TWI722900B - 電源開關之控制電路 - Google Patents

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Abstract

一種控制電路，適用於主開關元件。控制電路包括輸出電壓追踪電路、控制電壓產生電路、及參考電流元件。輸出電壓追踪電路耦接至主輸出端並產生第一追踪電壓。第一追踪電壓係與輸出電壓為正相關。控制電壓產生電路係回應於第一追踪電壓以產生第二追踪電壓，第二追踪電壓係實質上等於輸出電壓。參考電流元件耦接至控制電壓產生電路且用以在主控制端上產生控制電壓。參考電流元件並用以限制輸出電流的最大值。主開關元件及控制電壓產生電路之複製開關元件形成一電流鏡組態電路。輸出電壓追踪電路之耗電流與輸出電流為正相關。

Description

電源開關之控制電路
本發明是有關於一種控制電路，且特別是有關於一種電源開關之控制電路。
一般手持式裝置(例如是手機、藍牙耳機等)可根據是否有外部電源提供電力，而切換不同的電力提供狀態，例如是選擇以外部電源提供電力，或是以內部電源(例如是可充電式電池)來提供電力。以藍牙耳機為例，當藍牙耳機接上外部電源時，藍牙耳機切換電能供應路徑，使外部電源提供藍牙耳機所需之電能，並且對藍牙耳機內部之電池進行充電。而當藍牙耳機未接上外部電源時，藍牙耳機切換電能供應路徑，改成由藍牙耳機內部之電池提供藍牙耳機內部元件操作時所需之電能。
請參照第1圖，其繪示乃美國專利案號9,092,043所提出之一種電源切換電路(Power switch)的方塊圖(請參照美國專利案號9,092,043之第2圖)。切換電路(Switch)104A係耦接於電源供應裝置(Power supply)101與電源域(Power domain)105B之間。電源供應裝置101提供電壓VDD至電晶體M1’，電晶體M1’輸出電壓VDD0至電源域105B。切換電路104A只提供大小有限制之電流至電源域105B，提供至電源域105B的限電流值為ILIM(Limited amount of electrical current)。限電流值ILIM係為電晶體M3’與M4’的汲極端的電流和電晶體M1’與M2’之尺寸比的函數。亦即：
Figure 109116090-A0305-02-0005-1
其中，I1為電晶體M3’與M4’的汲極端的電流大小，而W1與L1分別為電晶體M1’之通道寬度與通道長度，W2與L2分別為電晶體M2’之通道寬度與通道長度。
然而，美國專利案號9,092,043所提出之切換電路104A係存在著以下問題。切換電路104A僅利用電流源I10與I11來提供切換電路104A的偏壓電流I1。如果為了達到省電之目的，而設計很小的I1值的話，切換電路104A的反應速度可能會不夠快。舉例來說，若I1=0.5uA，當發生輸出節點短路至接地時，電流源I10要對電晶體M1’及M2’的閘極進行放電，且電流源I11要對電晶體M3’與M4’的閘極進行放電。若I1的值不夠大，則對電晶體M1’至電晶體M4’的閘極進行放電的動作則需要較長的放電時間。然而，若I1的值太大的話，則會提高流經電晶體M3’與電晶體M4’之靜態電流的大小而提高靜態功率損耗。
若為了提高限電流值ILIM的大小，而提高I1之值與限電流值ILIM的倍數的話(例如I1=0.5uA，限電流值ILIM為800mA，則ILIM/I1的倍數為1,600,000。這樣的倍數值係必須藉由使電晶體M1’與M2’的長寬比(W1/L1與W2/L2的比值)高達1,600,000(W1/L1：W2/L2=1,600,000：1)方能達成。高的電晶體M1’與M2’的長寬比在電路設計上是具有高困難度且不易達成的。因此，於此電路中， 若要加大限電流值ILIM的值，則必須加大I1的值。然而，增加的I1之值，將使得靜態電流增加，而提高靜態時的功率損耗。
除了上述問題之外，第1圖所示之切換電路104A更具有下列問題。當過電流發生，電流源I11要對電晶體M3’與M4’的閘極進行放電時，仍有反應速度的瓶頸。而當輸出至電流域105B的電流值很低時，於電晶體M2’與電晶體M3’及電流源I10的電流路徑中，由於電晶體M3’和電晶體M4’的偏壓狀況不同(亦即電晶體M3’的汲極電壓可能與電晶體M4’的汲極電壓不同)，使得節點n3電壓無法有效的追隨輸出電壓VDD0的大小，因而會在電晶體M2’與M3’的電流路徑中，會形成額外的大偏壓電流。因此，如何提出避免上述問題，以設計出切換電能供應路徑之電源開關之控制電路，來對電子裝置之內部元件提供過電流保護，乃目前業界所致力的課題之一。
本發明係有關於一種控制電路，適用於一主開關元件。主開關元件具有一主輸入端、一主輸出端以及一主控制端。主輸入端接收一輸入電壓，主輸出端產生一輸出電壓並供應一輸出電流。此控制電路包括一輸出電壓追踪電路(Output voltage tracker)、一控制電壓產生電路(Main Switch Bias Generator)、及一參考電流元件(Reference Cnrrent Device)。輸出電壓追踪電路耦接至主輸出端並產生一第一追踪電壓。輸出電壓追踪電路具有一耗電流。第一追踪電壓係與輸出電壓為正相關，當輸出電壓下降時第一追踪電壓係對應下降。控制電壓產生電路具有一複製開關元件。複製開關元件的一第二 端及一控制端分別係耦接至主輸入端及主控制端。控制電壓產生電路係回應於第一追踪電壓以產生一第二追踪電壓，第二追踪電壓係實質上等於輸出電壓。第二追踪電壓係為複製開關元件之一第一端之電壓。參考電流元件耦接至控制電壓產生電路且用以在主控制端上產生一控制電壓。參考電流元件更用以藉由控制電壓以使主開關元件導通，參考電流元件並用以限制輸出電流的最大值。其中，主開關元件以及複製開關元件形成一電流鏡組態電路。電流鏡組態電路係以主控制端作為一電流鏡輸入端，且電流鏡組態電路係以主輸出端作為一電流鏡輸出端。輸出電壓追踪電路之耗電流與輸出電流為正相關。當輸出電流增加時，耗電流隨之增加。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下：
101:電源供應裝置
104A:切換電路
105B:電源域
200,300,400:控制電路
202:主開關元件
204,404:輸出電壓追踪電路
206:控制電壓產生電路
208,308:參考電流元件
502~512:波形
M1’~M4’,M0:電晶體
M1:第一電晶體
M2:第二電晶體
M3:第三電晶體
M4:第四電晶體
M5:第五電晶體
M6:第六電晶體
M7:第七電晶體
Mcs:複製開關元件
n0,n1,n3:節點
M0_in:主輸入端
M0_out:主輸出端
M0_ctrl:主控制端
Sc:電流源
R:電阻
第1圖繪示美國專利案號9,092,043所提出之一種電源切換電路的方塊圖。
第2圖繪示依照本揭露較佳實施例之一種控制電路之電路圖。
第3圖繪示乃依照本揭露另一實施例之控制電路之電路圖。
第4圖繪示乃依照本揭露再一實施例之控制電路之電路圖。
第5A圖至第5C圖繪示乃依照本揭露第2圖所示之控制電路與第1圖所示之切換電路之模擬比較圖。
請參照第2圖，其繪示依照本揭露較佳實施例之一種控制電路之電路圖。控制電路200係適用於一主開關元件(Main Switch)202。主開關元件202具有一主輸入端M0_in、一主輸出端M0_out、以及一主控制端M0_ctrl。主輸入端M0_in接收一輸入電壓Vin，主輸出端M0_out產生一輸出電壓Vout並供應一輸出電流Iout。控制電路200包括一輸出電壓追踪電路(Vout Tracker)204、一控制電壓產生電路(Main Switch Bias Generator)206、及一參考電流元件(Reference Current Device)208。
輸出電壓追踪電路204耦接至主輸出端M0_out，並產生一第一追踪電壓Vbp1。輸出電壓追踪電路204具有一耗電流Ibp。第一追踪電壓Vbp1係與輸出電壓Vout為正相關。當輸出電壓Vout下降時第一追踪電壓Vbp1係對應下降。
控制電壓產生電路206具有一複製開關元件Mcs，複製開關元件Mcs的一第二端及一控制端分別係耦接至主輸入端M0_in及主控制端M0_ctrl。控制電壓產生電路200係回應於第一追踪電壓Vbp1以產生一第二追踪電壓Vbp2，第二追踪電壓Vbp2係實質上等於輸出電壓Vout。第二追踪電壓Vbp2係為複製開關元件Mcs之一第一端之電壓。
參考電流元件208係耦接至控制電壓產生電路206且用以在主控制端M0_ctrl上產生一控制電壓Vctrl。參考電流元件208更用 以藉由控制電壓Vctrl以使主開關元件202導通。參考電流元件208並用以限制輸出電流Iout的最大值。
主開關元件202例如具有一電晶體M0，電晶體M0例如是一P型金氧半導體場效電晶體(簡稱MOS電晶體)。主輸入端M0_in例如是電晶體M0之源極端，主輸出端M0_out例如是電晶體M0之汲極端，而主控制端M0_ctrl則例如是電晶體M0之閘極端。而複製開關元件Mcs例如亦以P型MOS電晶體來達成。複製開關元件Mcs的第一端、第二端、控制端例如分別是複製開關元件Mcs的汲極端、源極端及閘極端。
其中，電晶體M0以及複製開關元件Mcs形成一電流鏡組態電路。此電流鏡組態電路係以主控制端M0_ctrl作為一電流鏡輸入端，且電流鏡組態電路係以主輸出端M0_out作為一電流鏡輸出端。輸出電壓追踪電路204之耗電流Ibp與輸出電流Iout為正相關。當輸出電流Iout增加時，耗電流Ibp隨之增加。
如此，當異常狀況產生而使得主開關元件202的主輸出端M0_out接地或接近接地而產生大的輸出電流Iout時，由於參考電流元件208可限制輸出電流Iout的最大值，而得以保護主開關元件202不會有過高的電流流過而燒毀，以達到過電流保護(Over Current Protection,OCP)的目的。茲將第2圖之控制電路200進一步詳述如下。
在一般手持式裝置(例如是手機、藍牙耳機等)中，例如可以具有多個主開關元件202，用以連接至不同的電源。例如，多個主開關元件202之其中之一可以耦接至外部電源，以選擇外部電源提供 電力至手持式裝置中的各個元件。多個主開關元件202之其中之另一個則可耦接至手持式裝置之內部電源，例如是耦接至可充電電池。如此，可以藉由選擇所要開啟的開關元件202，即可選擇現在要供應手持式裝置電源的來源是外部電源或是內部電源。以藍牙耳機為例，當藍牙耳機接上外部電源，而外接電源提供電能給藍牙耳機時，藍牙耳機將多個主開關元件202中與外部電源耦接之主開關元件202開啟，以使外部電源提供藍牙耳機所需之電能，並且對藍牙耳機內部之電池進行充電。而當藍牙耳機未接上外部電源時，藍牙耳機將多個主開關元件202中與內部電池耦接之主開關元件202開啟，以使藍牙耳機內部之可充電電池提供藍牙耳機內部元件操作時所需之電能。而藉由將一個控制電路200與耦接至外部電源之主開關元件202耦接，以及藉由將另一個控制電路200與耦接至內部電源之另一個主開關元件202耦接，可以同時對耦接至外部電源之主開關元件202與耦接至內部電源之主開關元件202提供過電流保護。
於第2圖所示之控制電路200中，由於主開關元件202之電晶體M0的閘極與複製開關元件Mcs的閘極電性連接，電晶體M0的源極與複製開關元件Mcs的源極電性連接，電晶體M0與複製開關元件Mcs係形成一電流鏡組態電路。因此，當電晶體M0工作在三極區(triode region)時，係作為一線性開關，而進行如上所述之將裝置之元件耦接至內部電源或外部電源之用，以供應裝置之元件穩定的電壓源以及所需電流，此時電晶體M0的主輸入端M0_in和主輸出端M0_out兩端之跨壓小，例如為數十mV。而當電晶體M0工作在飽和區 (saturation region)時，也就是說，電晶體M0因為需要提供較大電流輸出至主輸出端M0_out以產生輸出電壓Vout，而導致主輸出端M0_out的電壓減少時，此時輸出電流Iout之大小實質等於流經複製開關元件Mcs之一複製開關元件電流Ics之大小的固定倍數。舉例來說，假設電晶體M0與複製開關元件Mcs的長寬比為R1，則輸出電流Iout之大小實質等於流經複製開關元件Mcs之複製開關元件電流Ics之大小的R1倍。亦即，若電晶體M0的通道寬度為Wa，通道長度為La，複製開關元件Mcs的通道寬度為Wb，通道長度為Lb，則輸出電流Iout之大小：複製開關元件電流Ics之大小=Wa/La：Wb/Lb=R1。
茲將輸出電壓追踪電路204進一步說明如下。輸出電壓追踪電路204包括一第一電晶體M1至第六電晶體M6，第一電晶體M1之控制端與第二電晶體M2之控制端係耦接至主控制端M0_ctrl，第一電晶體M1之一第二端與第二電晶體M2之一第二端係耦接至主輸入端M0_in。第三電晶體M3係為一二極體連接之電晶體，二極體連接之第三電晶體M3之一第二端係與第一電晶體M1之一第一端電性連接並耦接至主輸出端M0_out。二極體連接之第三電晶體M3之一控制端係用以提供第一追蹤電壓Vbp1。
第三電晶體M3之控制端係耦接至第四電晶體M4之一控制端，第三電晶體M3之第二端係耦接至第一電晶體M1之第一端，第四電晶體M4之一第二端係耦接至第二電晶體M2之一第一端，第三電晶體M3之控制端更耦接至第三電晶體M3之一第一端。第三電晶體M3之控制端之電壓係作為第一追踪電壓Vbp1。輸出電壓追踪電路204 之耗電流Ibp係為自第一電晶體M1之第一端流向第三電晶體M3之第二端之電流Ibp1與自第二電晶體M2之第一端流向第四電晶體N4之第二端之電流Ibp2之和。
其中，第一電晶體M1至第四電晶體M4係為P型電晶體。第一電晶體M1至第四電晶體M4之各者之第一端係為汲極端，第二端係為源極端，控制端係為閘極端。第一電晶體M1之第一端與第三電晶體M3之第二端係耦接至主輸出端M0_out。
更進一步來說，輸出電壓追踪電路204更包括一第五電晶體M5和一第六電晶體M6。第五電晶體M5之一控制端係耦接至第六電晶體M6之一控制端。第六電晶體M6之控制端係耦接至第六電晶體M6之一第一端。第五電晶體M5之一第一端係耦接至第三電晶體M3之第一端。第六電晶體M6之一第一端係耦接至第四電晶體M4之第一端。
其中，第五電晶體M5和第六電晶體M6係為N型電晶體。第五電晶體M5之第一端與第六電晶體M6之第一端係為汲極端，第五電晶體M5之一第二端與第六電晶體M6之一第二端係為源極端，第五電晶體M5之控制端與第六電晶體M6之控制端係為閘極端。第五電晶體M5之第二端與第六電晶體M6之第二端係耦接至參考電壓。
於控制電壓產生電路206中，控制電壓產生電路206例如更具有一第七電晶體M7。第七電晶體M7之一控制端係耦接至第三電晶體M3之控制端。第七電晶體M7之一第二端係耦接至複製開關元件Mcs之第一端。第七電晶體M7之一第一端係耦接至參考電流元件208。其中，第七電晶體M7係為P型電晶體。第七電晶體M7之第一端 係為汲極端，第七電晶體M7之第二端係為源極端，第七電晶體M7之控制端係為閘極端。
於參考電流元件208中，係可例如使用一電流源Sc來達成。電流源Sc係耦接至電晶體M7之第一端，並與複製開關元件Mcs之控制端電性連接。而從複製開關元件Mcs之控制端流向參考電流元件208之電流為電流Ir。電流Ir會拉低主控制端M0_ctrl的電壓，也就是拉低電晶體M1、電晶體M2、及複製開關元件Mcs的控制端的電壓，例如拉低至0電位，而使得為P型電晶體之電晶體M1、電晶體M2、及複製開關元件Mcs導通，其中，電流Ir與複製開關元件電流Ics的和，係等於電流源Sc的電流值I0。
當電晶體M0導通且所需輸出的電流較小時，輸出電壓Vout的電壓幾乎等於輸入電壓Vin的電壓，亦即第二追踪電壓Vbp2的電壓接近輸入電壓Vin的電壓，使得複製開關元件Mcs的複製開關元件電流Ics遠小於電流源Sc的電流值I0，因此電流Ir會將控制電壓Vctrl往下拉到接近0的電位，電流源Sc將因跨壓變小而使其電流值I0變小，直到最後電流Ir、複製開關元件電流Ics與電流源Sc的電流值I0處於平衡，此時的電流源Sc的電流值I0電流小，且控制電壓Vctrl接近0，也就是本電路可以在耗電流極小的情形下，仍有效地開啟電晶體M0以作為開關使用。
電晶體M3之閘極的第一追蹤電壓Vbp1的值係為輸出電壓Vout的值減去電晶體M3的源極與閘極之間的跨壓Vsg1，而電晶體M7的源極的第二追蹤電壓Vbp2的值則是第一追蹤電壓Vbp1加上電晶 體M7的源極與閘極的跨壓Vsg2。在Vsg1幾乎等於Vsg2的情況下，第二追蹤電壓Vbp2將實質上等於輸出電壓Vout之值。而第二追蹤電壓Vbp2係作為輸出電壓Vout之追蹤電壓。
茲以輸出電流Iout之大小實質等於流經複製開關元件Mcs之複製開關元件電流Ics之大小的R1倍(亦即，Iout=Ics x R1)為例做說明。當電晶體M0之主輸出端M0_out發生短路而接地時，將有大電流流出主輸出端M0_out，亦即輸出電流Iout將會是一大電流值。當輸出電流Iout增大時，由於第二追蹤電壓Vbp2實質上等於輸出電壓Vout之值，複製開關元件電流Ics亦隨之增大。當複製開關元件電流Ics增加至電流源Sc的電流值I0時，電流Ir將幾乎等於零，而輸出電流Iout之大小將實質上等於複製開關元件電流Ics之大小的R1倍，亦即是電流值I0的R1倍。由於電晶體M0、電晶體M1、電晶體M2、及複製開關元件Mcs係為電流鏡組態，因此輸出電流Iout之大小將會被限制於複製開關元件電流Ics之大小的R1倍，亦即是電流值I0的R1倍。亦即，輸出電流Iout的限流值係為限流值I0 x R1。如此，藉由讓輸出電流Iout具有限流值I0 x R1，可以避免有過大的電流流出主輸出端M0_out而燒毀電晶體M0，以達到過電流保護的目的。
電晶體M5與電晶體M6係形成一電流鏡。因為輸出電壓追蹤電路204的設置，使得電晶體M1、電晶體M2、與複製開關元件Mcs與電晶體M0具有幾乎相同的偏壓電壓，故流經電晶體M1、電晶體M2、與複製開關元件Mcs的靜態電流分別為流經電晶體M0的靜態電流的固定比例，此固定比例例如為1/R1。而當輸出電流Iout達到上述之 最大值(亦即是限流值I0 x R1)時，電晶體M0的輸出電流Iout則被限制在限流值I0 x R1。
而且，由於當輸出電流Iout突然增大時，流經電晶體M1、電晶體M2、及複製開關元件Mcs的電流也會快速地跟著變大，而使得複製開關元件電流Ics快速地增加到電流源Sc的電流值I0，而將輸出電流Iout之最大值限制為限流值I0 x R1。因此，相較於第1圖所示之切換電路104A之習知作法，本揭露之控制電路200更具有於過電流發生時，具有較快之反應速度的優點。
此外，於上述實施例之控制電路200中，由於控制電路200不具有高阻抗之節點(High-impedance nodes)，因此可增加電路之可靠性，並且可避免迴圈穩定性的問題(Loop stability issue)。由於在進行電路設計時可以不需考慮到迴圈穩定性的問題，故更具有可減少設計上的複雜度的優點。
此外，上述之參考電流元件可為任何可產生電流路徑的元件，例如是使用電阻元件來達成，或是使用雙極性接面型電晶體(Bipolar Junction Transistor,BJT)或金氧半導體場效電晶體(MOSFET)等電晶體元件來達成。以下茲舉使用電阻元件來達成參考電流元件之實施例以作說明。
請參照第3圖，其繪示乃依照本揭露另一實施例之控制電路300之電路圖。與第2圖控制電路200不同之處在於，參考電流元件308係由一電阻R所達成。電阻R之一第一端係耦接至主控制端M0_ctrl’，電阻R之一第二端係耦接至參考電壓。主控制端M0_ctrl’之 控制電壓Vctrl’與參考電壓之間的跨壓，係決定了流經電阻R的電流大小。流經電阻R的電流係用以替代第2圖之電流源Sc的電流值I0。
請參照第4圖，其繪示乃依照本揭露再一實施例之控制電路400之電路圖。與第2圖控制電路200不同之處在於，電晶體M1之控制端和電晶體M2之控制端係接地，而電晶體M0的控制端則與複製開關元件Mcs的控制端耦接，以作為主控制端M0_ctrl”。藉由使為P型電晶體之電晶體M1之控制端和為P型電晶體之電晶體M2之控制端接地，可以讓電晶體M1與電晶體M2維持於導通狀態，而讓輸出電壓追蹤電路404維持於操作狀態，亦可達成讓控制電路400對電晶體M0提供過電流保護之目的。
請參照第5A圖至第5C圖，其繪示乃依照本揭露第2圖所示之控制電路200與第1圖所示之切換電路104A之模擬比較圖。其中，第5A圖所示乃第1圖之切換電路104A之節點n1之電壓Vn1(波形502)與第2圖之控制電路200之控制電壓Vctrl(波形504)的模擬波形圖，第5B圖所示乃第1圖所示之切換電路104A之節點n0之電壓Vn0(波形506)與第2圖之控制電路200之第一追踪電壓Vbp1(波形508)的模擬波形圖，第5C圖所示乃第1圖所示之切換電路104A之輸出至電流域105B之電流Iout0(波形510)與第2圖之控制電路200之輸出電流Iout(波形512)的模擬波形圖。
由第5A圖可以看出，於時間點t1，當輸出端短路接地而使過電流發生時，相較於如波形502所示之第1圖所示之切換電路104A之節點n1之電壓Vn1，如波形504所示之第2圖之控制電路200之控制電 壓Vctrl較快達到穩定電壓，有助於及時限制輸出電流量。由第5B圖可以看出，相較於如波形506所示之第1圖之切換電路104A之節點n0之電壓Vn0，如波形508所示之第2圖之控制電路200之第一追踪電壓Vbp1的反應速度較快，較快達到穩定電壓。綜合第5A圖與第5B圖所示之控制電壓Vctrl較快達到穩定電壓與第一追踪電壓Vbp1反應速度較快的效果，使得本實施例之第2圖之控制電路200之輸出電流Iout之限電流的峰值以及反應速度如波形512所示。相較於波形510所示之第1圖之切換電路104A之輸出至電流域105B之電流Iout0，波形512所示之第2圖之控制電路200之輸出電流Iout可達到具有較小的限電流的峰值(絕對值)、較快達到穩定電流、以及反應速度較快的優點。
此外，由模擬結果亦可得知，在相同的設計條件下(將參考電流元件所定義之電流I0設為128uA，並放大2560倍作為限電流值)，當輸出電流Iout幾乎為0時，第1圖之切換電路104A具有較大的靜態電流(大於80uA)，而第2圖之控制電路200則具有較小的靜態電流(小於10uA)。故相較於第1圖之切換電路104A，第2圖之控制電路200更可達到具有較小之靜態電流與較低之靜態功率損耗的優點。
由上述可以得知，本揭露之較佳實施例之控制電路係具有反應速度快、具有較小之限流值偏移、以及具有較小的靜態電流之優點。當過電流發生時可以快速地反應，以有效地避免過電流對元件的傷害。更可於沒有過電流發生的一般狀態下，消耗較少的靜態功率，而達到省電節能的優點。
綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明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，當可作各種之更動與潤飾。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。
200:控制電路
202:主開關元件
204:輸出電壓追踪電路
206:控制電壓產生電路
208:參考電流元件
M0:電晶體
M1:第一電晶體
M2:第二電晶體
M3:第三電晶體
M4:第四電晶體
M5:第五電晶體
M6:第六電晶體
M7:第七電晶體
Mcs:複製開關元件
M0_in:主輸入端
M0_out:主輸出端
M0_ctrl:主控制端

Claims (13)

  1. 一種控制電路，適用於一主開關元件(Main switch)，該主開關元件具有一主輸入端、一主輸出端以及一主控制端，該主輸入端接收一輸入電壓，該主輸出端產生一輸出電壓並供應一輸出電流，該控制電路包括：一輸出電壓追踪電路，耦接至該主輸出端並產生一第一追踪電壓，該輸出電壓追踪電路具有一耗電流，該第一追踪電壓係與該輸出電壓為正相關，當該輸出電壓下降時該第一追踪電壓係對應下降；一控制電壓產生電路(Main switch bias generator)，具有一複製開關元件，該複製開關元件的一第二端及一控制端分別係耦接至該主輸入端及該主控制端，該控制電壓產生電路係回應於該第一追踪電壓以產生一第二追踪電壓，該第二追踪電壓係實質上等於該輸出電壓，該第二追踪電壓係為該複製開關元件之一第一端之電壓；以及一參考電流元件(Reference current device)，耦接至該控制電壓產生電路且用以在該主控制端上產生一控制電壓，該參考電流元件更用以藉由該控制電壓以使該主開關元件導通，該參考電流元件並用以限制該輸出電流的最大值；其中，該主開關元件以及該複製開關元件形成一電流鏡組態電路，該電流鏡組態電路係以該主控制端作為一電流鏡輸入端，且該電流鏡組態電路係以該主輸出端作為一電流鏡輸出端； 其中，該輸出電壓追踪電路之耗電流與該輸出電流為正相關，當該輸出電流增加時，該耗電流隨之增加。
  2. 如請求項1所述之控制電路，其中該輸出電流之大小實質等於流經該複製開關元件之一複製開關元件電流之大小的固定倍數。
  3. 如請求項1所述之控制電路，其中該輸出電壓追踪電路包括一第一電晶體，該第一電晶體之一控制端係耦接至該主控制端。
  4. 如請求項3所述之控制電路，其中該輸出電壓追踪電路更包括一二極體連接之電晶體，該二極體連接之電晶體之一第二端係與該第一電晶體之一第一端電性連接並耦接至該主輸出端，該二極體連接之電晶體之一控制端係用以提供該第一追蹤電壓。
  5. 如請求項1所述之控制電路，其中該輸出電壓追踪電路包含：一第一電晶體和一第二電晶體，該第一電晶體之一控制端與該第二電晶體之一控制端係耦接至該主控制端，該第一電晶體之一第二端與該第二電晶體之一第二端係耦接至該主輸入端；以及一第三電晶體和一第四電晶體，該第三電晶體之一控制端係耦接至該第四電晶體之一控制端，該第三電晶體之一第二端係耦接至該第一電晶體之一第一端，該第四電晶體之一第二端係耦接 至該第二電晶體之一第一端，該第三電晶體之該控制端更耦接至該第三電晶體之一第一端；其中該第三電晶體之該控制端之電壓係作為該第一追踪電壓，該耗電流係為自該第一電晶體之該第一端流向該第三電晶體之該第二端之電流與自該第二電晶體之該第一端流向該第四電晶體之該第二端之電流之和。
  6. 如請求項5所述之控制電路，其中該第一電晶體至該第四電晶體係為P型電晶體，該第四電晶體更包括一第一端，該第一電晶體至該第四電晶體之各者之該第一端係為汲極端，該第二端係為源極端，該控制端係為閘極端。
  7. 如請求項5所述之控制電路，其中該第一電晶體之該第一端與該第三電晶體之該第二端係耦接至該主輸出端。
  8. 如請求項5所述之控制電路，其中該輸出電壓追踪電路更包括一第五電晶體和一第六電晶體，該第五電晶體之一控制端係耦接至該第六電晶體之一控制端，該第六電晶體之該控制端係耦接至該第六電晶體之一第一端，該第五電晶體之一第一端係耦接至該第三電晶體之該第一端，該第六電晶體之一第一端係耦接至該第四電晶體之一第一端。
  9. 如請求項8所述之控制電路，其中該第五電晶體和該第六電晶體係為N型電晶體，該第五電晶體之該第一端與該第六電晶體之該第一端係為汲極端，該第五電晶體之一第二端與該第六電晶體之一第二端係為源極端，該第五電晶體之該控制端與 該第六電晶體之該控制端係為閘極端，該第五電晶體之該第二端與該第六電晶體之該第二端係耦接至一參考電壓。
  10. 如請求項5所述之控制電路，其中該第一電晶體之該控制端和該第二電晶體之該控制端係接地。
  11. 如請求項5所述之控制電路，其中該控制電壓產生電路具有一第七電晶體，該第七電晶體之一控制端耦接至該第三電晶體之該控制端，該第七電晶體之一第二端係耦接至該複製開關元件之該第一端，該第七電晶體之一第一端係耦接至該參考電流元件。
  12. 如請求項11所述之控制電路，其中該第七電晶體係為P型電晶體，該第七電晶體之該第一端係為汲極端，該第七電晶體之該第二端係為源極端，該第七電晶體之控制端係為閘極端。
  13. 如請求項1所述之控制電路，其中該參考電流元件係由一電阻所達成，該電阻之一第一端係耦接至該主控制端，該電阻之一第二端係耦接至一參考電壓。
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