TWI842426B - Pd控制器積體電路與功率開關的控制方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種電力傳輸（PD）控制器積體電路與功率開關的控制方法。功率開關的第一端與第二端分別耦接至通用序列匯流排（USB）連接器的電源接腳以及功能電路的電源輸入端。PD控制器積體電路產生功率開關控制電壓去控制功率開關。PD控制器積體電路可以在功能電路的上電期間中分階段調整功率開關控制電壓的準位，以漸進地導通功率開關。

Description

PD控制器積體電路與功率開關的控制方法

本發明是有關於一種消費性電子產品，且特別是有關於消費性電子產品的一種電力傳輸（Power Delivery，PD）控制器積體電路與功率開關的控制方法。

一般而言，使用者會使用充電器（charger）或適配器（adapter）來供電給消費性電子產品，例如檯燈、喇叭或是其他消費性電子產品。充電器與消費性電子產品之間的連接介面一般是符合標準規格的連接器。舉例來說，充電器與消費性電子產品之間的連接介面可能包括符合通用序列匯流排（Universal Serial Bus，USB）規格的USB type-A連接器或是USB type-C連接器。諸如電腦等主機（host）亦可以通過USB連接器供電給消費性電子產品。

當USB主機（或USB充電器，或USB適配器）連接至消費性電子產品的USB連接器時，消費性電子產品的電力傳輸（Power Delivery，PD）控制器可以經由USB連接器的配置通道（Configuration Channel，CC）接腳向USB主機交換配置資訊，以協商USB主機與消費性電子產品之間的功率傳輸模式。PD（電力傳輸）控制與CC接腳的相關操作被規範於USB規格，故在此不予贅述。在決定功率傳輸模式後，PD控制器可以導通（turn on）連接於USB連接器的電源接腳（Vbus接腳）以及功能電路的電源輸入端之間的功率開關。在功率開關導通後，USB主機可以通過USB連接器與功率開關供電給消費性電子產品的所述功能電路。USB規格書規範了當功率開關導通時，供電給功能電路的電源電壓的迴轉率（Slew Rate，SR）。如何控制功率開關以符合USB規格書對導通迴轉率的規範，是本領域諸多技術課題之一。

此外，消費性電子產品所要求的功率傳輸模式可能是高電壓模式。舉例來說，消費性電子產品可能要求USB主機提供12V（12伏特）、20V或更高電壓。一般而言，為了有效驅動連接於USB連接器的Vbus接腳的功率開關，PD控制器需要提供比Vbus接腳的電壓還要高的功率開關控制電壓給功率開關的控制端。一般製程所生產的先前技術PD控制器無法提供/控制高準位的功率開關控制電壓，因為一般製程的開關元件的電壓耐受範圍小於功率開關控制電壓的壓擺範圍（swing range）。因此，先前技術PD控制器是以高電壓製程來實現的。然而，高電壓製程的製作成本是非常昂貴的。如何使一般製程的所生產的PD控制器可以提供/控制高準位的功率開關控制電壓，是本領域諸多技術課題之一。

須注意的是，「先前技術」段落的內容是用來幫助了解本發明。在「先前技術」段落所揭露的部份內容（或全部內容）可能不是所屬技術領域中具有通常知識者所知道的習知技術。在「先前技術」段落所揭露的內容，不代表該內容在本發明申請前已被所屬技術領域中具有通常知識者所知悉。

本發明提供一種電力傳輸（Power Delivery，PD）控制器積體電路與功率開關的控制方法，以漸進地導通功率開關。

在本發明的一實施例中，上述的PD控制器積體電路用以產生功率開關控制電壓去控制功率開關。功率開關的第一端與第二端分別耦接至通用序列匯流排（Universal Serial Bus，USB）連接器的電源接腳以及功能電路的電源輸入端。PD控制器積體電路在功能電路的上電期間中分階段調整功率開關控制電壓的準位，以漸進地導通功率開關。

在本發明的一實施例中，上述的控制方法包括：由PD控制器積體電路產生功率開關控制電壓去控制功率開關，其中功率開關的第一端與第二端分別耦接至USB連接器的電源接腳以及功能電路的電源輸入端；以及在功能電路的上電期間中，分階段調整功率開關控制電壓的準位，以漸進地導通功率開關。

基於上述，本發明諸實施例所述PD控制器積體電路可以在功能電路的上電期間中分階段調整功率開關控制電壓的準位，以漸進地導通功率開關。因此，通過功率開關的電源電壓的迴轉率（Slew Rate，SR）可以符合USB規格書的規範。在一些實施例中，PD控制器積體電路所產生的電荷泵電壓可以通過PD控制器積體電路的多個開關而被傳輸至功率開關的控制端做為功率開關控制電壓。基於所述多個開關的導通（turn on）與截止（turn off），功率開關控制電壓可以控制耦接於USB連接器以及功能電路之間的功率開關。在所述多個開關中的第j-1開關為截止時，PD控制器積體電路的電壓控制電路可以使第j-1開關的第一端電壓與第j-1開關的第二端電壓之間的電壓差小於第j-1開關的最大耐受電壓。因此，用以提供/控制高控制電壓的PD控制器積體電路可以用較低電壓的一般製程實現，而不用昂貴的高電壓製程。

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。

在本案說明書全文（包括申請專利範圍）中所使用的「耦接（或連接）」一詞可指任何直接或間接的連接手段。舉例而言，若文中描述第一裝置耦接（或連接）於第二裝置，則應該被解釋成該第一裝置可以直接連接於該第二裝置，或者該第一裝置可以透過其他裝置或某種連接手段而間接地連接至該第二裝置。本案說明書全文（包括申請專利範圍）中提及的「第一」、「第二」等用語是用以命名元件（element）的名稱，或區別不同實施例或範圍，而並非用來限制元件數量的上限或下限，亦非用來限制元件的次序。另外，凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件/步驟代表相同或類似部分。不同實施例中使用相同標號或使用相同用語的元件/構件/步驟可以相互參照相關說明。

圖1是依照本發明的一實施例的一種消費性電子產品100的電路方塊（circuit block）示意圖。圖1所示消費性電子產品100包括通用序列匯流排（Universal Serial Bus，USB）連接器110、電力傳輸（Power Delivery，PD）控制器積體電路120、功能電路130以及功率開關SWbus。作為範例，USB連接器110可以包括USB type-C連接器。功率開關SWbus的第一端耦接至USB連接器110的電源接腳Vbus。功率開關SWbus的第二端耦接至功能電路130的電源輸入端。功率開關SWbus的控制端耦接至PD控制器積體電路120，以接收功率開關控制電壓SW_EN。

圖2是依照本發明的一實施例的一種功率開關SWbus的控制方法的流程示意圖。請參照圖1與圖2。PD控制器積體電路120可以產生功率開關控制電壓SW_EN去控制功率開關SWbus（步驟S210）。PD控制器積體電路120還耦接至USB連接器110的配置通道（Configuration Channel，CC）接腳。當USB主機（或USB充電器，或USB適配器，未繪於圖1）連接至消費性電子產品100的USB連接器110時，PD控制器積體電路120可以經由USB連接器110的CC接腳向USB主機交換配置資訊，以協商USB主機與消費性電子產品100之間的功率傳輸模式。CC接腳的相關操作被規範於USB規格，故在此不予贅述。在決定功率傳輸模式後，PD控制器積體電路120可以導通（turn on）功率開關SWbus。

PD控制器積體電路120可以在功能電路130的上電期間（power-on period）中分階段調整功率開關控制電壓SW_EN的準位，以漸進地導通功率開關SWbus（步驟S220）。舉例來說，所述上電期間可以被分為n個調整期間，其中n為大於1的整數。PD控制器積體電路120可以在第i調整期間（所述n個調整期間中的任意一個調整期間）將功率開關控制電壓SW_EN調整至第i準位，其中i為大於0小於等於n的整數，第i準位介於第i-1準位與第i+1準位之間。第i-1準位為功率開關控制電壓SW_EN在第i-1調整期間的電壓準位，其中第i-1調整期間早於第i調整期間。第i+1準位為功率開關控制電壓SW_EN在第i+1調整期間的電壓準位，其中第i+1調整期間晚於第i調整期間。在功率開關控制電壓SW_EN被調整至第i準位後，PD控制器積體電路120可以將功率開關控制電壓SW_EN保持於第i準位直到第i調整期間結束。

USB規格書規範了當功率開關SWbus導通時，供電給功能電路130的電源電壓的迴轉率（Slew Rate，SR）。PD控制器積體電路120可以在功能電路130的上電期間中分階段調整功率開關控制電壓SW_EN的準位，以漸進地導通功率開關SWbus。因此，通過功率開關SWbus的電源電壓的迴轉率可以符合USB規格書的規範。在功率開關SWbus導通後，USB主機可以通過USB連接器110與功率開關SWbus供電給消費性電子產品100的功能電路130。

圖3是依照本發明的一實施例所繪示，PD控制器積體電路120的電路方塊示意圖。圖3所示PD控制器積體電路120可以作為圖1所示PD控制器積體電路120的諸多實施範例之一。PD控制器積體電路120包括n個開關，例如圖3所示開關SW31與開關SW32。PD控制器積體電路120的開關數量n可以依照實際設計來決定。舉例來說，在其他實施例中，PD控制器積體電路120可以包括三個或更多個開關。圖3所示PD控制器積體電路120還包括電荷泵（charge pump）電路121、電壓控制電路122與開關控制電路123。依照不同的設計，在一些實施例中，上述PD控制器積體電路120以及（或是）開關控制電路123的實現方式可以是硬體（hardware）電路。在另一些實施例中，PD控制器積體電路120以及（或是）開關控制電路123的實現方式可以是韌體（firmware）、軟體（software，即程式）或是前述二者的組合形式。在又一些實施例中，PD控制器積體電路120以及（或是）開關控制電路123的實現方式可以是硬體、韌體、軟體中的多者的組合形式。

電荷泵電路121可以從USB連接器110的電源接腳Vbus接收輸入電壓Vbus_IN，以及產生電荷泵電壓VCP。依照實際設計，電荷泵電路121可以包括任何電荷泵電路，例如公知的電荷泵或是其他電荷泵電路。基於功率開關SWbus的驅動特性，電荷泵電路121可以產生適配於功率開關SWbus的電荷泵電壓VCP。舉例來說，假設在功率開關控制電壓SW_EN大於輸入電壓Vbus_IN的情況下功率開關SWbus可以被有效導通（完全導通），則電荷泵電路121可以產生大於輸入電壓Vbus_IN的電荷泵電壓VCP，以適配於功率開關SWbus的驅動特性。開關SW31的第一端耦接至電荷泵電路121的輸出端，以接收電荷泵電壓VCP。開關SW32的第一端耦接至開關SW31的第二端。電壓控制電路122耦接至開關SW32的第一端與開關SW31的該第二端。開關SW32的第二端耦接至功率開關SWbus的控制端，以提供功率開關控制電壓SW_EN。開關控制電路123可以產生控制訊號SW1_EN與SW2_EN去控制開關SW31與開關SW32。

開關控制電路123耦接至USB連接器110的CC接腳。當USB主機（或USB充電器，或USB適配器，未繪於圖3）連接至USB連接器110時，開關控制電路123可以經由USB連接器110的CC接腳向USB主機交換配置資訊，以協商USB主機與消費性電子產品100之間的功率傳輸模式。在決定功率傳輸模式後，開關控制電路123可以分時依序導通開關SW31與SW32，以提供/控制高準位的功率開關控制電壓SW_EN至功率開關SWbus的控制端，進而漸進地導通功率開關SWbus。

圖4是依照本發明的一實施例所繪示，控制訊號SW1_EN、控制訊號SW2_EN與功率開關控制電壓SW_EN的時序示意圖。請參照圖3與圖4。開關控制電路123可以產生控制訊號SW1_EN與SW2_EN去控制開關SW31（第1開關）與開關SW32（第2開關）。在上電期間之前開關SW31與開關SW32為截止，此時電壓控制電路122可以將圖3所示電壓VMID2（亦即開關SW32的第一端的電壓與開關SW31的第二端的電壓）維持於功率開關控制電壓SW_EN的壓擺範圍的中央準位。在圖4所示實施例中，功率開關控制電壓SW_EN的壓擺範圍為0V～VCP，而電壓控制電路122可以將電壓VMID2維持於0.5VCP準位。基此，縱使電荷泵電壓VCP大於開關SW31與開關SW32任一個的最大耐受電壓，開關SW31的兩端電壓差（例如源汲電壓，source-drain voltage，Vsd）可以小於開關SW31的最大耐受電壓，以及開關SW32的兩端電壓差（例如Vsd）可以小於開關SW32的最大耐受電壓。

開關控制電路123以從開關SW32至開關SW31的順序在上電期間中的不同時間點導通開關SW31與SW32，以提供/控制高準位的功率開關控制電壓SW_EN至功率開關SWbus的控制端。舉例來說，在圖4所示實施例中，上電期間可以被分為調整期間Pon1與Pon2。在調整期間Pon1，開關SW31為截止而開關SW32為導通（turn on），此時開關SW32可以將電壓控制電路122所提供的電壓VMID2作為功率開關控制電壓SW_EN傳輸至功率開關SWbus的控制端。此時，截止的開關SW31的源汲電壓Vsd依然未超出開關SW31的最大耐受電壓。在調整期間Pon2，開關SW31與開關SW32為導通，此時開關SW31與SW32可以將電荷泵電路121所提供的電荷泵電壓VCP作為功率開關控制電壓SW_EN傳輸至功率開關SWbus的控制端。因此，PD控制器積體電路120可以在功能電路130的上電期間中分階段調整功率開關控制電壓SW_EN的準位，以漸進地導通功率開關SWbus。

舉例來說，假設輸入電壓Vbus_IN為24V，電荷泵電壓VCP為29V（亦即功率開關控制電壓SW_EN的壓擺範圍為0V～29V），以及開關SW31與開關SW32在截止時源汲電壓Vsd的最大耐受電壓為18V。當開關SW31與開關SW32為截止時，電壓控制電路122可以將圖3所示電壓VMID2（亦即開關SW32的第一端的電壓與開關SW31的第二端的電壓）維持於功率開關控制電壓SW_EN的壓擺範圍的中央準位（例如15V）。此時，雖然電荷泵電壓VCP大於開關SW31與開關SW32任一個的最大耐受電壓，但是開關SW31的源汲電壓Vsd（電壓差VSD31）與開關SW32的源汲電壓Vsd（電壓差VSD32）均未超出18V。當開關SW31為截止而開關SW32為導通時，電壓控制電路122可以將電壓VMID2（15V）作為功率開關控制電壓SW_EN而通過開關SW32傳輸至功率開關SWbus的控制端。此時，截止的開關SW31的源汲電壓Vsd依然未超出18V。當開關SW31與開關SW32為導通時，電荷泵電路121可以將電荷泵電壓VCP（29V）作為功率開關控制電壓SW_EN而通過開關SW31與開關SW32傳輸至功率開關SWbus的控制端。因此，PD控制器積體電路120可以在功能電路130的上電期間中分階段調整功率開關控制電壓SW_EN的準位，以漸進地導通功率開關SWbus。

開關控制電路123以從開關SW31至開關SW32的順序在功能電路的去電期間（power-off period）中的不同時間點截止開關SW31與SW32。在圖4所示實施例中，去電期間可以被分為調整期間Poff1與Poff2。在調整期間Poff1，開關SW31為截止而開關SW32為導通，此時電壓控制電路122所提供的電壓VMID2可以保證截止的開關SW31的源汲電壓Vsd未超出開關SW31的最大耐受電壓。在調整期間Poff2，開關SW31與開關SW32為截止，此時功率開關控制電壓SW_EN下降至最低準為（例如0V）以截止功率開關SWbus。因此，PD控制器積體電路120可以在功能電路130的去電期間中分階段調整功率開關控制電壓SW_EN的準位。

綜上所述，PD控制器積體電路100所產生的電荷泵電壓VCP可以通過多個開關SW31與SW32而被傳輸至功率開關SWbus的控制端做為功率開關控制電壓SW_EN。基於開關SW31與SW32的導通與截止，功率開關控制電壓SW_EN可以控制耦接於USB連接器110以及功能電路130之間的功率開關SWbus。在開關SW31為截止時，電壓控制電路122可以使開關SW31的兩端之間的電壓差VSD31（例如源汲電壓Vsd）小於開關SW31的最大耐受電壓。開關SW31與開關SW32的每一個的電壓耐受範圍可以小於功率開關控制電壓SW_EN的壓擺範圍。因此，用以提供/控制高控制電壓的PD控制器積體電路120可以用較低電壓的一般製程實現，而不用昂貴的高電壓製程。

雖然圖3繪示了兩個開關SW31與SW32，本領域具有通常知識者可以基於圖3的相關說明而類推至更多個開關。在此說明n個開關的廣泛性實施方式。所述n個開關中的第1開關的第一端耦接至電荷泵電路121的輸出端，以接收電荷泵電壓VCP。所述n個開關中的第j開關的第一端耦接至所述n個開關中的第j-1開關的第二端，其中j為大於1小於等於n的整數。所述n個開關中的第n開關的第二端耦接至功率開關SWbus的控制端，以提供功率開關控制電壓SW_EN。電壓控制電路122耦接至第j開關的第一端與第j-1開關的第二端。當第j-1開關為截止時，電壓控制電路122可以將第j開關的第一端的電壓與第j-1開關的第二端的電壓維持於第j準位，其中第j準位介於截止的第j-1開關的第一端的電壓準位與截止的第j開關的第二端的電壓準位之間。開關控制電路123耦接至所述n個開關每一者的控制端。開關控制電路123以從第n開關至第1開關的順序在上電期間中的不同時間點導通所述n個開關。開關控制電路123以從該第1開關至該第n開關的順序在該功能電路的一去電期間中的不同時間點截止所述n個開關。

圖5是依照本發明的一實施例所繪示，電壓控制電路122的電路示意圖。圖5所示電壓控制電路122可以做為圖3所示電壓控制電路122的諸多實現範例之一。在圖5所示實施例中，電壓控制電路122包括分壓電阻串RS51、電晶體M51以及二極體D51。分壓電阻串RS51的第一端耦接至USB連接器110的電源接腳Vbus，以接收輸入電壓Vbus_IN。分壓電阻串RS51的第二端耦接至參考電壓（例如接地電壓GND或是其他固定電壓）。電晶體M51的控制端（例如閘極）耦接至分壓電阻串RS51中的一個分壓節點，以接收分壓電壓Half_VBUS。電晶體M51的第一端（例如汲極）耦接至USB連接器110的電源接腳Vbus，以接收輸入電壓Vbus_IN。二極體D51的第一端（例如陽極）耦接至電晶體M51的第二端（例如源極），以接收電壓VMID1。二極體D51的第二端（例如陰極）耦接至第j開關（例如開關SW32）的第一端與第j-1開關（例如開關SW31）的第二端，以提供電壓VMID2。

圖3所示開關控制電路123可以包括n個轉換控制電路。這些轉換控制電路一對一地耦接至n個開關（例如開關SW31與SW32）的控制端。其中，這些轉換控制電路中的第i轉換控制電路在上電期間中的對應時間點導通所述n個開關的第i開關。舉例來說，圖6是依照本發明的一實施例所繪示，開關控制電路123的電路示意圖。圖6所示開關控制電路123可以做為圖3所示開關控制電路123的諸多實現範例之一。

在圖6所示實施例中，開關控制電路123包括轉換控制電路610與620。這些轉換控制電路610與620一對一地耦接至開關SW31與SW32的控制端。轉換控制電路610（第1轉換控制電路）在上電期間中的調整期間Pon2導通開關SW31（第1開關）。轉換控制電路620（第2轉換控制電路）在上電期間中的調整期間Pon1導通開關SW32（第2開關）。轉換控制電路610與轉換控制電路620可以具有相同電路架構。以下將以轉換控制電路610作為說明範例。轉換控制電路620可以參照轉換控制電路610的相關說明並且加以類推，故不再贅述。

在圖6所示實施例中，轉換控制電路610包括電阻R61、差動放大電路611以及回授電路612。電阻R61的第一端與第二端分別耦接至第i開關的第一端與控制端（例如開關SW31的源極與閘極）。差動放大電路611耦接至第i開關的控制端。回授電路612的回授端耦接至第i開關的第二端（例如開關SW31的汲極）。回授電路612的第一輸出端與第二輸出端分別耦接至差動放大電路611的第一差動輸入端與第二差動輸入端。

在圖6所示實施例中，差動放大電路611包括電流源CS61、電流源開關SW61、電晶體M61、電晶體M62、電晶體M63以及電晶體M64。電流源開關SW61的第一端耦接至電流源CS61。電晶體M61的第一端（例如源極）與電晶體M62的第一端（例如源極）耦接至電流源開關SW61的第二端。電晶體M61的控制端（例如閘極）耦接至回授電路612的第一輸出端。電晶體M62的控制端（例如閘極）耦接至回授電路612的第二輸出端。電晶體M63的第一端（例如源極）耦接至電晶體M61的第二端（例如汲極）。電晶體M63的第二端（例如汲極）耦接至第i開關的第一端（例如開關SW31的源極），以接收電荷泵電壓VCP。電晶體M64的第一端（例如源極）耦接至電晶體M62的一第二端（例如汲極）。電晶體M64的第二端（例如汲極）耦接至第i開關的控制端（例如開關SW31的閘極）。電晶體M63的控制端（例如閘極）與電晶體M64的控制端（例如閘極）耦接至參考電壓（例如圖5所示電壓VMID1）。

當電流源開關SW61為截止時，電阻R61將開關SW31的閘極電壓上拉至開關SW31的源極電壓，因此開關SW31為截止。當電流源開關SW61為導通時，差動放大電路611將開關SW31的閘極電壓下拉，因此開關SW31為導通。藉由調整電流源CS61的電流，控制訊號SW1_EN的迴轉率可以被設定。

在圖6所示實施例中，回授電路612包括電容C61、電阻R62、二極體串DS61以及電流源CS62。電容C61的第一端耦接至第i開關的第二端（例如開關SW31的汲極）。電容C61的第二端耦接至差動放大電路611的第一差動輸入端。電阻R62的第一端耦接至電容C61的第二端。電阻R62的第二端耦接至差動放大電路611的第二差動輸入端。二極體串DS61的第一端（例如陽極）耦接至電阻R62的第二端。二極體串DS61的第二端（例如陰極）耦接至參考電壓（例如接地電壓GND或是其他固定電壓）。電流源CS62耦接至電阻R62的第二端。圖6所示VDD表示電壓源。

綜上所述，上述諸實施例所述PD控制器積體電路120可以在功能電路130的上電期間中分階段調整功率開關控制電壓SW_EN的準位，以漸進地導通功率開關SWbus。因此，通過功率開關SWbus的電源電壓的迴轉率可以符合USB規格書的規範。在一些實施例中，PD控制器積體電路120所產生的電荷泵電壓VCP可以做為功率開關控制電壓SW_EN而通過PD控制器積體電路120的多個開關（例如圖3所示開關SW31與SW32）被傳輸至功率開關SWbus的控制端。基於開關SW31與SW32的導通與截止，功率開關控制電壓SW_EN可以控制耦接於USB連接器110以及功能電路130之間的功率開關SWbus。在開關SW31為截止時，電壓控制電路122可以使開關SW31的第一端電壓與第二端電壓之間的電壓差VSD31（例如源汲電壓Vsd）小於開關SW31的最大耐受電壓。因此，用以提供高準位控制電壓（功率開關控制電壓SW_EN）的PD控制器積體電路120可以用較低電壓的一般製程實現，而不用昂貴的高電壓製程。

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，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100:消費性電子產品 110:通用序列匯流排（USB）連接器 120:電力傳輸（PD）控制器積體電路 121:電荷泵電路 122:電壓控制電路 123:開關控制電路 130:功能電路 610、620:轉換控制電路 611:差動放大電路 612:回授電路 CS61、CS62:電流源 C61:電容 CC:接腳 D51:二極體 DS61:二極體串 GND:接地電壓 Half_VBUS:分壓電壓 M51、M61、M62、M63、M64:電晶體 Poff1、Poff2、Pon1、Pon2:調整期間 R61、R62:電阻 RS51:分壓電阻串 S210、S220:步驟 SW31、SW32:開關 SW61:電流源開關 SW_EN:功率開關控制電壓 SW1_EN、SW2_EN:控制訊號 SWbus:功率開關 Vbus:電源接腳 Vbus_IN:輸入電壓 VCP:電荷泵電壓 VDD:電壓源 VMID1、VMID2:電壓 VSD31、VSD32:電壓差

圖1是依照本發明的一實施例的一種消費性電子產品的電路方塊（circuit block）示意圖。 圖2是依照本發明的一實施例的一種功率開關的控制方法的流程示意圖。 圖3是依照本發明的一實施例所繪示，PD控制器積體電路的電路方塊示意圖。 圖4是依照本發明的一實施例所繪示，控制訊號的時序示意圖。 圖5是依照本發明的一實施例所繪示，電壓控制電路的電路示意圖。 圖6是依照本發明的一實施例所繪示，開關控制電路的電路示意圖。

110:通用序列匯流排(USB)連接器

120:電力傳輸(PD)控制器積體電路

121:電荷泵電路

122:電壓控制電路

123:開關控制電路

130:功能電路

CC:接腳

GND:接地電壓

SW31、SW32:開關

SW_EN:功率開關控制電壓

SW1_EN、SW2_EN:控制訊號

SWbus:功率開關

Vbus:電源接腳

Vbus_IN:輸入電壓

VCP:電荷泵電壓

VMID2:電壓

VSD31、VSD32:電壓差

Claims (19)

1. 一種電力傳輸控制器積體電路，用以產生一功率開關控制電壓去控制一功率開關，其中該功率開關的一第一端與一第二端分別耦接至一USB連接器的一電源接腳以及一功能電路的一電源輸入端，該電力傳輸控制器積體電路在該功能電路的一上電期間中分階段調整該功率開關控制電壓的準位以漸進地導通該功率開關，使得通過該功率開關的電源電壓的迴轉率符合USB規格書的規範。
2. 如請求項1所述的電力傳輸控制器積體電路，其中該上電期間被分為n個調整期間，n為大於1的整數，該電力傳輸控制器積體電路在所述n個調整期間中的一第i調整期間將該功率開關控制電壓調整至一第i準位，i為大於0小於等於n的整數，該第i準位介於該功率開關控制電壓的一第i-1準位與該功率開關控制電壓的一第i+1準位之間，以及在該功率開關控制電壓被調整至該第i準位後該電力傳輸控制器積體電路將該功率開關控制電壓保持於該第i準位直到該第i調整期間結束。
3. 如請求項1所述的電力傳輸控制器積體電路，包括：一電荷泵電路，用以從該USB連接器的該電源接腳接收一輸入電壓，以及產生一電荷泵電壓；n個開關，其中n為大於1的整數，所述n個開關中的一第1開關的一第一端耦接至該電荷泵電路的一輸出端以接收該電荷泵電壓，所述n個開關中的一第j開關的一第一端耦接至所述n個 開關中的一第j-1開關的一第二端，j為大於1小於等於n的整數，以及所述n個開關中的一第n開關的一第二端耦接至該功率開關的一控制端以提供該功率開關控制電壓；以及一電壓控制電路，耦接至該第j開關的該第一端與該第j-1開關的該第二端，其中當該第j-1開關為截止時該電壓控制電路將該第j開關的該第一端的電壓與該第j-1開關的該第二端的電壓維持於一第j準位，以及該第j準位介於截止的該第j-1開關的該第一端的電壓準位與截止的該第j開關的該第二端的電壓準位之間。
4. 如請求項3所述的電力傳輸控制器積體電路，其中該些開關的每一個的一電壓耐受範圍小於該功率開關控制電壓的一壓擺範圍。
5. 如請求項3所述的電力傳輸控制器積體電路，其中n為2，該電壓控制電路耦接至該第2開關的該第一端與該第1開關的該第二端，該第2開關的該第二端耦接至該功率開關的該控制端以提供該功率開關控制電壓，以及當該第1開關為截止時該電壓控制電路將該第2開關的該第一端的電壓與該第1開關的該第二端的電壓維持於該功率開關控制電壓的一壓擺範圍的一中央準位。
6. 如請求項3所述的電力傳輸控制器積體電路，其中該電壓控制電路包括：一分壓電阻串，具有一第一端與一第二端分別耦接至該USB連接器的該電源接腳與一參考電壓；一電晶體，具有一控制端耦接至該分壓電阻串中的一分壓節 點，其中該電晶體的一第一端耦接至該USB連接器的該電源接腳；以及一二極體，具有一第一端耦接至該電晶體的一第二端，其中該二極體的一第二端耦接至該第j開關的該第一端與該第j-1開關的該第二端。
7. 如請求項3所述的電力傳輸控制器積體電路，更包括：一開關控制電路，耦接至所述n個開關每一者的一控制端，其中該開關控制電路以從該第n開關至該第1開關的順序在該上電期間中的不同時間點導通所述n個開關。
8. 如請求項7所述的電力傳輸控制器積體電路，其中該開關控制電路以從該第1開關至該第n開關的順序在該功能電路的一去電期間中的不同時間點截止所述n個開關。
9. 如請求項7所述的電力傳輸控制器積體電路，其中該開關控制電路包括：n個轉換控制電路，一對一地耦接至所述n個開關的所述控制端，其中所述n個轉換控制電路中的一第i轉換控制電路在該上電期間中的一對應時間點導通所述n個開關的一第i開關。
10. 如請求項9所述的電力傳輸控制器積體電路，其中該第i轉換控制電路包括：一第一電阻，具有一第一端與一第二端分別耦接至該第i開關的一第一端與一控制端； 一差動放大電路，耦接至該第i開關的該控制端；以及一回授電路，具有一回授端耦接至該第i開關的一第二端，其中該回授電路的一第一輸出端與一第二輸出端分別耦接至該差動放大電路的一第一差動輸入端與一第二差動輸入端。
11. 如請求項10所述的電力傳輸控制器積體電路，其中該差動放大電路包括：一電流源；一電流源開關，具有一第一端耦接至該電流源；一第一電晶體，具有一第一端耦接至該電流源開關的一第二端，其中該第一電晶體的一控制端耦接至該回授電路的該第一輸出端；一第二電晶體，具有一第一端耦接至該電流源開關的該第二端，其中該第二電晶體的一控制端耦接至該回授電路的該第二輸出端；一第三電晶體，具有一第一端耦接至該第一電晶體的一第二端，其中該第三電晶體的一第二端耦接至該第i開關的該第一端，以及該第三電晶體的一控制端耦接至一參考電壓；以及一第四電晶體，具有一第一端耦接至該第二電晶體的一第二端，其中該第四電晶體的一第二端耦接至該第i開關的該控制端，以及該第四電晶體的一控制端耦接至該參考電壓。
12. 如請求項10所述的電力傳輸控制器積體電路，其中該回授電路包括： 一電容，具有一第一端耦接至該第i開關的該第二端，其中該電容的一第二端耦接至該差動放大電路的該第一差動輸入端；一第二電阻，具有一第一端耦接至該電容的該第二端，其中該第二電阻的一第二端耦接至該差動放大電路的該第二差動輸入端；一二極體串，具有一第一端耦接至該第二電阻的該第二端，其中該二極體串的一第二端耦接至一參考電壓；以及一電流源，耦接至該第二電阻的該第二端。
13. 一種功率開關的控制方法，包括：由一電力傳輸控制器積體電路產生一功率開關控制電壓去控制該功率開關，其中該功率開關的一第一端與一第二端分別耦接至一USB連接器的一電源接腳以及一功能電路的一電源輸入端；以及在該功能電路的一上電期間中，分階段調整該功率開關控制電壓的準位，以漸進地導通該功率開關，使得通過該功率開關的電源電壓的迴轉率符合USB規格書的規範。
14. 如請求項13所述的控制方法，其中該上電期間被分為n個調整期間，n為大於1的整數，以及所述控制方法更包括：在所述n個調整期間中的一第i調整期間將該功率開關控制電壓調整至一第i準位，其中i為大於0小於等於n的整數，以及該第i準位介於該功率開關控制電壓的一第i-1準位與該功率開關控制電壓的一第i+1準位之間；以及 在該功率開關控制電壓被調整至該第i準位後，保持該功率開關控制電壓於該第i準位直到該第i調整期間結束。
15. 如請求項13所述的控制方法，更包括：由該電力傳輸控制器積體電路的一電荷泵電路從該USB連接器的該電源接腳接收一輸入電壓，以及產生一電荷泵電壓給該電力傳輸控制器積體電路的n個開關中的一第1開關的一第一端，其中n為大於1的整數，所述n個開關中的一第j開關的一第一端耦接至所述n個開關中的一第j-1開關的一第二端，j為大於1小於等於n的整數，以及所述n個開關中的一第n開關的一第二端耦接至該功率開關的一控制端以提供該功率開關控制電壓；以及當該第j-1開關為截止時，由該電力傳輸控制器積體電路的一電壓控制電路將該第j開關的該第一端的電壓與該第j-1開關的該第二端的電壓維持於一第j準位，其中該第j準位介於截止的該第j-1開關的該第一端的電壓準位與截止的該第j開關的該第二端的電壓準位之間。
16. 如請求項15所述的控制方法，其中該些開關的每一個的一電壓耐受範圍小於該功率開關控制電壓的一壓擺範圍。
17. 如請求項15所述的控制方法，其中n為2，該電壓控制電路耦接至該第2開關的該第一端與該第1開關的該第二端，該第2開關的該第二端耦接至該功率開關的該控制端以提供該功率開關控制電壓，以及當該第1開關為截止時該電壓控制電路將該第 2開關的該第一端的電壓與該第1開關的該第二端的電壓維持於該功率開關控制電壓的一壓擺範圍的一中央準位。
18. 如請求項15所述的控制方法，更包括：以從該第n開關至該第1開關的順序，在該上電期間中的不同時間點導通所述n個開關。
19. 如請求項15所述的控制方法，更包括：以從該第1開關至該第n開關的順序，在該功能電路的一去電期間中的不同時間點截止所述n個開關。

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