TW201611472A - 用於雙電源電子裝置的電源切換設備及方法 - Google Patents

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Abstract

用於雙電源電子裝置的電源切換電路可提供改良的電池使用，藉由允許使用較低範圍的電池電壓，而在裝置從外部電源切換至不可充電式電池電源時不會造成電子裝置重置。電源切換電路可防止可發生於此種電源轉變期間內的暫態電壓降。比較器可控制將不可充電式電池電源與電子裝置負載連接及斷接的切換器作業，使得在從外部電源轉變至不可充電式電池電源的轉變期間內，提供至負載的系統電壓保持超過重置電壓臨限。亦提供了提供用於雙電源電子裝置的電源切換電路的方法，以及其他態樣。

Description

用於雙電源電子裝置的電源切換設備及方法
相關申請案：本申請案主張對於申請於2014年6月6日、名為「POWER SOURCE SWITCHING APPARATUS AND METHODS FOR DUAL-POWERED ELECTRONIC DEVICES」的美國專利申請案第14/298,528號的優先權，在此併入該美國專利申請案全文以作為參考。
本發明一般而言相關於可由電池電源或外部電源供電的電子裝置。
一些電子裝置(諸如(例如)血糖儀)可由裝置的不可充電式電池電源供電，或可由經由(例如)通用序列匯流排(USB)纜線連接至裝置的外部電源供電。此種電子裝置通常具有電源切換電路，在裝置由外部電源供電時電源切換電路使不可充電式電池電源與裝置的電路系統斷接。此可防止不可充電式電池電源接收來自外部電源的電力，此電力可傷害不可充電式電池電源。在使用者從外部電源或電子裝置拔出USB纜線而使電子裝置從外部電源切換 回不可充電式電池電源時，暫態電壓降可隨著電源切換電路將不可充電式電池電源再連接至裝置電路系統而出現。此暫態電壓降可使得電子裝置的電路系統非期望地重置。例如，使用者賴以按時測量血糖的血糖儀中的即時時鐘，在此種電源轉變期間內可非期望地重置為(例如)「12：00」。為了防止此種重置，一些已知的電子裝置將裝置作業限制於不可充電式電池電源的上部電壓範圍。然而，此可造成不良的電池使用，而可需要更常更換裝置電池。
因此，需要提供具有電源切換設備的雙電源電子裝置以及方法，此等裝置及方法可提供改良的電池使用，同時並可在電力從外部電源切換至不可充電式電池電源時，防止可造成電子裝置重置的暫態電壓降。
根據一個態樣，提供一種電源切換電路。電源切換電路包括第一電源輸入節點；系統電源節點，此系統電源節點耦合至此第一電源輸入節點；第二電源輸入節點；場效電晶體(FET)，此FET具有閘極、汲極、與源極，此汲極耦合至此第二電源輸入節點，且該源極耦合至該系統電源節點；分壓器，此分壓器具有輸入與輸出，此輸入耦合至此第一電源輸入節點；以及比較器，此比較器具有輸出、第一輸入、與第二輸入，此比較器的此輸出耦合至此 FET的此閘極，此第一輸入耦合至此分壓器的此輸出，而此第二輸入耦合至此第二電源輸入節點；其中此FET回應於此第一電源輸入節點接收來自外部電源的操作電壓而被配置為位於非傳導狀態中，而此FET回應於此第一電源輸入節點未接收來自此外部電源的此操作電壓而被配置為位於傳導狀態中。
根據另一態樣，提供一種雙電源生化感測儀。此雙電源生化感測儀包含通用序列匯流排(USB)連接器；電池連接器；微控制器，此微控制器經配置以經由此USB連接器或此電池連接器接收電力，但不同時經由此USB連接器及此電池連接器接收電力，此微控制器經配置以決定液體中的分析物的性質；以及電源切換電路，此電源切換電路包含第一電源輸入節點，此第一電源輸入節點耦合至此USB連接器；系統電源節點，此系統電源節點耦合至此第一電源輸入節點以及此微控制器；第二電源輸入節點，此第二電源輸入節點耦合至此電池連接器；切換器，此切換器耦合於此第二電源輸入節點與此系統電源節點之間；以及比較器，此比較器經配置以控制此切換器，此比較器並具有輸出、第一輸入、與第二輸入，此比較器的此輸出耦合至此切換器，此第一輸入耦合至此第一電源輸入節點，而此第二輸入耦合至此第二電源輸入節點；其中：此切換器回應於此第一電源輸入節點接收來自外部電源的操作電壓而被配置為開 啟，而此切換器回應於此第一電源輸入節點未接收來自此外部電源的此操作電壓而被配置為關閉；以及在從此第一電源輸入節點接收此操作電壓至此第一電源輸入節點未接收此操作電壓的轉變的期間內，此系統電源節點處的電壓維持超過重置電壓臨限的電壓位準。
根據另一態樣，提供一種提供用於雙電源電子裝置的電源切換電路的方法。方法包含將此電源切換電路的第一電源輸入節點耦合至此雙電源電子裝置的外部電源連接器；將此電源切換電路的第二電源輸入節點耦合至此雙電源電子裝置的電池連接器；在此第二電源輸入節點與此雙電源電子裝置的系統電源節點之間耦合電源切換器；以及將比較器的輸出耦合至此電源切換器，使得此比較器控制此電源切換器的此連接與斷接作業，其中此比較器經配置以使此電源切換器將此第二電源輸入節點傳導性連接至此系統電源節點，使得在從此第一電源輸入節點經由此外部電源連接器接收操作電壓至此第一電源輸入節點未接收此操作電壓的轉變的期間內，此系統電源節點處的電壓維持超過此雙電源電子裝置的重置電壓臨限的電壓位準。
在閱讀下面的實施方式之後，可輕易顯然瞭解本發明的其他態樣、特徵、與優點，實施方式中說明並圖示說明了數種範例具體實施例與實施 例，包含所思及的實施本發明的最佳模式。本發明亦可包含其他或不同的具體實施例，且本發明的數種細節可在各種方面被修改，而均不會脫離本發明的範圍。因此，圖式與說明的本質應被視為說明性的，而非限制性的。本發明涵蓋位於本發明範圍內的所有修改者、均等者、以及替代者。
100‧‧‧雙電源電子裝置
101‧‧‧電源切換電路
102‧‧‧USB連接器
104‧‧‧電壓調節器
106‧‧‧電池連接器
108‧‧‧微控制器
110‧‧‧不可充電式電池電源
112‧‧‧第一電源輸入節點
114‧‧‧第二電源輸入節點
116‧‧‧系統電源節點
120‧‧‧P通道MOSFET
122‧‧‧二極體
124‧‧‧第一電容器
126‧‧‧下拉電阻器
128‧‧‧第二電容器
130‧‧‧負端點
132‧‧‧蕭特基二極體
200A‧‧‧波形
200B‧‧‧波形
200C‧‧‧波形
200D‧‧‧波形
233‧‧‧時間點
300‧‧‧雙電源電子裝置
301‧‧‧電源切換電路
302‧‧‧USB連接器
304‧‧‧電壓調節器
306‧‧‧電池連接器
308‧‧‧微控制器
310‧‧‧不可充電式電池電源
312‧‧‧第一電源輸入節點
314‧‧‧第二電源輸入節點
316‧‧‧系統電源節點
318‧‧‧正端點
320‧‧‧P通道MOSFET
324‧‧‧第一電容器
326‧‧‧下拉電阻器
328‧‧‧第二電容器
330‧‧‧負端點
332‧‧‧蕭特基二極體
334‧‧‧分壓器
336‧‧‧比較器
338‧‧‧輸入
340‧‧‧輸出
342‧‧‧非反相輸入
344‧‧‧反相輸入
346‧‧‧輸出
348‧‧‧節點
350‧‧‧第一電阻器
352‧‧‧第二電阻器
400A‧‧‧波形
400B‧‧‧波形
400C‧‧‧波形
400D‧‧‧波形
454‧‧‧時間點
456‧‧‧時間點
500‧‧‧方法
502‧‧‧程序步驟
504‧‧‧程序步驟
506‧‧‧程序步驟
508‧‧‧程序步驟
在本發明領域中具有通常知識者將瞭解到，下面說明的圖式目的僅為說明。圖式並非必須依比例繪製，且不意為以任何方式限制本揭示內容的範圍。
第1圖圖示說明根據先前技術的雙電源電子裝置的電源切換電路的範例電路圖。
第2A圖、第2B圖與第2C圖圖示說明根據先前技術的雙電源電子裝置的各種電壓相對於時間的圖表。
第2D圖圖示說明第2C圖的放大區段D的圖表。
第3圖圖示說明根據具體實施例的雙電源電子裝置的電源切換電路的電路圖。
第4A圖、第4B圖、第4C圖與第4D圖圖示說明根據具體實施例的雙電源電子裝置的各種電壓相對於時間的圖表。
第5圖圖示說明根據具體實施例的提供用於雙電源電子裝置的電源切換電路的方法的流程圖。
現在將詳細參考本揭示內容的範例具體實施例，這些具體實施例係圖示說明於附加圖式中。只要有可能，將在全體圖式中使用相同的元件符號以代表相同或類似的元件。
在一個態樣中，電源切換電路可藉由允許裝置由可用電池電壓的較低範圍操作而不使電子裝置重置，以提供具有改良的電池使用的雙電源電子裝置。若電子裝置的系統電壓降至重置電壓臨限以下，則電子裝置可重置。在一些已知的具有不可充電式電池電源的雙電源電子裝置中，在裝置從外部電源切換至裝置的不可充電式電池電源時，可出現足以造成重置的暫態電壓降。電源切換電路(若未防止，則)可緩解此種電源轉變期間內的暫態電壓降。在一些具體實施例中，可不使用額外硬體即可配置電源切換電路。換言之，可由與常用於已知電源切換電路中的電路部件相同的電路部件，以及常見使用在許多電子裝置中的至少一個其他部件，來配置電源切換電路，如更詳細說明於下文。在一些具體實施例中，電源切換電路可經配置以提供足夠高的系統電壓至負載(亦即電子裝置的電路系統)以避免重置，其中在任意時間 點僅需要來自外部電源或不可充電式電池電源之一者的電力。換言之，不同時需要來自外部電源與不可充電式電池電源兩者的電力，即可避免重置及(或)改良電池的使用。在一些具體實施例中，電源切換電路可被稱為電池斷接切換器。雙電源電子裝置可為(例如)生化感測儀(biosensor meter)，且更特定而言為(例如)血糖儀。在一些具體實施例中，電源切換電路提供的改良的電池的使用，可使得具有鋰錳(Li-Mn)電池電源(例如一或更多個CR2030硬幣型電池)的血糖儀的血糖量測次數額外增加約160至200次。在其他態樣中，提供了提供用於雙電源電子裝置的電源切換電路的方法，此將於下文連同第1圖至第5圖更詳細解釋。
第1圖圖示說明根據先前技術的雙電源電子裝置100，雙電源電子裝置100包含範例電源切換電路101。電源切換電路101可為雙電源電子裝置100的整合部件，或者可由一或更多個離散部件建置。雙電源電子裝置100可包含通用序列匯流排(USB)連接器102、低壓降(low dropout)電壓調節器104、電池連接器106、以及微控制器108。電池連接器106可經配置以連接至不可充電式電池電源110，不可充電式電池電源110可包含一或更多個不可充電式電池。典型的不可充電式電池可為Li-Mn類型電池。雙電源電子裝置100可包含經配置 以執行各種功能的其他電路系統(未圖示)，諸如(例如)輸入/輸出、顯示、記憶體、及(或)微控制器108未提供的額外處理程序。雙電源電子裝置100可(例如)為生化感測儀，且更特定而言為血糖儀。或者，雙電源電子裝置100可為任何其他適合的雙電源電子裝置。
電源切換電路101可包含第一電源輸入節點112、第二電源輸入節點114、以及系統電源節點116。第一電源輸入節點112可經由低壓降電壓調節器104耦合至USB連接器102，低壓降電壓調節器104耦合於第一電源輸入節點112與USB連接器102之間。第二電源輸入節點114可耦合至電池連接器106的正端點118，而系統電源節點116可耦合至電子裝置100的負載(亦即微控制器108與其他可能的電路系統(未圖示))。電源切換電路101亦可包含具有汲極D、源極S、與閘極G的P通道金氧半場效電晶體(MOSFET)120。汲極D可耦合至第二電源輸入節點114。源極S可耦合至系統電源節點116，而閘極G可耦合至第一電源輸入節點112。如圖示，可在P通道MOSFET 120上跨耦合旁通蕭特基(Schottky)二極體122，其中二極體122的陽極可耦合至第二電源輸入節點114，而二極體122的陰極可耦合至系統電源節點116。電源切換電路101可進一步包含第一電容器124、下拉電阻器126、以及 第二電容器128。第一電容器124可耦合於第二電源輸入節點114與地(亦即電池連接器106的負端點130)之間。下拉電阻器126可耦合於P通道MOSFET 120的閘極G與地之間，而第二電容器128可耦合於系統電源節點116與地之間。如圖示，可在第一電源輸入節點112與系統電源節點116之間耦合蕭特基二極體132，其中二極體132的陽極可耦合至第一電源輸入節點112，且二極體132的陰極可耦合至系統電源節點116。
第2A圖至第2D圖圖示說明根據先前技術的雙電源電子裝置100的各種電壓相對於時間的圖表。特定言之，第2A圖圖示說明在USB連接器102處從外部電源接收來的USB電壓的波形200A。第2B圖圖示說明在第一電源輸入節點112從低壓降電壓調節器104輸出接收來的電壓(VLDO112)的對應波形200B。而第2C圖與第2D圖分別圖示說明系統電源節點116處的對應系統電壓(VSYS116)的波形200C與200D。
在獨立模式中(其中USB連接器102未耦合至外部電源(亦即第一電源輸入節點112處的VLDO112可位於(或為約)零伏特))，下拉電阻器126可將P通道MOSFET 120的閘極G保持在地位準。此可使P通道MOSFET 120維持在傳導狀態中(亦即P通道MOSFET 120為「開啟(ON)」)。 不可充電式電池電源110因此經由電池連接器106，經由P通道MOSFET 120電性連接至系統電源節點116，且因為P通道MOSFET 120可具有非常低的直流(DC)電阻值，分別在第二電源輸入節點114與系統電源節點116處VBAT114=VSYS116。因此，在獨立模式中不可充電式電池電源110可提供電力至耦合至雙電源電子裝置100的系統電源節點116的負載(亦即至少包含微控制器108的電路系統)。
在使用者將USB纜線的一端插入USB連接器102，並將另一端插入USB埠(例如個人電腦或連接至電源插座的適合的轉換器的USB埠)時，低壓降電壓調節器104的輸入處可接收到典型約5伏特的USB電壓，如第2A圖所圖示在「USB插入」隨即之後。典型的低壓降電壓調節器104可在第一電源輸入節點112處產生約3.5伏特的輸出電壓(VLDO112)，如第2B圖圖示。系統電源節點116處所產生的電壓可為：VSYS116=VLDO112-VD132其中VD132為二極體132的順向電壓降。對於蕭特基二極體而言，順向電壓降通常可為約0.3伏特。因此如第2C圖圖示，在系統電源節點116處的系統電壓VSYS116可為約3.3伏特，此為USB致能電子裝置的常用電壓。
為了防止經由USB連接器102接收的電力傷害不可充電式電池電源110，電源切換電路101可經配置以使電池連接器106(及不可充電式電池電源110)與系統電源節點116電性斷接。在USB連接器102耦合至外部電源時，P通道MOSFET 120的閘極G處的電壓可提升至所產生的輸出電壓VLDO112，如上述，此電壓可為約3.5伏特。同時，P通道MOSFET 120源極S處的電壓可為約3.3伏特(亦即系統電壓節點116處的VSYS116；見第2C圖)。此可造成P通道MOSFET 120的閘極對源極電壓被逆向偏壓，而可將P通道MOSFET 120驅動入非傳導狀態中(亦即，P通道MOSFET 120可轉為「關閉(OFF)」)，此使電池連接器106(及不可充電式電池電源110)與系統電源節點116電性斷接。
在從USB埠及(或)USB連接器102移除USB纜線時，USB電壓可開始下降，如第2A圖中隨即圖示於「USB移除」之後般。回應於USB電壓下降至低壓降電壓調節器104的最小額定輸入電壓以下(通常可為約3.6伏特)，VLDO112亦可如第2B圖圖示開始下降，此可如第2C圖與第2D圖圖示造成VSYS116下降。為了防止雙電源電子裝置100重置，VSYS116不應下降至重置電壓臨限以下，其中典型的「電壓不足(brown-out)」重置電壓臨 限可為約1.8伏特。回應於VSYS116下降至VBAT114-VD122以下(其中VD122為二極體122的順向電壓降(例如約0.3伏特))，二極體122可開始傳導，並可將VSYS116維持在VBAT114-VD122。然而，VSYS116在時間點233可經歷可等於VD122的暫態電壓降，如第2C圖與第2D圖的區段D所示。因此，為了避免重置，不應使用降至如下所示之VBAT MIN的不可充電式電池電源110：VBAT MIN=VRESET+VD122其中VBAT MIN為可用以操作雙電源電子裝置100的最小操作電池電壓，而VRESET為重置電壓臨限。
系統電壓節點116處的系統電壓VSYS116不應低於VRESET。因此，對於VRESET=1.8伏特(典型的臨限)而言，可使用的最小電池電壓為VBAT MIN=1.8伏特+0.3伏特=2.1伏特。然而，VD122的值可根據負載、溫度、及其他條件而在廣泛的範圍內變化。因此，為了提供可靠的作業，一些已知的雙電源電子裝置禁止在電池電壓低於約2.4伏特以下的裝置作業(亦即，將迫使裝置關閉)。
使用在雙電源電子裝置100中的典型不可充電式鋰錳電池電源的額定操作電壓，範圍可從約1.8伏特至約3.0伏特。因此，將雙電源電子裝置100的作業限制於例如2.4伏特或以上的電池電壓，以避 免雙電源電子裝置100重置的可能，將可使得電池的使用效率低落。例如，對於驅動5mA之典型負載的不可充電式鋰錳CR2032硬幣型電池而言，未使用的電池容量可為約8至10%，此可轉譯成約160至200次血糖測量次數。因此，效率低落的電池使用，可產生額外的花費與不便利性，因為需要較常更換電池。
第3圖圖示說明根據一或更多個具體實施例的雙電源電子裝置300，雙電源電子裝置300包含電源切換電路301。電源切換電路301可為電子裝置300的整合部件，或者可由一或更多個離散部件建置電源切換電路301。雙電源電子裝置300可包含通用序列匯流排(USB)連接器302、電壓調節器304、電池連接器306、及微控制器308。在一些具體實施例中，USB連接器302、電壓調節器304、及(或)電池連接器306可被視為電源切換電路301的一部分。
USB連接器302可經配置以經由連接在外部電源與USB連接器302之間的USB纜線，接收來自外部電源的電力。除了接收外部電源之外，USB連接器302亦可作為用於在雙電源電子裝置300與另一裝置(諸如(例如)個人電腦)之間傳輸資料的輸入/輸出介面。在其他具體實施例中，雙電源電子裝置300可包含任何適合的外部電源連接器類型，而非USB連接器302。
電池連接器306可包含正端點318與負端點330。電池連接器306可經配置以連接至可包含一或更多個不可充電式電池的不可充電式電池電源310。在一些具體實施例中，不可充電式電池可為鋰錳(Li-Mn)類型電池，諸如(例如)一或更多個3伏特CR2032硬幣型電池。在其他具體實施例中，一或更多個不可充電式電池可為任何適合的類型。
在一些具體實施例中，雙電源電子裝置300可為(例如)生化感測儀，且更特定而言為(例如)血糖儀。在這些具體實施例中，微控制器308可經配置以決定液體中分析物的性質，諸如(例如)血液採樣中的血糖濃度。除了微控制器308以外，雙電源電子裝置300可包含經配置以執行或支援各種功能的其他電路系統(未圖示)，諸如(例如)輸入/輸出、顯示、記憶體、及(或)微控制器308未提供的額外處理程序。微控制器308與雙電源電子裝置300的任何其他電路系統(未圖示)，可代表經配置以經由USB連接器302從外部電源接收電力，或經由電池連接器306從不可充電式電池電源310接收電力的雙電源電子裝置300的負載。除了電源切換電路301以外，雙電源電子裝置300、USB連接器302、電壓調節器304、電池連接器306、微控制器308、及(或)不可充電式電池電源310可分別相同於雙電源電子裝置100、USB連接器102、低壓降電壓調節 器104、電池連接器106、微控制器108、及(或)不可充電式電池電源110。或者，雙電源電子裝置300可為任何適合的雙電源電子裝置。
電源切換電路301可包含第一電源輸入節點312、第二電源輸入節點314、以及系統電源節點316。第一電源輸入節點312可經由電壓調節器304耦合至USB連接器302，電壓調節器304耦合於USB連接器302與第一電源輸入節點312之間。電壓調節器304可為低壓降電壓調節器。第二電源輸入節點314可耦合至電池連接器306的正端點318，而系統電源節點316可耦合至雙電源電子裝置300的負載(亦即微控制器308及其他可能的電路系統(未圖示))。
電源切換電路301亦可包含P通道MOSFET 320、分壓器334、以及比較器336。P通道MOSFET 320可具有汲極D、源極S、與閘極G。P通道MOSFET 320的汲極D可耦合至第二電源輸入節點314，而P通道MOSFET 320的源極S可耦合至系統電源節點316。分壓器334可具有耦合至第一電源輸入節點312的輸入338，以及在輸出節點340處的輸出。比較器336可為常見地使用於微控制器308中的低功率嵌入式類比比較器。或者，比較器336可為位於微控制器308外部的整合部件或離散部件，或可得自雙電源電子裝置300的另一電路部 件(未圖示)中。比較器336可具有耦合至分壓器334輸出節點340的非反相輸入342。比較器336亦可具有耦合至第二電源輸入節點314的反相輸入344，以及在節點348耦合至P通道MOSFET 320的閘極G的輸出346。在一些具體實施例中，可在電源切換電路301中使用其他適合的比較器類型。
分壓器334可包含串聯耦合的第一電阻器350與第二電阻器352，其中輸出節點340可位於第一電阻器350與第二電阻器352之間。特定言之，第一電阻器350的一端可耦合至輸入338，同時第一電阻器350的另一端可耦合至輸出節點340。第二電阻器352的一端可耦合至輸出節點340，同時第二電阻器352的另一端可耦合至地(亦即，電池連接器306的負端點330)。第二電阻器352的值可為第一電阻器350的值、第一電源輸入節點312處的電壓(VREG312)、以及二極體332的順向電壓降(VD332)的函數，如下所示：R352=R350x(VREG312-VD332)/VD332分壓器334可將第一電源輸入節點312接收到的電壓(VREG312)縮放，以輸入比較器336的非反相輸入342。分壓器334的除比率(division ratio)可被選擇為使得輸出節點340處的分壓器輸出電壓(VDIVIDER)可追蹤系統電源節點316處的系統電壓(VSYS316)(可為(例如)3.3伏特)。
電源切換電路301可進一步包含第一電容器324、下拉電阻器326、第二電容器328、以及蕭特基二極體332(在一些具體實施例中可使用其他適合的二極體類型)。第一電容器324可耦合於第二電源輸入節點314與地(亦即電池連接器306的負端點330)之間。下拉電阻器326可耦合於節點348處的P通道MOSFET 320的閘極G與地之間，而第二電容器328可耦合於系統電源節點316與地之間。在一些具體實施例中，根據不可充電式電池電源310的類型及(或)雙電源電子裝置300的負載，第一電容器324與第二電容器328之每一者可為約10μf，及(或)下拉電阻器326可為約100k ohms。如第3圖圖示，蕭特基二極體332可耦合於第一電源輸入節點312與系統電源節點316之間，其中二極體332的陽極可耦合至第一電源輸入節點312，而二極體332的陰極可耦合至系統電源節點316。
第4A圖至第4D圖根據一或更多個具體實施例圖示說明雙電源電子裝置300的各種電壓相對於時間的圖表。特定言之，第4A圖圖示說明在USB連接器302處從外部電源接收來的USB電壓的波形400A。在一些具體實施例中，波形400A可相同於第2A圖的波形200A。第4B圖圖示說明在第一電源輸入節點312處從電壓調節器304(可為低壓降電壓調節器)輸出接收來的電壓(VREG312)的對應波 形400B。第4C圖圖示說明比較器336的輸出電壓(VCOMP)的對應波形400C。而第4D圖圖示說明系統電源節點316處對應系統電壓(VSYS316)與分壓器334輸出節點340處對應電壓(VDIVIDER)的波形400D。
在獨立模式中，其中USB連接器302未耦合至外部電源(亦即第一電源輸入節點312處的VREG312可位於(或為約)零伏特)，比較器336的非反相輸入342處的電壓亦可位於(或為約)零伏特。同時，反相輸入344處的電壓可位於電池電壓(VBAT314)。這些輸入可造成比較器336的輸出346為低(LOW)(例如位於(或為約)零伏特)，此可造成下拉電阻器326將P通道MOSFET 320的閘極G保持在地位準。此可將P通道MOSFET 320保持在傳導狀態中(亦即P通道MOSFET 320為「開啟(ON)」)。不可充電式電池電源310因此經由電池連接器306，經由P通道MOSFET 320電性連接至系統電源節點316，且因為P通道MOSFET 320可具有非常低的直流(DC)電阻值，分別在第二電源輸入節點314與系統電源節點316處VBAT314=VSYS316。因此在獨立模式中，不可充電式電池電源310可提供電力至耦合至系統電源節點316的負載(亦即至少包含微控制器308的雙電源電子裝置300的電路系統)。
在使用者將USB纜線的一端插入USB連接器302，並將另一端插入USB埠(例如個人電腦或連接至電源插座的適合的轉換器的USB埠)時，電壓調節器304的輸入處可接收到約5伏特的典型USB電壓，如第4A圖所圖示在「USB插入」隨即之後。典型的電壓調節器304可在第一電源輸入節點312處產生約3.5伏特的輸出電壓(VREG312)，如第4B圖圖示。在系統電源節點316處產生的系統電壓(VSYS316)可為約3.3伏特。
為了防止經由USB連接器302接收的電力對不可充電式電池電源310造成傷害，電源切換電路301可經配置以使電池連接器306及不可充電式電池電源310與系統電源節點316電性斷接。一旦比較器336非反相輸入342處的電壓(VDIVIDER)變得比比較器336反相輸入344處的電壓(VBAT314)要來得更正(換言之，例如，3.3伏特(VDIVIDER)相對於最大3.0伏特(VBAT314))，比較器336輸出346處的電壓(VCOMP)即可為高(HIGH)(例如位於相等於(或為約)VSYS316的電壓處)，如第4C圖圖示。回應於此，P通道MOSFET 320的閘極G處的電壓亦可為HIGH(例如位於相等於(或為約)VYS316的電壓處)，此可將P通道MOSFET 320驅動入非傳導狀態中(亦即，P通道MOSFET 320可轉為「關 閉(OFF)」)，此使電池連接器306及不可充電式電池電源310與系統電源節點316電性斷接。
在從USB埠及(或)USB連接器302移除USB纜線時，USB電壓可開始下降，如第4A圖中隨即圖示於「USB移除」之後般。回應於USB電壓下降至電壓調節器304的最小額定輸入電壓(通常可為約3.6伏特)以下，VREG312亦可如第4B圖於時間點454圖示般開始下降。電壓VREG312的下降可造成VSYS116下降，如第4D圖圖示。相應地，比較器336的非反相輸入342處的電壓(VDIVIDER)亦可開始下降，如第4D圖圖示。一旦VDIVIDER/VSYS316變得小於比較器336反相輸入344處的電壓(VBAT314)(在一些具體實施例中僅需小於數毫伏特)，比較器336輸出346處的電壓(VCOMP)即可變為LOW(例如在地位準)，如第4C圖圖示。回應於此，P通道MOSFET 320的閘極G處的電壓亦可變為LOW，此可將P通道MOSFET 320驅動入傳導狀態中(亦即，P通道MOSFET 320可轉為「開啟(ON)」)。此可將電池連接器306與不可充電式電池電源310電性再連接至系統電源節點316。不可充電式電池電源310因此可再次在獨立模式中提供電力至雙電源電子裝置300的負載。
如第4D圖於時間點456圖示，在從外部電源(經由USB連接器302提供電力至第一電源輸入節點312)至不可充電式電池電源310(經由電池連接器306提供電力至第二電源輸入節點314)的電源轉變期間內，系統電源節點316處的系統電壓(VSYS316)中沒有發生暫態電壓降。因此，相較於雙電源電子裝置100，可透過不可充電式電池電源310提供的較低範圍的可用電池電壓，由不可充電式電池電源310對雙電源電子裝置300供電。例如在一些具體實施例中，雙電源電子裝置300可由低於約2.4伏特的電池電壓操作，只要電池電壓維持為高於重置電壓臨限(VRESET)(重置電壓臨限通常可為約1.8伏特)。
再者，電源切換電路301可經配置以藉由在同一時間點僅將一個電源耦合至系統電源節點316，提供並維持系統電源節點316處的系統電壓(VSYS316)為高於雙電源電子裝置300的重置電壓臨限。換言之，電源切換電路301非經配置為將外部電源與不可充電式電池電源兩者同時耦合至系統電源節點316，以在(例如)電源轉變期間內將系統電壓VSYS316維持為超過重置電壓臨限。特定言之，電源切換電路301僅回應於外部電源(經由USB連接器302)移除自第一電源輸入節點312，才會將 不可充電式電池電源310電性耦合至系統電源節點316。
在一些具體實施例中，比較器336可操作在超低電力模式中，而此比較器336對電池壽命的影響可為可忽略的。為了進一步減少對於電池壽命的影響，在一些具體實施例中，在雙電源電子裝置300位於獨立模式中時，可由微控制器308中執行的軟體將比較器336停用。回應於偵測到外部電源於USB連接器302耦合至雙電源電子裝置300，微控制器308可致能比較器336。回應於外部電源移除自USB連接器302以及不可充電式電池電源310的再連接，微控制器308可再次將比較器336停用。
在其他具體實施例中，電源切換電路301或者可包含其他適合類型的場效電晶體(FET)或電源切換器，而非P通道MOSFET 320。例如，在一些具體實施例中可使用適合的N通道MOSFET，其中可使用適合的N通道MOSFET以經由電池連接器的負端點將不可充電式電池電源電性連接與斷接。在其他具體實施例中，可使用適合的切換器代替P通道MOSFET 320。此種切換器可耦合於第二電源輸入節點314與系統電源節點316之間，並可經配置以回應於第二電源輸入節點314經由USB連接器302接收到來自外部電源的操作電壓而 開啟，且回應於第一電源輸入節點312未接收到來自外部電源的操作電壓而關閉。
第5圖圖示說明提供用於雙電源電子裝置的電源切換電路的方法500。在一些具體實施例中，雙電源電子裝置可為血糖儀。在處理方塊502，方法500可包含將電源切換電路的第一電源輸入節點耦合至雙電源電子裝置的外部電源連接器。例如，電源切換電路可為第3圖的電源切換電路301，第一電源輸入節點可為第3圖的第一電源輸入節點312，而外部電源連接器可為第3圖的USB連接器302。在一些具體實施例中，可在外部電源連接器與第一電源輸入節點之間連接電壓調節器，諸如第3圖的電壓調節器304。
在處理方塊504，方法500可包含將電源切換電路的第二電源輸入節點耦合至雙電源電子裝置的電池連接器。例如，第二電源輸入節點可為第3圖的第二電源輸入節點314，而電池連接器可為第3圖的電池連接器306。在一些具體實施例中，電池連接器可經配置以接收並連接至一或更多個鋰錳類型電池，諸如(例如)一或更多個CR2032硬幣型電池。
在處理方塊506，可在雙電源電子裝置的第二電源輸入節點與系統電源節點之間耦合電源切換器。在一些具體實施例中，電源切換器可為場效電晶體(FET)，且特定而言可為P通道FET，又更 特定而言可為P通道金氧半場效電晶體(MOSFET)。例如，電源切換器可為第3圖的P通道MOSFET 320。在其他具體實施例中，可使用其他適合的切換器及(或)電晶體裝置。系統電源節點可為(例如)第3圖的系統電源節點316，其中系統電源節點316可耦合至P通道MOSFET 320的源極S，而第二電源輸入節點(例如第二電源輸入節點314)可耦合至P通道MOSFET 320的汲極D。
在處理方塊508，方法500可包含將比較器耦合至電源切換器，使得在電源切換期間內系統電源節點處的電壓維持超過重置電壓臨限。更特定而言，在一些具體實施例中，方法500可包含在程序方塊508，將比較器耦合至電源切換器，而使比較器控制電源切換器的連接與斷接作業，其中比較器經配置以使電源切換器將第二電源輸入節點傳導性地連接至系統電源節點，使得在第一電源輸入節點從經由外部電源連接器接收操作電壓轉變成未接收操作電壓的期間內，系統電源節點處的電壓維持超過雙電源電子裝置的重置電壓臨限一段電壓位準。在一些具體實施例中，可回應於第一電源輸入節點接收來自外部電源的操作電壓而將比較器的輸出配置為HIGH，並可回應於第一電源輸入節點未接收來自外部電源的操作電壓而將比較器的輸出配置為LOW。可將操作電 壓界定為具有充足的量值以適當地驅動雙電源電子裝置的負載的電壓。
在其中電源切換器為FET的這些具體實施例中，可回應於第一電源輸入節點接收來自外部電源的操作電壓，而將比較器的輸出配置為將FET驅動入非傳導狀態中，此使得第二電源輸入節點與系統電源節點傳導性地斷接。可回應於第一電源輸入節點未接收來自外部電源的操作電壓，而將比較器的輸出配置為將FET驅動入傳導狀態中，此使得第二電源輸入節點傳導性地連接至系統電源節點。
在一些具體實施例中，方法500的比較器可為第3圖的比較器336，此比較器在一些具體實施例中可為微控制器308的嵌入式類比超低功率比較器。
可由非限於所圖示及說明之次序或順序的次序或順序，來實行或執行上面的方法500。例如在一些具體實施例中，處理方塊502可與處理方塊504及(或)506同時執行，或可在處理方塊504及(或)506之後執行。
在本發明領域中具有通常知識者應輕易理解到，本文所說明的發明可容許廣泛的效用與應用。本發明與上面對於本發明的說明，將顯然推論或合理地建議除了本文所說明者之外的本發明的許多具體實施例與調適者，以及許多變異、修改、與均等 的設置，而不脫離本發明的實質或範圍。例如，雖然連同於具有不可充電式電池電源的雙電源電子裝置來說明，但本發明的一或更多個具體實施例可與其他類型的雙電源電子裝置一起使用，這些其他類型的雙電源電子裝置使用電源切換電路電性連接與斷接電源之一者，不論這個電源是否為不可充電式電池電源。因此，儘管本文已連同於特定的具體實施例詳細說明了本發明，但應瞭解到本揭示內容僅為說明性並呈現本發明的範例，且目的僅為提供對於本發明的完整並得據以實施的揭示內容。本揭示內容並非意為將本發明限制為所揭示的特定設備、裝置、組件、系統或方法，而相反的，意圖係為涵蓋位於本發明範圍內的所有修改者、均等者、以及替代者。
300‧‧‧雙電源電子裝置
301‧‧‧電源切換電路
302‧‧‧USB連接器
304‧‧‧電壓調節器
306‧‧‧電池連接器
308‧‧‧微控制器
310‧‧‧不可充電式電池電源
312‧‧‧第一電源輸入節點
314‧‧‧第二電源輸入節點
316‧‧‧系統電源節點
318‧‧‧正端點
320‧‧‧P通道MOSFET
324‧‧‧第一電容器
326‧‧‧下拉電阻器
328‧‧‧第二電容器
330‧‧‧負端點
332‧‧‧蕭特基二極體
334‧‧‧分壓器
336‧‧‧比較器
338‧‧‧輸入
340‧‧‧輸出
342‧‧‧非反相輸入
344‧‧‧反相輸入
346‧‧‧輸出
348‧‧‧節點
350‧‧‧第一電阻器
352‧‧‧第二電阻器

Claims (20)

  1. 一種電源切換電路，包括：一第一電源輸入節點；一系統電源節點，該系統電源節點耦合至該第一電源輸入節點；一第二電源輸入節點；一場效電晶體(FET)，該FET具有一閘極、一汲極、與一源極，該汲極耦合至該第二電源輸入節點，且該源極耦合至該系統電源節點；一分壓器，該分壓器具有一輸入與一輸出，該輸入耦合至該第一電源輸入節點；以及一比較器，該比較器具有一輸出、一第一輸入、與一第二輸入，該比較器的該輸出耦合至該FET的該閘極，該第一輸入耦合至該分壓器的該輸出，而該第二輸入耦合至該第二電源輸入節點；其中：該FET回應於該第一電源輸入節點接收來自一外部電源的一操作電壓而被配置為位於一非傳導狀態中，而該FET回應於該第一電源輸入節點未接收來自該外部電源的該操作電壓而被配置為位於一傳導狀態中。
  2. 如請求項1所述之電源切換電路，其中在從該第一電源輸入節點接收該操作電壓至該第一電源輸入節點未接收該操作電壓的一轉變的期 間內，該系統電源節點處的一電壓維持超過一重置電壓臨限的一電壓位準。
  3. 如請求項1所述之電源切換電路，其中該比較器的該輸出回應於該第一電源輸入節點接收來自該外部電源的該操作電壓，而將該FET驅動入該非傳導狀態中，且該比較器的該輸出回應於該第一電源輸入節點未接收來自該外部電源的該操作電壓，而將該FET驅動入該傳導狀態中。
  4. 如請求項1所述之電源切換電路，其中該比較器的該第一輸入包含一非反相輸入，而該比較器的該第二輸入包含一反相輸入。
  5. 如請求項1所述之電源切換電路，其中該比較器被嵌入一微控制器中。
  6. 如請求項1所述之電源切換電路，其中該FET包含一P通道金氧半場效電晶體(MOSFET)。
  7. 如請求項1所述之電源切換電路，其中該分壓器包含串聯耦合的第一與第二電阻器，該分壓器的該輸出為位於該第一電阻器與該第二電阻器之間的一節點，而該第二電阻器的一值為該第一電阻器值、該第一電源輸入節點處的一電壓、以及一二極體的一順向電壓降的一函數。
  8. 如請求項1所述之電源切換電路，該電源切換電路進一步包含：一通用序列匯流排(USB)連接器，該USB連接器耦合至該第一電源輸入節點；以及一電池連接器，該電池連接器耦合至該第二電源輸入節點。
  9. 一種雙電源電子裝置，包含：一外部電源連接器；一電池連接器；一負載，該負載經配置以經由該外部電源連接器或該電池連接器接收電力；以及如請求項1所述之電源切換電路；其中：該第一電源輸入節點係耦合至該外部電源連接器；該第二電源輸入節點係耦合至該電池連接器；以及該系統電源節點係耦合至該負載。
  10. 一種雙電源生化感測儀，包含：一通用序列匯流排(USB)連接器；一電池連接器；一微控制器，該微控制器經配置以經由該USB連接器或該電池連接器接收電力，但不同時經由該USB連接器及該電池連接器接收電力，該微控制 器經配置以決定一液體中的一分析物的一性質；以及一電源切換電路，該電源切換電路包含：一第一電源輸入節點，該第一電源輸入節點耦合至該USB連接器；一系統電源節點，該系統電源節點耦合至該第一電源輸入節點以及該微控制器；一第二電源輸入節點，該第二電源輸入節點耦合至該電池連接器；一切換器，該切換器耦合於該第二電源輸入節點與該系統電源節點之間；以及一比較器，該比較器經配置以控制該切換器，該比較器並具有一輸出、一第一輸入、與一第二輸入，該比較器的該輸出耦合至該切換器，該第一輸入耦合至該第一電源輸入節點，而該第二輸入耦合至該第二電源輸入節點；其中：該切換器回應於該第一電源輸入節點接收來自一外部電源的一操作電壓而被配置為開啟，而該切換器回應於該第一電源輸入節點未接收來自該外部電源的該操作電壓而被配置為關閉；以及在從該第一電源輸入節點接收該操作電壓至該第一電源輸入節點未接收該操作電壓的一轉變的期間內，該系統電源節點處的一電壓維持超過一重置電壓臨限的一電壓位準。
  11. 如請求項10所述之生化感測儀，其中該切換器包含一P通道金氧半場效電晶體(MOSFET)，該P通道MOSFET具有一閘極、一汲極、與一源極，該閘極耦合至該比較器的該輸出，該汲極耦合至該第二電源輸入節點，而該源極耦合至該系統電源節點；其中該P通道MOSFET回應於該第一電源輸入節點接收來自該外部電源的該操作電壓而被配置為位於一非傳導狀態中，而該P通道MOSFET回應於該第一電源輸入節點未接收來自該外部電源的該操作電壓而被配置為位於一傳導狀態中。
  12. 如請求項10所述之生化感測儀，該生化感測儀進一步包含一電壓調節器，該電壓調節器耦合於該USB連接器與該第一電源輸入節點之間。
  13. 如請求項10所述之生化感測儀，該生化感測儀進一步包含一分壓器，該分壓器具有一輸入與一輸出，該輸入耦合至該第一電源輸入節點，而該輸出耦合至該比較器的該第一輸入。
  14. 一種提供用於一雙電源電子裝置的一電源切換電路的方法，該方法包含以下步驟：將該電源切換電路的一第一電源輸入節點耦合至 該雙電源電子裝置的一外部電源連接器；將該電源切換電路的一第二電源輸入節點耦合至該雙電源電子裝置的一電池連接器；在該第二電源輸入節點與該雙電源電子裝置的一系統電源節點之間耦合一電源切換器；以及將一比較器的一輸出耦合至該電源切換器，使得該比較器控制該電源切換器的該連接與斷接作業，其中該比較器經配置以使該電源切換器將該第二電源輸入節點傳導性連接至該系統電源節點，使得在從該第一電源輸入節點經由該外部電源連接器接收一操作電壓至該第一電源輸入節點未接收該操作電壓的一轉變的期間內，該系統電源節點處的一電壓維持超過該雙電源電子裝置的一重置電壓臨限的一電壓位準。
  15. 如請求項14所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：將該比較器的一非反相輸入耦合為接收一電壓，該電壓係基於在該第一電源輸入節點接收到的一電壓；以及將該比較器的一反相輸入耦合至該第二電源輸入節點。
  16. 如請求項14所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：將一分壓器的一輸入耦合至該第一電源輸入節點，並將該分壓器的一輸出耦合至該 比較器的一第一輸入。
  17. 如請求項14所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：將一二極體的一陽極耦合至該第一電源輸入節點，並將該二極體的一陰極耦合至該系統電源節點。
  18. 如請求項14所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：將該比較器配置為控制該電源切換器的該連接與斷接作業，使得經由該第一電源輸入節點或該第二電源輸入節點在該系統電源節點處提供一操作電壓，但不同時經由該第一電源輸入節點及該第二電源輸入節點在該系統電源節點處提供該操作電壓。
  19. 如請求項14所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：提供一P通道場效電晶體(FET)以作為該電源切換器。
  20. 如請求項14所述之方法，其中該雙電源電子裝置包含一血糖儀。
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