TWI483546B - 電源管理系統及驅動金屬氧化物半導體開關之方法 - Google Patents

電源管理系統及驅動金屬氧化物半導體開關之方法 Download PDF

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Description

電源管理系統及驅動金屬氧化物半導體開關之方法
本發明係關於一種電源管理系統，特別是一種具有電荷幫浦的電源管理系統及驅動金屬氧化物半導體開關之方法。
對於現有的電源管理裝置，例如電源管理控制器和/或充電器，開關能夠直接從一電源對系統負載或可充電電池組供電。在電源管理控制器或者充電器中，通常應用雙極性電晶體或金屬氧化物半導體場效電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor,MOSFET)作為開關。在電子電路中，理想開關被定義為導通電阻為零，斷開電阻為無窮大。與其它類型的開關相比，MOSFET有相對較低的導通電阻和相對較高的斷開電阻。
一般而言，P通道MOSFET(PMOS)開關係透過施加一相較於PMOS開關之源極電壓為低之一偏壓(例如，0伏特)於PMOS開關之閘極而導通。而為了導通N通道MOSFET(NMOS)開關，NMOS開關之閘極上之一驅動電壓需高於源極上之一源極電壓(例如，5伏特)。在習知電路中，NMOS開關的源極可被耦接到一電源(例如，一電池組)之正極(或一輸出端)。如此，NMOS開關的閘極驅動電壓就需要比電源的輸出電壓大。由於如此高的驅動電壓並非容易取得，所以NMOS開關的特性限制了它的應用。因此，在現有的電源管理系統中，PMOS開關的應用較為普及。
雖然PMOS開關較NMOS開關更容易驅動，但是PMOS開關的導通電阻較相同尺寸的NMOS開關為大。例如，相同 尺寸的PMOS開關的導通電阻可比NMOS開關大兩倍。所以，使用PMOS開關之功率耗損可能是NMOS開關的兩倍。
為了減小PMOS開關的耗電量並獲得預期的電源傳輸效率，可使用具有小導通電阻的PMOS開關。然而，為達到小導通電阻需使用特殊的製程，故使得這種PMOS開關成本較高。況且，此種PMOS開關也需要額外的晶片空間來配置其驅動電路。因此，此種電源管理裝置的成本也隨之提升。
本發明提供一種電源管理系統，其包括一第一金屬氧化物半導體(MOS)開關，耦接於一第一電源和一節點之間，該節點耦接至一系統負載；一第二MOS開關，耦接於一第二電源和該節點之間；一驅動電路，耦接至該第一MOS開關以及該第二MOS開關，透過分別將該第一電源及該第二電源之電壓升壓以分別產生一第一驅動電壓及一第二驅動電壓；以及一控制單元，耦接至該驅動電路，監測該第一電源及該第二電源之多個狀態，且基於該多個狀態控制該第一驅動電壓及該第二驅動電壓，以選擇性地導通該第一MOS開關以及該第二MOS開關。
本發明還提供一種用於驅動MOS開關的方法，該方法包括升壓一第一電源之一電壓以產生一第一驅動電壓；升壓一第二電源之一電壓以產生一第二驅動電壓；監測該第一電源及該第二電源之多個狀態；基於該多個狀態從多個操作模式中選擇一操作模式；以及控制該第一驅動電壓及該第二驅動電壓以回應該操作模式，選擇性地導通一第一金屬氧化物半導體(MOS)開關及一第二MOS開關；其中，該第一MOS開 關耦接於該第一電源及一系統負載之間，該第二MOS開關耦接於該第二電源及該系統負載之間。
本發明將在下文中配合實施例及圖式進行詳細描述。本發明雖可能配合實施例說明，但應理解本發明並非意欲被限制於說明書中之特定實施例。配合以下詳細說明，本發明之其他優點及特徵對於本技術領域中具有通常知識者將更為彰顯。本發明可被修改以用於各種應用，且均不悖離本發明之精神。因此，此處之圖式與說明均為例示性而非限制性。
圖1所示為根據本發明一實施例應用NMOS開關和相應驅動電路的電源管理系統100方塊圖。在一實施例中，電源管理系統100透過NMOS開關106和108可控制從一電源(例如一交/直流(AC/DC)適配器(adapter)102和/或一電池組104)提供給一系統110之電源供應。如圖1所示，提供給系統110的電源可以是一個可控制輸出之交/直流適配器102和可充電的電池組104。然而，系統110的電源還可以是任何形式的，比如一具有固定輸出之交/直流適配器、一點煙型之直流適配器等等。電池組104可包括任何類型的可充電電池組，比如鋰電池、鎳鎘電池、鎳氫電池或其他類似的電池。系統110可為任意的電子裝置，包括伺服器、桌上型電腦、膝上型電腦、行動電話、個人數位助理(Personal Digital Assistant,PDA)等等，但不以此為限。
在一實施例中，電源管理系統100亦可透過NMOS開關106和108控制由交/直流適配器102提供給電池組104充電的電源。在一實施例中，電源管理系統100還包括一控制單元 114，可操作為監測系統110的電源供應狀態和電池組104的狀態。根據系統110和電池組104的狀態，控制單元114為電源管理系統100選擇一種操作模式，包括預設(default)模式、工作(operation)模式、充電模式、放電模式、高負載模式，但不以此為限。在預設模式下，NMOS開關106和108都是斷開(off)狀態，交/直流適配器102或者電池組104中具有較高輸出電壓的一方透過NMOS開關106和108各自之本體二極體(body diode)106-1或者108-1為系統110和電源管理系統100供電。在工作模式下，NMOS開關106被導通(on)，NMOS開關108被斷開，這時，系統110由交/直流適配器102透過NMOS開關106提供電源。在充電模式下，NMOS開關106和108都是導通狀態，如此交/直流適配器102能夠為系統110供電，同時為電池組104充電。在放電模式下，NMOS開關106被斷開，NMOS開關108被導通，如此，系統110能夠從電池組104得到電源。在高負載模式下，NMOS開關106和108都是導通的狀態，這時交/直流適配器102和電池組104能夠同時為具有高負載的系統110(例如，系統110功率需求大於交/直流適配器102之額定輸出功率)提供電源。
在每種工作模式下，控制單元114能產生控制信號(例如，開關控制信號114-1和114-2)以控制NMOS開關106和108的導通狀態，進而控制交/直流適配器102的輸出(例如，輸出電流、輸出電壓、和/或輸出功率)。如上所述，NMOS開關106和108需要一電壓位準大於其源極電壓位準的驅動信號。因此，在一實施例中，驅動電路112可提供適當的驅動信號以驅動NMOS開關106和108，因此，NMOS開關106和108能被充分的導通和斷開。
在其他實施例中，電源管理系統100亦能夠利用多個NMOS開關和其相應的驅動電路控制多個電源和/或電池組對系統110之供電。另外，透過使用多個NMOS開關，電源管理系統100還能夠同時或者分別為多個電池組充電。
如圖1所示，NMOS開關106和108分別透過感應電阻118和120連接到共同節點116。在一實施例中，交/直流適配器102和/或電池組104提供的電源係透過共同節點116傳送給系統110。在一實施例中，NMOS開關106和108的導通狀態由控制單元114產生之開關控制信號114-1和114-2控制。在一實施例中，驅動電路112用於將開關控制信號114-1和114-2分別轉換成適合的驅動信號112-1和112-2。
在一實施例中，驅動電路112包括兩個驅動器124-1和124-2分別耦接於NMOS開關106和108與控制單元114之間。除了驅動器124-1和124-2，驅動電路112還包含一電荷幫浦單元122。在一實施例中，電荷幫浦單元122有兩個輸入端122-1和122-2和兩個輸出端122-3和122-4。輸入端122-1和122-2分別耦接至交/直流適配器102和電池組104的輸出端。輸出端122-3和122-4分別耦接至驅動器124-1和124-2。電荷幫浦單元122可操作為產生一電壓其高於電荷幫浦單元122的輸入端122-1和122-2之供電電壓。在一實施例中，電荷幫浦單元122的供電電壓就是交/直流適配器102的輸出電壓(Vad)和/或電池組104的輸出電壓(Vbatt)。因此，電荷幫浦單元122能提供具有一高於輸出端122-3之電壓Vad之一輸出信號給驅動器124-1。另外，電荷幫浦單元122也能提供具有一大於輸出端122-4之電壓Vbatt之另一輸出信號給驅動器124-2。因此，驅動器124-1和124-2分別接收電荷幫浦單元122之輸出信號， 並產生一具有足夠充分導通NMOS開關106和108之輸出電壓位準之驅動信號112-1或112-2。當驅動器124-1或124-2從控制單元114接收一開關控制信號114-1或114-2時，驅動器124-1或124-2能提供具有足夠電壓位準以驅動NMOS開關106或108之驅動信號112-1或112-2。
圖2所示為根據本發明一實施例電源管理系統100中開關控制信號114-1和114-2以及驅動信號112-1和112-2的波形圖。如圖2所示，開關控制信號114-1或114-2具有兩個電壓位準V0(例如，0伏特)和V1(例如，1.8伏特或3.3伏特)。在一實施例中，控制單元114產生一電壓位準為V0的開關控制信號114-1或114-2以指示驅動電路112斷開NMOS開關106或108。控制單元114還可產生一電壓位準為V1的開關控制信號114-1或114-2以指示驅動電路112導通NMOS開關電路106或108。透過使用驅動電路112，開關控制信號114-1或114-2能被轉換為驅動信號112-1或112-2。如圖2所示，驅動信號112-1具有兩電壓位準Vad(例如，12伏特)和Von1(例如，18伏特)。驅動信號112-2有兩個電壓位準Vbatt(例如，4.2伏特)和Von2(例如，10伏特)。在一實施例中，當驅動信號112-1或112-2的電壓位準是Vad或Vbatt，NMOS開關106或108就能被完全斷開。在一實施例中，當驅動信號112-1或112-2的電壓位準是Von1或Von2，NMOS開關106或108就能被完全導通。因此，電荷幫浦單元122以及驅動器124-1和124-2的結合能夠提供足夠的驅動信號112-1和112-2以驅動NMOS開關106和108。
如圖1所示，在一實施例中，電荷幫浦單元122能夠由兩個獨立的電荷幫浦所構成。例如，輸入端122-1可為第一電荷 幫浦的一輸入，第一電荷幫浦產生一大於輸出端122-3之電壓位準Vad的信號。輸入端122-2可為第二電荷幫浦的一輸入，第二電荷幫浦產生一大於輸出端122-4之電壓位準Vbatt的信號。在一實施例中，電荷幫浦單元122也可為一可操作為產生一輸出信號給驅動器124-1或124-2之單一電荷幫浦。然而，在另一實施例中，當電源管理系統100包含多個NMOS開關時，電荷幫浦單元122可包含多個獨立之電荷幫浦以提供電壓信號給多個驅動器。在另一個實施例中，電荷幫浦單元122也可包含獨立的一個電荷幫浦以分時(time-sharing)模式為多個驅動器提供電壓信號。在這種分時模式下，多個驅動器可透過分配一驅動器之閒置(idle)時間以提供服務給其他驅動器，而平分由電荷幫浦單元122之單一電荷幫浦所提供之電壓信號。
在一實施例中，在電源管理系統100被供電之前，電源管理系統100是處於預設模式的，在這種模式下，NMOS開關106和108處於被斷開的狀態。一旦電源管理系統100被供電，交/直流適配器102和/或電池組104能夠為系統110提供電源。雖然NMOS開關106和108仍然處於斷開的狀態，電源可以透過NMOS開關106和108既有的本體二極體106-1和108-1傳送。如圖1所示，本體二極體106-1的陽極固定耦接至NMOS開關106的源極，其陰極耦接至開關106的汲極。本體二極體108-1的陽極和陰極也分別耦接到NMOS開關108的源極和汲極。
在一實施例中，當交/直流適配器102不可用時，電池組104可以為系統110和電源管理系統100供電。在這種情況下，在一實施例中，本體二極體108-1被正向偏置(forward biased)，且電池組104所產生的電流流經本體二極體108-1為系統110供電。
在一實施例中，交/直流適配器102和電池組104可同時存在。因此，在一實施例中，系統110和電源管理系統100可由交/直流適配器102或由電池組104供電。如果Vad大於Vbatt，本體二極體106-1被正向偏置，本體二極體108-1被反向偏置(reversed biased)。因此，交/直流適配器102所產生的電流可流經本體二極體106-1。這時，由交/直流適配器102為系統110和電源管理系統100供電。否則，在預設模式下，如果Vad小於Vbatt，本體二極體106-1被反向偏置，本體二極體108-1被正向偏置，則系統110和電源管理系統100供電就由電池組104供電。如果Vad等於Vbatt，則系統110和電源管理系統100可隨機地由交/直流適配器106和/或電池組104提供電源。
一旦系統110和電源管理系統100被供電，控制單元114開始管理系統110的電源供應和電池組104的充電過程。當系統110和電源管理系統100被供電，在控制單元114的控制下，NMOS開關106和108能夠被充分的導通。由於NMOS開關的導通電阻相對小，因此導通的NMOS開關的壓降不會超過其本體二極體的導通臨界值。因此，本體二極體不會產生一大電流。所以，在系統110被供電之後，交/直流適配器102和/或電池組104產生的電流不會流經本體二極體106-1和/或108-1。
在一實施例中，控制單元114首先監測交/直流適配器102和電池組104的狀態。如圖1所示，控制單元114具有三個感應端114-3、114-4和114-5。在一實施例中，感應端114-3耦接至NMOS開關106的汲極，感應端114-4耦接至共同節點 116，感應端114-5耦接至NMOS開關108的汲極。透過感應端114-3、114-4和114-5，能夠檢測到例如Vad、系統110的輸入電壓VSYS、和Vbatt的訊息。另外，感應電阻118和120的壓降和流經感應電阻118和120的電流也能夠從感應端114-3、114-4和114-5所監測之訊息而得知。例如，流經NMOS開關106的電流可透過將感應電阻118的上之跨壓(Vad-VSYS)除以感應電阻118之電阻值而得。
在一實施例中，根據交/直流適配器102和電池組104的狀態，控制單元114進入一個特定的操作模式，並產生多個控制信號。
當控制單元114偵測到電池組104處於一欠電壓狀況時，控制單元114則進入充電操作模式，在此種模式下，交/直流適配器102為系統110供電，並為電池組104充電。在充電操作模式下，控制單元114產生的開關控制信號114-1和114-2的電壓位準為V1。一旦接收到開關控制信號114-1和114-2，電壓位準為Von1和Von2的驅動信號112-1和112-2被產生以導通NMOS開關106和108。另外，控制單元114還產生一交/直流適配器控制信號114-6。在一實施例中，交/直流適配器控制信號114-6能夠調整交/直流適配器102的輸出(例如，輸出電流、輸出電壓、和/或輸出功率)以滿足系統110的功率需求和電池組104的充電功率需求。在充電操作模式下，交/直流適配器102的輸出電流流經NMOS開關106至共同節點116。接著，一充電電流ICHARGE流經NMOS開關108至電池組104，且一系統電流ISYS流向系統110。
在一實施例中，充電操作模式持續運作，直至控制單元114監測到電池組104被完全充電為止。隨後，控制單元114進入 一工作模式，在這種模式下，交/直流適配器102為系統110供電。在工作模式下，控制單元114斷開NMOS開關108，並導通NMOS開關106，以使得流經NMOS開關106之ISYS電流流入系統110。NMOS開關108被斷開，以避免對電池組104過度充電。
在一實施例中，當交/直流適配器102不可用時，為了保持系統110和電源管理系統100的正常工作，電源管理系統100進入一放電模式。在放電模式下，控制單元114斷開NMOS開關106並導通NMOS開關108。因此，系統110由電池組104供電。
另外，當系統110對功率的需求超過交/直流適配器102的當初設計之額定功率，電源管理系統100則進入一高負載模式。在高負載模式下，控制單元114產生開關控制信號114-1和114-2以導通NMOS開關106和108。這時，系統110由交/直流適配器102和電池組104同時供電。除了開關控制信號114-1和114-2之外，控制單元114還能調整交/直流適配器102的輸出以提供足夠的功率使系統110保持正常操作。
有利之處在於，在一實施例中，由於相同尺寸的NMOS開關比PMOS開關的導通電阻小，所以NMOS開關106和108引起的功率耗損就減少了。電源管理系統100在每個操作模式下，可判斷每個NMOS開關的功率耗損。例如，假設每個NMOS開關的導通電阻是10毫歐(mΩ)，並且電源管理系統100工作在充電操作模式下(例如，ISYS=4A、ICHARGE=3A、交/直流適配器102的輸出電壓為12V)。那麼，NMOS開關106的功率耗損大約是0.49瓦(10mΩ*(4A+3A)2=0.49W)。NMOS開關108的功率耗損約是0.09瓦(10mΩ*(3A)2=0.09W)。NMOS開關106 和108總功率耗損約0.58瓦。因此，在一實施例中，在電源管理系統100中，NMOS開關106和108之功率耗損，僅使電源管理系統100之功率傳輸效率降低0.7%。有利之處在於，相較於使用PMOS開關的傳統電源管理系統，使用多個NMOS開關時，NMOS開關能大幅提升電源管理系統100的功率傳輸效率。並且，NMOS開關的較低功率耗損可增強整體的性能和穩定性。
圖3所示為根據本發明另一實施例包含NMOS開關、一驅動電路以及一直流/直流轉換器之電源管理系統300方塊圖。電源管理系統300可操作於為一系統326供電以及為一電池組304充電。電池組304可包含多種類型的電池。如圖3所示，在一實施例中，電源管理系統300包含兩個NMOS開關306和308、一控制單元310、一驅動電路312和一直流/直流轉換器314。在一實施例中，NMOS開關306和308用於控制一電源302(例如，一交/直流適配器)和/或一可充電之電池組304為系統326提供的電源。電源管理系統300與電源管理系統100有類似的功能。
在一實施例中，NMOS開關306的源極耦接至電源302的一輸出端。NMOS開關306的汲極透過一感應電阻320耦接至共同節點324。NMOS開關308的源極和汲極分別耦接至電池組304和共同節點324。如圖3所示，在一實施例中，直流/直流轉換器314耦接於共同節點324和一感應電阻322之間，感應電阻322的一端耦接至電池組304的輸出。
在一實施例中，控制單元310有四個感應端310-1、310-2、310-3和310-4。如圖3所示，感應端310-1、310-2、310-3和310-4分別耦接至NMOS開關306的汲極、共同節點324、直 流/直流轉換器314的輸出端和電池組304的輸出端。在一實施例中，透過偵測電源302和電池組304的狀態，控制單元310能夠控制NMOS開關306和308的導通狀態。
在一實施例中，當控制單元310探測到電池組304處於欠電壓狀況，控制單元310會導通NMOS開關306，並斷開NMOS開關308。直流/直流轉換器314接收電源302的輸出電壓，並將其轉換成適合電池組304的充電電壓。直流/直流轉換器314可包含降壓轉換器(buck)、升壓轉換器(boost)、降升壓轉換器(buck-boost)，但不以此為限。例如，當電源302的輸出電壓低於電池組304所需的充電電壓時，可使用升壓轉換器。當電源302的輸出電壓高於電池組304所需的最大充電電壓時，則可使用降壓轉換器。有利之處在於，電源管理系統300不僅可提升功率傳輸的效率，還可以應用於不同的電源類型和可充電電池組。
圖4所示為根據本發明一實施例對一系統之供電控制方法流程圖。為了控制對系統之供電，在步驟402中，系統的狀態被監測。在一實施例中，系統的輸入電流(或電壓)以及系統中電池組的輸出電壓被監測。根據監測到的系統狀態，可以判斷系統所需的功率。在步驟404中，如果系統的功率需求得到滿足，系統的狀態會被進一步監測。如果系統的功率需求沒有得到滿足，在步驟406中，多個控制信號會被產生或者調整。在一實施例中，上述之控制信號可為用於控制多個NMOS開關之導通狀態的NMOS開關控制信號。在一實施例中，每個NMOS開關皆可耦接於系統和電源之間。NMOS開關控制信號可使一或多個NMOS開關導通以提供系統足夠的功率源。在步驟408中，上述的控制信號還能進一步被轉換為具有足夠驅 動能力的驅動信號以完全導通/斷開NMOS開關。在一實施例中，為了完全導通/斷開NMOS開關，NMOS開關控制信號可被轉換為一具有大於NMOS開關之源極電壓的驅動信號。在步驟410中，利用多個驅動信號，系統之NMOS開關能被完全導通/斷開，以為系統提供足夠的功率。在一實施例中，多個控制信號可由包含一電荷幫浦單元之驅動電路將其轉換為多個驅動信號。在步驟412中，除了控制多個NMOS開關的導通狀態，多個電源輸出信號能夠被產生以用來控制多個電源的輸出(例如，輸出功率、輸出電流或輸出電壓)。在一實施例中，電源輸出控制信號可調整電源的輸出電壓。利用多個輸出控制信號，在步驟414中，提供給系統的輸出功率可根據系統所需的電源予以調整。
上文具體實施模式和附圖僅為本發明之常用實施例。顯然，在不脫離後附申請專利範圍所界定的本發明精神和保護範圍的前提下可以有各種增補、修改和替換。於本技術領域具有通常知識者應該理解，本發明在實際應用中可根據具體的環境和工作要求在不背離發明準則的前提下在形式、架構、佈局、比例、材料、元素、組件及其他方面有所變化。因此，在此披露之實施例僅用於說明而非限制，本發明之範圍由後附申請專利範圍及其合法等效物界定，而不限於之前之描述。
100‧‧‧電源管理系統
102‧‧‧交/直流適配器
104‧‧‧電池組
106、108‧‧‧NMOS開關
106-1、108-1‧‧‧本體二極體
110‧‧‧系統
112‧‧‧驅動電路
112-1、112-2‧‧‧驅動信號
114‧‧‧控制單元
114-1、114-2‧‧‧開關控制信號
114-3、114-4、114-5‧‧‧感應端
114-6‧‧‧交/直流適配器控制信號
116‧‧‧共同節點
118‧‧‧感應電阻
120‧‧‧感應電阻
122‧‧‧電荷幫浦單元
122-1、122-2‧‧‧輸入端
122-3、122-4‧‧‧輸出端
124-1、124-2‧‧‧驅動器
300‧‧‧電源管理系統
302‧‧‧電源
304‧‧‧電池組
306、308‧‧‧NMOS開關
310‧‧‧控制單元
310-1、310-2、310-3、310-4‧‧‧感應端
312‧‧‧驅動電路
314‧‧‧直流/直流轉換器
320‧‧‧感應電阻
322‧‧‧感應電阻
324‧‧‧共同節點
326‧‧‧系統
402~414‧‧‧步驟
以下結合附圖和具體實施例對本發明的技術方法進行詳細的描述，以使本發明的特徵和優點更為明顯。其中：圖1所示為根據本發明一實施例之電源管理系統方塊圖。
圖2所示為根據本發明一實施例開關控制信號以及驅動信 號的波形圖。
圖3所示為根據本發明另一實施例之電源管理系統方塊圖。
圖4所示為根據本發明又一實施例之供電控制方法流程圖。
100‧‧‧電源管理系統
102‧‧‧交/直流適配器
104‧‧‧電池組
106、108‧‧‧NMOS開關
106-1、108-1‧‧‧本體二極體
110‧‧‧系統
112‧‧‧驅動電路
112-1、112-2‧‧‧驅動信號
114‧‧‧控制單元
114-1、114-2‧‧‧開關控制信號
114-3、114-4、114-5‧‧‧感應端
114-6‧‧‧交/直流適配器控制信號
116‧‧‧共同節點
118‧‧‧感應電阻
120‧‧‧感應電阻
122‧‧‧電荷幫浦單元
122-1、122-2‧‧‧輸入端
122-3、122-4‧‧‧輸出端
124-1、124-2‧‧‧驅動器

Claims (14)

  1. 一種電源管理系統，包括：一第一金屬氧化物半導體(MOS)開關，耦接於一第一電源和一節點之間，該節點耦接一系統負載；一第二MOS開關，耦接於一第二電源和該節點之間；一驅動電路，耦接該第一MOS開關及該第二MOS開關，透過將該第一電源之一電壓及該第二電源之一電壓升壓以分別產生一第一驅動電壓及一第二驅動電壓；以及一控制單元，耦接該驅動電路，監測該第一電源及該第二電源之多個狀態，且基於該多個狀態控制該第一驅動電壓及該第二驅動電壓，以選擇性地導通該第一MOS開關以及該第二MOS開關，其中，如果該多個狀態指示該第一電源處於一欠電壓狀態，則該控制單元控制該第一驅動電壓及該第二驅動電壓導通該第一MOS開關以及該第二MOS開關，且該第二電源對該第一電源充電且對該系統負載供電，且其中，該控制單元產生一控制信號，調整該第二電源之一輸出功率以滿足該系統負載的一功率需求和該第一電源的一充電功率需求。
  2. 如申請專利範圍第1項的電源管理系統，其中，若該多個狀態指示該第一電源及該第二電源皆處於一正常狀態，則該控制單元控制該第一驅動電壓及該第二驅動電壓關斷該第一MOS開關及導通該第二MOS開關，僅由該第二電源對該系統負載供電。
  3. 如申請專利範圍第1項的電源管理系統，其中，當該多個狀態指示該第一電源處於該欠電壓狀態，該第一MOS開關及該第二MOS開關均被導通，來自該第二電源的一電流流經該第二MOS開關及該第一MOS開關至該第一電源，對該第一電源充電。
  4. 如申請專利範圍第1項的電源管理系統，其中，若該多個狀態指示該第二電源處於一不可用狀態，則該控制單元控制該第一驅動電壓及該第二驅動電壓導通該第一MOS開關及關斷該第二MOS開關，僅由該第一電源對該系統負載供電。
  5. 如申請專利範圍第1項的電源管理系統，其中，該控制單元進一步監測該系統負載之多個狀態，其中，若該系統負載之該多個狀態之一指示該系統負載的該功率需求超過該第二電源之該輸出功率的一高負載狀態，則該控制單元控制該第一驅動電壓及該第二驅動電壓導通該第一MOS開關及該第二MOS開關，由該第一電源及該第二電源同時對該系統負載供電。
  6. 如申請專利範圍第5項的電源管理系統，其中，當該系統負載之該多個狀態之一指示該高負載狀態，該第一MOS開關及該第二MOS開關均被導通，來自該第一電源的一第一電流流經該第一MOS開關至該系統負載，且來自該第二電源的一第二電流流經該第二MOS開關至該系統負載。
  7. 如申請專利範圍第1項的電源管理系統，其中，該第一MOS開關及該第二MOS開關為N通道金屬氧化物半 導體電晶體。
  8. 如申請專利範圍第1項的電源管理系統，其中，該控制單元透過偵測該第一電源之該電壓及該第二電源之該電壓監測該多個狀態。
  9. 一種驅動金屬氧化物半導體(MOS)開關的方法，包括：升壓一第一電源之一電壓以產生一第一驅動電壓；升壓一第二電源之一電壓以產生一第二驅動電壓；監測該第一電源及該第二電源之多個狀態；基於該多個狀態從多個操作模式中選擇一操作模式；控制該第一驅動電壓及該第二驅動電壓以回應該操作模式，選擇性地導通一第一MOS開關及一第二MOS開關；若該多個狀態指示該第一電源處於一欠電壓狀態，則從該多個操作模式中選擇一充電模式；以及導通該第一MOS開關及該第二MOS開關以回應該充電模式，從該第二電源傳遞一電能至該第一電源及一系統負載，其中，該第一MOS開關耦接於該第一電源及該系統負載之間，該第二MOS開關耦接於該第二電源及該系統負載之間，且其中，該控制單元產生一控制信號，調整該第二電源之一輸出功率以滿足該系統負載的一功率需求和該第一電源的一充電功率需求。
  10. 如申請專利範圍第9項的方法，進一步包括：若該多個狀態指示該第一電源及該第二電源處於一正常狀態，則從該多個操作模式中選擇一工作模式；以及關斷該第一MOS開關且導通該第二MOS開關以回應該 工作模式，僅由該第二電源對該系統負載供電。
  11. 如申請專利範圍第9項的方法，其中，當該多個狀態指示該第一電源處於一欠電壓狀態，該第一MOS開關及該第二MOS開關均被導通，來自該第二電源的一電流流經該第二MOS開關及該第一MOS開關至該第一電源，對該第一電源充電。
  12. 如申請專利範圍第9項的方法，進一步包括：若該多個狀態指示該第二電源處於一不可用狀態，則選擇一放電模式；以及導通該第一MOS開關且關斷該第二MOS開關，僅由該第一電源對該系統負載供電。
  13. 如申請專利範圍第9項的方法，進一步包括：監測該系統負載之多個狀態；若該系統負載之該多個狀態之一指示該系統負載的該功率需求超過該第二電源之該輸出功率的一高負載狀態，從該多個操作模式中選擇一高負載模式；以及導通該第一MOS開關及該第二MOS開關，由該第一電源及該第二電源同時對該系統負載供電。
  14. 如申請專利範圍第13項的方法，其中，當該系統負載的該多個狀態之一指示該高負載狀態，該第一MOS開關及該第二MOS開關均被導通，來自該第一電源的一第一電流流經該第一MOS開關至該系統負載，並且來自該第二電源的一第二電流流經該第二MOS開關至該系統負載。
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Families Citing this family (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8450977B2 (en) 2007-12-20 2013-05-28 O2Micro, Inc. Power management systems with charge pumps
US8084885B1 (en) * 2008-04-21 2011-12-27 Netapp, Inc. System for paralleling power supplies
TWI469152B (zh) * 2009-12-18 2015-01-11 Hon Hai Prec Ind Co Ltd 記憶體供電電路
CN102201747B (zh) * 2010-03-23 2015-03-25 张亦彬 电压转换装置
JP2011259625A (ja) * 2010-06-09 2011-12-22 Sony Corp 情報処理装置及び電力供給制御方法
CN102377230A (zh) * 2010-08-26 2012-03-14 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 电子装置和电子装置的供电方法
JP5686238B2 (ja) * 2010-09-03 2015-03-18 ソニー株式会社 電気回路、充電制御装置、充電システム、制御方法、蓄電装置、および蓄電システム
TW201216043A (en) * 2010-10-01 2012-04-16 Au Optronics Corp Power source circuit and power management method thereof
JP5348697B2 (ja) * 2010-10-22 2013-11-20 Ｎｅｃアクセステクニカ株式会社 電力パス切り替え方法および電力パス切替回路
CN102468650B (zh) 2010-11-18 2015-07-08 英业达股份有限公司 多电源供电装置
TWI492471B (zh) * 2010-12-20 2015-07-11 英業達股份有限公司 多電源供電裝置
EP3537565A1 (en) * 2011-04-28 2019-09-11 ZOLL Circulation, Inc. Battery management system for control of lithium cells
EP2702664B1 (en) * 2011-04-28 2018-01-17 Zoll Circulation, Inc. Battery management system with mosfet boost system
US10862323B2 (en) 2011-04-28 2020-12-08 Zoll Circulation, Inc. Battery management system for control of lithium power cells
CN102780476B (zh) * 2011-12-19 2015-04-15 洛阳理工学院 一种通用型nmos开关管驱动电路
CN102664435B (zh) * 2012-05-04 2014-05-28 无锡中星微电子有限公司 一种充电管理电路
US9368975B2 (en) * 2012-11-30 2016-06-14 Qualcomm Incorporated High power RF field effect transistor switching using DC biases
CN103199593B (zh) * 2013-04-26 2015-02-04 无锡中星微电子有限公司 一种充电管理电路和系统
CN104218795B (zh) 2013-06-04 2017-09-22 台达电子工业股份有限公司 功率变换器及其供电方法
JP5956966B2 (ja) 2013-09-06 2016-07-27 株式会社東芝 充電制御回路および充電制御システム
JP6296608B2 (ja) * 2014-06-26 2018-03-20 Fdk株式会社 無停電電源装置
JP6410299B2 (ja) * 2014-07-07 2018-10-24 Fdk株式会社 無停電電源装置
TW201616767A (zh) * 2014-10-27 2016-05-01 碩頡科技股份有限公司 電池充放電裝置
DE102014225431B4 (de) * 2014-12-10 2021-02-04 Volkswagen Aktiengesellschaft Vorrichtung und Verfahren zum Trennen und Verbinden zweier Teilbordnetze
US9768611B2 (en) * 2015-02-18 2017-09-19 Continental Automotive Systems, Inc. Apparatus and method for reverse battery protection
US9520870B2 (en) * 2015-03-27 2016-12-13 Semiconductor Components Industries, Llc Systems and methods for pulse width modulated control of a semiconductor switch
WO2016185253A1 (en) * 2015-05-21 2016-11-24 Robert Bosch Gmbh Integration of battery management system and battery charger
JP6554323B2 (ja) * 2015-05-25 2019-07-31 日立オートモティブシステムズ株式会社 電源装置
US9742131B2 (en) * 2015-06-09 2017-08-22 O2Micro, Inc. Power transfer systems
US10673423B2 (en) * 2016-04-28 2020-06-02 Texas Instruments Incorporated Fast turn-on power switch
DK3282584T3 (da) * 2016-08-11 2021-06-14 Siemens Energy AS Effektfordelingssystem og fremgangsmåde
CN106300539B (zh) * 2016-09-12 2018-12-18 南昌黑鲨科技有限公司 一种充电系统及方法
CN108066078A (zh) * 2016-11-10 2018-05-25 睿传数据股份有限公司 智能床头卡及其控制管理系统
TWI612751B (zh) * 2016-12-13 2018-01-21 華碩電腦股份有限公司 電子裝置及其充電方法
TWI639017B (zh) 2017-06-15 2018-10-21 宜鼎國際股份有限公司 備用電源模組健康狀態的檢測系統及檢測電路
JP2019115166A (ja) * 2017-12-22 2019-07-11 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置
US11094993B2 (en) * 2018-08-10 2021-08-17 Rai Strategic Holdings, Inc. Charge circuitry for an aerosol delivery device
CN109393573B (zh) * 2018-11-20 2021-10-12 杭州拓尔微电子有限公司 电子烟控制系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5898234A (en) * 1996-05-31 1999-04-27 Fujitsu Limited Power supply unit with simplified circuitry
US6465984B2 (en) * 2000-04-27 2002-10-15 Fujitsu Limited Pseudo battery pack, battery pack, electronic apparatus, and electronic apparatus system and method
US20060255768A1 (en) * 2005-05-16 2006-11-16 Texas Instruments Incorporated Battery protecting circuit

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995031852A1 (fr) * 1994-05-12 1995-11-23 Komatsu Ltd. Dispositif d'attaque de charge
US7202634B2 (en) * 2001-08-17 2007-04-10 O2Micro International Limited Voltage mode, high accuracy battery charger
US6989981B2 (en) * 2002-10-24 2006-01-24 02Micro International Limited Battery over voltage and over protection circuit and adjustable adapter current limit circuit
US7203048B2 (en) * 2002-10-24 2007-04-10 02Micro International Limited DC to DC controller with inrush current protection
JP4387170B2 (ja) * 2003-11-27 2009-12-16 株式会社リコー スイッチングレギュレータ
US7224204B2 (en) * 2005-03-08 2007-05-29 Linear Technology Corporation Method and circuit for driving a gate of a MOS transistor negative
JP4688725B2 (ja) * 2006-05-09 2011-05-25 三洋電機株式会社 電源装置
CN101414760B (zh) * 2007-10-19 2012-09-19 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 充电电路及其误差补偿方法
US8450977B2 (en) 2007-12-20 2013-05-28 O2Micro, Inc. Power management systems with charge pumps
US7759881B1 (en) 2008-03-31 2010-07-20 Cirrus Logic, Inc. LED lighting system with a multiple mode current control dimming strategy
US8044608B2 (en) 2008-12-12 2011-10-25 O2Micro, Inc Driving circuit with dimming controller for driving light sources
CN101827476A (zh) 2009-03-04 2010-09-08 立锜科技股份有限公司 具有交直流直接转换控制功能的led驱动电路与相关方法和集成电路

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5898234A (en) * 1996-05-31 1999-04-27 Fujitsu Limited Power supply unit with simplified circuitry
US6465984B2 (en) * 2000-04-27 2002-10-15 Fujitsu Limited Pseudo battery pack, battery pack, electronic apparatus, and electronic apparatus system and method
US20060255768A1 (en) * 2005-05-16 2006-11-16 Texas Instruments Incorporated Battery protecting circuit

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