件所各自需要的各种电压时，电源选择电路的输出电压产生的电荷容易逆流至未启动的低压降线性稳压器中，造成异常运作，扰乱电源选择电路依照电压序列正常提供每个调节电路所需的输入电压，如此也会导致输出电压不稳定。

现行的电源选择电路无法运用每个低压降线性稳压器中的最高电压位准以控制该低压降线性稳压器启动与否，导致输出电压不稳定。

实用新型内容

本实用新型的一目的是在提供一种电源控制电路，以解决先前技术的问题。

于一实施例中，本实用新型所提供的电源选择电路包含第一调节电路、至少一第二调节电路及控制电路。第一调节电路具有第一控制端、第一输入端及第一输出端，其中第一控制端连接第一电压，第一输入端连接输入电压，而第一输出端会产生第三电压；第二调节电路具有第二控制端、第二输入端、第二输出端及调节开关元件，其中第二控制端连接第一电压，第二输入端连接第二电压，第二输出端连接该第一输出端；控制电路耦接于第一调节电路与第二调节电 路，并根据第一电压、第二电压及第三电压以控制调节开关元件的启闭。

于一实施例中，第一调节电路为低压降线性稳压器(low dropout regulator)，第二调节电路为另一低压降线性稳压器。

于一实施例中，第二调节电路具有控制器、N型金属氧化物半导体及至少一P型金属氧化物半导体，其中控制器连接第一电压及N型金属氧化物半导体的栅极，而P型金属氧化物半导体的源极连接第二电压。

于一实施例中，调节开关元件为P型金属氧化物半导体(P-type Metal Oxide Semiconductor，PMOS)，其中调节开关元件的栅极连接控制电路，调节开关元件的源极连接第二输入端，调节开关元件的漏极连接第二输出端。

于一实施例中，控制电路是并联多个等效二极管元件(equivalent diode)以接受第一电压、第二电压及第三电压，这些等效二极管元件的阳极分别电性连接第一电压、第二电压及第三电压，以接收第一电压、第二电压及第三电压当中的最大者，而这些等效二极管元件的阴极电性连接控制开关元件。

于一实施例中，这些等效二极管元件为多个N型金属氧化物半导体(N-type Metal Oxide Semiconductor，NMOS)，其中这些N型金属氧化物半导体的栅极与源极连接以作为这些等效二极管元件的阳极，而这些N型金属氧化物半导体的漏极作为这些等效二极管元件的阴极。

于一实施例中，控制开关元件为另一P型金属氧化物半导体，当控制开关元件的栅极接地时，控制开关元件会开启，当控制开关元件的栅极与源极连接时，控制开关元件会关闭。

于一实施例中，电源选择电路还包含比较元件，耦接于控制电路，用以当第二电压达到启动电压值时，产生触发信号以使控制开关元件的栅极与源极连接，以关闭控制开关元件。

综上所述，本实用新型的技术方案与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。通过上述技术方案，可达到相当的技术进步，并具有产业上的广泛利用价值，其优点是运用调节电路中的最高电压位准以控制调节电路启动与否。

附图说明

为让本实用新型的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：

图1是依照本实用新型一实施例的一种电源选择电路的示意图；

图2是依照本实用新型一实施例的控制电路所接收的电压序列的示意图；

图3是依照本实用新型图1所绘示的控制电路的示意图；

图4是依照本实用新型图3所绘示的控制电路的电路图；以及

图5是是依照本实用新型另一实施例的一种电源选择电路的示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的叙述更加详尽与完备，以下将以附图及详细说明清楚说明本实用新型的精神，任何所属技术领域中具有通常知识者在了解本实用新型的较佳实施例后，当可由本实用新型所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本实用新型的精神与范围。另一方面，众所周知的元件与步骤并未描述于实施例中，以避免对本实用新型造成不必要的限制。

本实用新型所示的电源选择电路是用于将输入的电压转换成相对低电压值的电压，并转换成多个不同的电压值，通过电压序列(voltage sequence)依序提供电源选择电路中的多个调节电路所需的输入电压；由于电源选择电路将输入的电压转换成相对低电压值的电压并转换成多个不同的电压值时，多个电压值会依照电压序列于不同时间产生，本实用新型所示的电源选择电路可确保每个调节电路于各自所需的输入电压达到启动电压值之前，处于截止状态，以避免调节电路异常运作，造成电源选择电路无法正常依照电压序列提供每个调节电路所需的输入电压，也造成输出电压不稳定。图1是依照本实用新型一实施例的一种电源选择电路的示意图。如图1所示，于一实施例中，电源选择电路包含第一调节电路110、第二调节电路120及控制电路130。第一调节电路110具有第一控制端111、第一输入端112及第一输出端113。第一调节电路110需有工作电压(operation voltage)供应使第一调节电路110处于可工作状态，于本实施例中，第一控制端111连接第一电压141以取得第一调节电路110的工作电压。于一实施例中，第一调节电路110可为低压降线性稳压器(low dropout regulator)，低压降线性稳压器可由运算放大器(operational amplifier)114及P型金属氧化物半导体(P-type Metal Oxide Semiconductor，PMOS)115所组成；需先由第一输入端111取得第一电压141使第一调节电路110内的运算放大器114得到所需的工作电压(如：3V)，运算放大器114再根据其非反 向输入端(non-inverting input)的及反向输入端(inverting input)之间的压差，以运算放大器的差动增益(differential gain)将非反向输入端及反向输入端之间的压差放大后输出；其中，运算放大器114的反向输入端可连接一固定的参考电压(如：2V)，而运算放大器114的非反向输入端电压可通过第一调节电路110的第一输出端113所输出的第三电压143的分压供应，其分压基于电阻191和电阻192以决定。如上所述的第一电压141，其具体实施方式可为电路的系统电压源。

运算放大器114的输出端会连接至P型金属氧化物半导体115的栅极，P型金属氧化物半导体115的操作区域是根据P型金属氧化物半导体115的栅极、源极及漏极的电压所决定，当第一调节电路110接受输入电压144(如：20V)，输入电压144会通过第一输入端112以连接P型金属氧化物半导体115的源极，此时P型金属氧化物半导体115会操作在线性区(linear region)，第一调节电路110通过P型金属氧化物半导体115的漏极输出第三电压143。如上所述的输入电压144，其具体实施方式可为电路的系统电压源。

第二调节电路120可为另一低压降线性稳压器，于一实施例中，第二调节电路120具有第二控制端121、第二输入端122、第二输出端123及调节开关元件125；第二调节电路120并联于第一调节电路110，即第二控制端121亦会连接第一电压141，以第一电压141作为第二调节电路120的工作电压来源，并将第一输出端113与第二输出端123连接。第二调节电路120中的运算放大器124的反向输入端可连接一固定的参考电压(如：2V)，而运算放大器124的非反向输入端电压可通过第一调节电路110所输出的第三电压143的分压供应，其分压基于电阻191和电阻192以决定，运算放大器124的输出端连接于调节开关元件125。

于一实施例中，调节开关元件125可为P型金属氧化物半导体。P型金属氧化物半导体的操作区域是根据P型金属氧化物半导体的栅极、源极及漏极的电压所决定；当第二电压142尚未输入至第二调节电路120时，倘若运算放大器124的输出电压小于第一调节电路110所输出的第三电压143，则P型金属氧化物半导体会操作在饱和区(saturation region)，此时，第三电压143会使电荷经由P型金属氧化物半导体的漏极逆流至第二调节电路120，控制电路130可避免第三电压143的电荷经由P型金属氧化物半导体的漏极逆流至第二调节 电路120。当第三电压143的电荷经由P型金属氧化物半导体的漏极逆流至第二调节电路120时，会造成第二调节电路120无法依照电压序列正常自第二输入端122取得达到启动电压值的第二电压142。如上所述的第二电压142，其具体实施方式可为电路的系统电压源。

为确保第二调节电路120中的P型金属氧化物半导体在第二电压142输入的期间，第三电压143的电荷不会经由P型金属氧化物半导体的漏极逆流至第二调节电路120，影响第二输入端122所接收的第二电压142的产生；当第二电压142尚未增加到第二调节电路120所需的启动电压值之前，通过控制电路130以控制P型金属氧化物半导体的栅极电压，使P型金属氧化物半导体的栅极电压处于高电位，此时P型金属氧化物半导体会操作于截止区(cut-off region)，第三电压143的电荷便不会经由P型金属氧化物半导体122的漏极逆流至第二输入端122，影响第二电压142的产生。

控制电路130耦接于第一调节电路110与第二调节电路120，其中控制电路130根据第一电压141、第二电压142及第三电压143的电压值，选择第一电压141、第二电压142及第三电压143当中的最大者，提供输入至P型金属氧化物半导体的栅极，使P型金属氧化物半导体的栅极电压处于高电位。图2是依照本实用新型一实施例的控制电路130所接收的电压序列的示意图。如图2所示，提共予电源选择电路的电压来源中，由于第一电压141是第一调节电路110及第二调节电路120的工作电压，于电压序列中会最先产生，当第一调节电路110启动之后，第三电压142会随的产生，并以其分压提供给运算放大器114的非反向输入端；当第一调节电路110启动产生第三电压142之后，电源选择电路依照电压序列产生第二电压142，并且第二电压142会逐渐增加直到达到所需的启动电压值。

如上所述，控制电路130控制位于第二调节电路120中的P型金属氧化物半导体的栅极，由于P型金属氧化物半导体的栅极电压处于高电位时，P型金属氧化物半导体会操作于截止区，作用如同一开关以控制P型金属氧化物半导体，故P型金属氧化物半导体可作为第二调节电路120的调节开关元件125，其中调节开关元件125的栅极耦接于控制电路130，调节开关元件125的源极是第二输入端122，连接第二电压142，调节开关元件125的漏极是第二输出端123，连接到第一调节电路110所输出的第三电压143。

控制电路130根据第一电压141、第二电压142及第三电压143的电压值以控制调节开关元件125的启闭。当第二电压142达到启动电压值(如：5V)时，控制电路130会开启调节开关元件125以启动第二调节电路120，使第二电压142输入至第二调节电路120，并且控制电路130会关闭第一调节电路110，使第二调节电路120接收达到启动电压值的第二电压142，以接续第一调节电路110的功能产生第三电压143。

第一调节电路110的输入电压144相对于第二调节电路120的输入的第二电压142高，例如：输入电压144为20V，第二电压142的启动电压值为5V，当第一调节电路110启动时，会产生一电流I(图中未示)，当第二调节电路120启动后，控制电路130会关闭第一调节电路110，就电源选择电路的消耗功率考量而言，在电流I相同的情况下，第二调节电路120启动时所消耗的功率会较第一调节电路110启动时低，再者，一般电压时序的运用上，输入电压144会先产生以启动第一调节电路110，第二电压142会再逐渐达到启动电压值以启动第二调节电路120。

电源选择电路还包含比较元件150，于实作上，比较元件150可为运算放大器或比较器。当第二电压142达到启动电压值时，输入电压144与第二电压142可能同时存在，控制电路130透过比较元件150侦测到第二电压142达到启动电压值，产生触发信号以启动第二调节电路120，此时，第一调节电路110与第二调节电路120均已启动并运作中；控制电路130透过比较元件150侦测到第二电压142达到启动电压值并且为稳定值时，产生触发信号以关闭第一调节电路110。应了解到，以上所举的例子并非用以限制本实用新型，熟悉此项技艺者当视当时需要，弹性选择比较元件150的具体实施方式。

由于控制电路130根据第一电压141、第二电压142及第三电压143的电压值，如上所述，控制调节开关元件125的栅极电压处于高电位，以使第二调节电路120的第二电压142未达到启动电压值时，使调节开关元件125关闭，避免第三电压143的电荷逆流至第二调节电路120。图3是依照本实用新型图1所绘示的控制电路的示意图。如图3所示，于一实施例中，控制电路130是并联多个等效二极管元件(equivalent diode)161、162、163以接受第一电压141、第二电压142及第三电压143，这些等效二极管元件161、162、163的阳极分别电性连接第一电压141、第二电压142及第三电压143，以接收第一 电压141、第二电压142及第三电压143当中的最大者，而这些等效二极管元件161、162、163的阴极电性连接控制电路130的控制开关元件164，当控制开关元件164的开关开启时，控制电路130透过控制开关元件164以输出第一电压141、第二电压142及第三电压143当中的最大者至调节开关元件125的栅极。

于上述实施例中，于实作上，等效二极管元件161、162、163可为分别为多个N型金属氧化物半导体(N-type Metal Oxide Semiconductor，NMOS)。图4是依照本实用新型图3所绘示的控制电路的电路图。如图4所示，等效二极管元件161、162、163(绘示于图3)可分别以N型金属氧化物半导体171、172、173具体实施，其中这些N型金属氧化物半导体171、172、173的栅极与源极连接以作为这些等效二极管元件161、162、163的阳极，而这些N型金属氧化物半导体171、172、173的漏极作为这些等效二极管元件161、162、163的阴极。应了解到，以上所举的例子并非用以限制本实用新型，熟悉此项技艺者当视当时需要，弹性选择等效二极管元件161、162、163的具体实施方式。

于上述实施例中，如图3所绘示的控制开关元件164，于实作上，可如图4所绘示的控制开关元件174为另一P型金属氧化物半导体，当控制开关元件174的栅极接地时，控制开关元件174会开启，控制电路130透过控制开关元件174以输出第一电压141、第二电压142及第三电压143当中的最大者至调节开关元件125的栅极。当控制开关元件174的栅极与源极连接时，控制开关元件174会关闭，控制电路130便不再提供电压至调节开关元件125的栅极。而控制开关元件174的栅极是透过比较元件150以决定其接地或是与控制开关元件174的源极连接。当第二电压142未达到启动电压值时，控制开关元件174的栅极是接地，当第二电压142达到启动电压值时，输入电压144(绘示于图1)与第二电压142可能同时存在，控制电路130透过比较元件150侦测到第二电压142达到启动电压值并且为稳定值时，产生触发信号以使控制开关元件174的栅极与源极连接，以关闭控制开关元件174，控制电路130会关闭第一调节电路110，并不提供电压至调节开关元件125的栅极，此时电源选择电路由第二调节电路120进行运作，输出第三电压143。

如图2、图4所示，于一实施例中，时段210内只有第一电压141产生， 当只有第一电压141产生时，控制电路130接收第一电压141，透过控制开关元件174输出至调节开关元件125的栅极，此时调节开关元件125的栅极相对于调节开关元件125的源极及漏极而言为最高电位，故调节开关元件125操作于截止区，以关闭第二调节电路120。

于时段220中，一开始只有第一电压141产生，之后第三电压143开始产生，第一电压141与第三电压143同时存在，此时控制电路130仍然持续接收第一电压141，透过控制开关元件174以持续关闭第二调节电路120。于时段230中，第一电压141与第三电压143同时存在，之后第二电压142开始产生，第一电压141、第二电压142及第三电压143同时存在；当第三电压143大于第一电压141及第二电压142时，控制电路130接收第三电压143，透过控制开关元件174输出至调节开关元件125的栅极以持续关闭第二调节电路120。

于时段240中，第一电压141、第二电压142及第三电压143同时存在，并且第二电压142大于第一电压141及第三电压143，但未达到启动电压值；当第二电压142大于第一电压141及第三电压143且未达到启动电压值时，控制电路130接收第二电压142，透过控制开关元件174输出至调节开关元件125的栅极以持续关闭第二调节电路120。

于时段250中，第一电压141、第二电压142及第三电压143同时存在，并且第二电压142大于第一电压141及第三电压143且达到启动电压值；当第二电压142大于第一电压141及第三电压143且达到启动电压值时，控制电路130接收启动电压值，透过控制开关元件174输出至调节开关元件125的栅极。如上所述，控制电路130透过比较元件150侦测到第二电压142达到启动电压值，比较元件150产生触发信号以使控制开关元件174的栅极与源极连接，以关闭控制开关元件174，借此启动第二调节电路120，此时，第一调节电路110与第二调节电路120均已启动并运作中；控制电路130透过比较元件150侦测到第二电压142达到启动电压值并且为稳定值时，产生触发信号以关闭第一调节电路110，使第二调节电路120接收达到启动电压值的第二电压142，以接续第一调节电路110的功能产生第三电压143。

如图1所示，第一调节电路110及第二调节电路120可为低压降线性稳压器，低压降线性稳压器的电路有多种实现方式。图5是是依照本实用新型另一实施例的一种电源选择电路的示意图。如图5所示，第二调节电路520中包含 控制器521、N型金属氧化物半导体522、P型金属氧化物半导体523及P型金属氧化物半导体524；控制器521连接第一电压141取得第二调节电路520所需的电源，控制器521连接N型金属氧化物半导体522的栅极，使得控制器521的输出电压经由N型金属氧化物半导体522以调流入P型金属氧化物半导体523的电流，再经由P型金属氧化物半导体523及P型金属氧化物半导体524所组成的电流镜(current mirror)将输入的第二电压142转换到调节电路520的输出电压，即第三电压143。第一电压141、第二电压142及第三电压143的电压时序，如同图2所绘示。第三电压143是先由第一调节电路110所输出，将有可能比第二电压142提早产生。图5所示的控制电路530包含开关元件531及开关控制电路532，该控制电路530的作用如同图1所示的控制电路130，在于确保P型金属氧化物半导体523及P型金属氧化物半导体524于等待第二电压142建立期间能确实截止，至于如何通过控制电路530以控制P型金属氧化物半导体523及P型金属氧化物半导体524的启闭，由于以上实施例已具体揭露，因此不再重复赘述。

于又一实施例中，电源选择电路可为第一调节电路110、第二调节电路120与其他多个与第二调节电路120架构相同调节电路并联，电源选择电路依照电压序列提供每个调节电路所需的输入电压；应了解到，熟悉此项技艺者当视当时需要，透过本实用新型所揭露的电源选择电路弹性调整该等调节电路的具体实施方式。

虽然本实用新型已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本实用新型明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本实用新型的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种电源选择电路，其特征在于，包含：

一第一调节电路，具有一第一控制端、一第一输入端及一第一输出端，其中该第一控制端连接一第一电压，该第一输入端连接输入电压，而该第一输出端会产生一第三电压；

至少一第二调节电路，具有一第二控制端、一第二输入端、一第二输出端及一调节开关元件，其中该第二控制端连接一第一电压，该第二输入端连接一第二电压，该第二输出端连接该第一输出端；以及

一控制电路，耦接于该第一调节电路与该第二调节电路，并根据该第一电压、该第二电压及该第三电压以控制该调节开关元件的启闭。

2.根据权利要求1所述的电源选择电路，其特征在于，该第一调节电路为一低压降线性稳压器，该第二调节电路为一另一低压降线性稳压器。

3.根据权利要求2所述的电源选择电路，其特征在于，该第二调节电路具有一控制器、一N型金属氧化物半导体及至少一P型金属氧化物半导体，其中该控制器连接该第一电压及该N型金属氧化物半导体的栅极，而该P型金属氧化物半导体的源极连接该第二电压。

4.根据权利要求1所述的电源选择电路，其特征在于，该调节开关元件为一P型金属氧化物半导体，其中该调节开关元件的栅极连接该控制电路，该调节开关元件的源极连接该第二输入端，该调节开关元件的漏极连接该第二输出端。

5.根据权利要求1所述的电源选择电路，其特征在于，该控制电路具有一控制开关元件，而该控制电路是并联多个等效二极管元件以接受该第一电压、该第二电压及该第三电压，所述等效二极管元件的阳极分别电性连接该第一电压、该第二电压及该第三电压，以接收该第一电压、该第二电压及该第三电压当中的最大者，而所述等效二极管元件的阴极电性连接该控制开关元件。

6.根据权利要求5所述的电源选择电路，其特征在于，所述等效二极管元件为多个N型金属氧化物半导体，其中所述N型金属氧化物半导体的栅极与源极连接以作为所述等效二极管元件的阳极，而所述N型金属氧化物半导体的漏极作为所述等效二极管元件的阴极。

7.根据权利要求5所述的电源选择电路，其特征在于，该控制开关元件为一另一P型金属氧化物半导体，当该控制开关元件的栅极接地时，该控制开关元件会开启，当该控制开关元件的栅极与源极连接时，该控制开关元件会关闭。

8.根据权利要求7所述的电源选择电路，其特征在于，还包含：

一比较元件，耦接于该控制电路，用以当该第二电压达到一启动电压值时，产生一触发信号以使该控制开关元件的栅极与源极连接，以关闭该控制开关元件。