TWI618341B - 功率開關電路及所應用的電源電路 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種功率開關電路及所應用的電源電路。該功率開關電路特別具有一第一判斷電路及一第二判斷電路，且該第一判斷電路耦接一功率電晶體，且能判斷是否有一倒灌電流經由該功率電晶體流入一輸入電壓端達一段預設時間長度，並只在判斷結果為“是”時令該功率電晶體關閉。該第二判斷電路耦接該功率電晶體，且能判斷是否有一倒灌電流經由該功率電晶體流入該輸入電壓端，並只在判斷結果為“是”時直接令該功率電晶體關閉。如此，便能及時阻斷倒灌電流繼續流入該電壓輸入端，避免耦接於該電壓輸入端的電源的零件受到破壞。

Description

功率開關電路及所應用的電源電路
本發明涉及一種功率開關電路，尤其是一種具有倒灌電流阻斷功能的功率開關電路及所應用的電源電路。
已知技術的功率開關電路9(power switch circuit)，如圖1所示，主要具有一功率電晶體90及一電荷泵電路91(或其它種類控制電路)。電荷泵電路91係用於控制功率電晶體90的運作，以使一輸入電壓端Vin上的一電源(圖中未示)供電於一輸出電壓端Vout上的一負載(圖中未示)。像這類的現有的功率開關電路9，已見揭於諸多文獻，例如臺灣I229500、I355801、中國CN203747365U等專利，並且經常被應用於USB埠，以控制一USB電源對一USB外接裝置的電力供應。
在一些應用中，可能需要使用兩個或更多的功率開關電路9來控制兩組或更多的電源對同一負載供電，例如在通用序列匯流排電力傳輸(USB Power Delivery)規格下的應用中，通常會出現5V、12V、20V三組電源通過功率開關電路向同一個USB連接器輸出電力，以供應連接在該USB連接器上的一USB外接裝置所需要的電力。
舉例來說，請參考圖2，兩輸入電壓端Vin1與Vin2上的兩組電源(圖中未示)在兩功率開關電路9的控制下，對一輸出電壓端Vout上的一負載(圖中未示)供電，這兩組電源的電壓可以相同，也可以不相同。在考慮兩組電源的電壓不同的情況，例如輸入電壓端Vin1上的電源所提供的輸入電壓V1為5V，輸入電壓端Vin2上的電源所提供的輸入電壓V2為6V，請配合圖2、3，在兩電荷泵電路91的控制下，一開始是其中一功率電晶體 90(M1)開啟，但另一功率電晶體90(M2)關閉，此時，輸入電壓端Vin1上的電源經由該功率電晶體90(M1)對該負載供電，輸出電壓端Vout上的輸出電壓Vo會略小於或等於輸入電壓端Vin1上的輸入電壓V1，接著，在之後的某一時刻T1，另一功率電晶體90(M2)開啟，此時，由於輸入電壓V2高於V1，故輸入電壓端Vin2上的電源(即高壓端電源)所提供的電流會經由輸入電壓端Vin2、功率電晶體90(M2)、輸出電壓端Vout、功率電晶體90(M1)、輸入電壓端Vin1而流入輸入電壓端Vin1上的電源(即低壓端電源)，使得輸入電壓端Vin1上的輸入電壓V1被抬高，與此同時，輸出電壓Vo也因為輸入電壓端Vin2上的電源加入供電而升高，而輸入電壓V2則因為輸入電壓端Vin2上的電源會往輸入電壓端Vin1供電的緣故而被拉低。
由此可見，現有的功率開關電路9在上前述的應用場合中，只要兩組電源的電壓不同，就會出現高壓端電源的電流倒灌入低壓端電源的情形，這可能會破壞低壓端電源的零件而亟需改善。
已知的目前的功率開關電路應用於需要兩組或更多電源供電於同一負載的場合中，只要這些電源的電壓不同，就會出現高壓端電源的電流倒灌入低壓端電源的情形而可能會破壞低壓端電源的零件。
因此，需要發展一種能解決上述電流倒灌問題的新功率開關電路，藉以避免低壓端電源的零件被來自高壓端電源的倒灌電流破壞。
本發明之功率開關電路，包含一輸入電壓端、一輸出電壓端、一功率電晶體、一控制電路、一第一判斷電路及一第二判斷電路。該輸入電壓端用於耦接一電源，該輸出電壓端用於耦接一負載，該功率電晶體耦接在該輸入電壓端與該輸出電壓端之間。該控制電路耦接該功率電晶體，用以控制該功率電晶體的運作，以使該電源經由該功率電晶體供電給該負載。該第一判斷電路耦接該功率電晶體，且能判斷是否有一倒灌電流經由該功率電晶體流入該輸入電壓端達一段預設時間長度，並只在判斷結果為“是”時令該功率電晶體關閉。該第二判斷電路，耦接該功率電晶體，且能判斷是否有一倒灌電流經由該功率電晶體流入該輸入電壓端，並只在判斷結果為“是”時直接令該功率電晶體關閉，其中，該第二判斷電路所 能判斷出的倒灌電流係大於該第一判斷電路所能判斷出的倒灌電流。本發明的上述功率開關電路中的該功率電晶體，其兩連接端(例如一金氧半場效電晶體的源極與汲極)分別對應耦接該輸入電壓端與該輸出電壓端。該第一判斷電路可包括一電壓比較器與一延遲電路。該電壓比較器的兩輸入端分別對應耦接該輸出電壓端與該輸入電壓端，且只有在比較出該輸出電壓端上的電壓係大於該輸入電壓端一預設電壓值時，該電壓比較器的一輸出端才會輸出一電流倒灌通知信號；該延遲電路的一輸入端與一輸出端分別對應耦接該電壓比較器的該輸出端與該功率電晶體的一控制端(例如一金氧半場效電晶體的閘極)，且只有在該電壓比較器持續輸出該電流倒灌通知信號長達該預設時間長度之後，該延遲電路的該輸出端才輸出一關閉信號至該該功率電晶體的該控制端，以使該功率電晶體關閉。
本發明之上述功率開關電路中的該第二判斷電路，可包括一電壓比較器，該第二判斷電路的該電壓比較器的兩輸入端分別對應耦接該輸出電壓端與該輸入電壓端，該電壓比較器的一輸出端耦接該功率電晶體的該控制端，且只有在比較出該輸出電壓端上的電壓系大於該輸入電壓端一預設電壓值時，該第二判斷電路的該電壓比較器的該輸出端才會輸出一直接關閉信號至該功率電晶體的該控制端，以使該功率電晶體關閉，其中，該第二判斷電路的該電壓比較器所能比較出的預設電壓值系大於該第一判斷電路的該電壓比較器所能比較出的預設電壓值。
本發明的上述功率開關電路中的該第一判斷電路，也可以是另一種電路，其包括一電流取得電路、一電流感測電路與一延遲電路；該電流取得電路耦接該功率電晶體，用以取得流經該功率電晶體的電流，該電流感測電路的一輸入端耦接該電流取得電路，且只有在該電流取得電路所取得的該電流是從該功率電晶體流向該輸入電壓端且大於一預設電流值時，該電流感測電路的一輸出端才會輸出一電流倒灌通知信號；該延遲電路的一輸入端與一輸出端分別對應耦接該電流感測電路的該輸出端與該功率電晶體的一控制端(例如一金氧半場效電晶體的閘極)，且只有在該電流感測電路持續輸出該電流倒灌通知信號長達該預設時間長度之後，該延遲電路的該輸出端才輸出一關閉信號至該功率電晶體的該控制端，以使該功率電晶體關閉。
本發明的上述功率開關電路中的該第二判斷電路，也可以是另一種電路，其包括一電流感測電路，該第二判斷電路的該電流感測電路的一輸入端與一輸出端分對應耦接該電流取得電路與該功率電晶體的該控制端，且只有在感測到該電流取得電路所取得的該電流是從該功率電晶體流向該輸入電壓端且大於一預設電流值時，該第二判斷電路的該電流感測電路的一輸出端才會輸出一直接關閉信號至該功率電晶體的該控制端，以使該功率電晶體關閉，其中，該第二判斷電路的該電流感測電路所能感測到的預設電流值系大於該第一判斷電路的該電流感測電路所能感測到的預設電流值。
本發明也提供了一種包括兩個上述功率開關電路的電源電路，且這兩個功率開關電路系用分別控制兩電源對同一負載供電。
本發明尚提供了一種電源電路，包括一個上述功率開關電路及一個不同的另一種功率開關電路，且該功率開關電路與該另一種功率開關電路系用分別控制兩電源對同一負載供電。
綜上，本發明在倒灌電流出現之後就會主動予阻斷，使得該倒灌電流不會繼續對低壓端電源的零件造成破壞。
本發明之功率開關電路在上述倒灌電流出現之後就會主動予阻斷，使得該倒灌電流不會繼續對低壓端電源的零件造成破壞。
本發明：
1、1a、4、5‧‧‧功率開關電路
10、40‧‧‧功率電晶體
11、11a‧‧‧控制電路
12、43‧‧‧第一判斷電路
13、44‧‧‧第二判斷電路
120、130‧‧‧電壓比較器
121‧‧‧延遲電路
100、101、102‧‧‧電源電路
20、21‧‧‧電源
3‧‧‧負載
41‧‧‧控制電路
430‧‧‧電流取得電路
431、441‧‧‧電流感測電路
432‧‧‧延遲電路
50‧‧‧過壓保護電路
習知：
9‧‧‧功率開關電路
90‧‧‧功率電晶體
91‧‧‧電荷泵電路
圖1是已知功率開關電路的方塊圖。
圖2是已知電源電路的方塊圖。
圖3是圖2的電源電路的電壓波形示意圖
圖4是根據本發明實施的功率開關電路方塊圖。
圖5是根據本發明實施的電源電路方塊圖。
圖6是圖5的電源電路在兩電源20、21的電壓差較小的情形下的電壓波形示意圖。
圖7是圖5的電源電路在兩電源20、21的電壓差較大的情形下的電壓波形示意圖。
圖8是根據本發明實施的另一電源電路方塊圖。
圖9是根據本發明實施的另一功率開電路方塊圖。
圖10是根據本發明實施的又一功率開電路方塊圖。
圖11是根據本發明實施的又一電源電路方塊圖。
通常根據本發明所實施的一功率開關電路1係如圖4所示，該功率開關電路1包括一輸入電壓端Vin、一輸出電壓端Vout、一功率電晶體10、一控制電路11、一第一判斷電路12及一第二判斷電路13。該輸入電壓端Vin係用於耦接一電源(圖中未示)，該電源的電壓可為5~20V其中一者，但不以此為限，例如在通用序列匯流排電力傳輸(USB Power Delivery)規格下的應用中，就是5V、12V或20V。該輸出電壓端Vout用於耦接一負載(圖中未示)，該負載可以為一電容、一電感、一電阻、一手機、一USB隨身碟或USB行動硬碟等等，但不以此為限。
該功率電晶體10耦接在該輸入電壓端Vin與該輸出電壓端Vout之間。該控制電路11耦接該功率電晶體10，用以控制該功率電晶體10的運作，以使該電源供應該負載所需的電力。該功率電晶體10可為n型或P型金氧半場效電晶體(簡稱NMOS或PMOS)，也可為雙載子接面電晶體(簡稱BJT)或絕緣閘雙極電晶體(簡稱IGBT)等半導體零件。在此實施例中功率電晶體10是NMOS，故其兩連接端分別為源極S、漏極D，其控制端則為閘極G，該功率電晶體10的兩連接端與控制端分別對應耦接該輸入電壓端Vin、輸出電壓端Vout與控制電路11的一輸出端。該控制電路11在此時通常是一電荷泵電路(charge pump circuit)，但不以此為限，例如在功率電晶體10為PMOS的情況下，該控制電路11就不需要選用該電荷泵電路，而可以選用其它種類的控制電路，例如一軟起動電路。無論如何，該控制電路11係用於產生一控制信號經由其輸出端送給該功率電晶體10的控制端(閘極G)，以控制該功率電晶體10的運作，使得該電源供應該負載所需要的工作電壓。有時，該控制電路11還可根據該輸出電壓端Vout的電壓或流經該功率電晶體10的電流來調整該控制信號的占空比。
該第一判斷電路12耦接該功率電晶體10，且能判斷是否有 一足夠大的倒灌電流Ir經由該功率電晶體10流入該輸入電壓端Vin達一段預設時間長度，並只在判斷結果為“是”時令該功率電晶體10關閉，以阻斷該倒灌電流，使其不再繼續流入該輸入電壓端Vin，避免該倒灌電流對該輸入電壓端Vin上的該電源的零件造成破壞。
在此實施例中，該第一判斷電路12包括一電壓比較器120(OP1)與一延遲電路121。該電壓比較器120的兩輸入端分別對應耦接該輸出電壓端Vout與該輸入電壓端Vin，且只有在比較出該輸出電壓端Vout上的電壓大於該輸入電壓端Vin一預設電壓值時，該電壓比較器120的一輸出端才會輸出一電流倒灌通知信號。該延遲電路121的一輸入端與一輸出端分別對應耦接該電壓比較器120的該輸出端與該功率電晶體10的控制端(閘極G)。在該功率電晶體10導通期間，如果該輸出電壓端Vout上的電壓大於該輸入電壓端Vin該預設電壓值(例如20mV~100mV其中一者)，亦即該輸出電壓端Vout與該輸入電壓端Vin之間的電壓差已達到該預設電壓值，就表示已出現上述的倒灌電流Ir且足夠大，此時，該電壓比較器120的該輸出端就會輸出該電流倒灌通知信號，該延遲電路121一收到該電流倒灌通知信號，就會開始計算該電流倒灌通知信號的持續時間。該延遲電路121只在該電流倒灌通知信號的持續時間達到該預設時間長度(例如5ms)時，才輸出一關閉信號至該功率電晶體10的控制端(閘極G)，以使該功率電晶體10立即關閉，藉以阻斷該倒灌電流Ir，使其不再繼續流入該輸入電壓端Vin，避免該倒灌電流Ir對該輸入電壓端Vin上的該電源的零件造成破壞。簡言之，該第一判斷電路12在偵測到足夠大的該倒灌電流Ir時，並非立即令其功率電晶體10關閉，而是利用該延遲電路121延後一段時間(該預設時間長度)之後才令其功率電晶體10關閉，之所以這樣做，是為了避免誤判，因為，如果該電流倒灌通知信號的持續時間不夠長，表示該倒灌電流Ir只是雜訊或其它原因造成的短暫電流而不需要去阻斷它，此時，該延遲電路121是不會輸出該關閉信號，以使該功率電晶體10維持原本的運作。
如果該倒灌電流Ir很小，該輸出電壓端Vout與輸入電壓端Vin之間的電壓差也會很小，當該倒灌電流Ir小到使得該輸出電壓端Vout與輸入電壓端Vin之間的電壓差小於該電壓比較器120所能鑒別的一最低電壓值(例如小於20mV)，該電壓比較器120就無法比較出來，故其輸出端未 輸出該電流倒灌通知信號，此時，該延遲電路121因未收到該電流倒灌通知信號而不會輸出該關閉信號來讓該功率電晶體10關閉，使得該很小的倒灌電流Ir仍經由該功率電晶體10而流入該輸入電壓端Vin，然而，由於該很小的倒灌電流Ir是小到不致於破壞該輸入電壓端Vin上的該電源的零件，因此，不會對該電源的零件造成破壞。
如果該倒灌電流Ir很大，該輸出電壓端Vout與輸入電壓端Vin之間的電壓差也會很大，例如100mV以上，此時該倒灌電流Ir可能大到會立即性地破壞該輸入電壓端Vin上的該電源的零件，故不管該倒灌電流Ir是否為雜訊或其它原因造成的短暫電流，基於安全考慮，即藉由該第二判斷電路13直接令該功率電晶體10立即關閉，藉以阻斷該很大的倒灌電流Ir，使其不再流入該輸入電壓端Vin，避免該電源的零件被破壞。更詳而言之，該第二判斷電路13耦接該功率電晶體10，且能判斷是否有一倒灌電流經由該功率電晶體10流入該輸入電壓端Vin，並只在判斷結果為“是”時直接令該功率電晶體10關閉，以立即阻斷該倒灌電流Ir。其中，該第二判斷電路13所能判斷的倒灌電流Ir係大於該第一判斷電路12所能判斷的倒灌電流Ir。
在此實施例中，該第二判斷電路13只有一個電壓比較器130(OP2)，該電壓比較器130的兩輸入端分別對應耦接該輸出電壓端Vout與該輸入電壓端Vin，該電壓比較器130的一輸出端則耦接該功率電晶體10的控制端(閘極G)。其中，該電壓比較器130所能鑒別或比較出的電壓差比上述電壓比較器120更大，例如100mV以上，如此，一旦出現上面提及的很大倒灌電流Ir時，且該倒灌電流Ir大到使得該輸出電壓端Vout與輸入電壓端Vin之間的電壓差大於該電壓比較器130所能鑒別的一最低電壓值，例如大於100mV，該第二判斷電路13的該電壓比較器130便能比較出來而從其輸出端輸出一直接關閉信號，藉以直接驅使該功率電晶體10關閉，達到立即阻斷該很大倒灌電流Ir的目的。
從上面的說明可知，本發明的功率開關電路1不但能阻斷上述倒灌電流Ir灌入其輸入電壓端Vin所耦接的電源，避免該電源的零件受到破壞，同時也能排除雜訊或其它原因所引起的短暫電流，避免發生誤動作。
請參考圖5，其顯示通常根據本發明所實施的一電源電路100的方塊圖，該電源電路100中使用兩個上述的功率開關電路1來控制兩組電源20、21對同一負載3供電。其中的電源20耦接圖中左側的功率開關電路1的一輸入電壓端Vin1，另一電源21係耦接圖中右側的功率開關電路1的一輸入電壓端Vin2，兩組電源20、21的電壓可為5V~20V其中一者，但不以前述為限，且該兩組電源20、21的電壓可以相同，也可以不同。
在兩組電源20、21的電壓不同的情形下，例如電源20的電壓為5V，另一電源21的電壓為6V，在兩控制電路11(可以都是電荷泵電路)的控制下，一開始是其中一功率電晶體10(M1)開啟，但另一功率電晶體10(M2)關閉，此時，該電源20經由功率電晶體10(M1)對負載3供電，從圖6中可看到在T1時刻之前，輸出電壓端Vout上的輸出電壓Vo會略小於或等於輸入電壓端Vin1上的輸入電壓V1，接著，在T1時刻，另一功率電晶體10(M2)開啟，此時，該另一電源21也開始經由該另一功率電晶體10(M2)對該負載3供電。由於該輸入電壓端Vin2上的輸入電壓V2高於該輸入電壓端Vin1上的輸入電壓V1，故該另一電源21所提供的電流會經由該輸入電壓端Vin2、功率電晶體10(M2)、輸出電壓端Vout、功率電晶體10(M1)、輸入電壓端Vin1而流入該電源20，使得輸入電壓端Vin1上的輸入電壓V1被抬高，從圖6可以看到在T1時刻之後，該輸入電壓V1開始升高，與此同時，該輸出電壓Vo也因為該電源21的參加供電而升高，而輸入電壓V2則因為該電源21往輸入電壓端Vin1供電的緣故而被拉低。之後，於T2時刻，由於該輸出電壓Vo與輸入電壓V1之間的電壓差已經擴大到圖5中左側的電壓比較器120(OP1)所能鑒別的最低電壓差(例如20mV)，因此，該電壓比較器120(OP1)的一輸出端此時即輸出一電流倒灌通知信號，使得圖中左側的延遲電路121從T2時刻開始計時一段預設時間長度(例如5ms)，該預設時間長度的結束落在T3時刻。在T3時刻，該延遲電路121計時結束，而該電壓比較器120(OP1)仍持續輸出該電流倒灌通知信號，這表示前述經由該功率電晶體10(M1)而流入該輸入電壓端Vin1的電流係為需要阻斷的倒灌電流Ir，而不是雜訊或其它原因引起的短暫電流，故該延遲電路121會在T3時刻送出一關閉信號給該功率電晶體10(M1)，以使該功率電晶體10(M1)立即關閉，從而阻斷該倒灌電流Ir繼續流入輸入電壓端Vin1，從圖6可以 看到，在T3時刻之後，該輸入電壓端Vin1上的輸入電壓V1會因此開始下降到原來的電壓值，該輸入電壓端Vin2上的輸入電壓V2也會因為該另一電源21不用再往該輸入電壓端Vin1供電而上升回到原來的電壓值，而該輸出電壓Vo則會因為輸入電壓端Vin2上的電源21仍經由該另一功率電晶體10(M2)對該負載3供電而繼續上升，最後將小於或等於該輸入電壓V2。
在圖6所描述的情形中，該兩電源20、21之間的電壓差不大(表示該倒灌電流Ir不大)，故該輸出電壓Vo與輸入電壓V1之間的電壓差在圖6中的T3時刻，尚未擴大到圖5中左側該另一電壓比較器130(OP2)所能鑒別的一最低電壓值(例如101mV)，因此，該另一電壓比較器130(OP2)的輸出端並未輸出信號來導致功率電晶體10(M1)關閉，簡言之，此時該功率電晶體10(M1)的關閉是圖5中左側中的第一判斷電路12所導致的，與圖5中左側中的第二判斷電路13無關。請參考圖5、圖7，現考慮該兩電源20、21之間電壓差比圖6所描述更大的情況下，例如該電源20的電壓仍為5V，但另一電源21的電壓為7V。在兩控制電路11的控制下，一開始是其中一功率電晶體10(M1)開啟，但另一功率電晶體10(M2)關閉，此時，該電源20經由功率電晶體10(M1)對負載3供電，從圖7中可看到在T1時刻之前，輸出電壓端Vout上的輸出電壓Vo會略小於或等於輸入電壓端Vin1上的輸入電壓V1，接著，在T1時刻，另一功率電晶體10(M2)開啟，此時，該另一電源21也開始經由該另一功率電晶體10(M2)對該負載3供電。由於該輸入電壓端Vin2上的輸入電壓V2高於該輸入電壓端Vin1上的輸入電壓V1，故該另一電源21所提供的電流會經由該輸入電壓端Vin2、功率電晶體10(M2)、輸出電壓端Vout、功率電晶體10(M1)、輸入電壓端Vin1而流入該電源20，使得輸入電壓端Vin1上的輸入電壓V1被抬高，從圖7可以看到在T1時刻之後，該輸入電壓V1開始升高，與此同時，該輸出電壓Vo也因為該電源21的參加供電而升高，而輸入電壓V2則因為該電源21往輸入電壓端Vin1供電的緣故而被拉低。其中，由於該輸入電壓V2與輸入電壓V1之間電壓差比圖6所描述的更大，因此在圖7中可以看到在T2時刻之前，也就是T2’時刻，該輸出電壓Vo與輸入電壓V1之間的電壓差就已經擴大到圖5中左側的電壓比較器120(OP1)所能鑒別的最低電壓差(例如20mV)，因此，圖5中左側的該電壓比較器120(OP1)的一輸出端在T2’時刻就會輸 出一電流倒灌通知信號，使得圖中左側的延遲電路121從T2’時刻開始計時一段預設時間長度(例如5ms)，該預設時間長度的結束落在T3”時刻。接著，在T3’時刻，該輸出電壓Vo與輸入電壓V1之間的電壓差已經擴大到超出圖5中左側的該電壓比較器120(OP1)所能鑒別的最高電壓差(例如100mV)，並且達到圖5中左側的另一電壓比較器130(OP2)所能鑒別的最低電壓差(例如101mV)，這表示在T3’時刻的倒灌電流Ir已經變得很大而有可能立即破壞該電源20中的零件，無法再等一段時間之後再阻斷它，此時，圖5中左側的該另一電壓比較器130(OP2)的一輸出端即輸出一直接關閉信號，藉以直接驅使功率電晶體10(M1)立即關閉，以阻斷該很大的倒灌電流Ir流入該輸入電壓端Vin1，避免該電源20中的零件被破壞。請注意，在T3’時刻，圖5中左側的該延遲電路121雖因還沒計時結束而尚未送出該關閉信號，但此時功率電晶體10(M1)已經被圖5中左側的該另一電壓比較器130(OP2)驅動而關閉，從而阻斷該倒灌電流Ir繼續流入輸入電壓端Vin1上，故在T3’時刻之後，該輸入電壓V1會因此下降到原來的電壓值，該輸出電壓Vo則會因為該電源21仍經由該功率電晶體10(M2)對該負載3供電而繼續上升，最後將小於或等於該輸入電壓V2，至於該輸入電壓V2也會因為該電源21不用再往該輸入電壓端Vin1供電而上升回到原來的電壓值。其中，雖然在T3”時刻，圖5中左側的該延遲電路121會因計時結束而送出一關閉信號給該功率電晶體10(M1)，然而，如前該的，圖5中左側的該另一電壓比較器130(OP2)在那之前早就已經驅使該功率電晶體10(M1)關閉。由此可見，在該兩電源20、21之間電壓差比較大的情況下(至少比圖6所描述的更大)，該功率電晶體10(M1)的關閉實質上是圖5中左側中的第二判斷電路13所導致的，與圖5中左側中的第一判斷電路12無關。
另外，由於該電源電路100是使用兩個相同的功率開關電路1，因此，即使該電壓端Vin1上的輸入電壓V1被改為6V或7V，另一輸入電壓端Vin2上的輸入電壓V2被改為5V，該電源電路100仍會產生相同於上述的運作(容不贅述)，只不過此時所謂的倒灌電流Ir是經由該功率電晶體10(M2)流入該輸入電壓端Vin2，並且藉由圖中右側的功率開關電路1的第一判斷電路12與第二判斷電路13來阻斷它。
請參考圖8，其顯示通常根據本發明所實施的一電源電路 101的方塊圖，該電源電路101中使用一個上述功率開關電路1及一個另一種功率開關路1a來控制兩組電源20、21對同一負載3供電，其運作方式與功能說明類似，不同之處只在於該另一種功率開關路1a中沒有使用上述的第一、二判斷電路12、13而沒有上述的倒灌電流阻斷功能，它只是單純利用一控制電路11a來控制一功率電晶體10a(M2)。該控制電路11a如上面所說的，也可以是一電荷泵電路或其它種類的控制電路。由於該另一種功率開關路1a沒有上述的倒灌電流阻斷功能，因此，該電源電路101只有在電源21的電壓高於電源20的情況下，才會發揮上述的倒灌電流阻斷功能。
請參考圖9，其顯示通常根據本發明所實施的一功率開關電路4的方塊圖，功率開關電路4包括一輸入電壓端Vin、一輸出電壓端Vout、一功率電晶體40、一控制電路41、一第一判斷電路43及一第二判斷電路44。該輸入電壓端Vin、輸出電壓端Vout、功率電晶體40與控制電路41，分別對應相同於上述功率開關電路1的該輸入電壓端Vin、輸出電壓端Vout、功率電晶體10與控制電路11，容不贅述。在此實施例中，該第一判斷電路43包括一電流取得電路430、一電流感測電路431與一延遲電路432。該電流取得電路430耦接該功率電晶體40，用以取得流經該功率電晶體40的電流。該電流取得電路430較佳是包括一參考電流源Iref及一鏡映功率電晶體M，該鏡映功率電晶體M相同於該功率電晶體40，且與該功率電晶體40共同形成一電流鏡電路，藉此，該電流取得電路430就相當於是取得流經該功率電晶體40的電流。
該電流感測電路431的一輸入端耦接該電流取得電路430，且只有在該電流取得電路430所取得的該電流是從該功率電晶體40流向該輸入電壓端Vin且大於一預設電流值時，電流感測電路431的一輸出端才會輸出一電流倒灌通知信號，這表示此時有一倒灌電流Ir經由該功率電晶體40流入該輸入電壓端Vin。該延遲電路432的一輸入端與一輸出端分別對應耦接該電流感測電路431的該輸出端與該功率電晶體40的一控制端(閘極G)，且只有在該電流感測電路431的該輸出端持續輸出該電流倒灌通知信號長達該預設時間長度之後，該延遲電路432的該輸出端才輸出一關閉信號至該功率電晶體40的該控制端(閘極G)，以使該功率電晶體40關閉，如同上面所說的，這樣不但可以阻斷該倒灌電流Ir繼續流入該輸入電壓端 Vin，避免該輸入電壓端Vin上的電源的零件受到破壞，還可以避免發生誤判。
該第二判斷電路44只有一電流感測電路441，該電流感測電路441的一輸入端與一輸出端分別對應耦接該電流取得電路430與該功率電晶體40的控制端(閘極G)，且只有在感測到該電流取得電路430所取得的該電流是從該功率電晶體40流向該輸入電壓端Vin且大於一預設電流值時，該電流感測電路441的一輸出端才會輸出一直接關閉信號，以使該功率電晶體40關閉。其中，由於該第二判斷電路44的該電流感測電路441所能感測到的預設電流值係係大於該第一判斷電路43的該電流感測電路431所能感測到的預設電流值，因此，相較於該第一判斷電路43，該第二判斷電路44能夠驅使該功率電晶體40阻斷比較大的倒灌電流Ir。
可以輕易聯想到的是，該功率開關電路4可應用於上述的電源電路100與101中，用以取代其中所使用的該功率開關電路1。
請參考圖10，其顯示通常根據本發明所實施的一功率開關電路5的方塊圖。圖中虛線框起來的電路相同於上述的功率開關電路1，容不贅述。相較於該功率開關電路1，特別的是，功率開關電路5多出一過壓保護電路50，該過壓保護電路50係耦接在圖中所示的電壓輸入端Vin與功率電晶體10的一閘極G之間，並只在檢測到該電壓輸入端Vin上的輸入電壓V1大於一預定上限電壓值(例如100mV或更大)時，才會令該功率電晶體10關閉。在此實施例中，當圖中的倒灌電流Ir太小時(例如小於20mV)，因為它小到圖中的第一、二判斷電路12、13都無法鑒別出來，此時，持續流入圖中電壓輸入端Vin的倒灌電流Ir可能會使得該電壓輸入端Vin上的輸入電壓V1緩慢抬升，當抬升到超過該預定上限電壓值時，該過壓保護電路50即可偵知此一情況，並因此送出一關閉信號至功率電晶體10的控制端(閘極)，以使該功率電晶體10關閉，從而阻斷該太小倒灌電流Ir繼續流入該電壓輸入端Vin，避免該電壓輸入端Vin上的輸入電壓V1持續抬升到會破壞所耦接的電源的零件的程度。可以輕易聯想到的是，該過壓保護電路50也可應用於上述的功率開關電路4，以使功率開關電路4亦具有前述的過壓保護功能。
請參考圖11，其顯示通常根據本發明所實施的一電源電路 102的方塊圖，電源電路102是使用兩個相同的功率開關電路5來控制兩輸入電壓端Vin上的兩組電源(圖中未示)對同一負載3供電。從上面的說明可知，像這樣的應用，該電源電路102不但可以阻斷大到可由圖中第一判斷電路12或第二判斷電路13所能鑒別或判斷出來的倒灌電流Ir，也可以藉由圖中的過壓保護電路50而在還沒有造成破壞之前阻斷已持續一段時間的很小倒灌電流Ir，以避免該倒灌電流Ir所造成的危害。
1‧‧‧功率開關電路
10‧‧‧功率電晶體
11‧‧‧控制電路
12‧‧‧第一判斷電路
13‧‧‧第二判斷電路
120、130‧‧‧電壓比較器
121‧‧‧延遲電路

Claims (8)

  1. 一種功率開關電路，包括：一輸入電壓端，用於耦接一電源；一輸出電壓端，用於耦接一負載；一功率電晶體，耦接在該輸入電壓端與該輸出電壓端之間；一控制電路，耦接該功率電晶體，用以控制該功率電晶體的運作，以使該電源經由該功率電晶體供電給該負載；一第一判斷電路，耦接該功率電晶體，且能判斷是否有一倒灌電流經由該功率電晶體流入該輸入電壓端達一段預設時間長度，並只在判斷結果為“是”時令該功率電晶體關閉；及一第二判斷電路，耦接該功率電晶體，且能判斷是否有一倒灌電流經由該功率電晶體流入該輸入電壓端，並只在判斷結果為“是”時直接令該功率電晶體關閉，其中，該第二判斷電路所能判斷出的倒灌電流大於該第一判斷電路所能判斷出的倒灌電流。
  2. 根據申請專利範圍第1項之功率開關電路，其中該功率電晶體的兩連接端分別對應耦接該輸入電壓端與該輸出電壓端；該第一判斷電路包括一電壓比較器與一延遲電路；該電壓比較器的兩輸入端分別對應耦接該輸出電壓端與該輸入電壓端，且只有在比較出該輸出電壓端上的電壓係大於該輸入電壓端一預設電壓值時，該電壓比較器的一輸出端才會輸出一電流倒灌通知信號；該延遲電路的一輸入端與一輸出端分別對應耦接該電壓比 較器的該輸出端與該功率電晶體的一控制端，且只有在該電壓比較器持續輸出該電流倒灌通知信號長達該預設時間長度之後，該延遲電路的該輸出端才輸出一關閉信號至該功率電晶體的該控制端，以使該功率電晶體關閉。
  3. 根據申請專利範圍第2項之功率開關電路，其中該第二判斷電路包括一電壓比較器，該第二判斷電路的該電壓比較器的兩輸入端分別對應耦接該輸出電壓端與該輸入電壓端，該第二判斷電路的該電壓比較器的一輸出端耦接該功率電晶體的該控制端，且只有在比較出該輸出電壓端上的電壓係大於該輸入電壓端一預設電壓值時，該第二判斷電路的該電壓比較器的該輸出端才會輸出一直接關閉信號至該功率電晶體的該控制端，以使該功率電晶體關閉，其中，該第二判斷電路的該電壓比較器所能比較出的預設電壓值大於該第一判斷電路的該電壓比較器所能比較出的預設電壓值。
  4. 根據申請專利範圍第1項之功率開關電路，其中該功率電晶體的兩連接端分別對應耦接該輸入電壓端與該輸出電壓端；該第一判斷電路包括一電流取得電路、一電流感測電路與一延遲電路；該電流取得電路耦接該功率電晶體，用以取得流經該功率電晶體的電流，該電流感測電路的一輸入端耦接該電流取得電路，且只有在該電流取得電路所取得的該電流是從該功率電晶體流向該輸入電壓端且大於一預設電流值時，該電流感測電路的一輸出端才會輸出一電流倒灌通知信號；該延遲電路的一輸 入端與一輸出端分別對應耦接該電流感測電路的該輸出端與該功率電晶體的一控制端，且只有在該電流感測電路持續輸出該電流倒灌通知信號長達該預設時間長度之後，該延遲電路的該輸出端才輸出一關閉信號至該功率電晶體的該控制端，以使該功率電晶體關閉。
  5. 根據申請專利範圍第4項之功率開關電路，其中該第二判斷電路包括一電流感測電路，該第二判斷電路的該電流感測電路的一輸入端與一輸出端分對應耦接該電流取得電路與該功率電晶體的該控制端，且只有在感測到該電流取得電路所取得的該電流是從該功率電晶體流向該輸入電壓端且大於一預設電流值時，該第二判斷電路的該電流感測電路的一輸出端才會輸出一直接關閉信號至該功率電晶體的該控制端，以使該功率電晶體關閉，其中，該第二判斷電路的該電流感測電路所能感測到的預設電流值大於該第一判斷電路的該電流感測電路所能感測到的預設電流值。
  6. 根據申請專利範圍第1至5項任一項之功率開關電路，其中該功率開關電路更包括一過壓保護電路，該過壓保護電路係耦接在該電壓輸入端與功率電晶體之間，並只在檢測到該電壓輸入端上的輸入電壓大於一預定上限電壓值時，才會令該功率電晶體關閉。
  7. 一種電源電路，包括兩個申請專利範圍第1至6項任一項該的功率開關電路，其中一個功率開關電路的該輸入電壓端用於耦接 一電源，另一個功率開關電路的該輸入電壓端用於耦接另一電源，且該兩功率開關電路的輸出電壓端係耦接在一起，用於耦接到同一負載。
  8. 一種電源電路，包括一個申請專利範圍第1至6項任一項該的功率開關電路及一個不同的另一種功率開關電路，該功率開關電路的該輸入電壓端用於耦接一電源，該另一種功率開關電路的一輸入電壓端係用於耦接另一電源，且該功率開關電路的該輸出電壓端與該另一種功率開關電路的一輸出電壓端耦接在一起，用於耦接到同一負載。
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