TWI571645B - 電源管理系統及其電源模組的檢測裝置 - Google Patents

Description

電源管理系統及其電源模組的檢測裝置

本發明是有關於一種電源模組的檢測裝置及其所構成的電源管理系統，且特別是有關於一種利用高壓電晶體元件所建構的電源模組的檢測裝置及電源管理系統。

在現今的技術領域，針對電源模組進行檢測的電路中，常利用運算放大器來針對電源模組所產生的高電壓的檢測電壓進行運算動作，並藉以檢測電源模組的狀態是否正常。在這樣的狀態下，運算放大器中所使用的電子元件，就需要是可以承受較高電壓的電子元件（例如高壓元件的電晶體）。然而，這種可承受較高電壓的電子元件，其元件的尺寸較大，因此會佔去相當大的電路面積，而使電路的成本大幅的增加。

另外，在習知技術中，要針對高壓元件所建構的運算放大器進行控制動作，需要利用電位轉換（level shift）電路將低電壓的控制信號轉換為高電壓，方能使控制信號可以有效的進行運算放大器的操控動作。這些電位轉換電路同樣會佔去一定程度的電路面積而造成成本的增加，另外，電位轉換電路需要額外的功率消耗，也造成了電力的浪費。

本發明提供一種電源模組的檢測裝置，可提高電力管理效率、降低功率消耗以及縮小電路的面積。

本發明提供一種具備有檢測裝置的電源管理系統，可提高電力管理效率、降低功率消耗以及縮小電路的面積。

本發明的電源模組的檢測裝置包括多數個電壓減法器、多工器以及時脈產生器。電壓減法器接收電源電壓與電源模組提供的多個檢測電壓的其中之二的第一檢測電壓以及第二檢測電壓。各電壓減法器包括第一及第二電晶體，用以分別依據第一及第二檢測電壓來調整電源電壓以分別產生第一及第調整電壓。各電壓減法器並依據選擇信號對第一及第二調整電壓進行減法運算以產生減法結果電壓。多工器選擇電壓減法器的其中之一產生的減法結果電壓以產生輸出電壓。時脈產生器耦接電壓減法器，並提供各電壓減法器對應的選擇信號。

在本發明的一實施例中，上述的電壓減法器更包括第一開關、第二開關以及減法電路。第一開關的第一端耦接第一電晶體以接收第一調整電壓以及選擇信號，並依據選擇信號以傳送第一調整電壓至第一開關的第二端。第二開關的第一端耦接第二電晶體以接收第二調整電壓以及選擇信號，並依據選擇信號以傳送第二調整電壓至第二開關的第二端。減法電路耦接第一開關以及第二開關的第二端，針對第一調整電壓以及第二調整電壓進行減法運算以產生減法結果電壓。

在本發明的一實施例中，上述的減法電路包括運算放大器、第一電阻以及第二電阻。運算放大器的第一輸入端耦接至第一開關的第二端，其第二輸入端耦接至第二開關的第二端，其輸出端產生減法結果電壓。第一電阻耦接在運算放大器的第一輸入端以及參考接地端間。第二電阻耦接在運算放大器的輸出端與運算放大器的第二輸入端間。

在本發明的一實施例中，上述的第一及第二電晶體分別依據第一調整電壓以及第二調整電壓而工作在線性區。

基於上述，本發明提供電壓減法器來進行電源模組的檢測動作，並藉由在電壓減法器中設置高壓元件的電晶體。如此一來，可透過高壓元件的電晶體以依據電源模組所提供的檢測電壓來調整電源電壓並藉以產生調整電壓，再藉由將兩個調整電壓進行相減，並透過提供減法結果電壓來作為電源模組檢測的依據。本發明透過在電壓減法器中設置高壓元件的電晶體的方式，有效提升電力管理的效率，並降低其功率消耗，且有效的縮小電路的面積。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

以下請參照圖1，圖1繪示本發明一實施例的電源管理系統的示意圖。電源管理系統100包括電源模組110以及檢測裝置101。檢測裝置用來檢測電源模組110。檢測裝置101包括電壓減法器121~12N、多工器130以及時脈產生器140。其中，電源模組110提供多個檢測電壓VD11~VDN1以及VD12~VDN2，檢測電壓VD11~VDN1以及VD12~VDN2彼此間的電壓值的大小都是不相同的。而在電壓減法器121~12N中，各電壓減法器接收檢測電壓VD11~VDN1以及VD12~VDN2中的其中兩個檢測電壓。以電壓減法器121為例，電壓減法器121接收檢測電壓VD11以及VD12。並且，電壓減法器121中包括電晶體M1以及M2。電晶體M1以及M2的控制端分別接收檢測電壓VD11以及VD12，而電晶體M1以及M2的第一端共同接收電源電壓VDD，且電晶體M1以及M2的第二端分別產生調整電壓VT1以及VT2。

在本發明實施例中，電晶體M1以及M2 可以是金氧半導場效電晶體（MOSFET），而電晶體M1以及M2的控制端為其閘極，電晶體M1以及M2的第一端可以是源極，電晶體M1以及M2的第二端則可以是汲極。

值得注意的是，電晶體M1依據所接收的檢測電壓VD11來針對電源電壓VDD進行調整來產生調整電壓VT1。電晶體M2依據所接收的檢測電壓VD12來針對電源電壓VDD進行調整來產生調整電壓VT2。電晶體M1以及M2都為可以承受高電壓（例如40V以上）的高壓元件。

在動作細節上，在電源模組110為正常狀態時，電晶體M1以及M2分別接收電壓大小不相同的檢測電壓VD11以及VD12並分別工作在線性區，其中，檢測電壓VD11的電壓值大於檢測電壓VD12的電壓值。基於電晶體M1以及M2為N型的電晶體，控制端接收較高檢測電壓VD11的電晶體M1提供較小的電阻，而控制端接收較低檢測電壓VD12的電晶體M2提供較大的電阻。如此一來，調整電壓VT1電壓值會大於調整電壓VT2的電壓值。

電壓減法器121並針對調整電壓VT1以及VT2進行減法運算的動作，並產生減法結果電壓VDIFF1。透過減法結果電壓VDIFF1的電壓值，就可以得知電源模組110提供的檢測電壓VD11以及VD12是否正常。

附帶一提的，電源模組110中可以包括多個電源供應單元（例如電池）來分別產生檢測電壓VD11、VD12 – VDN1以及VDN2。因此，以電壓減法器121為範例，透過檢查電壓減法器121所產生的減法結果電壓VDIFF1的電壓值，就可以知道電壓減法器121對應的電源供應單元所產生的檢測電壓VD11以及VD12是否正常，也就可以得知電壓減法器121對應的電源供應單元是否正常。而透過分別對電壓減法器121~12N所分別產生的減法結果電壓VDIFF1~VDIFFN進行檢測，就可以達到對電源模組110中的所有的電源供應單元進行檢測的目的。

多工器130耦接至電壓減法器121~12N，並選擇電壓減法器121~12N所分別產生的減法結果電壓VDIFF1~VDIFFN的其中之一以進行輸出，並藉以產生輸出電壓VOUT。多工器130可將輸出電壓VOUT提供至一監控電路（未繪示），監控電路則可依據輸出電壓VOUT的電壓值大小來判讀出電源模組110的工作狀態是否正常。

時脈產生器140耦接至電壓減法器121~12N，並產生多數個選擇信號SEL1~SELN以分別提供至電壓減法器121~12N。電壓減法器121~12N所進行的減法運算是分別依據所對應接收的選擇信號SEL1~SELN來進行的。其中，時脈產生器140可以利用計時的方式，使選擇信號SEL1~SELN分別在不同的時間區間中產生正脈衝（或負脈衝），而電壓減法器121~12N則可分別在其所對應的選擇信號SEL1~SELN為正脈衝（或負脈衝）的時間區間中進行的減法運算。

時脈產生器140可依據測試命令CMD來執行選擇信號SEL1~SELN的產生動作，當電源模組110的檢測動作需要被執行時，使用者可以透過下達測試命令CMD至時脈產生器140來啟動選擇信號SEL1~SELN，電壓減法器121~12N可以設置在相同的晶片中。而透過本發明實施例的電路架構，電壓減法器121~12N所屬的晶片中的高壓電路元件有效的被減少，使該晶片的尺寸可以有效的縮減，降低生產的成本。

以下請參圖2，圖2繪示本發明實施例的電壓減法器的一實施方式。電壓減法器200包括電晶體M1、M2、電阻R3~R4、開關SW1、SW2以及減法電路210。電晶體M1、M2的控制端分別接收檢測電壓VD11以及VD12。電晶體M1、M2的第一端接收電源電壓VDD。電阻R3串接在電晶體M1的第二端以及開關SW1間，電阻R4串接在電晶體M2的第二端以及開關SW2間。開關SW1以及SW2受控於選擇信號SEL1，並可同時被開啟會被斷開。開關SW1以及SW2可分別由電晶體M3及M4來建構，其中，電晶體M3、M4的控制端接收選擇信號SEL1，而電晶體M3的第一及第二端分別耦接至電阻R3以及減法電路210，電晶體M4的第一及第二端分別耦接至電阻R4以及減法電路210。

減法電路210包括運算放大器OP1、電阻R1以及R2。運算放大器OP1的第一輸入端耦接至開關SW1，而電阻R1串接在參考接地端GND以及運算放大器OP1的第一輸入端間。運算放大器OP1的第二輸入端耦接至開關SW2。電阻R2則耦接在運算放大器OP1的第二輸入端以及運算放大器OP1的輸出端間。其中，運算放大器OP1的輸出端產生減法結果電壓VDIFF1，運算放大器OP1的第一輸入端可以為其正輸入端（或負輸入端），而運算放大器OP1的第二輸入端可以為其負輸入端(或正輸入端)。

在運作細節上，電晶體M1以及M2分別依據所接收的檢測電壓VD11以及VD12以對電源電壓VDD進行調整以分別產生調整電壓VT1以及VT2。在當電壓減法器200要進行減法運算時，開關SW1以及SW2依據選擇信號SEL1而被導通。如此一來，減法電路210則可依據調整電壓VT1以及VT2進行減法運算，並藉以產生減法結果電壓VDIFF1。

由本實施方式可以得知，電壓減法器200中僅有電晶體M1以及M2需要由高壓元件來建構，其餘的電路元件都不需要應用可承受較高電壓的高壓元件來建構，可有效降低電路面積的需求。

請參照圖3，圖3繪示本發明實施例的電源模組的實施方式。電源模組300包括多數個電池BAT1~BATN串接而成，其中，各電池的正極端與負極端分別提供不同的檢測電壓。具體來說明，電池BAT1~BATN分別提供檢測電壓VD11、VD12~VDN1、VDN2。在本實施方式中，檢測電壓VD11、VD12~VDN1、VDN2的電壓值依據其排列順序而遞減，也就是說檢測電壓VD11的電壓值最高，檢測電壓VDN2的電壓值最小。另外，各電池所提供的兩個檢測電壓間的電壓差可以是相同的(VD11-VD12=VDN1-VDN2)。

綜上所述，本發明利用高壓的電晶體接收電源模組的檢測電壓，並使電晶體依據檢測電壓來對相對低壓的電源電壓進行 調整，並藉此獲得調整電壓。透過計算兩個調整電壓間的差值，本發明實施例的電源模組的檢測裝置可以檢測出電源模組的工作狀態是否正確。如此一來，檢測裝置中的高壓元件的數量可以被減少，達到節省電路面積的功效。並且，也不會因需要設置電位轉移電路而需要額外的電力消耗，達到節省功率消耗的效果。

100‧‧‧電源管理系統

101‧‧‧檢測裝置

110、300‧‧‧電源模組

121~12N、200‧‧‧電壓減法器

130‧‧‧多工器

140‧‧‧時脈產生器

VD11~VDN1、VD12~VDN2‧‧‧檢測電壓

M1~M4‧‧‧電晶體

VT1、VT2‧‧‧調整電壓

VDD‧‧‧電源電壓

VDIFF1~VDIFFN‧‧‧減法結果電壓

VOUT‧‧‧輸出電壓

SEL1~SELN‧‧‧選擇信號

CMD‧‧‧測試命令

R1~R4‧‧‧電阻
SW1、SW2‧‧‧開關
210‧‧‧減法電路
OP1‧‧‧運算放大器
GND‧‧‧參考接地端
BAT1~BATN‧‧‧電池

圖1繪示本發明一實施例的電源管理系統的示意圖。 圖2繪示本發明實施例的電壓減法器的一實施方式。 圖3繪示本發明實施例的電源模組的實施方式。

100‧‧‧電源管理系統

110‧‧‧電源模組

101‧‧‧檢測裝置

121~12N‧‧‧電壓減法器

130‧‧‧多工器

140‧‧‧時脈產生器

VD11~VDN1、VD12~VDN2‧‧‧檢測電壓

M1~M2‧‧‧電晶體

VT1、VT2‧‧‧調整電壓

VDD‧‧‧電源電壓

VDIFF1~VDIFFN‧‧‧減法結果電壓

VOUT‧‧‧輸出電壓

SEL1~SELN‧‧‧選擇信號

CMD‧‧‧測試命令

Claims (10)

1. 一種電源模組的檢測裝置，其係可接收電源模組提供的多數個檢測電壓，且該些檢測電壓至少包含有一第一檢測電壓及第二檢測電壓，而該檢測裝置包括： 多數個電壓減法器，每一電壓減法器係接收一電源電壓、該第一檢測電壓及該第二檢測電壓，各該電壓減法器包括：     一第一及第二電晶體，分別依據該第一及第二檢測電壓調整該電源電壓以分別產生一第一及第二調整電壓； 一時脈產生器，耦接該些電壓減法器，並分別對應每一電壓減法器提供一選擇信號，各該電壓減法器依據該選擇信號對該第一及第二調整電壓進行減法運算以產生一減法結果電壓；以及 一多工器，選擇該些電壓減法器的其中之一產生的該減法結果電壓以產生一輸出電壓。
2. 如申請專利範圍第1項所述的電源模組的檢測裝置，其中各該電壓減法器更包括：     一第一開關，其第一端耦接該第一電晶體以接收該第一調整電壓以及該選擇信號，依據該選擇信號以傳送該第一調整電壓至該第一開關的第二端；     一第二開關，其第一端耦接該第二電晶體以接收該第二調整電壓以及該選擇信號，依據該選擇信號以傳送該第二調整電壓至該第二開關的第二端；以及     一減法電路，耦接該第一開關以及該第二開關的第二端，針對該第一調整電壓以及該第二調整電壓進行減法運算以產生該減法結果電壓。
3. 如申請專利範圍第2項所述的電源模組的檢測裝置，其中該減法電路包括：     一運算放大器，其第一輸入端耦接至該第一開關的第二端，其第二輸入端耦接至該第二開關的第二端，其輸出端產生該減法結果電壓； 一第一電阻，耦接在該運算放大器的第一輸入端以及一參考接地端間；以及 一第二電阻，耦接在該運算放大器的輸出端與該運算放大器的第二輸入端間。
4. 如申請專利範圍第2項所述的電源模組的檢測裝置，其中該減法電路更包括：     一第一電阻，串接在該第一開關與該第一電晶體的耦接路徑間；以及     一第二電阻，串接在該第二開關與該第二電晶體的耦接路徑間。
5. 如申請專利範圍第1項所述的電源模組的檢測裝置，其中該第一及第二電晶體分別依據該第一調整電壓以及該第二調整電壓而工作在線性區。
6. 如申請專利範圍第1項所述的電源模組的檢測裝置，其中該時脈產生器接收一測試命令以產生對應各該電壓減法器的該選擇信號。
7. 如申請專利範圍第1項所述的電源模組的檢測裝置，其中該些檢測電壓的電壓值大小不相同。
8. 一種電源管理系統，包括：     一電源模組，提供多數個檢測電壓，且該些檢測電壓至少包含有一第一檢測電壓及第二檢測電壓；     一檢測裝置，包括：         多數個電壓減法器，每一電壓減法器係接收一電源電壓、該第一檢測電壓及該第二檢測電壓，各該電壓減法器包括：             一第一及第二電晶體，分別依據該第一及第二檢測電壓調整該電源電壓以分別產生一第一及第二調整電壓；         一時脈產生器，耦接該些電壓減法器，並分別對應每一電壓減法器提供一選擇信號，各該電壓減法器依據該選擇信號對該第一及第二調整電壓進行減法運算以產生一減法結果電壓；以及         一多工器，選擇該些電壓減法器的其中之一產生的該減法結果電壓以產生一輸出電壓。
9. 如申請專利範圍第8項所述的電源管理系統，其中該電源模組包括：     多數個電池，該些電池相互串連，各該電池的正極以及負極分別產生該些調整電壓的其中之一以及其中的另一。
10. 如申請專利範圍第8項所述的電源管理系統，其中各該電壓減法器更包括：     一第一開關，其第一端耦接該第一電晶體以接收該第一調整電壓以及該選擇信號，依據該選擇信號以傳送該第一調整電壓至該第一開關的第二端；     一第二開關，其第一端耦接該第二電晶體以接收該第二調整電壓以及該選擇信號，依據該選擇信號以傳送該第二調整電壓至該第二開關的第二端；以及     一減法電路，耦接該第一開關以及該第二開關的第二端，針對該第一調整電壓以及該第二調整電壓進行減法運算以產生該減法結果電壓。