TWI828497B - 反向電流保護裝置 - Google Patents

Abstract

一種反向電流保護裝置耦接於第一節點以及第二節點，包括第一電晶體、第二電晶體、比較器、第一電壓產生器、第二電壓產生器以及控制器。第一電晶體包括耦接至第一節點之第一源極端、第一汲極端以及接收第一控制電壓之第一閘極端。第二電晶體包括耦接至第二節點之第二源極端、耦接至第一汲極端之第二汲極端以及接收第二控制電壓之第二閘極端。比較器將第一源極端之電壓減去第二源極端之電壓之電壓差與參考電壓相比，而產生保護信號。第一電壓產生器根據第一控制信號，產生第一控制電壓。第二電壓產生器產生第二控制電壓，而將第二電晶體完全導通。控制器根據保護信號，產生第一控制信號。

Description

反向電流保護裝置

本發明係有關於一種用以供電以及受電之反向電流保護裝置，特別係有關於一種適用於USB type-C供電以及受電之反向電流保護裝置。

越來越多電子產品採用USB Type-C作為資料傳輸與電源供應接口，由於USB Type-C具有支持正反插拔、傳輸協定具擴展性以及支援雙向高瓦數電力傳輸之優勢，因此能夠被絕大多數電子設備採用。目前USB電力傳輸(Power Delivery，PD)既可以供電也可以受電，因此需要一個能夠切換供電方向之裝置，並且具備反向電流保護機制，使得系統能實現雙向電力傳輸。

本發明在此提供了一種能夠動態調整開關之控制電壓之反向電流保護裝置，使得開關之導通電阻得以隨著負載電流的大小而進行動態調整，進而獲得開關之最佳效能。並且本發明所提出之反向電流保護裝置能夠在發現發生反向電流的當下，立即將 開關關斷，進而減少功率損耗。

本發明提出一種反向電流保護裝置，耦接於一第一節點以及一第二節點。上述反向電流保護裝置包括一第一電晶體、一第二電晶體、一比較器、一第一電壓產生器、一第二電壓產生器以及一控制器。上述第一電晶體包括一第一源極端、一第一汲極端以及一第一閘極端，其中上述第一源極端耦接至上述第一節點，上述第一閘極端接收一第一控制電壓。上述第二電晶體包括一第二源極端、一第二汲極端以及一第二閘極端，其中上述第二源極端耦接至上述第二節點，上述第二汲極端耦接至上述第一汲極端，上述第二閘極端接收一第二控制電壓。上述比較器將一電壓差與一參考電壓相比，而產生一保護信號，其中上述電壓差係為上述第一源極端之電壓減去上述第二源極端之電壓。上述第一電壓產生器根據一第一控制信號，產生上述第一控制電壓。上述第二電壓產生器用以產生上述第二控制電壓，而將上述第二電晶體完全導通。上述控制器根據上述保護信號，產生上述第一控制信號。

根據本發明之一實施例，上述反向電流保護裝置更包括一電流源。上述電流源產生一待機電流自上述第二源極端流至一接地端。

根據本發明之一實施例，當上述第二節點係為浮接狀態時，上述第一節點提供上述待機電流至上述電流源，上述控制器利用上述第一控制信號，控制上述第一電壓產生器持續增加上述第一控制電壓，直到上述電壓差不大於上述參考電壓。

根據本發明之一實施例，上述反向電流保護裝置更包括一第一電阻以及一電流感測器。上述第一電阻耦接於上述第一 源極端以及上述第一節點之間，用以偵測流經上述第一電晶體以及上述第二電晶體之一負載電流。上述電流感測器根據上述第一節點以及上述第一源極端之電壓差，產生一感測電流，其中上述負載電流係為上述感測電流之N倍，其中N係為正整數。

根據本發明之一實施例，上述反向電流保護裝置更包括一判斷單元。上述判斷單元根據上述感測電流而產生一判斷信號，其中上述控制器更根據上述保護信號以及上述判斷信號，而產生上述第一控制信號。當上述負載電流係由上述第一節點流至上述第二節點時，上述感測電流係為一第一狀態；其中當上述負載電流係由上述第二節點流至上述第一節點時，上述感測電流係為一第二狀態。

根據本發明之一實施例，當上述感測電流係為上述第一狀態時，上述判斷信號係為一第一邏輯位準。當上述感測電流係為上述第二狀態時，上述判斷信號係為一第二邏輯位準。

根據本發明之一實施例，上述判斷單元將上述感測電流流經一第二電阻而產生一感測電壓，且基於上述感測電壓而產生上述判斷信號。當上述感測電流係為上述第一狀態時，上述感測電壓係為正值，上述判斷信號係為上述第一邏輯位準。當上述感測電流係為上述第二狀態時，上述感測電壓係為負值，上述判斷信號係為上述第二邏輯位準。

根據本發明之另一實施例，當上述電壓差大於上述參考電壓且上述判斷信號係為上述第一邏輯位準時，上述第一電壓產生器持續增加上述第一控制電壓，直到上述電壓差不大於上述參考電壓。

根據本發明之又一實施例，當上述第一控制電壓達到一最大電壓且上述電壓差仍大於上述參考電壓時，上述第一電壓產生器將上述第一控制電壓維持在上述最大電壓，其中當上述第一控制電壓等於上述最大電壓時，上述第一電晶體係為完全導通。

根據本發明之又一實施例，當上述電壓差不大於上述參考電壓且上述判斷信號係為上述第二邏輯位準時，上述第一電壓產生器將上述第一控制電壓下拉至上述第一源極端之電壓位準，以將上述第一電晶體不導通。

100,300:反向電流保護裝置

110:電流感測器

120:目標電壓控制器

130:第一電壓產生器

140:第二電壓產生器

150:判斷單元

160:控制器

200:電源傳輸介面

210:電池充電電路

220:電壓轉換電路

230:反向電流偵測裝置

400,500:關係圖

N1:第一節點

N2:第二節點

M1:第一電晶體

M2:第二電晶體

S1:第一源極端

S2:第二源極端

D1:第一汲極端

D2:第二汲極端

G1:第一閘極端

G2:第二閘極端

VC1:第一控制電壓

VC2:第二控制電壓

DI1:第一寄生二極體

DI2:第二寄生二極體

CMP:比較器

CS:電流源

R1:第一電阻

R2:第二電阻

RCNT:控制電阻

RON1:第一導通電阻

RON2:第二導通電阻

VREF:參考電壓

RCP:保護信號

RCP1:第一保護信號

RCP2:第二保護信號

IL:負載電流

IRC:反向電流

ISTY:待機電流

ISEN:感測電流

VTR:目標電壓

VDR:感測電壓

VBATT:電池電壓

VBUS:匯流排電壓

SD:判斷信號

SC1:第一控制信號

SC2:第二控制信號

EN:致能信號

EN1:第一致能信號

EN2:第二致能信號

SW1:第一開關

SW2:第二開關

BATT:電池

VC1_M:最大電壓

第1圖係顯示根據本發明之一實施例所述之反向電流保護裝置之示意圖； 第2圖係顯示根據本發明之一實施例所述之電源傳輸介面之示意圖； 第3圖係顯示根據本發明之另一實施例所述之反向電流保護裝置之示意圖；第4圖係顯示根據本發明之一實施例所述之第1圖之第一源極端至第二源極端之電壓差與第一控制電壓之關係圖；以及第5圖係顯示根據本發明之另一實施例所述之第3圖之第一源極端至第二源極端之電壓差與第一控制電壓之關係圖。

以下說明為本揭露的實施例。其目的是要舉例說明 本揭露一般性的原則，不應視為本揭露之限制，本揭露之範圍當以申請專利範圍所界定者為準。

值得注意的是，以下所揭露的內容可提供多個用以實踐本揭露之不同特點的實施例或範例。以下所述之特殊的元件範例與安排僅用以簡單扼要地闡述本揭露之精神，並非用以限定本揭露之範圍。此外，以下說明書可能在多個範例中重複使用相同的元件符號或文字。然而，重複使用的目的僅為了提供簡化並清楚的說明，並非用以限定多個以下所討論之實施例以及/或配置之間的關係。此外，以下說明書所述之一個特徵連接至、耦接至以及/或形成於另一特徵之上等的描述，實際可包含多個不同的實施例，包括該等特徵直接接觸，或者包含其它額外的特徵形成於該等特徵之間等等，使得該等特徵並非直接接觸。

此外，實施例中可能使用相對性的用語，例如「較低」或「底部」及「較高」或「頂部」，以描述圖式的一個元件對於另一元件的相對關係。能理解的是，如果將圖式的裝置翻轉使其上下顛倒，則所敘述在「較低」側的元件將會成為在「較高」側的元件。

能理解的是，雖然在此可使用用語「第一」、「第二」、「第三」等來敘述各種元件、組成成分、區域、層、及/或部分，這些元件、組成成分、區域、層、及/或部分不應被這些用語限定，且這些用語僅是用來區別不同的元件、組成成分、區域、層、及/或部分。因此，以下討論的一第一元件、組成成分、區域、層、及/或部分可在不偏離本揭露一些實施例之教示的情況下被稱為一第二元件、組成成分、區域、層、及/或部分。

本揭露一些實施例可配合圖式一併理解，本揭露實施例之圖式亦被視為本揭露實施例說明之一部分。需了解的是，本揭露實施例之圖式並未以實際裝置及元件之比例繪示。在圖式中可能誇大實施例的形狀與厚度以便清楚表現出本揭露實施例之特徵。此外，圖式中之結構及裝置係以示意之方式繪示，以便清楚表現出本揭露實施例之特徵。

在此，「約」、「大約」、「大抵」之用語通常表示在一給定值或範圍的20%之內，較佳是10%之內，且更佳是5%之內，或3%之內，或2%之內，或1%之內，或0.5%之內。在此給定的數量為大約的數量，亦即在沒有特定說明「約」、「大約」、「大抵」的情況下，仍可隱含「約」、「大約」、「大抵」之含義。

除非另外定義，在此使用的全部用語(包括技術及科學用語)具有與此篇揭露所屬之一般技藝者所通常理解的相同涵義。能理解的是，這些用語，例如在通常使用的字典中定義的用語，應被解讀成具有與相關技術及本揭露的背景或上下文一致的意思，而不應以一理想化或過度正式的方式解讀，除非在本揭露實施例有特別定義。

在本揭露一些實施例中，關於接合、連接之用語例如「連接」、「互連」等，除非特別定義，否則可指兩個結構係直接接觸，或者亦可指兩個結構並非直接接觸，其中有其它結構設於此兩個結構之間。且此關於接合、連接之用語亦可包括兩個結構都可移動，或者兩個結構都固定之情況。

第1圖係顯示根據本發明之一實施例所述之反向電流保護裝置之示意圖。如第1圖所示，反向電流保護裝置100係耦接 於第一節點N1以及第二節點N2之間，用以利用第一節點N1之電源對第二節點N2進行供電。第一電晶體M1包括第一源極端S1、第一汲極端D1以及第一閘極端G1，其中第一源極端S1耦接至第一節點N1，第一閘極端G1接收第一控制電壓VC1。第二電晶體M2包括第二源極端S2、第二汲極端D2以及第二閘極端G2，其中第二源極端S2耦接至第二節點N2，第二汲極端D2耦接至第一汲極端D1，第二閘極端G2接收第二控制電壓VC2。

根據本發明之一實施例，反向電流保護裝置100係透過第一電晶體M1以及第二電晶體M2，而將第一節點N1電性連接至第二節點N2。當第一電晶體M1以及第二電晶體M2皆為導通時，第一節點N1係對第二節點N2進行供電，或第二節點N2對第一節點N1進行供電。當第一電晶體M1以及第二電晶體M2皆為不導通時，第一節點N1以及第二節點N2係為電性分離。

如第1圖所示，第一電晶體M1更包括第一寄生二極體DI1，第二電晶體M2更包括第二寄生二極體DI2，其中第一寄生二極體DI1之陽極端係耦接至第一源極端S1，第一寄生二極體DI1之陰極端係耦接至第一汲極端D1，第二寄生二極體DI2之陽極端係耦接至第二源極端S2，第二寄生二極體DI2之陰極端係耦接至第二汲極端D2。

當第一節點N1僅由第一電晶體M1電性連接至第二節點N2且第一節點N1之電壓大於第二節點N2之電壓時，儘管第一電晶體M1係為不導通，較高的第一節點N1之電壓仍經由第一寄生二極體DI1而對第二節點N2進行供電。當第一節點N1僅由第二電晶體M2電性連接至第二節點N2且第二節點N2之電壓大於第一節 點N1之電壓時，儘管第二電晶體M2係為不導通，較高的第二節點N2之電壓仍經由第二寄生二極體DI2而對第一節點N1進行供電。因此，第一電晶體M1以及第二電晶體M2之結合，將有效的將第一節點N1以及第二節點N2電性隔離。

如第1圖所示，反向電流保護裝置100更包括比較器CMP、電流源CS、第一電阻R1、電流感測器110、目標電壓控制器120、第一電壓產生器130、第二電壓產生器140、判斷單元150以及控制器160。比較器CMP用以將第一源極端S1至第二源極端S2之電壓差與參考電壓VREF相比，而產生保護信號RCP。詳細的說，第一源極端S1至第二源極端S2之電壓差係定義為第一源極端S1之電壓減去第二源極端S2之電壓。

根據本發明之一實施例，當第一源極端S1至第二源極端S2之電壓差大於參考電壓VREF時，保護信號RCP係為第一邏輯位準。根據本發明之另一實施例，當電壓差不大於參考電壓VREF時，保護信號RCP係為第二邏輯位準。

電流源CS係耦接於第二源極端S2以及接地端之間，用以產生待機電流ISTY至接地端。第一電阻R1係耦接於第一節點N1以及第一源極端S1之間，用以感測自第一節點N1流經第一電阻R1之負載電流IL。電流感測器110根據負載電流IL流經第一電阻R1而在第一節點N1以及第一源極端S1所產生之電壓差，產生感測電流ISEN，其中負載電流IL係為感測電流ISEN之N倍，其中N係為正整數。

目標電壓控制器120將感測電流ISEN流經控制電阻RCNT，而於控制電阻RCNT之兩端產生目標電壓VTR。第一電 壓產生器130根據第一控制信號SC1，而將第一控制電壓VC1自接地位準增加至目標電壓VTR，並以目標電壓VTR驅動第一電晶體M1。第二電壓產生器140根據第二控制信號SC2，而將第二控制電壓VC2自接地位準增加至最大值，使得第二電晶體M2完全導通。

根據本發明之一實施例，第一控制電壓VC1具有一最大值，使得第一電晶體M1完全導通，其中目標電壓VTR係為不大於第一控制電壓VC1之最大值，且第一控制電壓VC1之最大值以及第二控制電壓VC2之最大值可相同或不同。

判斷單元150將感測電流ISEN流經第二電阻R2而產生感測電壓VDR，並根據第二電阻R2之兩端的感測電壓VDR而產生判斷信號SD。根據本發明之一實施例，當負載電流IL係由第一節點N1流向第二節點N2時，感測電壓VDR係為正值且判斷信號SD係為第一邏輯位準。根據本發明之另一實施例，當負載電流IL係由第二節點N2流向第一節點N1時，感測電壓VDR係為負值且判斷信號SD係為第二邏輯位準。

控制器160根據致能信號EN，產生第二控制信號SC2而使第二電壓產生器140將第二電晶體M2完全導通，並且根據致能信號EN、保護信號RCP以及判斷信號SD，產生第一控制信號SC1。根據本發明之一些實施例，致能信號EN係由系統所提供。

第2圖係顯示根據本發明之一實施例所述之電源傳輸介面之示意圖。如第2圖所示，電源傳輸介面200係耦接於電池電壓VBATT以及匯流排電壓VBUS之間，包括第一開關SW1、電池充電電路210、第二開關SW2以及電壓轉換電路220。根據本發明之一實施例，電源傳輸介面200係為USB type-C傳輸介面。

根據本發明之一實施例，當匯流排電壓VBUS對電池電壓VBATT進行供電時，第一開關SW1根據第一致能信號EN1而為導通，電池充電電路210利用匯流排電壓VBUS對電池電壓VBATT進行供電，並對電池BATT進行充電。根據本發明之另一實施例，當電池電壓VBATT對匯流排電壓VBUS進行供電時，第二開關SW2根據第二致能信號EN2而為導通，且電壓轉換電路220將電池電壓VBATT轉換為匯流排電壓VBUS所要求之電壓位準，並對匯流排電壓VBUS進行供電。

此外，在第一開關SW1以及第二開關SW2切換過程會有高低電壓差的問題。電源傳輸介面200更包括反向電流偵測裝置230，反向電流偵測裝置230偵測反向電流而產生第一保護信號RCP1以及第二保護信號RCP2。當匯流排電壓VBUS(或電池電壓VBATT)對電池電壓VBATT(或匯流排電壓VBUS)進行供電轉換為電池電壓VBATT(或匯流排電壓VBUS)對匯流排電壓VBUS(或電池電壓VBATT)進行供電時，會發生第一開關SW1以及第二開關SW2同時導通的情況，如果此時反向電流被偵測到的話，電源傳輸介面200可及時關斷第一開關SW1或第二開關SW2。

第1圖之反向電流保護裝置100係對應至第一開關SW1以及反向電流偵測裝置230之結合、或第二開關SW2以及反向電流偵測裝置230之結合。再者，由於比較器CMP透過偵測第一源極端S1以及第二源極端S2之跨壓是否低於參考電壓VREF而判斷是否發生反向電流，進而發出保護信號RCP，因此第1圖之產生保護信號RCP之比較器CMP係對應至第2圖之反向電流偵測裝置230。

詳細而言，當第1圖之反向電流保護裝置100係對應至第一開關SW1以及反向電流偵測裝置230之結合時，第一節點N1係對應至匯流排電壓VBUS，第二節點N2係對應至電池電壓VBATT，並且由第一節點N1(對應至匯流排電壓VBUS)對第二節點N2(對應至電池電壓VBATT)進行供電；當第1圖之反向電流保護裝置100係對應至第二開關SW2以及反向電流偵測裝置230之結合時，第一節點N1係對應至電池電壓VBATT，第二節點N2係對應至匯流排電壓VBUS，並且由第一節點N1(對應至電池電壓VBATT)對第二節點N2(對應至匯流排電壓VBUS)進行供電。因此，以下係以第一節點N1對第二節點N2進行供電為前提，進行說明解釋。

回到第1圖，根據本發明之一實施例，當第二節點N2之電壓超過第一節點N1之電壓時，反向電流IRC自第二節點N2流向電流源CS，並且經第一電晶體M1以及第二電晶體M2而流至第一節點N1，使得第一源極端S1至第二源極端S2之電壓差小於0V且小於參考電壓VREF，因此比較器CMP產生之保護信號RCP係為第二邏輯位準。

判斷單元150將電流感測器110所產生之感測電流ISEN流經第二電阻R2所產生之感測電壓VDR係為負值，使得判斷信號SD係為第二邏輯位準。控制器160基於第二邏輯位準之保護信號RCP以及第二邏輯位準之判斷信號SD，利用第一控制信號SC1而將第一控制電壓VC1下拉至第一源極端S1之電壓位準，進而使得第一電晶體M1不導通。

當第一電晶體M1不導通時，由於第一寄生二極體 DI1亦為逆向偏壓，因此第二節點N2之電壓無法提供至第一節點N1，進而達成反向電流保護。根據本發明之一實施例，當第二節點N2之電壓超過第一節點N1之電壓時，第二電晶體M2仍然維持完全導通。

根據本發明之另一實施例，當第二節點N2係為無載(亦即，第二節點N2係為浮接狀態)時，自第一節點N1流經第一電晶體M1以及第二電晶體M2之負載電流IL係等於待機電流ISTY。目標電壓控制器120將感測電流ISEN流經控制電阻RCNT所產生之目標電壓VTR係如公式1所示：

當第二節點N2係為無載(亦即，第二節點N2係為浮接狀態)時，此時判斷信號SD係為第一邏輯位準，第一電壓產生器130將第一控制電壓VC1增加至目標電壓VTR，使得第一電晶體M1係為部分導通，其中目標電壓VTR不小於第一電晶體M1之臨限電壓Vth，第二電晶體M2依然維持完全導通。此外，第一源極端S1以及第二源極端S2之跨壓係為{ISTY×(RON1+RON2)}，且大於參考電壓VREF，使得保護信號RCP係為第一邏輯位準，其中RON1以及RON2分別為第一電晶體M1以及第二電晶體M2之導通電阻。

根據本發明之又一實施例，當第一節點N1對第二節點N2正常供電時，隨著負載電流IL增加，目標電壓VTR與第一控制電壓VC1也隨之增加，而第一電晶體M1之導通電阻也隨第一控制電壓VC1上升而下降，此時判斷信號SD係為第一邏輯位準，且保護信號RCP係為第二邏輯位準。並且當第一控制電壓VC1增加至一最大值時，第一電壓產生器130將第一控制電壓VC1維持在最大值，而不再持續增加，以保護第一電晶體M1免於燒毀，此時判斷信號SD係為第一邏輯位準，且保護信號RCP係為第一邏輯位準。

然而，如公式1所示，為了導通第一電晶體M1，待機電流ISTY以及控制電阻RCNT必須精準選取，並且隨著第一電晶體M1之特性不同而改變。詳細來說，當第一電晶體M1之臨限電壓Vth改變時，將第一電晶體M1導通之目標電壓VTR也隨之改變，使得待機電流ISTY以及控制電阻RCNT亦須隨著第一電晶體M1之臨限電壓而有所改變。此外，當選擇具有不同特性之第一電晶體M1以及第二電晶體M2時，第一電晶體M1以及第二電晶體M2之導通電阻亦隨之改變，參考電壓VREF也須隨之調整。

因此，反向電流保護裝置100必須針對待機電流ISTY、控制電阻RCNT以及參考電壓VREF內置修整電路，針對具有不同特性之第一電晶體M1以及第二電晶體M2，對待機電流ISTY、控制電阻RCNT以及參考電壓VREF進行微調，使得反向電流保護裝置100得以正常運作。然而，此舉將增加設計複雜度以及生產成本。

第3圖係顯示根據本發明之另一實施例所述之反向電流保護裝置之示意圖。將反向電流保護裝置300與第1圖之反向電 流保護裝置100相比，反向電流保護裝置300省去了目標電壓控制器120，並且利用保護信號RCP以及判斷信號SD而對第一控制電壓VC1進行動態調整，以下將針對第一控制電壓VC1之產生方式予以詳細說明。

根據本發明之一實施例，當第二節點N2之電壓高於第一節點N1之電壓時，反向電流IRC自第二節點N2流向電流源CS，並且經第一電晶體M1以及第二電晶體M2而流至第一節點N1，使得第一源極端S1至第二源極端S2之電壓差小於0V且小於參考電壓VREF，因此比較器CMP產生之保護信號RCP係為第二邏輯位準。

判斷單元150將電流感測器110所產生之感測電流ISEN流經第二電阻R2所產生之感測電壓VDR係為負值，使得判斷信號SD係為第二邏輯位準。控制器160基於第二邏輯位準之保護信號RCP以及第二邏輯位準之判斷信號SD，利用第一控制信號SC1而將第一控制電壓VC1下拉至第一源極端S1之電壓位準，進而使得第一電晶體M1不導通。

當第一電晶體M1不導通時，由於第一寄生二極體DI1亦為逆向偏壓，因此第二節點N2之電壓無法提供至第一節點N1，進而達成反向電流保護。根據本發明之一實施例，當第二節點N2之電壓超過第一節點N1之電壓時，第二電晶體M2仍然維持完全導通。

根據本發明之另一實施例，當第二節點N2係為無載(亦即，第二節點N2係為浮接狀態)時，此時判斷信號SD係為第一邏輯位準，第一電壓產生器130將第一控制電壓VC1自接地位 準開始增加，直到第一源極端S1至第二源極端S2之電壓差不大於參考電壓VREF時，控制器160基於第二邏輯位準之保護信號RCP，利用第一控制信號SC1而使第一電壓產生器130停止增加第一控制電壓VC1，並維持輸出之第一控制電壓VC1之電壓位準。

根據本發明之又一實施例，當第一節點N1對第二節點N2進行供電時，隨著負載電流IL增加，第一電壓產生器130持續增加第一控制電壓VC1直到保護信號RCP係為第二邏輯位準(亦即，第一源極端S1至第二源極端S2之跨壓不大於參考電壓VREF)，此時判斷信號SD將維持為第一邏輯位準。當保護信號RCP係為第二邏輯位準時，第一電壓產生器130維持第一控制電壓VC1之電壓位準。

根據本發明之一實施例，當第一控制電壓VC1達到最大電壓且第一源極端S1至第二源極端S2之電壓差大於參考電壓VREF時，第一控制信號SC1控制第一電壓產生器130將第一控制電壓VC1維持在最大電壓，其中當第一控制電壓VC1等於最大電壓時，第一電晶體M1係為完全導通。此時判斷信號SD係為第一邏輯位準，且保護信號RCP係為第一邏輯位準。

將反向電流保護裝置300與第1圖之反向電流保護裝置100相比，由於反向電流保護裝置300省略了目標電壓控制器120且根據保護信號RCP而動態調整第一控制電壓VC1，使得反向電流保護裝置300之第一電晶體M1以及第二電晶體M2的選擇具有更多彈性。此外，由於反向電流保護裝置300能夠動態調整第一控制電壓VC1，因此無須內置修整電路調整待機電流ISTY、控制電阻RCNT以及參考電壓VREF，進而大幅降低設計複雜度以及生產 成本。

第4圖係顯示根據本發明之一實施例所述之第1圖之第一源極端S1至第二源極端S2之電壓差與第一控制電壓VC1之關係圖。參考第1圖之反向電流保護裝置100以及第4圖之關係圖400，反向電流保護裝置100之第一控制電壓VC1係隨著負載電流IL增加而增加。在第一控制電壓VC1達到最大電壓VC1_M之前，第一電晶體M1之第一導通電阻RON1與第二導通電阻RON2之和係與第一控制電壓VC1呈現反比關係。在第一控制電壓VC1增加至最大電壓VC1_M後，第一控制電壓VC1維持在最大電壓VC1_M，使得第一導通電阻RON1與第二導通電阻RON2之和維持為定值。

在第一控制電壓VC1達到最大電壓VC1_M之前，第一源極端S1至第二源極端S2之電壓差VD有些不規則的變化。在第一控制電壓VC1增加至最大電壓VC1_M後，第一源極端S1至第二源極端S2之電壓差VD隨著負載電流IL增加而增加。

第5圖係顯示根據本發明之另一實施例所述之第3圖之第一源極端S1至第二源極端S2之電壓差與第一控制電壓VC1之關係圖。參考第3圖之反向電流保護裝置300以及第5圖之關係圖500，反向電流保護裝置300之第一控制電壓VC1係隨著負載電流IL增加而增加。在第一控制電壓VC1達到最大電壓VC1_M之前，第一電晶體M1之第一導通電阻RON1與第二導通電阻RON2之和係與第一控制電壓VC1呈現反比關係。在第一控制電壓VC1增加至最大電壓VC1_M後，第一控制電壓VC1維持在最大電壓VC1_M，使得第一導通電阻RON1與第二導通電阻RON2之和維持為定值。

由於反向電流保護裝置300係根據第一源極端S1 至第二源極端S2之電壓差VD而動態調整第一控制電壓VC1，第一源極端S1至第二源極端S2之電壓差VD在第一控制電壓VC1增加至最大電壓VC1_M之前係為定值(等於參考電壓VREF)。在第一控制電壓VC1增加至最大電壓VC1_M後，第一源極端S1至第二源極端S2之電壓差VD隨著負載電流IL增加而增加。

根據本發明之一實施例，將第5圖之關係圖500與第4圖之關係圖400相比，反向電流保護裝置300相較反向電流保護裝置100更貼近理想的二極體。

本發明在此提供了一種能夠動態調整開關之控制電壓之反向電流保護裝置，使得開關之導通電阻得以隨著負載電流的大小而進行動態調整，進而獲得開關之最佳效能。並且本發明所提出之反向電流保護裝置能夠在發現發生反向電流的當下，立即將開關關斷，進而減少功率損耗。

雖然本揭露的實施例及其優點已揭露如上，但應該瞭解的是，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作更動、替代與潤飾。此外，本揭露之保護範圍並未侷限於說明書內所述特定實施例中的製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟，任何所屬技術領域中具有通常知識者可從本揭露一些實施例之揭示內容中理解現行或未來所發展出的製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟，只要可以在此處所述實施例中實施大抵相同功能或獲得大抵相同結果皆可根據本揭露一些實施例使用。因此，本揭露之保護範圍包括上述製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟。另外，每一申請專利範圍構成個別的實施例，且本揭露之保護範圍也包括各個申請專利範 圍及實施例的組合。

100:反向電流保護裝置

110:電流感測器

120:目標電壓控制器

130:第一電壓產生器

140:第二電壓產生器

150:判斷單元

160:控制器

N1:第一節點

N2:第二節點

M1:第一電晶體

M2:第二電晶體

S1:第一源極端

S2:第二源極端

D1:第一汲極端

D2:第二汲極端

G1:第一閘極端

G2:第二閘極端

VC1:第一控制電壓

VC2:第二控制電壓

DI1:第一寄生二極體

DI2:第二寄生二極體

CMP:比較器

CS:電流源

R1:第一電阻

R2:第二電阻

RCNT:控制電阻

VREF:參考電壓

RCP:保護信號

IL:負載電流

IRC:反向電流

ISTY:待機電流

ISEN:感測電流

VTR:目標電壓

VDR:感測電壓

SD:判斷信號

SC1:第一控制信號

SC2:第二控制信號

EN:致能信號

Claims (10)

1. 一種反向電流保護裝置，耦接於一第一節點以及一第二節點，包括： 一第一電晶體，包括一第一源極端、一第一汲極端以及一第一閘極端，其中上述第一源極端耦接至上述第一節點，上述第一閘極端接收一第一控制電壓； 一第二電晶體，包括一第二源極端、一第二汲極端以及一第二閘極端，其中上述第二源極端耦接至上述第二節點，上述第二汲極端耦接至上述第一汲極端，上述第二閘極端接收一第二控制電壓； 一比較器，將一電壓差與一參考電壓相比，而產生一保護信號，其中上述電壓差係為上述第一源極端之電壓減去上述第二源極端之電壓； 一第一電壓產生器，根據一第一控制信號，產生上述第一控制電壓； 一第二電壓產生器，用以產生上述第二控制電壓，而將上述第二電晶體完全導通；以及 一控制器，根據上述保護信號，產生上述第一控制信號。
2. 如請求項1之反向電流保護裝置，更包括： 一電流源，產生一待機電流自上述第二源極端流至一接地端。
3. 如請求項2之反向電流保護裝置，其中當上述第二節點係為浮接狀態時，上述第一節點提供上述待機電流至上述電流源，上述控制器利用上述第一控制信號，控制上述第一電壓產生器持續增加上述第一控制電壓，直到上述電壓差不大於上述參考電壓。
4. 如請求項1之反向電流保護裝置，更包括： 一第一電阻，耦接於上述第一源極端以及上述第一節點之間，用以偵測流經上述第一電晶體以及上述第二電晶體之一負載電流；以及一電流感測器，根據上述第一節點以及上述第一源極端之電壓差，產生一感測電流，其中上述負載電流係為上述感測電流之N倍，其中N係為正整數。
5. 如請求項4之反向電流保護裝置，更包括： 一判斷單元，根據上述感測電流而產生一判斷信號，其中上述控制器更根據上述保護信號以及上述判斷信號，而產生上述第一控制信號； 其中當上述負載電流係由上述第一節點流至上述第二節點時，上述感測電流係為一第一狀態； 其中當上述負載電流係由上述第二節點流至上述第一節點時，上述感測電流係為一第二狀態。
6. 如請求項5之反向電流保護裝置，其中當上述感測電流係為上述第一狀態時，上述判斷信號係為一第一邏輯位準，其中當上述感測電流係為上述第二狀態時，上述判斷信號係為一第二邏輯位準。
7. 如請求項6之反向電流保護裝置，其中上述判斷單元將上述感測電流流經一第二電阻而產生一感測電壓，且基於上述感測電壓而產生上述判斷信號，其中當上述感測電流係為上述第一狀態時，上述感測電壓係為正值，上述判斷信號係為上述第一邏輯位準，其中當上述感測電流係為上述第二狀態時，上述感測電壓係為負值，上述判斷信號係為上述第二邏輯位準。
8. 如請求項6之反向電流保護裝置，其中當上述電壓差大於上述參考電壓且上述判斷信號係為上述第一邏輯位準時，上述第一電壓產生器持續增加上述第一控制電壓，直到上述電壓差不大於上述參考電壓。
9. 如請求項8之反向電流保護裝置，其中當上述第一控制電壓達到一最大電壓且上述電壓差仍大於上述參考電壓時，上述第一電壓產生器將上述第一控制電壓維持在上述最大電壓，其中當上述第一控制電壓等於上述最大電壓時，上述第一電晶體係為完全導通。
10. 如請求項6之反向電流保護裝置，其中當上述電壓差不大於上述參考電壓且上述判斷信號係為上述第二邏輯位準時，上述第一電壓產生器將上述第一控制電壓下拉至上述第一源極端之電壓位準，以將上述第一電晶體不導通。

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