TW200825656A - Current limit control with current limit detector - Google Patents

Description

200825656 九、發明說明： c号务明所屬技冬好領i或】 參考相關文件 本申請案主張以下美國臨時申請案的利益，並以參照 5 方式將這些併入本文：序列號為60/829,310，於2006年10 月13日提出申請，名稱為“Current Limit Control with Current Limit Detector”，以及序列號為60/912,917，於2007 年4月19曰提出申請，名稱為“Current Limit Control with

Current Limit Detector”。 l〇 發明領域 本發明大體關於行動裝置中的電源管理，並且更具體 地關於具有在諸如負載開關的裝置中之一應用的限流控制 器。 15發明背景 限SlL疋對可能被傳送給一負載的電流施加一上限的實 施。限流的典型目的是保護上游電路或下游電路以免受到 例如由於短路帶來的有害影響。在電源和配用器中使用的 負载開關應用中，電流可以被限制於一負載開關設定以 20下。負載開關應用包括驅動至於各種週邊裝置的一通用串 列匯流排(USB)連接器的一電力線。負載開關裝置的實例包 括由研諾邏輯科技有限公司（美國加州森尼維耳市）生產的 作為積體電路(ICs)，被設計以保護外部電源埠和延長可攜 式電子產品中電池壽命的被限流的負載開關裝置。這種負 5 200825656 載開關裝置與一積體限流電路一起運作，該％ ^ μ电路保護例 輸入供應器以防可能引起供應器無法調節之_ ^ 、戰電流中大 的變化。 ί 10 15 20 作為被限流的裝置，負載開關能夠没取達到負載門 設定的電流。如果該電流超過了負載開關設定，那麼=關 載開關中的限流電路限制流經該負載開關的電流二血1 地’-電阻器（在IC外部或者内部)被用來設定該二開= 流限值。典型地，在負載開關的操作電壓範圍内，—單: 電流限值基於設計者選擇的電阻值被設定。對—大的挖作 電壓範圍(從而一大範圍的負載電流)使用一單—電 -個缺蚊準確性的損失。這種損失可能發生，因為;阻 值和容限典型地決定可檢測之電流增量的粒化位準。 例如，在系統設計中，使用者選擇具有1阻值的__ 電阻器rset。使用者也定義與該電阻值相關的 值，因此在這兩個參數之間形成一對一的對應。電隸值 是由設計者任意選擇的，然後受控於—限流控制器。 因此’需要限流控制器之改進的設計。一個期望的層 面可以是允許Μ卜祕中細的峰㈣流，以使之不超 過一預先決定的電流限值。 【考务明内容】 發明概要 本發明部分地基於前述觀察，並且根據其意圖，本發 明的各種實施例包括用於限制電流以使之不超過—預先決 定的電流限值的裝置和方法。該電流限值可以為由-電流 6 200825656 限值檢測器檢測的一使用者定義的電流限值。一般情況 下，用於檢測電流限值之裝置的各種實施可以使用與一相 對應之使用者定義的電流限值相關的一單一電阻裝置。限 流控制器的一個實施包括適用於被順次導通和不導通來以 5 —受控制的方式減小和保持電流之電流開關。該等電流開 關可被設定比例與被包括在電流限值檢測器中的電流開關 實質上相同。該被提出的新的實施使用一積體電路(IC)或者 一些離散元件，其等在檢測電流限值以及限制電流中是典 型地有彈性和有效率的。為了說明，一些示範性實施例在 1〇 下文被更加詳盡地說明。 根據一實施例，一種利用一電流限值檢測器用於控制 電流限值的裝置包含一限流控制器、一電流限值檢測器以 及一限流部分。該限流控制器包括一電流開關。該電流限 值檢測器適用於檢測一使用者定義的電流限值和產生與該 15使用者定義的電流限值相關的一信號。該限流部分包括一 放大器、一有一預先決定之大比例的大比例電晶體以及一 有一預先決定之小比例的小比例電晶體。預先決定的大和 小比例之間的比率是預設的，以控制分別流向該小和大比 例電晶體的一小範圍電流和一大範圍電流之間的比率。該 20 小和大比例電晶體響應來自該電流限值檢測器的信號。該 放大器適用於根據來自該電流開關的一控制信號調節該大 和小範圍電流。 這種裝置可進一步包括被耦接到並被置於該放大器的 輸入端之間並適於允許一差動電流流經它的一電阻器。該 7 200825656 差動電流可基於該小和大範圍電流。流經該電阻器的該差 動電流可產生差動輸入電壓。該電阻器可包括一電流感測 電阻器。該裝置也可以包括耦接到小比例電晶體的輸出端 並轉換該小範圍電流到電壓之一電流限值轉換器。 5 在這種裝置中，限流控制器可包括複數個電流開關。 該電流開關可以被設定比例並可以具有與該預先決定的大 比例不同之一比例。該電流限值檢測器可包括一個或更多 個被設定比例的限流開關，且該等被設定比例的限流開關 的比例中之一個可對應該電流開關的比例。 10 該控制信號可為流經該複數個電流開關的電流總量。 該控制信號可與該使用者定義的電流限值相關。調節該大 和小範圍電流可包括如果該大範圍電流超過了該使用者定 義的電流限值，減小該大範圍電流到該使用者定義的電流 限值，並且如果該大範圍電流低於該使用者定義的電流限 15 值，增加該大範圍電流直到其實質上達到該使用者定義的 電流限值。該放大器可包括一些輸入端。輸入端之一可以 是反向的，輸入端之另外一個可以是非反向的。為了調節 該大和小範圍電流，該放大器可進一步適用於產生一輸出 回應被施加在其輸入端的一差動輸入電壓。該放大器可進 20 一步適用於產生一輸出回應被施加在其輸入端的一差動輸 入電壓。 根據另外一個實施例，一種利用電流檢測器用於控制 電流限值的方法包含以下步驟：在一限流控制器接收來自 一電流限值檢測器的一信號。該信號與一使用者定義的電 8 200825656 流限值相關。控制電流被執行 以維持其實質

t質上低於該使用 ’透過調節分別流 晶體之一大範圍電流和一 該調節透過根據該接收到 一個或更多個電流開關被 在這種方法中，該小和大範圍電流之間的比率可以基 於與該小比例電晶體相目的一預先決定的比例和與該大比 例電晶體相關的一預先決定的大比例之間的比率被預設。 10調節該大和小範圍電流可包括如果該大範圍電流超過了該 使用者定義的電流限值，減小該大範圍電流至該使用者定 義的電流限值，以及如果該大範圍電流低於該使用者定義 的電流限值，增加該大範圍電流，直到其實質上達到該使 用者定義的電流限值。 15 在這種方法中，調節該大和小範圍電流可進一步回應 被知加到一放大斋之輸入端的一差動輸入。該一個或更多 個電流開關可被設定比例。電流限值檢測器可以包括一個 或更多個被設定比例的限流開關，並且該一個或更多個限 流開關的比例可對應該一個或更多個電流開關各自的比 根據又一另外的實施例，一種用於控制電流限值的裝 置包含：一電流開關、一有一預先決定之小比例的小比例 電晶體、一有一預先決定之大比例的大比例電晶體和一放 大器。該小比例電晶體適於傳導一小範圍電流，並在不導 9 200825656 通時中斷該小範圍電流的傳導。該大比例電晶體適於傳導 一大範圍電流，並在不導通時中斷該大範圍電流的傳導。 該預先決定的大和小比例之間的比率是預設的，以控制該 小和大範圍電流之間的比率。該小和大比例電晶體和電流 5 開關響應來自一電流限值檢測器的信號序列。該信號與一 使用者定義的電流限值相關。該放大器適用於根據來自該 電流開關的一控制信號調節該大和小範圍電流。 在這些實施例中，各種可能的屬性可以存在。該差動 輸入電壓可與該大和小範圍電流之間的差值成正比。該差 10 動輸入電壓可與該大和小範圍電流之間的差值成正比。這 種調節可以進一步為漸變的或快速的，取決於該運算放大 器的增益。該裝置可以實施於一 1C中或實施為一 1C中的一 功能塊。該1C也可以適於在一行動裝置中使用。 本發明的這些和其他實施例、特徵、層面和優勢從這 15 裡的描述、所附申請專利範圍以及如此後描述的所附圖式 將變得更加容易理解。 圖式簡單說明 被併入並構成本說明書一部分的所附圖式說明本發明 的各個層面，並且結合該說明用來解釋其原理。在任何合 20 宜的情況下，同一參考數值將被用在整個圖式中指代相同 或相似的組件。 第1A圖是根據本發明一實施例的一負載開關應用之一 方塊圖。 第1B圖是根據本發明一實施例的另一負載開關應用之 10 200825656 一方塊圖。 第2圖是根據本發明一實施例之一負载開關應用的一 方塊圖，包括一限流控制器的電路細節。 弟3圖說明根據本發明的一實施例的一負載開關裝置 5 的電路細節。 【實施方式】 較佳實施例之詳細說明 諸如行動裝置之裝置可能遭受短路和輸出超載事件。 因此用能夠檢測電流限值和根據該檢測限制它們的供給電 10流的電路保護這些裝置可能是有利的。 因此，本發明的各種實施例包括用於檢測電流限值和 用於控制輸出電流以不超過該檢測到的電流限值之裝置和 方法。這些裝置在電流限值檢測器和電流控制器電路中可 包括電流開關。該等電流開關可以被設定比例，該設定比 15例在該電流限值檢測器和該限流控制器電路中可以實質上 是相似的。 第1A圖是一方塊圖，顯示根據本發明一實施例的具有 一負載開關裝置106之一應用刚的實施。如圖所示，應用 100包括A源供應器1〇2,其藉由一通用序列匯流排(USB) 2〇璋104可被輕接到負載開關裝置1〇6。該負載開關裝置削依 序可被耦接到一系統負載112。 該電源供應器102為適用於為USB埠104供給電能之-裝置或系統。電源供應器102的實例包括電池、直流(dc) 電源供應器、化學燃料電池、太陽能和其他類型的能源儲 11 200825656 存系統。 負載開關裝置106包括一電流限值檢測器1〇8和一限流 控制器110。該電流限值檢測器108使用一電阻裝置檢測一 電流限值。該電阻裝置可以為一電阻器或能夠提供電阻 5 (即，能夠阻抗電流)的任何裝置。糕限值檢測器可包 括-個或更多個比較器、電阻器和電流開關（諸如電晶體）， 可連接亚作用以檢測電流限值。該電流限值檢測器觸的一 實施例參考第3圖被詳細地描述。 该限流控制器11 〇接收來自該電流限值檢測器⑽的該 1〇檢測到的電流限值，並且限制流經該負載開關裝置1〇6的電 流。该限流控制器110可以包括一電流限值轉換器、一運算 放大器、-電阻器（諸如_電流感測電阻器）以及連接到前述 元件的電晶體。 系統負載m可以是連接到負載開關裝置1〇6之輸出端 15的任何裝置。系統負載112的實例包括-個人電腦記憶體卡 國際協會(PCMCIA)卡、一緊密快閃卡和一照相機閃光發光 二極體(LED)。 弟1B圖是根據本發明 ^ λ// } 月一貫施例之另一負載開關應用 116的一方塊圖。應用 6包括電源供應器1〇2、負載開關裝 20 置106、系統負載112及一雷y €何儲存裝置114。電源供應器1〇2 可被耦接到負載開關裝置】&礼 夏106 ’该負載開關裝置106可被耦 接到系統負載112和電荷儲为壯艰 崎存裝置114。如同在應用100中一 樣，負載開關裝置106包括㊉a ^ 士土 i祐兒流限值檢測器丨〇 8和限流控制 器 110。 12 200825656 電荷儲存裝置114起適於供給叢發電力 一a η 作用。$ t 一能量庫的 心/荷错存裝置114的實例包括升壓型轉_和諸如超 5 10 二r(supereapad⑽的能量儲存裝置。-般情況下，升 = 換器為經常被視為一切換模式電源供應器的一電壓 :升轉換器。能量儲存裝置不似升壓型轉換器了其基：： =儲存器並可被驗—電源。—超級電容Μ被設計成: :和重複再充電且用放電操作之_迅速再充電提供暫能 冋放電電流之-種類型的高能量储存I置。電荷儲存裝置 114也可以包括升壓型轉換器、超級電容器以及任何盆㈣ ，的能量儲存裝置的組合。在—些實施例中，該電荷料 裝置114可以被配置在負載開關裝置刚的外部。例如，它 ^可分離地輪接到負載開關裝置1〇6。在這種實施例中，= 荷儲存裝置m適用於與負載開關裝置1()6協同工作並為其 供給叢發電力。 〜八 15 第2圖是根據本發明的—實施例的—負载開關應用2〇〇 的一方塊圖，包括一限流控制器的電路細節。該負載開關 應用200包括電源供應器1()2、電流限值檢測器⑽、電流開 關T10-T14、系統負載112及電荷儲存裝置114。電源供應器 102可被耦接到T12和系統負载112以及電荷儲存裝置ιΐ4。 20電流限值檢測器108可被耦接到T10、T12-T14之每一個的閘 極。Τ10、Τ12-丁 14的源極可被耦接到系統負載112和電荷儲 存裝置114。Τ11的輸入端可被耦接到電流限值檢測器， 且Τ11的輸出端可被耦接到系統負載112。電流開關丁1〇_们4 可以例如為電晶體。 13 200825656 該電流限值檢測器10 8適用於輸出代表該檢測到的電 流限值的一信號。該信號適於控制電流開關Τ10、Τ12_Τ14 的哪些被導通以及哪些不被導通。該信號可以包括例如四 個電流開關控制信號，每一個分別導通和不導通Τ10、Τ12、 5 Τ13和Τ14。如果單獨Τ12被導通，輸出電流Ιουτ可被限於流 經Τ12的電流112。如果Τ12和Τ13都被導通，Ιουτ可被限於 電流112和113的和等等。電流開關控制信號可適於用以一步 或更多步減小Ι〇υτ貫質上處於或低於该檢測到的電流限 值。最後，在一實施例中，電流限值檢測器108可包括一些 10 延遲元件，並且電流開關控制信號的數目可與延遲元件的 數目相關。該延遲元件參考第3圖被進一步詳細地描述。 電流開關Τ11可為對電流開關Τ10的一電流鏡。例如， 在這個實施例中，電流開關Τ10可為適於傳導一大範圍電流 110的一大比例電晶體，且電流開關Τ11可為適於傳導一小 15 範圍電流111的一小比例電晶體。Τ10可被設定比例為IX， T11可被設定比例為0.002X。電流110和111它們之間具有由 T10和T11的大小比率決定的一個實質上固定的比例。該大 小比率可為500(1/0.002=500)。T10從而是對T11的一電流 鏡，並以一因數500放大該小範圍電流111。 20 大小匹配對匹配電晶體準則、電晶體設定比例（即，減 小裝置大小）等等可能是重要的。有一特定比例（即，大小) 的電晶體典型地被佈局在積體電路(1C)晶片的相同區域。 在一實施例中，電流限值檢測器108也包括適於在該電 流限值檢測器中導通和不導通電流路徑的電流開關。電流 14 200825656 限值檢測器1 和限流控制器11〇的設計從而可以是互相聯 繫的。例如，從該電流限值檢測器108輸出的每一電流開關 控制信號可以代表在該電流限值檢測器108中的一條電流 路徑與電流I12-I14、110之一之間的關係。一特定電流開關 5 控制信號可以例如導通T10，如果在該電流限值檢測器1〇8 中的相對應的電流開關被導通。 在一實施例中，電流限值檢測器108可以包括四條電流 路徑，每一電流路徑包括一電流開關T1-T4 ’適於導通和不 導通流經各自電流路徑的電流11-14。該等電流11 -14可以被 ίο 設定比例與它們對應的例如分別為IX、IX、2X和4X的電 流開關成正比，分別為1μΑ、WA、2μΑ和4μΑ。在一實施 例中，電流開關Τ10、Τ14、Τ13和Τ12可同樣地被設定比例 為IX、IX、2Χ和4Χ。在這種實施例中，110可對應11(二者 被設定比例為IX)，114可對應12(也被設定比例為IX)，113 15 可對應13(二者被設定比例為2Χ) ’且112可對應14(二者被設 定比例為4Χ)。 在一些負載開關應用200中，電流限值檢測器108可以 有不同的實施，例如，可以不包括對應電流開關T1〇、 Τ12-Τ14的電流路徑。然而這種實施例可包括被設定比例的 20 電晶體Τ10、Τ12-Τ14，每一電晶體響應從該電流限值檢測 器10 8輸出的電流開關控制信號。電流開關控制信號與根據 上述信號被導通和不導通的各自電流開關Τ10、Τ12-Τ14在 這種實施例中可以是使用者定義的。 第3圖說明根據本發明的一個實施例的一負載開關裝 15 200825656 置300的電路細節。負載開關裝置3〇〇包含一電流限值檢測 斋302、一限流部分3〇4、一限流控制器3〇6、系統負載112 以及電荷儲存裝置114。 忒電抓限值轉換為310把電壓轉換為電流。該電流限值 5轉換器310可被用來充電如第3圖中所示的電路或任何負載 開關裝置。 限流控制器306可耦接到電流限值檢測器3〇2、限流部 分304、系統負載112以及電荷儲存裝置114。該限流控制器 306從電流限值檢測器302接收該檢測到的電流限值後即控 10制輸出至系統負載112及電荷儲存裝置丨η的電流ι〇υτ，以不 超過該檢測到的電流限值。這種限制可以以一受控制的方 式被執行，例如，以遞增步驟，實質上如參考第2圖之描述。 這種方式可以是漸變的或者快速的，取決於例如包括在電 流限值檢測器302中的延遲元件的數目，如以下之進一步描 15 述。限流控制器306可以包括被設定比例的電晶體Τ12、Τ13 和Τ14(第2圖）。在這個實施例中，Τ12被設定比例為4Χ，Τ13 被設定比例為2Χ，以及Τ14被設定比例為IX。被設定比例 的電晶體之間的大小比率可對應電流開關Τ1-Τ4的各自比 率。例如Τ12可被設定比例為4Χ，對應Τ4相對於Τ1(4μΑ對 20 ΙμΑ)的設定比例。 限流部分304包括電流限值轉換器310、一運算放大器 314、電晶體Τ10和Τ11以及一電流感測電阻器Rs°電晶體 T10和T11被設定比例。在這個實施例中，τ10被設定比例 為IX，Τ11被設定比例為〇·〇〇2Χ。 16 200825656 在運行中，如果流經Til的電流111大於電流限值轉換 杰310的電流限值iLIM ’運算放大器314試著減小該電流，直 到111實質上等於ILIM。如果111低於Ilim，運算放大器314實 質上保持ill處於或低於iLIM。Ilim的值可能為例如5〇〇><111。 在該說明性實施例中，Rs連接於運算放大器314的反向 輸入端和非反向輸入端之間。如所描述，該運算放大器314 在其非反向輸入端接收IH，且在其反向輸入端接收11〇(例 如，第2圖的Ιουτ)。至於運算放大器314的差動輸入電壓因 此為Rsx(Il 1410)。運算放大器3η輸出回應該差動輸入電壓 10的一電流。該輸出電流被回授給T10和T11之各自的閘極。 限流控制部分304和限流控制器3〇6—起實質上執行一 通過兀件的功能。一般地說，通過元件是一受控制的可變 電阻裝置。它可以由一放大的誤差信號驅動，並且當輸出 電流W將被減小時增加其電阻，以及當輸出電流w將被 15增加時減小其電阻。從第3圖可以發現，誤差信號可為電流 111和110之間的差值。該誤差㈣的放大可轉獨藉由運算 放大器314的增益或結合T1〇和T11的大小比率被執行。輸出 電流是被增加還是被減小取決於流經電流限值轉換器31〇 的電流限值ILIM和小範圍電流n丨之間的關係。 20 簡單地說，如果該小範圍電流111大於該電流限值 ILIM，那麼運算放大器314試著減小該電流，直到m實質上 專於Ilim名減】了以透過不導通該小比例電晶體τη獲 那麼運算放大器314實質上保持m 得。如果111低於IUM， 處於或低於w該保持可錢過導通兩個電晶體τι〇和τιι 17 200825656 獲得，產生一較高的電流。 更具體地說，如果該小範圍電流111大於該電流限值 Ilim，那麼電流差額（即，111-110)透過Rs流動。至於運算放 大器的差動輸入電壓變為(Ill-I10)xRs，其促使運算放大器 5 314減小該電流，直到111實質上等於Ium。來自運算放大器 314的輸出電流從而使得電晶體τη不導通，其減小了從τιι 輸出的電流。該減小可以漸變地或快速地發生，至少部分 取決於運算放大器314的增益。在一些實施例中，一較快速 的不導通可能是有利的。 10 如果111低於Ium，來自運算放大器314的輸出電流可以 使得T10和T11被導通，因此呈現低電阻性，並且順次增加 111。這可使111實質上保持處於或低於ilim〇ilim的值可以為 例如500x111。淨效應是負載開關裝置300調節電流以減小 到Ium ’之後保持實質上處於或低於ILIM 〇 15 輸出電流從而受限流控制器306的控制，以不超過該檢 測到的電流限值。該電流限值由電流限值檢測器3〇2檢測， 且可為一使用者定義的電流限值。該使用者定義的電流限 值可基於例如橫跨通過元件3〇4、3〇6消耗的電力之一預先 決定的電力限值被選擇。整體地，負載開關裝置3〇〇的元件 20協同工作以控制電力，從而流經該通過元件304、306的電 流（即，電流iio、ill)，其順次調節流經系統負載112、電 荷儲存裝置114或兩者的輸出電流Ι〇υτ。 電Ρ且器Rs可為適於把電流轉換為電壓的一電流感測電 阻為。般而a ’電流感測電阻器被設計為低電阻性，以 18 200825656 最小化電力消耗。該經校正的電阻以電壓降的形式感測流 經它的電流，該電壓降可被控制電路(例如，被運算放大器 314)檢測和監控。 電流限值檢測器302可實質上與第ia-B圖、第2圖的電 5流限值檢測器108相似。電流限值檢測器302可以以各種方 式被實施。一個實施302的電路細節被顯示在第3圖中。該 貫施包括兩個比較器COMP1、COMP2、一電流限值檢測和 控制元件312、四條電流路徑Π-Ι4、三個電流開關T2-T4、 三個電阻器R1-R3、一供應電壓端S、一低參考電壓端l、 10 一咼芩考電壓端Η以及一電阻裝置rset。這種實施3〇2可以 被設計為透過放大一特定操作電壓範圍改善在整個特定操 作電壓範圍内之電流限值檢測器的準確性。 在一個實施例中，如在表袼1中之說明，操作電壓範圍 為0.75V到1.5V。表格1說明一電阻裝置rset的一電阻值與 15 一對應的使用者定義的電流限值之間的關係。透過四指數 級(24 = 16)增加電阻值，從93.75ΚΩ到1.5ΜΩ，電流限值同 樣地被增加四級，從75mA到1.2A。

信號 IsET 使用者定義 的電流限值 Rset Vset=IsetxRSet EN8=S1 ΙμΑ 1.2Α 1.5ΜΩ 1.5V ΙμΑ 600mA 750ΚΩ 0.75V EN4=S1+S2 2μΑ 600mA 750ΚΩ 1.5 V 2μΑ 300mA 375ΚΩ 0.75V EN2=S1+S2+S3 4μΑ 300mA 375ΚΩ 1.5 V 4μΑ 150mA 187.5ΚΩ 0.75V EN1=S1+S2+S3+S4 8μΑ 150mA 187.5ΚΩ 1.5 V 8μΑ 75mA 93.75ΚΩ 0.75V 表格1.電阻值與對應的使用者定義的電流限值之間的關係。 19 200825656 該範圍被劃分為多個區段。在每一區段中，一使用者 定義的電阻值RSET與-使用者定義的電流限值相關。儘管 有多個區段，每-區段有相同的操作電壓範圍，但是一個 一對-關係被保持於選擇的電阻值和定義的電流限值之 5 間。 在一第一區段中，系統設計者選擇了 93·75ΚΩ的一電 阻值與75mA和150mA之間的一電流限值相關。在一第二區 段中，187.5ΚΩ的一電阻值被選擇與15〇mA*3〇〇mA之間 的一電流限值相關。該等電阻值和相關的電流限值是使用 1〇者定義的，並且可以按照任何方案選擇，只要區段之間沒 有重璺，即只要該一對一關係保持於與該電流限值之 間。這使得區段之間能夠進行合適的轉換。在表格丨中，每 一區段的電阻值及電流限值都被加倍。在其他實施例中， 同樣地在區段之間，電阻值、電流限值或者兩者可為對數 15或指數關係。例如，該第一和第二區段可分別包括In(93750) 和1η(187500)Ω的RSET。該相關的電流限值可以按照一對數 模式、任何其他模式或者甚至隨機地選擇。透過放大操作 電壓範圍，從而也放大了操作電流範圍，準確性可被提高。 在運行中，典型地在電力開啟時，包括與表格1相符的 20 一電流限值檢測器方案的一負載開關裝置將檢測該電流限 值。假設例如電阻值為1·5ΜΩ。在啟動的時刻，流經電流 限值檢測器的電流ISET可能是這樣的，其使得電壓 VSET=RSETxISET高於上限操作電壓，即高於1.5V。如果如 此’電流限值檢測器可以透過減小電流ISET回應。流經該電 20 200825656 流限值檢測器的這種減小的電流可能仍然產生橫跨該電阻 I置的大於1.5V的一電壓vSET。如果這樣，電流Iset可以被 進一步地減小。一旦產生的電壓在L5V以下，電流就不再 被進一步地減小，因為電流限值檢測器那時在操作電壓範 5圍内運行。在這種時候，電流〗SET指示對應的電流限值是多 V ’即基於ISET和電流限值之間的關係，Iset的確定同樣確 立電流限值。該電流限值可以例如被儲存於負載開關裝置 内的記憶體中。該被檢測到的電流限值接著可以被傳送至 耦接到該電流限值檢測器的一限流控制器。該限流控制器 10之後可以限制電流處於電流限值以下，並且保持其處於或 低於那個位準。 A笔限值典型地在系統或裝置安裝或裝配後被檢測 一次’負載開關裝置被併入該系統或裝置中或者可被耦接 到該系統或裝置。之後，該電流限值通常不被重新檢測， 15直到電力再循環，例如當負載開關應用被重新啟動，諸如 在電力開啟、喚醒及此類操作之時。然後，該電流限值檢 測器通常休眠，即不執行其電流檢測功能。 流經負載開關裝置的總檢測電流ISET可以用一或更多 步改變。在表袼1中說明的實施例允許透過逐步減小總流動 20電流來逐步檢測電流限值。這種逐步檢測可以透過在該負 載開關裝置中包括多條電流路徑獲得，其中ISET包含流經每 一電流路徑的電流總量。同時，每一電流路徑可包括一電 流開關（例如，一電晶體ΤΙ、T2、T3、T4)，當各自電晶體 導通或不導通時，其可使得那條路徑上的電流開始或停止 21 200825656 流動。在表格1中概述的實施例包括四條電流路徑。導通電 晶體ΓΠ、T2、T3和T4)的信號分別由S卜S2、S3和S4表示。 負載開關裝置的一狀態是控制該等電晶體的信號（即該 {SI、S2、S3、S4}組)之狀態。一致能信號(EN)定義該狀態’ 5即哪一信號被啟動。流經其電晶體τι被化號S1控制之電流 路徑的電流II是ΙμΑ。分別流經具有電晶體T2、T3和T4的 電流路徑的電流12、13和14分別為ΙμΑ、2μΑ和4μΑ。注意 到在第3圖中說明的實施例302不包括適於根據S1信號導通 和不導通流經電流路徑的電流11的電流開關T1。 10 返回到表格1，例如，一第一致能信號(EN1)可以被定 義為S1+S2+S3+S4。當被導通時，電晶體T1-T4允許相關電 流11-14流動，而當不被導通之時，電晶體T1_T4中斷流經該 相關電流路徑的電流。因此，ΕΝ1可使得所有四個電晶體 導通。在這種情況下，8μΑ的總電流包含當被信號S1-S4導 15 通時流經電晶體Τ1-Τ4的電流II、12、13和14之和。如前所 述，該等電流限值是使用者定義的。如果設計者選擇電阻 值RSET為93.75ΚΩ，電流限值根據表格1被設定在75mA。如 果設計者選擇電阻值為187.5ΚΩ，電流限值被設定在 150mA。設計者可以例如基於電流限值檢測器被併入於其 20 中的負載開關裝置的一個或更多個應用設定電流限值。 該逐步電流限值檢測可以透過在第一步啟動所有 S1-S4使總檢測電流ISET初始達到8μΑ獲得。之後，在第二 步，S4可被停止，使總電流被限為4μΑ(即，為 Ι1+Ι2+Ι3=1μΑ+1μΑ+2μΑ)。在第三步，S3也可以被停止， 22 200825656 使總電流被限為11+12，即2μΑ。透過停止S2而後Si，使得 電流減小至11(即，ΙμΑ)，而後到ΟμΑ或實質上到〇μΑ(例如， 只有偏壓電流或沒有偏壓電流），進一步的逐步減小可被赛 得。其他逐步減小也是可能的。逐步減小的各種其他序列， 5 從而電流限值的逐步檢測，是可能的。這種逐步檢測可進 一步包括步驟粒化或電流增量的各種位準。 通常一實施例包括有一單一電阻值的一單一電阻装 置。因此’典型地只有在表格1其中一列中的參數可用於任 一實施例。其他實施例也是可能的。例如，一實施例可包 10 括兩個或以上並行運行的電阻裝置。這種實施例可允許使 用者應用藉由例如從該使用者應用輸出的一選擇信號在電 阻裝置之間進行選擇。 延遲元件FF1-FF3可串聯耦接彼此，並可連續保持一狀 態序列。一特定延遲元件（例如，FF1)的輸出可適用於引起 15 在该串聯電路中接在其之後的一延遲元件(例如，FF2)的狀 態之改變。每一狀態可定義被包括在限流控制器3〇6中的一 個或更多個電晶體中的哪些被導通及哪些不被導通。該等 延遲元件可為正反器暫存器（FFs)。FFs的例子包括D-FFs和 JK FFs 〇 20 包括該等延遲元件允許電流限值檢測器302記憶有基 於被包括的FFs的數目的長度之一序列，。在該說明性實施 例中，該電流限值檢測器302包括可輕接到例如c〇Mpl的三 個FFs(即，FF1、FF2和FF3)，從而該電流限值檢測器適於 §己板、長度為二的一序列（與COMP1的操作有關）。在可選擇 23 200825656 的實施例中’更多或更少的延遲元件可被包括。隨著延遲 兀件數目的增加，可被記憶的序列的長度也增加，依次， 可得到的電流解析度也提高。例如，在包括如在表格丨中所 定義之致能信號EN1的一實施例中，狀態序列允許iSET從 5 8μΑ(所有11-14)流動之一第一狀態到4μΑ(Ι1-Ι3，但無14)流 動之一第二狀態，以及從該第二狀態到2|11八(11和12，但無13 和14)流動之一第三狀態之逐步減小。 由於電阻器容限（例如，電阻器R1-R3之一個或更多 個）’諸如與COMP1相關的1.5V參考電壓（即高臨限電壓（或 10者狀態跳脫點)）、與COMP2相關的低參考電壓〇.75V或兩者 的值可改變。電阻器容限的例子包括5%、1〇%以及更多。 這些值由於電極電壓（即，由諸如電源供應器1〇2的供應器 供給的電壓）的變化可進一步改變。在第3圖的實施例中， 電極電壓為2.0V。 15 在這裡揭露的實施例的各種配置是可能的。例如電晶 體(例如，T2-T4、T10-T14)可包括場效電晶體(FETs)，諸如 接面FETs(JFETs)、金屬氧化物半導體FETs(M0SFETs)或其 等的任意組合。該等電晶體也可以包括雙载子接面電晶體 (BJTs)，在這種情況下，前面提到的閘極(FETs術語)對應一 20基極(BJT術語）。限流部分3〇4可包括一電流感測電阻器（例 如’ Rs)之外的一電阻器；然而，在一些配置中，這可能導 致達不到理想性能。例如，電力消耗可能多於最佳最小化， 更大數量的元件需要被使用等等。在一些實施例中，電荷 儲存裝置114可以在負載開關裝置3〇〇的外部，並適於與之 24 200825656 協同工作。 、負載開關裝置3〇〇或其部分可以以多種方式實施。它可 、、吏用離政元件貫施，或者其較佳地可以實施於一1C中， 或者作為一IC中的一功能塊。該1C可以進一步適於在一行 動衣置中使用。行動裝置的例子包括膝上型電腦、行動電 居個人數位助理(PDAs)、掌上型遊戲機(game b〇ys)、其 他電池操作的玩具等等。 、總言之，儘管本發明已經在參考其某些較佳版本的情 兄下被相當詳盡地描述，然而其他版本是可能的。因此， 1〇所附申請專利範圍的精神和範圍不應該被限於在這裡包含 的較佳版本的描述。 【圖武簡單說明】 第1 A圖是根據本發明一實施例的一負載開關應用之一 方塊圖。 15 第1β圖是根據本發明一實施例的另一負載開關應用之 一方塊圖。 第2圖是根據本發明一實施例之一負載開關應用的一 方塊圖，包括一限流控制器的電路細節。 第3圖說明根據本發明的一實施例的一負載開關裝 20的電路細節。 25 200825656 【主要元件符號說明】 100…應用 102···電源供應器 104···通用串列匯流排埠 106···負載開關裝置 108…電流限值檢測器 110···限流控制器 112·••系統負載 114···電荷儲存裝置 116…應用 200···負載開關應用 300···負載開關裝置 302···電流限值檢測器 304···限流部分 306···限流控制器 310…電流限值轉換器 312…電流限值檢測和控制元件 314…運算放大器 26

Claims (1)

1. 200825656 十、申請專利範圍·· L 一種利用一電流限值檢測器用於控制電流限值之裝 置，包含： 一限流控制益，其包括一電流開關； 一電流限值檢測器，其適用於檢測一使用者定義的 電流限值和產生與該使用者定義的電流限值相關的一 信號；及 一限流部分，包括一放大器、一有一預先決定之大 比例的大比例電晶體以及一有一預先決定之小比例的 小比例電晶體，#中該預先決定的大和小比例之間的比 率是預设的，以控制分別流向該小和大比例電晶體的一 小範圍電流和一大範圍電流之間的比率，該小和大比例 電晶體以及該電流開關回應來自該電流限值檢測器的 該信號，該放大器適用於根據來自該電流開關的一控制 ^號調節該大和小範圍電流。 •如申明專利範圍第1項所述之裝置，其中該限流控制器 包括複數個電流開關，並且其中該控制信號為流經該複 數個電流開關的電流總量。 3·如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該控制信號與 该使用者定義的電流限值相關。 4·如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中調節該大和小 範圍電流包括：如果該大範圍電流超過了該使用者定義 的電流限值，減小該大範圍電流到該使用者定義的電流 限值。 27 200825656 5·如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中調節該大和小 範圍電流包括：如果該大範圍電流低於該使用者定義的 電流限值，增加該大範圍電流直到其實質上達到該使用 者定義的電流限值。 6·如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該放大器是一 運算放大器，其包括一些輸入端，並且其中為了調節該 大和小範圍電流，該放大器進一步適用於產生一輸出回 應被施加在其輸入端的一差動輸入電壓，該差動輸入電 壓與該大和小範圍電流之間的差值成正比。 7·如申請專利範圍第6項所述之裝置，進一步包含·· 電阻裔’被麵接到並被置於該放大器的輸入端之 間’並適於允許一差動電流流經它，該差動電流基於該 小和大範圍電流，流經該電阻器的該差動電流產生該差 動輸入電壓。 8·如申請專利範圍第7項所述之裝置，其中該電阻器包括 一電流感測電阻器。 9·如申凊專利範圍第1項所述之裝置，其中該放大器包括 一輸入端，並且其中為了調節該大和小範圍電流，該 放大為進-步適用於產生一輪出回應被施加在其輸入 端的差動輪入電壓，該差動輪入電壓與該大和小範圍 電流之和成正比。 10.如申請專利範圍第丨項所狀裝置，其巾調節該大和小 範圍電流以取決於該放大器之增益的一步調被執行。 11‘如中請專利範圍第旧所述之I置，進—步包括： 28 200825656 一電流限值轉換器，其耦接到該小比例電晶體的輸 出端並轉換該小範圍電流到電壓。 12. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其實施於一積體電 路(1C)中，或實施為該1C中的一功能塊。 13. 如申請專利範圍第12項所述之裝置，其中該1C適於在一 行動裝置中使用。 14. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該電流開關被 設定比例，並且具有不同於該預先決定的大比例的一比 例。 15. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該電流開關被 設定比例，並且其中該電流限值檢測器包括一個或更多 個被設定比例的限流開關，該等被設定比例的限流開關 的比例中之一個對應該電流開關的比例。 16. —種利用一電流限值檢測器用於控制電流限值之方 法，包含以下步驟： 在一限流控制器中接收來自一電流限值檢測器的 一信號，該信號與一使用者定義的電流限值相關；及 透過調節分別流至一大比例電晶體和一小比例電 晶體之一大範圍電流和一小範圍電流且結合產生一電 流，控制該電流以維持其實質上低於該使用者定義的電 流限值，其中該調節透過根據該接收到的信號操作在該 限流控制器中的一個或更多個電流開關被執行。 17. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中該小和大範圍 電流之間的比率基於與該小比例電晶體相關的一預先 29 200825656 決定的比例和與該大比例電晶體相關的一預先決定的 大比例之間的比率被預設。 18. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中調節該大和小 範圍電流包括：如果該大範圍電流超過了該使用者定義 的電流限值’減小該大範圍電流到該使用者定義的電流 限值。 19. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中調節該大和小 範圍電流包括：如果該大範圍電流低於該使用者定義的 電流限值，增加該大範圍電流直到其實質上達到該使用 者定義的電流限值。 20. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中調節該大和小 範圍電流是進一步回應被施加到一放大器之輸入端的 一差動輸入電壓，該差動輸入電壓與該大和小範圍電流 之間的差值成正比。 21. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中該差動輸入電 壓與該大和小範圍電流之間的差值成正比。 22. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中調節該大和小 範圍電流以取決於該放大器之增益的一步調被執行。 23. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中該一個或更多 個電流開關被設定比例，並且它們中的至少一個具有不 同於該預先決定之大比例的一比例。 24. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中該一個或更多 個電流開關被設定比例，並且其中該電流限值檢測器包 括一個或更多個被設定比例的限流開關，該一個或更多 30 200825656 個限流開關的比例對應該一個或更多個電流開關的久 自比例。 25· —種用於控制電流限值的裝置，包含： 一電流開關； 一有一預先決定之小比例的小比例電晶體，該小比 例電晶體適於傳導一小範圍電流，並在不導通時中斷該 小範圍電流的傳導。 一有一預先決定之大比例的大比例電晶體，該大比 例電晶體適於傳導一大範圍電流，並在不導通時中斷該 大範圍電流的傳導，其中該預先決定的大和小比例之間 的比率是預設的，以控制該小和大範圍電流之間的比 率’該小和大比例電晶體和該電流開關響應來自一電流 限值檢測器且與一使用者定義的電流限值相關的一信 號；及 一放大器’適用於根據來自該電流開關的一控制信 號调郎該大和小範圍電流。 31