TWI619322B - 電源開關裝置 - Google Patents

Abstract

一種電源開關裝置，包括一第一傳送開關、一限流電路以及一短路保護電路。當第一傳送開關被導通時，第一傳送開關將一輸入電壓傳送至一輸出節點。當流經第一傳送開關的電流大於一預設值時，限流電路不導通第一傳送開關。當輸出節點發生一短路現象時，短路保護電路不導通第一傳送開關。短路保護電路包括一第一比較器以及一第一設定電路。第一比較器比較輸出節點的電壓以及一第一參考信號，用以產生一第一比較結果，並根據第一比較結果不導通第一傳送開關。第一設定電路接收輸出節點的電壓，並根據輸出節點的電壓產生第一參考信號。

Description

電源開關裝置

本發明係有關於一種電源開關裝置，特別是有關於一種用以將一輸入電壓傳送至一輸出節點的電源開關裝置。

在習知的傳送開關中，通常係將一輸入電壓傳送至一輸出節點，用以供電予耦接至該輸出節點的元件。然而，當輸出節點發生一短路事件時，輸出節點的電壓可能瞬間被拉至一接地位準，因而造成大電流流過傳送開關，因而損毀傳送開關或耦接至該輸出節點的元件。

本發明提供一種電源開關裝置，包括一第一傳送開關、一限流電路以及一短路保護電路。當第一傳送開關被導通時，第一傳送開關將一輸入電壓傳送至一輸出節點。限流電路耦接第一傳送開關，用以偵測流經第一傳送開關的一電流。當流經第一傳送開關的電流大於一預設值時，限流電路不導通第一傳送開關。短路保護電路耦接第一傳送開關。當輸出節點發生一短路現象時，短路保護電路不導通第一傳送開關。短路保護電路包括一第一比較器以及一第一設定電路。第一比較器比較輸出節點的電壓以及一第一參考信號，用以產生一第一比 較結果。第一比較結果用以不導通第一傳送開關。第一設定電路接收輸出節點的電壓，並根據輸出節點的電壓產生第一參考信號。第一參考信號小於輸出節點的電壓。

100、400‧‧‧電源開關裝置

104、410‧‧‧傳送開關

106、406‧‧‧短路保護電路

404‧‧‧傳送模組

408‧‧‧切換電路

S_CT‧‧‧控制信號

VIN‧‧‧輸入電壓

ND_OUT‧‧‧輸出節點

V_G1、V_G2‧‧‧閘極信號

I₁₀₄‧‧‧電流

108、210‧‧‧開關

GND‧‧‧接地電壓

204‧‧‧設定電路

VOUT‧‧‧電壓

REF₁、REF₂‧‧‧參考信號

206、R₁、R₂‧‧‧電阻

208‧‧‧電容

S_C1、S_C2‧‧‧比較結果

302‧‧‧感測元件

S_SN‧‧‧感測信號

306‧‧‧設定電路

CC‧‧‧電流源

200A、200B‧‧‧短路保護電路

202A、202B、304‧‧‧比較器

102、402、300A、300B‧‧‧限流電路

Q₁、Q₂、T₁~T_n‧‧‧N型電晶體

第1圖為本發明之電源開關裝置的方塊圖。

第2A圖為本發明之短路保護電路之一可能實施例。

第2B圖為本發明之短路保護電路之另一可能實施例。

第3A圖為本發明之限流電路的一可能實施例。

第3B圖為本發明之限流電路的另一可能實施例。

第4圖為本發明之電源開關裝置的另一可能實施例。

第5圖為本發明之控制方法的一可能流程圖。

為讓本發明之目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出實施例，並配合所附圖式，做詳細之說明。本發明說明書提供不同的實施例來說明本發明不同實施方式的技術特徵。其中，實施例中的各元件之配置係為說明之用，並非用以限制本發明。另外，實施例中圖式標號之部分重覆，係為了簡化說明，並非意指不同實施例之間的關聯性。

第1圖為本發明之電源開關裝置的方塊圖。如圖所示，電源開關裝置100包括一限流電路102、一傳送開關104以及一短路保護電路106。電源開關裝置100用以將一輸入電壓VIN傳送至一輸出節點ND_OUT。在本實施例中，傳送開關104透過限流電路102接收輸入電壓VIN。當傳送開關104被導通時， 傳送開關104將輸入電壓VIN傳送至輸出節點ND_OUT。

本發明並不限定傳送開關104的種類。在一可能實施例中，傳送開關104係為一N型電晶體Q₁。N型電晶體Q₁由閘極信號V_G1或V_G2所控制。N型電晶體Q₁的閘極接收閘極信號V_G1或V_G2，其汲極透過限流電路102接收輸入電壓VIN，其源極耦接輸出節點ND_OUT。當閘極信號V_G1或V_G2為高位準時，N型電晶體Q₁被導通，用以將輸入電壓VIN傳送至輸出節點ND_OUT。當閘極信號V_G1或V_G2為低位準時，N型電晶體Q₁不被導通，用以停止傳送輸入電壓VIN至輸出節點ND_OUT。在其它實施例中，傳送開關104可能係為一P型電晶體。在此例中，當閘極信號V_G1或V_G2為低位準時，P型電晶體被導通。當閘極信號V_G1或V_G2為高位準時，P型電晶體不被導通。

限流電路102耦接傳送開關104，並偵測流經傳送開關104的電流I₁₀₄。當電流I₁₀₄大於一第一預設值時，限流電路102輸出一低位準的閘極信號V_G2，用以不導通傳送開關104。因此，傳送開關104停止傳送輸入電壓VIN至輸出節點ND_OUT。然而，當電流I₁₀₄小於第一預設值時，限流電路102輸出一高位準的閘極信號V_G2。因此，傳送開關104被導通，用以傳送輸入電壓VIN至輸出節點ND_OUT。本發明並不限定限流電路102的架構。任何具有限流功能的電路均可作為限流電路102。稍後將利用第3A及3B圖說明限流電路102的可能電路架構。

短路保護電路106耦接傳送開關104，並偵測輸出節點ND_OUT的電壓VOUT。當輸出節點ND_OUT發生一短路現象時(即開關108導通)，電壓VOUT瞬間被拉至一接地電壓GND。此 時，由於電壓VOUT小於一第二預設值，故短路保護電路106輸出低位準的閘極信號V_G1，用以不導通傳送開關104。當輸出節點ND_OUT未發生短路現象時，短路保護電路106不控制傳送開關104。此時傳送開關104由限流電路102所控制。

第2A圖為本發明之短路保護電路之一可能實施例。如圖所示，短路保護電路200A包括一比較器202A以及一設定電路204。比較器202A的非反相輸入端接收輸出節點ND_OUT的電壓VOUT，其反相輸入端接收一參考信號REF₁(即第二預設值)。比較器202A比較電壓VOUT以及參考信號REF₁，用以產生一比較結果S_C1。在本實施例中，比較結果S_C1直接作為閘極信號V_G1。

設定電路204接收電壓VOUT，並根據電壓VOUT產生參考信號REF₁。在本實施例中，參考信號REF₁小於輸出節點的電壓VOUT。本發明並不限定設定電路的架構。在一可能實施例中，設定電路204衰減電壓VOUT，用以產生參考信號REF₁。

在本實施例中，設定電路204係為一延遲電路，其包括一電阻206以及一電容208。電阻206的一端接收電壓VOUT，其另一端耦接比較器202A的反相輸入端。電容208的一端耦接比較器202A的反相輸入端與電阻206，其另一端接收一接地電壓GND。當電壓VOUT大於參考信號REF₁時，比較器202A輸出高位準的比較結果S_C1。當電壓VOUT小於參考信號REF₁時，表示輸出節點ND_OUT可能被耦接至地，故比較器202A輸出低位準的比較結果S_C1，不導通傳送開關104。

第2B圖為本發明之短路保護電路之另一可能實施例。第2B圖相似第2A圖，不同之處在於，第2B圖的短路保護電路200B更包括一開關210，並且比較器202B的反相輸入端接收電壓VOUT，其非反相輸入端接收參考信號REF₁。開關210根據比較結果S_C1控制閘極信號V_G1的位準。在本實施例中，開關210係為一N型電晶體Q₂，但並非用以限制本發明。在其它實施例中，開關210係為一P型電晶體。

在本實施例中，N型電晶體Q₂的閘極接收比較結果S_C1，其汲極輸出閘極信號V_G1，其源極接收接地電壓GND。當電壓VOUT大於參考信號REF₁時，表示輸出節點ND_OUT並未被短路至地。因此，比較器202B輸出一低位準的比較結果S_C1，用以不導通開關210。當電壓VOUT小於參考信號REF₁時，表示輸出節點ND_OUT可能被短路至地。因此，比較器202B輸出一高位準的比較結果S_C1。此時，開關210被導通，並將接地電壓GND作為閘極信號V_G1。由於閘極信號V_G1為低位準，故第1圖中的傳送開關104不被導通。

第3A圖為本發明之限流電路的一可能實施例。如圖所示，限流電路300A包括一感測元件302以及一比較器304。感測元件302串聯傳送開關104，並根據流經傳送開關104的電流I₁₀₄，產生一感測信號S_SN。本發明並不限定感測元件302的種類。在本實施例中，感測元件302係為一電阻R₁。電阻R₁的一端接收輸入電壓VIN，其另一端耦接傳送開關104與比較器304。

比較器304比較感測信號S_SN與一參考信號REF₂， 用以產生一比較結果S_C2。在本實施例中，比較結果S_C2作為閘極信號V_G2，用以導通或不導通傳送開關104。如圖所示，比較器304的非反相輸入端接收感測信號S_SN，其反相輸入端接收參考信號REF₂。

當電流I₁₀₄大於一預設值時，感測信號S_SN小於參考信號REF₂。因此，比較器304輸出一低位準的比較結果S_C2，用以不導通傳送開關104。因此，傳送開關104停止傳送輸入電壓VIN至輸出節點ND_OUT。當電流I₁₀₄小於預設值時，感測信號S_SN大於參考信號REF₂。因此，比較器304輸出一高位準的比較結果S_C2。此時，傳送開關104被導通，用以傳送輸入電壓VIN至輸出節點ND_OUT。

第3B圖為本發明之限流電路的另一可能實施例。第3B圖相似第3A圖，不同之處在於，第3B圖的限流電路300B多了一設定電路306。設定電路306用以產生參考信號REF₂。如圖所示，設定電路306包括一電阻R₂以及一電流源CC。電阻R₂與電流源CC串聯於輸入電壓VIN與接地電壓GND之間，用以產生參考信號REF₂。本發明並不限定參考信號REF₂的產生方法。在一可能實施例中，參考信號REF₂略小於輸入電壓VIN。因此，任何能夠衰減輸入電壓VIN的電路，均可作為設定電路306。

第4圖為本發明之電源開關裝置的另一可能實施例。如圖所示，電源開關裝置400包括一限流電路402、一傳送模組404、一短路保護電路406以及一切換電路408。限流電路402耦接傳送模組404，用以偵測流經傳送模組404的電流。當流經傳送模組404的電流大於一預設值時，限流電路402致能閘 極信號V_G2，用以關閉傳送模組404裡的至少一傳送路徑。本發明並不限定限流電路402的電路架構。任何可偵測電流的電路，均可作為限流電路402。在一可能實施例中，第3A或3B圖的限流電路300A或300B可作為限流電路402。

傳送模組404耦接限流電路402、短路保護電路406以及切換電路408。在本實施例中，傳送模組404具有複數傳送開關410，用以提供複數傳送路徑。該等傳送路徑用以將輸入電壓VIN傳送至輸出節點ND_OUT。為方便說明，傳送開關410分別為N型電晶體T₁~T_n，但並非用以限制本發明。在其它實施例中，傳送開關410可能是P型電晶體。在一些實施例中，傳送開關410的一部分為N型電晶體，並且傳送開關T₁~T_n的另一部分為P型電晶體。

在本實施例中，N型電晶體T₁的汲極耦接限流電路402，其閘極接收閘極信號V_G1或V_G2，其源極耦接輸出點ND_OUT。當閘極信號V_G1或V_G2為低位準時，N型電晶體T₁不被導通。另外，N型電晶體T₂~T_n的汲極接收輸入電壓VIN，其閘極耦接切換電路408，其源極耦接輸出點ND_OUT。以N型電晶體T₂為例，當N型電晶體T₂的閘極接收到一高位準時，N型電晶體T₂導通，並傳送輸入電壓VIN至輸出節點ND_OUT。當N型電晶體T₂的閘極接收到一低位準時，N型電晶體T₂不導通。

切換電路408根據一控制信號S_CT輸出閘極信號V_G1或V_G2。在一可能實施例中，當流經N型電晶體T₁的電流大於一第一預設值時，限流電路402輸出高位準的閘極信號V_G2，用以不導通N型電晶體T₂。此時，切換電路408根據控制信號S_CT， 輸出高位準的閘極信號V_G2予N型電晶體T₂~T_n之至少一者。舉例而言，切換電路408可能輸出高位準的閘極信號V_G2予所有傳送開關410，用以不導通N型電晶體T₂~T_n。在另一可能實施例中，切換電路408只輸出高位準的閘極信號V_G2予N型電晶體T₂。因此，只有N型電晶體T₁~T₂不被導通，並且N型電晶體T₃~T_n被導通。當愈多的N型電晶體不被導通時，傳送至輸出節點ND_OUT的電流愈少。由於仍有少數的電流進入輸出節點ND_OUT，因此，輸出節點ND_OUT的電壓逐漸上升。

同樣地，當輸出節點ND_OUT的電壓VOUT小於一第二預設，表示輸出節點ND_OUT可能發生短路事件。因此，短路保護電路406輸出低位準的閘極信號V_G1，用以不導通N型電晶體T₁。此時，切換電路408根據控制信號S_CT，決定輸出低位準的閘極信號V_G1予N型電晶體T₂~T_n之至少一者。在一可能實施例中，切換電路408輸出低位準的閘極信號V_G1予N型電晶體T₂~T_n，用以不導通N型電晶體T₂~T_n。在另一可能實施例中，切換電路408輸出低位準的閘極信號V_G1予N型電晶體T₂~T_n-1。此時，由於N型電晶體T_n仍被導通，故輸出節點ND_OUT的電壓V_OUT逐漸上升。在其它實施例中，控制信號S_CT係由一控制器(未顯示)。在此例中，控制器根據流經N型電晶體T₁的電流及電壓VOUT產生控制信號S_CT。

由於短路保護電路406根據一第二預設值決定是否關閉傳送開關410，而第二預設值與輸出節點ND_OUT的電壓VOUT有關，因此，當輸入電壓VIN的位準發生變化時，短路保護電路406並不會被誤觸動。因而，大幅提高電源開關裝置 400的性能

第5圖為本發明之控制方法的一可能流程圖。本發明之控制方法適用於一電源開關裝置。電源開關裝置包括一第一傳送開關。當第一傳送開關被導通時，第一傳送開關將一輸入電壓傳送至一輸出節點。

偵測流經第一傳送開關的電流(步驟S511)。本發明並不限定如何偵測流經第一傳送開關的電流。在一可能實施例中，利用一感測元件串聯第一傳送開關，並根據感測元件的跨壓，得知流經第一傳送開關的電流。感測元件可能係為一電阻。

判斷流經第一傳送開關的電流是否大於一第一預設值(步驟S512)。在本實施例中，第一預設值與輸入電壓有關。舉例而言，第一預設值略小於輸入電壓。在一可能實施例中，利用一設定電路衰減輸入電壓，用以產生第一預設值。當流經第一傳送開關的電流大於第一預設值時，不導通第一傳送開關(步驟S513)，用以停止傳送輸入電壓予輸出節點。當流經第一傳送開關的電流小於第一預設值時，導通第一傳送開關(步驟S514)。因此，第一傳送開關繼續傳送輸入電壓予輸出節點。

偵測輸出節點的電壓(步驟S515)，並判斷輸出節點的電壓是否小於一第二預設值(步驟S516)。在本實施例中，第二預設值與輸出節點的電壓有關。舉例而言，第二預設值略小於輸出節點的電壓。在一可能實施例中，利用一設定電路衰減輸出節點的電壓，用以產生第二預設值。

當輸出節點的電壓小於第二預設值時，不導通第 一傳送開關(步驟S517)，用以停止傳送輸入電壓予輸出節點。當輸出節點的電壓大於第二預設值時，執行步驟S511，用以根據流經第一傳送開關的電流導通或不導通第一傳送開關。

在另一可能實施例中，第一傳送開關並聯複數傳送開關。當第一傳送開關不被導通時，該等複數傳送開關之至少一者被導通。為方便說明，假設第一傳送開關並聯一第二傳送開關與一第三傳送開關。在一可能實施例中，當輸出節點的電壓小於第二預設值時，不導通第二傳送開關。在此例中，第三傳送開關可能被導通或不導通。

另外，當流經第一傳送開關的電流大於第一預設值時，第一傳送開關不被導通。此時，第二傳送開關可能被導通或不導通。當流經第一傳送開關的電流小於該第一預設值時，第二傳送開關被導通。在此例中，當第一傳送開關不被導通時，第三傳送開關被導通。

由於第二預設值與輸出節點的電壓有關，因此，當輸入電壓因雜訊而發生變動時，只要輸出節點的電壓大於第二預設值，第一傳送開關便持續將輸入電壓傳送至輸出節點，用以將輸出節點的電壓維持在一固定值。

除非另作定義，在此所有詞彙(包含技術與科學詞彙)均屬本發明所屬技術領域中具有通常知識者之一般理解。此外，除非明白表示，詞彙於一般字典中之定義應解釋為與其相關技術領域之文章中意義一致，而不應解釋為理想狀態或過分正式之語態。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非 用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾。舉例來，本發明實施例所系統、裝置或是方法可以硬體、軟體或硬體以及軟體的組合的實體實施例加以實現。因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

VOUT‧‧‧電壓

V_G1、V_G2‧‧‧閘極信號

100‧‧‧電源開關裝置

102‧‧‧限流電路

104‧‧‧傳送開關

106‧‧‧短路保護電路

108‧‧‧開關

VIN‧‧‧輸入電壓

ND_OUT‧‧‧輸出節點

Q₁‧‧‧N型電晶體

I₁₀₄‧‧‧電流

GND‧‧‧接地電壓

Claims (10)

1. 一種電源開關裝置，包括：一第一傳送開關，當該第一傳送開關被導通時，該第一傳送開關將一輸入電壓傳送至一輸出節點；一限流電路，耦接該第一傳送開關，用以偵測流經該第一傳送開關的一電流，其中當該電流大於一預設值時，該限流電路不導通該第一傳送開關；以及一短路保護電路，耦接該第一傳送開關，當該輸出節點發生一短路現象時，該短路保護電路不導通該第一傳送開關，其中該短路保護電路包括：一第一比較器，比較該輸出節點的電壓以及一第一參考信號，用以產生一第一比較結果，該第一比較結果用以不導通該第一傳送開關；以及一第一設定電路，接收該輸出節點的電壓，並根據該輸出節點的電壓產生該第一參考信號，其中該第一參考信號小於該輸出節點的電壓。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電源開關裝置，其中該第一設定電路係為一延遲電路，該延遲電路衰減該輸出節點的電壓，用以產生該第一參考信號。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電源開關裝置，其中該第一設定電路包括：一電阻，耦接於該輸出節點與該第一比較器之間；以及一電容，耦接該第一比較器與該電阻，並接收一接地電壓。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電源開關裝置，其中該短路保護電路更包括：一電晶體，根據該第一比較結果，不導通該第一傳送開關。
5. 如申請專利範圍第4項所述之電源開關裝置，其中當該電晶體被導通時，該第一傳送開關不導通。
6. 如申請專利範圍第5項所述之電源開關裝置，其中當該輸出節點發生該短路現象時，該第一比較器導通該電晶體，該電晶體傳送一接地電壓予該第一傳送開關，用以不導通該第一傳送開關。
7. 如申請專利範圍第1項所述之電源開關裝置，其中當該電流小該預設值時，該限流電路導通該第一傳送開關。
8. 如申請專利範圍第1項所述之電源開關裝置，更包括：一第二傳送開關，當該第二傳送開關被導通時，該第二傳送開關將該輸入電壓傳送至該輸出節點，其中當該電流小該預設值時，該限流電路導通該第二傳送開關，當該輸出節點發生該短路現象時，該第二傳送開關被導通。
9. 如申請專利範圍第1項所述之電源開關裝置，其中該限流電路包括：一感測元件，串聯該第一傳送開關，並偵測流經該第一傳送開關的該電流，用以產生一感測信號；以及一第二比較器，比較該感測信號與一第二參考信號，用以產生一第二比較結果，並根據該第二比較結果導通或 不導通該第一傳送開關。
10. 如申請專利範圍第9項所述之電源開關裝置，其中該限流電路更包括：一第二設定電路，接收該輸入電壓，用以根據該輸入電壓產生該第二參考信號。