TWI431898B - Power switching circuit - Google Patents

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TWI431898B
TWI431898B TW097148772A TW97148772A TWI431898B TW I431898 B TWI431898 B TW I431898B TW 097148772 A TW097148772 A TW 097148772A TW 97148772 A TW97148772 A TW 97148772A TW I431898 B TWI431898 B TW I431898B
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Toshiyuki Tsuzaki
Hiroki Wake
Michiyasu Deguchi
Osamu Uehara
Hiroyuki Masuko
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    • H03K19/017545—Coupling arrangements; Impedance matching circuits

Description

電源切換電路
本發明係關於切換被供給至負荷之電源電壓的電壓切換電路。
攜帶型電子機器等之電源係如AC轉換器和電池等般被設計成以多數電源來動作。一般而言，AC轉換器之電壓高於電池之電壓。接著，當AC轉換器連接於充電式電子機器時，電源電壓則自AC轉換器供給至負荷。此時，藉由被設置在電源和負荷之間的整流二極體，使電流不自AC轉換器流入電池。
但是，在上述般之電路中，自電池被供給至負荷之電壓僅有整流二極體之順方向電壓部分電壓下降，產生電力損失。
為了解決上述課題，提案有第4圖所示之電源切換電路。第4圖之電源切換電路具備有P型MOS電晶體以取代整流二極體。即是，在AC轉換器23和負荷28之間設置P型MOS電晶體M1，在電池20和負荷28之間設置有P型MOS電晶體M2(例如，參照專利文獻1)。
[專利文獻1]日本特開2006-254672號公報
但是，在第4圖所示之以往之電源切換電路中，有因半導體基板為P型之時，於P型MOS電晶體存在寄生二極體，故AC轉換器23之電壓和電池20之電壓之中的高電壓則被供給至負荷28之課題。
本發明係鑑於上述課題，提供可以自多數電壓中將所欲之電壓效率佳地供給至負荷之電源切換電路。
本發明係提供一種電源切換電路，其特徵為具有：第一電源端子，連接著第一電源；第二電源端子，連接著第二電源；第二導電型之第一MOS電晶體，被形成在第一導電型半導體基板，汲極連接於上述第一電源端子，源極連接於負荷端子；第二導電型之第二MOS電晶體，被形成在上述第一導電型半導體基板，汲極連接於上述第二電源端子，源極連接於上述負荷端子；第一電源檢測電路，檢測上述第一電源連接於上述第一電源端子，並輸出檢測訊號；控制電路，接受上述檢測訊號，將控制訊號輸出至上述第一MOS電晶體及上述第二MOS電晶體之閘極；升壓電路，使上述第一電源或上述第二電源中之任一者的電壓升壓，並輸出升壓電壓；第一位準移位器，被設置在上述控制電路和上述第一MOS電晶體之閘極之間，使上述控制訊號位準移位至上述升壓電壓；和第二位準移位器，被設置在上述控制電路和上述第二MOS電晶體之閘極之間，使上述控制訊號位準移位至上述升壓電壓。
本發明之電源切換電路因於第一導電型半導體基板之時，在第一電源或第二電源和負荷之間設置第二導電型MOS電晶體以當作切換電路，故在第一電源或第二電源和負荷之間並不存在寄生二極體，藉由寄生二極體所產生之電流路徑則不存在。
因此，本發明之電源切換電路可以自多數電壓中效率佳供給所欲電壓至負荷。
以下，參照圖面說明本發明之實施型態。
[第一實施型態]
首先，針對第一實施型態之電源切換電路之構成予以說明。第1圖為表示第一實施型態之電源切換電路之圖示。
在此，電源切換電路101形成在屬於第一導電型之P型之半導體基板上。
電源切換電路101具備有N型MOS電晶體106～107、位準移位器108～109、二極體110～111、AC轉換器檢測電路112、控制電路113及升壓電路114。電源切換電路101連接例如AC轉換器102、電池103、電容104以及負荷105以作為周邊電路。
用以連接AC轉換器102之第一電源端子係連接於N型MOS電晶體106之汲極、二極體110之陽極及AC轉換器檢測電路112之輸入端子。用以連接電池103之第二電源端子係連接於N型MOS電晶體107之汲極及二極體111之陽極。N型MOS電晶體106係閘極被連接於位準移位器108之輸出端子，源極被連接於負荷端子。N型MOS電晶體107係閘極被連接於位準移位器109之輸出端子，源極被連接於用以連接負荷105之負荷端子。AC轉換器檢測電路112係輸出端子被連接於控制電路113之第一輸入端子。二極體110～111係陰極被連接升壓電路114之輸入端子及控制電路113之電源端子。升壓電路114係輸出端子被連接於電容104。位準移位器108係電源端子被連接於升壓電路114之輸出端子，輸入端子被連接於控制電路113之第一輸出端子。位準移位器109係電源端子被連接於升壓電路114之輸出端子，輸入端子被連接於控制電路113之第二輸出端子。
接著，針對第一實施型態之電源切換電路之動作予以說明。
[AC轉換器102及電池103連接於電源切換電路101之時]
AC轉換器檢測電路112當檢測出AC轉換器102連接於電源切換101之時，將檢測訊號輸出至控制電路113。如此一來，控制電路113將High訊號輸出至位準移位器108，將Low訊號輸出至位準移位器109。位準移位器108係根據升壓電壓及儲存於電容104之電荷將High訊號予以位準移位，將被位準移位之High訊號輸出至N型MOS電晶體106之閘極。依此，使N型MOS電晶體106呈導通(ON)，AC轉換器102之電壓則被供給至負荷105。位準移位器109係將Low訊號輸出至N型MOS電晶體107之閘極。依此，N型MOS電晶體107呈斷開(OFF)，電池103之電壓則不供給至負荷105。
AC轉換器102之電壓和電池103之電壓之中的高電壓，經二極體110或二極體111被輸出至升壓電路114。在此藉由被輸出之電壓所產生之電流，依二極體110或二極體111而不流至AC轉換器102或電池103。升壓電路114係根據在此所輸出之電壓而執行升壓動作，並將升壓電壓輸出至位準移位器108～109。再者，升壓電路114係將升壓電壓輸出至電容104，並使電荷儲存於電容104。
[僅有電池103連接於電源切換電路101之時]
AC轉換器檢測電路112檢測出AC轉換器102不被連接於電源切換電路101，並將檢測訊號輸出至控制電路113。如此一來，控制電路113將Low訊號輸出至位準移位器108，將High訊號輸出至位準移位器109。位準移位器108係將Low訊號輸出至N型MOS電晶體106之閘極。依此，使N型MOS電晶體106斷開(OFF)。位準移位器109係根據儲存於升壓電壓及電容104之電荷使High訊號位準移位，並將被位準移位之High訊號輸出至N型MOS電晶體107之閘極。依此，N型MOS電晶體107呈導通，電池103之電壓則被供給至負荷105。
電池103之電壓經二極體111被輸出至升壓電路114。在此藉由被輸出之電壓所產生之電流依據二極體110而不流至第一電源端子。升壓電路114根據在此被輸出之電壓而執行升壓動作，並將升壓電壓輸出至位準移位器108～109。再者，升壓電路114係將升壓電壓輸出至電容104，並將電荷儲存於電容104。
在此，控制電路113係被電路設計成從使N型MOS電晶體106斷開(OFF)至使N型MOS電晶體107導通(ON)為止之間，及從使N型MOS電晶體107斷開(OFF)至使N型MOS電晶體106導通(ON)之期間存在延遲時間。依此，N型MOS電晶體106～107因同時呈不導通，故AC轉換器102和電池103不會短路，例如AC轉換器102不使電池103充電。再者，當升壓電壓成為特定電壓時，升壓電路114因停止升壓動作，故電力損失變少。
再者，在位準移位器108及N型MOS電晶體106中，被位準移位之High訊號為AC轉換器102之電壓加上N型MOS電晶體106之臨界值電壓之電壓以上的電壓。依此，因N型MOS電晶體106之閘極電壓為被位準移位之High訊號，故N型MOS電晶體106呈導通，並且N型MOS電晶體106之源極電壓和汲極電壓即使幾乎相等，亦確保N型MOS電晶體106之閘極、源極間電壓。依此，在N型MOS電晶體106之源極和汲極之間幾乎不會產生電壓下降，AC轉換器102之電壓幾乎不會電壓下降，被供給至負荷105。依此，電力損失變少。位準移位器109以及N型MOS電晶體107也相同。
當藉由第一實施型態之電源切換電路時，於P型半導體基板之時，因在AC轉換器102或是電池103和負荷105之間設置有N型MOS電晶體，故在AC轉換器102或電池103和負荷105之間不存在寄生二極體，依據寄生二極體之電流路徑則不存在。依此，於AC轉換器102及電池103被連接於電源切換電路101之時，因N型MOS電晶體107呈斷開，N型MOS電晶體106則呈導通，故僅AC轉換器102可以供給電壓至負荷105。
再者，依據寄生二極體之電流路徑則不存在。依此，不會有藉由電流流入寄生二極體而使寄生雙極呈導通，且不會有因寄生雙極而導致電力損失。
再者，於N型MOS電晶體106或N型MOS電晶體107呈導通之時，即使N型MOS電晶體106或107之閘極存在大的寄生電容，因寄生電容藉由儲存於電容104之電荷而被充電，故自升壓電路114輸出之升壓電壓藉由寄生電容幾乎不會下降。
並且，電源切換電路101即使被形成在N型基板上，N型MOS電晶體106～107被變更成P型MOS電晶體亦可。
再者，當N型MOS電晶體106～107之驅動能力變大時，其部分N型MOS電晶體106～107之導通電阻則變小，在N型MOS電晶體106～107的電力損失變少。
再者，電容104即使設置在搭載電源切換電路101之半導體裝置內部亦可，即使設置在其半導體裝置外部亦可。
[第二實施型態]
接著，針對第二實施型態之電源切換電路予以說明。在此，周邊裝置之條件係設為負荷105具有電源安定用電容器(無圖示)，AC轉換器102之電壓為高於電池103之電壓的電壓。
第2圖為表示第二實施型態之電源切換電路之圖面。第二實施型態之電源切換電路當與第一實施型態之電源切換電路比較時，則係追加了比較器215。
比較器215係電源端子被連接於二極體110～111之陰極，非反轉輸入端子被連接於N型MOS電晶體107之汲極，反轉輸入端子被連接於N型MOS電晶體107之源極，輸出端子被連接於控制電路113之第二輸入端子。
接著，針對第二實施型態之電源切換電路之動作予以說明。
[僅電池103連接於電源切換電路101之情形]
比較器215係比較電池103之電壓(第一電源端子電壓)和被供給至負荷105之電壓(負荷端子電壓)。然後，負荷端子電壓為第一電源端子電壓以上之時，比較器215係以N型MOS電晶體107呈斷開之方式控制控制電路113。再者，於負荷端子電壓為低於第一電源端子電壓之時，比較器215係以N型MOS電晶體107呈導通之方式控制控制電路113。
在此，當AC轉換器102自電源切換電路101取下時，負荷105則藉由電源安定用電容器成為AC轉換器102之電壓。即是，負荷105之電壓高於電池103之電壓。此時，若藉由上述般之第二實施型態之電源切換電路時，比較器215因以N型MOS電晶體107呈斷開之方式控制控制電路113，故不會有電流從負荷105逆流至電池103。
[第三實施型態]
接著，針對第三實施型態之電源切換電路之構成予以說明。第3圖為表示第三實施型態之電源切換電路之圖面。
第三實施型態之電源切換電路當與第一實施型態之電源切換電路比較時，則係追加了下拉電路316。
下拉電路316之電源端子係被連接於連接AC轉換器102之第一電源端子，輸出端子係被連接於控制電路113之第二輸入端子。
接著，針對第三實施型態之電源切換電路之動作予以說明。
[僅電池103連接於電源切換電路101之情形]
用以連接AC轉換器102之第一電源端子因成為開放狀態，故容易受到雜訊或洩漏電流之影響。因此，AC轉換器檢測電路112有錯誤檢測之可能性。
但是，若藉由第三實施型態之電源切換電路時，因即使在第一電源產生雜訊或洩漏電流，亦藉由下拉電路316而被下拉至接地電位，故AC轉換器檢測電路112不會有錯誤檢測，可以安定動作。
並且，即使AC轉換器102連接於電源切換電路101，因下拉電路316之放電能力小於AC轉換器102之電源供給能力許多，故AC轉換器102之電壓充份被供給至負荷105。
再者，在下拉電路316設置開關電路，當AC轉換器102自電源切換電路101取下時，即使連接下拉電路316亦可。當構成如此時，當AC轉換器102被連接於電源切換電路101時，因下拉電路316被切離，故不會有因下拉電路316而導致電力損失。
101．．．電源切換電路
106～107．．．N型MOS電晶體
108～109．．．位準移位器
110～111．．．二極體
112．．．AC轉換器檢測電路
113．．．控制電路
114．．．升壓電路
102．．．AC轉換器
103．．．電池
104．．．電容
105．．．負荷
第1圖為表示第一實施型態之電源切換電路之圖式。
第2圖為表示第二實施型態之電源切換電路之圖式。
第3圖為表示第三實施型態之電源切換電路之圖式。
第4圖為表示以往之電源切換電路之圖式。
101．．．電源切換電路
106～107．．．N型Mos電晶體
108～109．．．位準移位器
110～111．．．二極體
112．．．AC轉換器檢測電路
113．．．控制電路
114．．．升壓電路
102．．．AC轉換器
103．．．電池
104．．．電容
105．．．負荷

Claims (3)

  1. 一種電源切換電路，其特徵為：具有第一電源端子，其連接著第一電源；第二電源端子，其連接著第二電源；第二導電型之第一MOS電晶體，其被形成在第一導電型半導體基板，汲極連接於上述第一電源端子，源極連接於負荷端子；第二導電型之第二MOS電晶體，其被形成在上述第一導電型半導體基板，汲極連接於上述第二電源端子，源極連接於上述負荷端子；第一電源檢測電路，其係檢測上述第一電源連接於上述第一電源端子，並輸出檢測訊號；控制電路，其係接受上述檢測訊號，將控制訊號輸出至上述第一MOS電晶體及上述第二MOS電晶體之閘極；升壓電路，其係使上述第一電源或上述第二電源中之任一者的電壓升壓，並輸出升壓電壓；第一位準移位器，其被設置在上述控制電路和上述第一MOS電晶體之閘極之間，使上述控制訊號位準移位至上述升壓電壓；和第二位準移位器，其被設置在上述控制電路和上述第二MOS電晶體之閘極之間，使上述控制訊號位準移位至上述升壓電壓，上述電源切換電路又具備用以下拉上述第一電源端子之下拉電路。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之電源切換電路，其中，上述電源切換電路又具備：第一整流元件，其陽極被連接於上述第一電源端子，陰極被連接於上述升壓電路之輸入端子；和第二整流元件，其陽極被連接於上述第二電源端子，陰極被連接於上述升壓電路之輸入端子，上述升壓電路係升壓上述第一電源和上述第二電源中之任一者的高電壓。
  3. 如申請專利範圍第1項所記載之電源切換電路，其中，上述電源切換電路又具備比較上述第二電源端子之電壓和上述負荷端子之電壓的比較器，上述比較器係檢測出上述負荷端子之電壓低於上述第二電源端子之電壓，將使上述第二MOS電晶體導通(ON)之訊號輸出至上述控制電路。
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