FR2798014A1 - Circuit d'alimentation a selecteur de tension - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un circuit d'alimentation recevant plusieurs tensions d'alimentation (V1, V2, V3) sur des commutateurs respectifs (T1, T2, T3), au moins un des commutateurs (T1) étant un premier transistor PMOS connecté entre une des tensions d'alimentation (L1) et une borne de sortie commune (S), ce commutateur étant associé à un deuxième transistor (T3) PMOS relié entre la grille du premier transistor et un noeud d'alimentation (N) maintenu à la plus haute des autres tensions d'alimentation, à un troisième transistor (T4) NMOS moins conducteur à l'état passant que le deuxième transistor, relié entre la grille du premier transistor et la masse, et à un quatrième transistor (T5) PMOS dont la source est reliée à la ligne d'alimentation du commutateur et dont le drain est relié à la masse par l'intermédiaire d'une source de courant (R1) et aux grilles des deuxième, troisième et quatrième transistors.
Description
CIRCUIT D'ALIMENTATION A SELECTEUR DE TENSION
La présente invention concerne les circuits d'alimentation, et en particulier les circuits d'alimentation qui reçoivent plusieurs tensions d'alimentation et qui sélectionnent la tension d'alimentation la plus élevée. De tels circuits d'alimentation sont utilisés, par exemple, dans un appareil à batterie rechargeable pour alimenter l'appareil, le cas échéant, à partir de la batterie ou à partir d'une source d'alimentation externe. La figure 1 représente un circuit d'alimentation classique recevant deux tensions d'alimentation Vl et V2 sur deux lignes d'alimentation respectives LI et L2, et fournissant une tension Vdd sur un noeud de sortie S. Les deux lignes d'alimentation sont reliées au noeud de sortie par deux transistors MOS à canal P (PMOS), respectivement Tl et T2. Un comparateur Al a deux entrées connectées respectivement aux deux lignes d'alimentation de manière que la sortie du comparateur Al est à un niveau bas lorsque la tension Vl est supérieure à la tension V2 et à un niveau haut dans le cas contraire. La sortie du comparateur Al est reliée directement à la grille du transistor Tl, et est reliée à la grille du transistor T2 par
l'intermédiaire d'un inverseur Il.
De tels circuits d'alimentation sont utilisés lorsque l'on veut obtenir une faible chute de tension entre la tension Vl ou V2 et la tension Vdd. Dans les cas o l'on peut admettre une chute de tension importante, on utilise des diodes à la place des transistors Tl et T2. La figure 2A représente l'évolution des tensions de grille VG1 et VG2 des transistors Tl et T2 pour un exemple de variation relative des deux tensions d'alimentation Vl et V2. La tension V1 est constante, tandis que la tension V2 croise la tension Vl en décroissant, puis en croissant. On suppose que le comparateur Ai et l'inverseur Il sont tous deux alimentés entre
la tension Vdd et la masse.
Lorsque la tension V2 dépasse la tension Vl d'un seuil Av caractéristique du comparateur Ai, la tension VAl fournie par le comparateur est égale à la tension Vdd. Ainsi, les grilles Gl et G2 sont respectivement à la tension Vdd et à la masse. Il en résulte que le transistor T2 conduit et que le transistor Tl est bloqué, le transistor T2 transmettant la tension V2 sur le noeud de sortie S. De même, lorsque la tension V2 est inférieure à la tension Vi du seuil AV, la tension VAl fournie par le comparateur est à la masse, d'o il résulte que le transistor T2 est bloqué et que le transistor Tl conduit, le transistor Tl transmettant la tension Vi sur le noeud de sortie S. La plage AV est une plage o le comparateur, par nature imparfait, se comporte de manière linéaire. Le comparateur se comporte de manière linéaire entre des instants tl et t2 o la tension V2 décroît progressivement de la tension Vl+AV à la tension Vl-AV et la tension VG1 passe progressivement de la
tension Vdd à la masse.
L'inverseur Il comporte un transistor PMOS et un transistor MOS à canal N (NMOS). On appelle VTH la tension de seuil du transistor PMOS de l'inverseur Il, laquelle tension est également celle des transistors PMOS Tl et T2. De même, on
appelle VTL la tension de seuil du transistor NMOS.
A un instant t3, la tension VG1 est égale à la tension Vdd-VTH, et à un instant t4 la tension VG1 atteint la tension VTL. La tension de grille VG2, en sortie de l'inverseur Il, évolue progressivement entre un niveau nul à l'instant t3 et le niveau Vdd à l'instant t4. Le transistor Tl commence à conduire lorsque sa tension de grille VG1 atteint la tension Vdd-VTH, c'est à dire à
l'instant t3.
A un instant t5 la tension de grille VG2 atteint la tension Vdd-VTH. Le transistor T2 cesse de conduire à l'instant t5. Ainsi, il y a une plage de conduction simultanée (CS) des transistors Tl et T2 entre les instants t3 et t5. Il y a une plage de conduction simultanée CS similaire de part et d'autre d'un instant tr o la tension V2 devient de nouveau supérieure à
la tension Vl.
Lors d'une conduction simultanée, les sources
d'alimentation produisant les tensions Vl et V2 sont en court-
circuit, ce qui n'est pas souhaitable. De plus, si la source d'alimentation fournissant la tension d'alimentation la plus élevée présente une forte impédance, le court-circuit des sources d'alimentation fait chuter la tension d'alimentation la plus élevée au niveau de l'autre tension d'alimentation et le comparateur A1 ne peut plus déterminer laquelle des tensions d'alimentation est la plus élevée. Le circuit de sélection d'alimentation est alors bloqué dans un état intermédiaire et
n'assure plus sa fonction correctement.
D'autre part, le principe utilisé dans le circuit de la figure 1 ne permet pas de sélectionner la plus élevée de trois
tensions d'alimentation ou plus.
Un objet de la présente invention est de prévoir un circuit de sélection de la plus élevée de deux tensions
d'alimentation ou plus, pouvant fonctionner sans mise en court-
circuit des lignes d'alimentation.
Pour atteindre cet objet, ainsi que d'autres, la présente invention prévoit un circuit d'alimentation recevant plusieurs tensions d'alimentation sur des lignes d'alimentation respectives, dont chacune est reliée à un commutateur respectif, au moins un des ccmmnutateurs étant un premier transistor MOS d'un premier type de conductivité, connecté entre la ligne d'alimentation associée et une borne de sortie commune, qui comprend, pour ledit au moins un commnutateur: un deuxième transistor, du premier type de conductivité, relié entre la grille du premier transistor et un noeud d'alimentation maintenu à la plus haute des autres tensions d'alimentation, un troisième transistor, d'un second type de conductivité, moins conducteur à l'état passant que le deuxième transistor, relié entre la grille du premier transistor et un potentiel de référence, et un quatrième transistor, du premier type de conductivité, dont la source est reliée à la ligne d'alimentation associée au commutateur et dont le drain est relié au potentiel de référence par l'intermédiaire d'une source de courant, et aux grilles des
deuxième, troisième et quatrième transistors.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, ladite source de courant est un cinquième transistor, du second type de conductivité, dont la grille est reliée audit noeud d'alimentation. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le circuit d'alimentation comporte deux lignes d'alimentation et deux commutateurs respectifs, le noeud d'alimentation associé à un commutateur étant relié directement à la ligne d'alimentation
associée à l'autre commutateur.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le circuit d'alimentation comporte trois lignes d'alimentation, un sixième transistor connecté entre la troisième ligne d'alimentation et le noeud d'alimentation et dont la grille est reliée à la deuxième ligne d'alimentation, et un septième transistor connecté entre la deuxième ligne d'alimentation et le noeud d'alimentation et dont la grille est reliée à la troisième
ligne d'alimentation.
Selon un mode de réalisation de la présente invention,
au moins un des commutateurs est une diode.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le deuxième transistor a un rapport largeur/longueur de 20/2, et
le troisième transistor a un rapport W/L de 3/25.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le quatrième transistor a un rapport W/L de 40/2, et le cinquième
transistor a un rapport W/L de 3/50.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, les premier et second types de conductivité sont respectivement P et N. Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans
la description suivante de modes de réalisation particuliers
faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: la figure 1, décrite précédenmment, représente schématiquement un circuit d'alimentation à sélection de tension selon l'art antérieur; la figure 2, décrite précédemment, illustre le fonctionnement du circuit de la figure 1; la figure 3 représente schématiquement un mode de réalisation d'un circuit d'alimentation selon la présente invention; et la figure 4 représente schématiquement un second mode de réalisation d'un circuit d'alimentation selon la présente invention. Selon la présente invention, on utilise un cocparateur distinct pour commander chacun des transistors T1 et T2, les caractéristiques de chacun des comparateurs étant choisies de
manière à supprimer la plage de conduction simultanée.
La figure 3 représente un circuit d'alimentation selon la présente invention, recevant deux tensions d'alimentation Vl et V2 sur deux lignes d'alimentation respectives L1 et L2. Les lignes d'alimentation sont, comme en figure 1, respectivement
reliées à un noeud de sortie S par des transistors PMOS Ti et T2.
Les transistors Tl et T2 sont commandés par deux comparateurs respectifs Ai et A2 de structure particulière. Le cocparateur Ai comprend un transistor PMOS T3 dont la source est reliée à la ligne L2, et dont le drain, constituant la sortie du comparateur, est relié à la grille Gi. Le drain d'un transistor NMOS T4 est relié à la grille Gl et sa source est reliée à un potentiel de référence, ici la masse. Les grilles des transistors T3 et T4 sont reliées au drain et à la grille d'un transistor PMOS T5 connecté en diode dont la source est reliée à la ligne L1 et dont le drain est relié à la masse par l'intermédiaire d'une source de
courant Rl.
Le comparateur A2 associé au transistor T2 comprend des transistors T6, T7 et T8 et une source de courant R2 homologues respectifs des transistors T3, T4 et T5 et de la source de courant Ri. Les sources des transistors T6 et t8 sont connectées respectivement aux lignes Ll et L2, c'est à dire de façon intervertie par rapport à la connexion de leurs homologues T3 et T5. Si l'on considère, selon une première approximation, que le transistor T4 se comporte comme une source de courant semblable à la source de courant Rl, le comparateur A1 se comporte comme un comparateur classique du type à entrée par les sources. Ainsi, lorsque la tension V2 est supérieure à la tension Vi, la sortie du comparateur Ai est amenée à une tension proche de la tension V2 et le transistor Tl est ouvert. Dans le cas contraire, la sortie du comparateur est amenée à une tension proche de la masse et le transistor Tl est fermé. Le comparateur
A2 a un fonctionnement homologue.
Selon cette approximation cependant, lorsque V1 = V2, l'équilibre des courants dans les transistors T3 et T5 est tel que la sortie du comparateur est amenée à une tension comprise entre la masse et Vl ou V2. Les transistors Tl et T2 ne sont
alors pas franchement bloqués et il y a conduction simultanée.
Selon la présente invention, le transistor T4 est prévu pour être moins conducteur que le transistor T3, notamment lorsque Vl = V2. Alors, lorsque Vl = V2, le transistor T3 tend à fournir un courant plus élevé que celui que tend à absorber le transistor T4. Il en résulte que la sortie du comparateur est
amenée vers le potentiel V2 et que le transistor Tl se bloque.
Bien entendu, la sortie du comparateur doit pouvoir être amenée à la masse lorsque V1 > V2, et donc le transistor T4 devenir plus conducteur que le transistor T3. Pour cela, la grille du transistor T4 est connectée au drain du transistor T5, d'o il résulte que le transistor T4 devient d'autant plus conducteur que la tension V1 est élevée. On notera que, selon une variante de mode de réalisation, on pourra connecter la grille du transistor
T4 à la source du transistor T5.
Une solution pour obtenir un transistor T4 aux caractéristiques souhaitées est d'allonger sa grille par rapport à la grille du transistor T3. On peut ainsi par exemple utiliser un transistor T4 dont la grille a un rapport largeur/longueur (W/L) de 3/25 alors que le transistor T3 a une grille dont le
rapport W/L est de 20/2.
Le transistor T7 du comparateur A2 a les mêmes propriétés que le transistor T4, de manière que le fonctionnement
du comparateur A2 soit homologue à celui du comparateur A1.
Ainsi, selon la présente invention, les transistors T1 et T2 se trouvent tous deux ouverts lorsque les tensions Vl et V2
sont égales et il n'y a pas de conduction simultanée.
La présente invention peut également être adaptée à un circuit d'alimentation recevant plus de deux tensions d'alimentation. La figure 4 représente schématiquement un circuit recevant trois tensions V1, V2 et V3 respectivement sur trois lignes d'alimentation L1, L2 et L3. la ligne Li est reliée à la borne S par un transistor PMOS Tl commandé par un comparateur Ai tel que celui de la figure 3, connecté pour comparer la tension Vi à une tension VN présente sur un noeud N. Le noeud N est relié aux lignes L3 et L2 par deux transistors PMOS T10 et Tll respectifs dont les grilles sont reliées respectivement aux lignes L2 et L3. Avec cette configuration, le noeud N reçoit la plus élevée des tensions V2 et V3. Pour éviter qu'une conduction simultanée des transistors T10 et Tll n'entraîne les problèmes mentionnés précédemment, ces derniers sont choisis très résistifs. Pour des raisons de clarté, on n'a représenté en figure 4 que le comparateur Al. Deux comparateurs homologues A2 et A3 peuvent être connectés pour commander deux transistors T2
et T3 sur les lignes L2 et L3.
Le fonctionnement du comparateur Ai est sensiblement le même que celui décrit en relation avec la figure 3. Selon que la tension Vl est plus faible ou plus élevée que la tension VN, le transistor Tl est ouvert ou fermé. De même, lorsque la tension V1 est égale à la tension VN, le transistor T1 est ouvert de manière à éviter une conduction simultanée avec d'éventuels transistors
homologues au transistor Tl sur les lignes L2 et L3.
Comme cela est représenté, la source de courant R1 de la figure 3 est ici remplacée par un transistor NMOS T9 dont la grille est commnandée par la tension VN. Ceci permet de diminuer la consommation de courant du comparateur Ai. Si la tension Vl est la tension maximale, les tensions V2 et V3 (donc VN) sont annulées en pratique, ce qui provoque le blocage du transistor T4 et donc l'annulation du courant qui le traverse, ce qui n'est pas le cas avec une source de courant Ri classique telle qu'une résistance. On notera que le transistor T9 est prévu pour être traversé par un courant du même ordre que le courant qui traverse le transistor T4. A titre d'exemple, si l'on utilise les rapports W/L cités précédemment, la grille du transistor T9 aura de
préférence un rapport W/L de 3/50.
Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'honmme du métier. En particulier, si l'une des tensions d'alimentation est relativement élevée par rapport à la chute de tension dans une diode, on pourra remplacer le transistor reliant cette tension d'alimentation à la borne de sortie S par une diode telle que la diode D3 représentée en figure 4. On a décrit en figure 4 un circuit d'alimentation recevant trois tensions d'alimentation, mais l'honmmne du métier adaptera sans difficulté la présente invention à un circuit
d'alimentation recevant plus de trois tensions d'alimentation.
Enfin, on a décrit dans la présente demande des circuits d'alimentation recevant des tensions d'alimentation positives, dans lesquels les lignes d'alimentation sont reliées à la borne de sortie par des transistors PMOS. L'honmme du métier adaptera sans difficulté la présente invention à un circuit d'alimentation recevant des tensions d'alimentation négatives, dans lequel les lignes d'alimentation sont reliées à la borne de sortie par des transistors NMOS. Dans ce cas, les transistors PMOS et NMOS des figures 3 et 4 seront remplacés par des
transistors du type opposé.
Claims (8)
1. Circuit d'alimentation recevant plusieurs tensions d'alimentation (Vl, V2, V3) sur des lignes d'alimentation respectives (Ll, L2, L3), dont chacune est reliée à un conmmutateur respectif (Tl, T2, T3), au moins un des cocnutateurs (Tl) étant un premier transistor MOS, d'un premier type de conductivité, connecté entre la ligne d'alimentation associée (L1) et une borne de sortie commune (S), caractérisé en ce qu'il comprend, pour ledit au moins un ccmmnutateur: un deuxième transistor (T3), du premier type de conductivité, relié entre la grille du premier transistor et un noeud d'alimentation (N) maintenu à la plus haute des autres tensions d'alimentation, un troisième transistor (T4), d'un second type de conductivité, moins conducteur à l'état passant que le deuxième transistor, relié entre la grille du premier transistor et un potentiel de référence, et un quatrième transistor (T5), du premier type de conductivité, dont la source est reliée à la ligne d'alimentation associée au ccmmtateur et dont le drain est relié au potentiel de référence par l'intermédiaire d'une source de courant (Rl), et
aux grilles des deuxième, troisième et quatrième transistors.
2. Circuit d'alimentation selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite source de courant est un cinquième transistor (T9), du second type de conductivité, dont la grille
est reliée audit noeud d'alimentation (N).
3. Circuit d'alimentation selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'il comporte deux lignes d'alimentation (Ll, L2) et deux commutateurs respectifs (Tl, T2), le noeud d'alimentation associé à un commutateur étant relié directement à
la ligne d'alimentation associée à l'autre commutateur.
4. Circuit d'alimentation selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte: trois lignes d'alimentation (Ll, L2, L3), un sixième transistor (TO10) connecté entre la troisième ligne d'alimentation (L3) et le noeud d'alimentation, dont la grille est reliée à la deuxième ligne d'alimentation (L2), et un septième transistor (T11) connecté entre la deuxième ligne d'alimentation (L2) et le noeud d'alimentation, dont la
grille est reliée à la troisième ligne d'alimentation (L3).
5. Circuit d'alimentation selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'au moins un des commutateurs est une diode (D3).
6. Circuit d'alimentation selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisé en ce que:
le deuxième transistor (T3) a un rapport largeur/longueur (W/L) de 20/2, et
le troisième transistor (T4) a un rapport W/L de 3/25.
7. Circuit d'alimentation selon la revendication 6, caractérisé en ce que: le quatrième transistor (T5) a un rapport W/L de 40/2, et
le cinquième transistor (T9) a un rapport W/L de 3/50.
8. Circuit d'alimentation selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisé en ce que les premier et
second types de conductivité sont respectivement P et N.
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Effective date: 20060428 |