TWI355801B - Dual power switch and voltage regulator using same - Google Patents

Description

1355801 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種雙功率開關與使用雙功率開關之電 源供應電路。 【先前技術】 電源供應電路（voltage regulator )包括線性電源供應電 路（linear regulator )、降壓式（buck converter )、升壓式（b〇ost converter )、升降壓式（buck-boost converter )、反壓式（inverter converter )、返馳式（fly-back converter )、交直流轉換式 (AC-DC converter)等。在上述各種電源供應電路中，都 必須使用功率開關。一般而言，如第1圖和第2圖所示， 功率開關或是單獨使用PMOS電晶體（第1圖之10)、或 疋單獨使用NMOS電晶體（第2圖之20)。當功率開關1〇 或20導通時，電流自輸入端vin流至輸出端v〇ut (視電源 供應電路的結構而定，此輸出端v〇ut不一定是電源供應電 路對負載電路的輸出端；在本說明書中，輸入端Vin與輸 出端Vout係分別指功率開關的兩端）。功率開關1〇或2〇 的操作係由控制電路15, 25所控制。在某些應用下，由於 NMOS功率開關20需要較南的閘極電壓，因此可能尚需搭 配電荷泉23來升壓’使控制電路25可讀得所需的較高 電壓。 上述習知技術的缺點在於：單獨使用pM〇s電晶體 時’其導it電阻較冑；單獨使帛购⑽電晶體時，功率耗 損較高。電路設計者須根據朗場合來摘使騎種電晶 5 體，而不能兼有兩者之長β 有鑑於以上缺點，本發明乃提出一種雙功率開關結構。 【發明内容】 的是針對先前技術之不足，提出一種 本發明之第一目 雙功率開關。 本發明之第二目的在提供-種電源供應電路。 為達上述之目的，從其中一個角度而言，本發明提供 了:種雙功率開關，包含:並聯之PM0S功率開關和繼os 功率關。觸8辨開關和NMqs功賴自 設的條件而操作’例如可根據雙功率關兩端壓差或Γ 功率開關之電流量而操作。 上述雙功相射，可更包含有第—和第二控制電 以刀別控制該PMOS功率開關和蘭〇8功率開關之操 。此外’雙功率開關中可更包含有判斷電路，以決 否致能第一或第二控制電路或兩者。 本發，提供了-觀壯輕功率_之電源供應 電路。 底下藉由對具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發 明之目的、技細容、特點及其所達成之功效。 【實施方式】 請參考第3圖所示之第—實施例’在本發明中係將 PMOS功率開關10和顧〇8功率開關2〇並聯，並選擇性

Vout+O.OOlV)不同，故比較器33宜使用磁滯比較器；若 兩者的比較基準相同’則可使用-般的比較器。此外須說 明的疋’電壓源34係為在概紅便於了解而繪示，代表— 廣義的等效電位差；事實上，並不—定需要設置一個實體 的電壓源34。例如，若在比較器33的輸人間，設計適當的 輸入電壓誤差值(1啊〇細她峨），即可等效達成電壓源 34的補償功能。 第3圖電路中，判斷電路30產生致能訊號的判斷方 式’亦可為：根據兩轉開關的電流量，來決定致能控制 電路15或25、或兩者。請參閱第4圖之另一實施例，設通 過PMOS功率開關1〇的電流量為Ip_，通過丽〇8功率 P开 1關20的電流量為Inm〇s，則判斷電路3〇分別接收有關 Ipmos和I_s之資訊’並根據該等資訊來決定是否發出致 能訊號。同樣地，騎電路30並不限於一定要發出兩個致 能訊號31，32，亦可只發出其一。此時假設令控制電路15 保持工作，並令PMOS功率開關1〇的導通電阻為】歐姆， NMOS功率開_ 20的導通電阻為〇1 _，則判斷方式例 如可為：當IPMOS>100mA時，發出致能訊號32致能控制 電路25，而當INMOS < 1〇 mA時，則停止致能控制電路25。 達成上述判斷功能的電路’例如可參閱第6圖，判斷 電路30中接收有_ IPM0S和之資訊，該等資訊例如為 Ipmos和Inmos之分數值（K1 · 1咖沉和K2 . Ινμ〇§)。該兩 電流分別電阻R5、R6轉換為電壓做，各別在比較器 35、36中與參考電壓Vrefl和Vref2相比較。比較器％之 8 1355801 比較結果表示IpMOS是否大於100 mA，而比較器36之比較 結果表示INM0S是否大於10 mA。兩比較器35、36之比較 結果經邏輯電路38進行邏輯運算：當IpM〇s大於1〇〇 ^ 時，邏輯電路38輸出高位準；當〗^^不大於1〇〇mA，而 I_s大於10 mA時’邏輯電路38仍輸出高位準;僅當Ιρ_ 不大於100 mA，而INM0S亦不大於1〇 nL^時，邏輯電路％

才輸出低位準。判斷電路30依此方式產生致能訊號32，輸 出至控制電路25。 以上所述僅為舉例說明，熟悉本技術者當可在本發明 的教導下，做各種變換，例如改變功率開關的導通電阻、 改變壓差或電流值的判斷基準等’而觸電路3G的硬體可 相應而改變，不予--詳述。 邳敉尕无刖孜術n%的儍钻足可在重負載時啟動 具有較低導通電_ NM〇S轉_ 2G，加速電流供應， 在輕負載時則關閉NMOS功率開關2()(與電荷幻，減低

能耗。因此’可兼具PMOS與顧〇s兩種功率開關之長， 使電路設計者更為便利。 第7圖與第8圖示出本發明之雙功率開關應用於降壓 切換式電源供應祕醜_。熟悉本技術者當可 電路中 ^如何將本發明之雙功糊關翻於其他型式的電源供應 、狄山‘在此不--繪示。 以上已針缝佳實_來說明本發明，唯以上所 者’僅係為使熟悉本技術者胁了解本發明_容而已， 並非用來限定本發明之制範圍；對於熟悉本 9 可在本發明精神内，立即思及各種等效變化。例如，本發 明不揭限於應用在閃光電容充電器中，亦可應用於任何形 式的充電器。又如，圖示所繪為獨立方塊的電路，並不一 定必須為獨立的電路，而可與其他電路合併，例如控制電 路15和25即未必需要為分開的兩個電路，而可合併為一 個電路。再如，圖示直接連接的各元件或電路方塊間，可 插入不衫響電路主要功能的電路或元件。故凡依本發明之 概念與精神所為之均等變化或修飾，均應包括於本發明之 申請專利範圍内。 【圖式簡單說明】 圖式說明： 第1圖與第2圖為先前技術之示意電路圖。 第3圖為示意電路圖，示出本發明的—個實施例。 第4圖為示意電路圖’示出本發明的另一個實施例。 第5圖為第3圖電路之更具體實施例。 第6圖為第4圖電路之更具體實施例。 電二:圖電發明之雙功率開關應用於降壓式 电你状馬电路的愿用例。 23電荷泵 25控制電路 3〇判斷電路 【主要元件符號說明】 10 PMOS電晶體 15控制電路 20 電晶體 1355801 31,32致能訊號 33比較器 34電壓源 35, 36比較器 38邏輯電路 R1-R6 電阻

Vin輸入端 Vout輸出端 Vrefl，Vref2參考電壓

Claims (1)

1. 第0971丨丨87_雜職_ 十、申請專利範圍： 種雙功率開關，包含並聯之PM0S功率開關和讀0§ =率開關’其中當該雙鱗__壓差大於第一預定值 時’該NMOS功率開關啟動。 ’如申印專利範圍第1項所述之雙功率開關，其中當該雙 力^開關兩端壓差小於第二預定值時，該丽⑽功率開 關停止操作。 3. 如申4專利範圍第〖項所述之雙功率開關，其中該 PMOS功率開關保持操作。 4. 如申请專利範圍第i項所述之雙功率開關，更包含有第 和第二控制電路’以分別控制該PMOS功率開關和 NMOS功率開關之操作。 5. 如申請專利範圍第4項所述之雙功率關，更包含有判 斷電路，以決定是否致能第一或第二控制電路或兩者。 ^如申請專利範圍第5項所述之雙功率開關，其中該判斷 電路包括一比較器，該比較器根據該雙功率開關兩端之壓 差而產生比較結果。 7.如申請專利範圍第6項所述之雙功率開關，其中該比較 器為磁滞比較器。 & 一種雙功率開關，包含並聯之PM〇s功率開關和_〇8 功率開關，其中當通過該PM0S功率開關的電流量大於第 一預定值時，該NMOS功率開關啟動。 9.如申請專利範圍第8項所述之雙功率開關，其中當通過 該PMOS功率開關的電流量不大於第二預定值，且通過該 NMOS功率開關的電流量不大於第三預定值時，該nmos

   第09711丨87丨號申請案修正無劃線版 功率開關停止操作。 專利範圍第8項所述之雙功率開關，其中兮 PMOS功率開關保持操作。 、平該 π· 項所述之雙轉 12.如_料利細第〗〗項所述 ，電路’以決定是否致能第一或第二控制二二有 斷電t包^專利細12項所述之雙功率開關，其中該判 第比較器’將代表該PMOS功钱關電流量的訊號 與第一參考電壓比較； 〇第二比較器，將代表該NMOS功率開關電流量的訊 號與第一參考電壓比較；以及 邏輯電路，對第一與第二比較器的輸出進行邏輯運 算0 14. 一種電源供應電路，其使用如申請專利範圍第1至13 項所述之雙功率開關。 13