TWM472358U - 雙向切換式電源供應器及其控制電路 - Google Patents

Description

雙向切換式電源供應器及其控制電路

本創作係有關一種雙向切換式電源供應器及其控制電路，特別是指一種能夠有效控制充電電流或避免整個電路之崩潰及電池損毀的雙向切換式電源供應器及其控制電路。

請參考第1圖，其顯示先前技術之雙向切換式電源供應器的示意圖。雙向切換式電源供應器10可工作於供電模式或充電模式，於充電模式中，雙向切換式電源供應器10經由一功率級11將一輸入電壓VBUS升壓轉換為一輸出電壓VSYS，即將較低的輸入電壓VBUS轉換成較高的輸出電壓VSYS。產生輸入電壓VBUS之輸入端BUS可連接至一外部電源，產生輸出電壓VSYS之輸出端SYS可連接一電池BAT及/或一系統負載。若將輸入端BUS從外部電源改連接至一外部裝置，則成為供電模式，第1圖中相同電路會成為一降壓切換式電源供應器，電池BAT會經由該功率級11將較高的電池電壓VBAT轉換成較低的輸入電壓VBUS，並對與輸入端BUS連接之外部裝置進行供電。一般而言，在輸出端SYS與電池BAT之間，會設置一個電流控制開關M1。

功率級11包括一上橋開關S2、下橋開關S3及電感L，該三個元件共同連接於一切換節點LX。於充電模式中，外部電源供應之電流會經過電感L及上橋開關S2，流向輸出電壓VSYS所在之輸出端SYS。在輸出端SYS需要作為USB埠的情況下，此種先前技術並不適用，因為熱插拔的操作產生的電荷可能會損害電池BAT，且如果電池電壓VBAT過低，也會影響輸出電壓VSYS而使系統負載可能無法正常工作。此外，在沒有連 接電池BAT的情況下，如電池端(VBAT所在的節點)發生短路，則功率級11將會不斷工作而造成整個電源供應器崩潰(crash)，且過量電流可能燒毀電路。因此，電流控制開關M1必須受到適當的控制，才能解決先前技術的問題。

有鑑於此，本創作即針對上述先前技術之不足，提出一種可 以有效控制充電電流或避免整個電路之崩潰及電池損毀的雙向切換式電源供應器及其控制電路。

本創作目的之一在提供一種雙向切換式電源供應器。

本創作另一目的在提供一種雙向切換式電源供應器之控制電路。

為達上述之目的，就其中一觀點言，本創作提供了一種雙向切換式電源供應器，可供在充電模式中將一輸入端提供之一輸入電壓轉換為一輸出電壓於一輸出端，或於供電模式中將該輸出端之輸出電壓轉換為該輸入端之輸入電壓，該雙向切換式電源供應器包含：一功率級，耦接於該輸入端與該輸出端之間；一操作電路，產一第一操作訊號，藉以控制該功率級的操作，並根據一模式控制訊號而決定操作在充電模式或供電模式中；以及一電源路徑(Power path)管理電路，其一端電連接於該輸出端，另一端用以電連接於一電池，以控制該輸出端對該電池之充電，其中在充電模式中當該輸出電壓低於一預設位準時，該電源路徑管理電路降低對該電池之一充電電流。

就另一觀點言，本創作也提供了一種雙向切換式電源供應器之控制電路，控制一功率級，以在充電模式中將一輸入端提供之一輸入電壓轉換為一輸出電壓於一輸出端，或於供電模式中將該輸出端之輸出電壓轉換為該輸入端之輸入電壓，該控制電路包含：一操作電路，產生一第一操作訊號，藉以控制該功率級的升壓或降壓之操作，並根據一模式控 制訊號而決定自該輸入端對該輸出端升壓供電、或自該輸出端對該輸入端供電；以及一電源路徑(Power path)管理電路，其一端電連接於該輸出端，另一端用以電連接於一電池，以控制該輸出端對該電池之充電，其中在充電模式中當該輸出電壓低於一預設位準時，該電源路徑管理電路降低對該電池之一充電電流。

在一種較佳的實施型態中，該輸出端耦接於一系統負載， 當該充電電流降低至零而該輸出電壓仍低於該預設位準時，該電源路徑管理電路使該充電電流為負，以反向自該電池對該輸出端供電。

在一種較佳的實施型態中，該電源路徑管理電路包括：一電 源路徑開關，電連接於該輸出端與該電池之間；以及一電源路徑控制器，產生一第二操作訊號，以控制該電源路徑開關，進而控制該充電電流。

在一種較佳的實施型態中，該電源路徑控制器根據相關於該 電池電壓的訊號、相關於該充電電流的訊號、及/或相關於該輸出電壓的訊號，而控制該充電電流。

在一種較佳的實施型態中，該控制電路更包含一控制訊號 產生電路，根據該輸出電壓或其相關訊號產生一控制訊號，以控制該操作電路。

在一種較佳的實施型態中，該控制電路更包含有一控制訊 號產生電路，根據該輸出電壓或其相關訊號以及該電池的一電池電壓或其相關訊號而產生一控制訊號，以控制該操作電路，使得：(1)該輸出電壓由該電池電壓與一安全差值的加總來決定；或(2)該輸出電壓由該電池電壓與該安全差值的加總、或一預設電壓位準，二者之間位準較大者來決定。

在一種較佳的實施型態中，該控制電路更包含一誤差放大 器，根據該輸入電壓或其相關訊號以及一參考訊號，產生一誤差放大訊號傳送給該操作電路，以於供電模式中調節該輸入電壓。

在一種較佳的實施型態中，該電源路徑開關包含一電晶 體，該電晶體具有一寄生二極體，其方向可阻擋自該輸出端流往該電池之電流，藉以控制對該電池之充電。

在一種較佳的實施型態中，該電源路徑開關包含一可調寄 生二極體極性之電晶體，該可調極性電晶體具有一極性方向可調之寄生二極體。

底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本創作之目 的、技術內容、特點及其所達成之功效。

〔習知〕

10‧‧‧習知雙向切換式電源供應器

11‧‧‧習知功率級

12‧‧‧習知驅動電路

13‧‧‧習知誤差放大器

Comp‧‧‧習知誤差訊號

M1‧‧‧電流控制開關

〔本創作〕

20、30‧‧‧雙向切換式電源供應器

21‧‧‧功率級

22‧‧‧操作電路

221‧‧‧脈寬調變(PWM)訊號產生器

222‧‧‧驅動電路

23‧‧‧第一電壓偵測元件

24‧‧‧控制訊號產生電路

241‧‧‧加法器

243‧‧‧多工器

25‧‧‧電源路徑管理電路

251‧‧‧電源路徑控制器

27‧‧‧第二電壓偵測元件

40、50‧‧‧控制電路

BAT‧‧‧電池

BUS‧‧‧輸入端

CL1~CL5‧‧‧控制訊號

EA1~EA5、EA12‧‧‧誤差放大器

FB‧‧‧回授訊號

ICHG‧‧‧充電電流

ISYS‧‧‧系統所需電流

L‧‧‧電感

LX‧‧‧切換節點

MC‧‧‧模式控制訊號

Q1‧‧‧電晶體

Q2‧‧‧可調極性電晶體

R1~R2‧‧‧電阻

RS‧‧‧感測電阻

S1‧‧‧電源路徑開關

S2‧‧‧上橋開關

S3‧‧‧下橋開關

SD1‧‧‧蕭特基二極體

SL1‧‧‧第一操作訊號

SL2‧‧‧第二操作訊號

SYS‧‧‧輸出端

VA‧‧‧預設電壓位準

VBAT‧‧‧電池電壓

VBUS‧‧‧輸入電壓

Vos‧‧‧安全差值

Vref1~Vref5‧‧‧參考訊號

VSYS‧‧‧輸出電壓

第1圖顯示先前技術之雙向切換式電源供應器的示意圖。

第2圖顯示本創作一實施例之雙向切換式電源供應器的示意圖。

第3A-3C圖顯示本創作之控制訊號產生電路之更具體的實施例。

第4圖顯示輸出電壓VSYS與電池電壓VBAT及預設電壓位準VA間的關係。

第5圖顯示本創作之操作電路之更具體的實施例。

第6圖顯示本創作另一實施例之雙向切換式電源供應器的示意圖。

第7A-7D圖顯示電源路徑開關的數個其他實施例。

第8圖顯示本創作於升壓操作時，功率級的另一實施例。

有關本創作之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。本創作中的圖式均屬示意，主要意在表示各裝置以及各元件之間之功能作用關係，至於形狀、厚度與寬度則並未依照比例繪製。

請參考第2圖，其顯示本創作一實施例之雙向切換式電源供應器的示意圖。雙向切換式電源供應器20可將一輸入端BUS提供之一輸入電壓VBUS轉換為一輸出電壓VSYS於一輸出端SYS。輸入端BUS可供耦 接於一外部電源以接受外部電源供電、或耦接於一外部裝置以對外部裝置供電。雙向切換式電源供應器20包含一功率級21、一操作電路22以及一電源路徑(Power path)管理電路25。功率級21包括一上橋開關S2、一下橋開關S3及一電感L。上橋開關S2之一端電連接於輸出端SYS且其另一端電連接於一切換節點LX。下橋開關S3之一端電連接於切換節點LX且其另一端電連接於地。電感L之一端電連接於切換節點LX且其另一端電連接於輸入端BUS。上橋開關S2與下橋開關S3例如但不限於可為NMOS電晶體或PMOS電晶體。操作電路22係用以產生控制上橋開關S2與下橋開關S3之第一組操作訊號SL1與SL1’，藉以切換上橋開關S2及第一下橋開關S3的導通與關閉。雙向切換式電源供應器20更包括一控制訊號產生電路24，根據輸出電壓VSYS或其相關訊號，產生一第一控制訊號CL1或一第二控制訊號CL2，以控制該操作電路22之操作。控制訊號產生電路24如何產生第一控制訊號CL1與第二控制訊號CL2之細節容後詳述。

操作電路22例如可以根據一模式控制訊號MC來決定為充 電模式(意即自位於輸入端BUS的外部電源對輸出端SYS升壓供電)或供電模式(意即自電池電壓VBAT對位於輸入端BUS的外部裝置降壓供電)。模式控制訊號MC有各種產生方式，例如可以由外部電路輸入、由使用者輸入、亦可以根據輸入端BUS的特性來判斷等。舉例而言，可以判斷輸入端BUS是吸收電流或供應電流，如為吸收電流則判斷為輸入端BUS係與外部裝置相接，如為供應電流則判斷為輸入端BUS係與外部電源相接。各類輸入端BUS之外接規範中各有其對應之供電端或充電端之判斷方式，可依實際應用狀況而採用對應的判斷方式、或直接接受外部控制來切換模式。上述判斷方式之細節非本案重點，在此不贅述。

電源路徑管理電路25之一端電連接於輸出端SYS且其另一 端電連接於一電池BAT。電源路徑管理電路25包括一電源路徑開關S1與一電源路徑控制器251，其中電源路徑開關S1係電連接於輸出端SYS與電 池BAT之間。當本實施例之輸入端BUS係接受外部電源供電時，此外部電源提供之電力可經由功率級21的升壓操作對電池BAT進行充電。此時，電源路徑控制器251係根據電流資訊之回授控制(以控制對電池BAT的充電電流ICHG合於規範)以及對電池BAT的電池電壓VBAT偵測與回授控制(以獲知電池BAT是否充飽電壓而是否需要停止充電)，產生一第二操作訊號SL2，以控制電源路徑開關S1，藉此控制對電池BAT的充電。

在本實施例中，若欲對電池BAT進行充電，則雙向切換式 電源供應器20可選擇性地包含誤差放大器EA3以及誤差放大器EA4。對電池BAT的電池電壓VBAT偵測與回授控制，其進行方式可由誤差放大器EA3根據電池電壓VBAT以及一參考訊號Vref3，產生一控制訊號CL3，藉此，當自外部電源對輸入端升壓供電並對電池BAT充電時，電源路徑控制器251可以根據控制訊號CL3而產生第二操作訊號SL2，以控制電源路徑開關S1之操作。對電池BAT的充電電流資訊之回授控制，其進行方式可由誤差放大器EA4根據通過電源路徑開關S1之充電電流ICHG與一參考訊號Vref4之比較，產生一控制訊號CL4，藉此，同樣地，當自外部電源對輸入端升壓供電並對電池BAT充電時，電源路徑控制器251可以根據控制訊號CL4而產生第二操作訊號SL2，以控制電源路徑開關S1之操作。在其他實施例中，若電池端未連接電池BAT而不需要對電池BAT充電，則整體迴路中可不取電流資訊，或者改取從輸入端BUS對輸出端SYS之電流資訊，以例如進行過電流保護。

以上控制迴路的作用是：電源路徑控制器251根據電池BAT 的電池電壓VBAT以及通過電源路徑開關S1之充電電流ICHG，而控制輸出端SYS對電池BAT之充電。

在一較佳實施例中，例如但不限於可經由一第二電壓感測元 件27對電池BAT進行電壓感測；第二電壓感測元件27例如但不限於可為分壓電路。第二電壓感測元件27將感測結果傳送至誤差放大器EA3，誤差 放大器EA3根據電壓感測結果以及參考訊號Vref3，產生控制訊號CL3以控制電源路徑控制器251之操作。在本實施例中，參考訊號Vref3可代表電池BAT的電池電壓VBAT之安全上限值，進而控制雙向切換式電源供應器20對電池BAT的電池電壓VBAT可維持不超過安全值。於其他實施例中，參考訊號Vref3也可為依設計需要之其他設定值。

在一較佳實施例中，例如但不限於可經由一電流感測元件對 電源路徑開關S1之充電電流ICHG進行感測；電流感測元件例如但不限於可為一個與電源路徑開關S1並聯的偵測電晶體、或是串聯在充電電流ICHG的路徑上的偵測電阻等，有各種方式可以實施，本創作並不侷限於必須採用其中任何一種。電流感測元件將感測結果傳送至誤差放大器EA4，誤差放大器EA4根據電流感測結果與一參考訊號Vref4，產生控制訊號CL4以控制電源路徑控制器251之操作，其中參考訊號Vref4可代表對電池BAT之充電電流ICHG之安全上限值，或基於設計需要所為之一設定值。根據參考訊號Vref4，雙向切換式電源供應器20對電池BAT之充電電流ICHG可維持不超過該設計值。

以上內容中，第二電壓感測元件27亦可省略，而直接使誤 差放大器EA3與對應的電壓感測節點耦接。

以上的迴路控制說明了本創作，在一方面，可藉由電源路徑 控制器251所產生的第二操作訊號SL2，控制電源路徑開關S1，進而控制對電池BAT的充電；另一方面，本創作亦利用控制訊號產生電路24產生控制訊號CL1與CL2，進而控制自輸入端BUS至輸出端SYS之功率轉換。

在一較佳實施例中，當對電池BAT的充電電流ICHG和系 統所需電流ISYS之總和過高時，則輸出電壓VSYS將會大幅下降而低於一預設位準，此時電源路徑控制器251可根據輸出電壓VSYS的相關訊號(例如但不限於圖示的回授訊號FB)，而降低充電電流ICHG。於正常操作的情況下，此安排可以使電流優先供應給系統負載；於異常狀況下(例如當電 池端短路)，此安排可限制短路電流而避免電路損毀。需說明的是，充電電流ICHG和系統所需電流ISYS之總和是否過高，不必須根據輸出電壓VSYS的相關訊號來判斷(因此圖中回授訊號FB與電源路徑控制器251的連接關係以虛線表示)，例如亦可偵測系統所需電流ISYS並與充電電流ICHG的資訊合併進行判斷。

更進一步，於正常操作的情況下，當充電電流ICHG降低至 零而輸出電壓VSYS仍未回復到適當的位準時，表示輸入端BUS的供電能力不足，則電源路徑控制器251更可控制電源路徑開關S1使充電電流ICHG為負(亦即反向自電池BAT對輸出端SYS供電)，以優先滿足系統負載的需求。

有關本創作之控制訊號產生電路24產生控制訊號CL1與 CL2的方式，在其中一種實施方式中，可僅根據輸出電壓VSYS的目標值來產生控制訊號CL1與CL2，此情況下，僅需取得輸出電壓VSYS的相關訊號(例如圖示的回授訊號FB)，回授至控制訊號產生電路24即可。在另外的實施方式中，則可根據輸出電壓VSYS與電池電壓VBAT二者之間的關係，產生控制訊號CL1與CL2，此情況下，控制訊號產生電路24也需要取得與電池電壓VBAT相關的訊號(在第2圖中以虛線表示)。以下參照第3A-3B圖，說明本創作之操作電路22如何根據輸出電壓VSYS與電池電壓VBAT二者之間的關係，產生控制訊號CL1與CL2。

首先，請參考第3A圖並對照第2與4圖。第4圖顯示輸出 電壓VSYS與電池電壓VBAT及預設電壓位準VA間的關係。在其中一種實施方式中，輸出電壓VSYS可由電池電壓VBAT與一安全差值Vos的加總來決定時(如第4圖的關係1)，在此情況下，本創作之控制訊號產生電路24可包括一加法器241以及一誤差放大器EA1。加法器241可先將電池電壓VBAT或其相關訊號與安全差值Vos或其相關訊號加總，產生一參考訊號Vref1。接著，誤差放大器EA1，將與輸出電壓VSYS有關的一回授訊號 FB和參考訊號Vref1比較而產生控制訊號CL1。在一較佳實施例中，如第3A圖所示，例如但不限於可經由一第一電壓感測元件23對輸出端SYS進行電壓感測來取得回授訊號FB；第一電壓感測元件23例如可為分壓電路，包括兩串接電阻R1與R2，其中電阻R1之一端與輸出電壓VSYS耦接，電阻R2之一端耦接至接地電位，回授訊號FB係擷取自電阻R2上之分壓。此一從控制訊號產生電路24所產生的控制訊號CL1會被輸入至操作電路22。請同時參考第5圖，其舉例顯示本創作之操作電路22之內部結構的示意圖。操作電路22例如可包括一脈寬調變(PWM)訊號產生器221以及一驅動電路222。PWM訊號產生器221比較控制訊號CL1與一鋸齒波訊號，產生一PWM訊號。驅動電路222根據PWM訊號，產生操作訊號SL1與SL1’(其中SL1與SL1’例如可為反相互補的訊號)，進而控制自輸入端BUS至輸出端SYS之功率轉換。以上所述僅是舉例，操作電路22亦可改換為其他類型的架構，舉例而言，可將PWM訊號產生器221改為單次脈波產生器，根據控制訊號CL1與一鋸齒波訊號的交越點而產生一個固定長度的脈波，等等。操作電路22有各種定頻或變頻的架構，本創作並不侷限於必須採用其中任何一種架構。

請參考第3B圖並對照第2與4圖。在另一種實施方式中，輸出電壓VSYS可由電池電壓VBAT與安全差值Vos的加總、或一預設電壓位準VA，二者之間位準較大者來決定(如第4圖的關係2)，在此情況下，本創作之控制訊號產生電路24除了可包括第3A圖所示的加法器241、誤差放大器EA1之外，還可包括另一誤差放大器EA2與多工器243。加法器241先將電池電壓VBAT或其相關訊號與安全差值Vos或其相關訊號加總，產生一加總結果作為參考訊號Vref1。而另一參考訊號Vref2則對應於預設電壓位準VA。誤差放大器EA1將與輸出電壓VSYS有關的回授訊號FB和參考訊號Vref1比較而產生控制訊號CL1。誤差放大器EA2將回授訊號FB和參考訊號Vref2比較而產生控制訊號CL2。當電池電壓VBAT與安全差值 Vos的加總結果大於預設電壓位準VA時(如第4圖右方所示)，則多工器243輸出控制訊號CL1：當電池電壓VBAT與安全差值Vos的加總結果小於或等於預設電壓位準VA時(如第4圖左方所示)，則多工器243輸出控制訊號CL2。

以上控制迴路的作用是：控制訊號產生電路24根據輸出電 壓VSYS與電池電壓VBAT二者之間的關係來產生控制訊號CL1、並根據預設電壓位準VA來產生控制訊號CL2，進而控制自輸入端BUS至輸出端SYS之功率轉換。

需說明的是，第3B圖係為了便利說明與了解而繪示，事實 上相同的功能可由一個多輸入的誤差放大器EA12來完成，則電路更為簡化，如第3C圖所示。

在一實施例中，操作電路22、控制訊號產生電路24、電源 路徑管理電路25以及誤差放大器EA3與誤差放大器EA4可以全部或部分以積體電路製作技術整合成一控制電路40。

請參考第6圖，其顯示本創作另一實施例之雙向切換式電源 供應器的示意圖。請同時參考第2圖與第6圖，本實施例之雙向切換式電源供應器30與前述的雙向切換式電源供應器20採用相似的控制概念，二者不同處在於：本實施例之雙向切換式電源供應器30尚可包含一誤差放大器EA5。當本實施例自輸出端SYS(或電池電壓VBAT)經由功率級21對輸入端BUS所連接的外部裝置降壓供電時，對輸入端BUS的電壓偵測與回授控制可由誤差放大器EA5與相關迴路來完成。誤差放大器EA5根據輸入端BUS的電壓而決定降壓操作時是否使輸入端BUS的電壓達到調節的目標值。又，當自輸入端BUS對輸出端SYS提供升壓轉換時，則誤差放大器EA5的輸出可顯示輸入端BUS的電壓是否過低，於輸入端BUS的電壓異常過低時，操作電路22即可根據誤差放大器EA5的輸出而停止功率級21的操作。

在一較佳實施例中，例如但不限於可經由一第三電壓感測元件 28對輸入端BUS進行電壓感測，其中該第三電壓感測元件28例如但不限於可為分壓電路。第三電壓感測元件28將感測結果傳送至誤差放大器EA5，誤差放大器EA5根據電壓感測結果以及參考訊號Vref5，產生控制訊號CL5以控制操作電路22之操作。在本實施例中，舉例而言，於降壓操作時，參考訊號Vref5可代表輸入端BUS的輸入電壓VBUS之目標值，進而控制雙向切換式電源供應器30於降壓產生輸入端BUS的輸入電壓VBUS時可將其調節於該目標值。於其他實施例中，參考訊號Vref5也可為依設計需要之其他設定值。本實施例之雙向切換式電源供應器30與前述的雙向切換式電源供應器20採用相似的控制概念與架構，因此，本實施例之雙向切換式電源供應器30同樣可具有前述之雙向切換式電源供應器20所提及之功效與優點，在此便不再贅述。

以上內容中，第三電壓感測元件28亦可省略，而直接使誤 差放大器EA5與對應的電壓感測節點耦接。

在一實施例中，類似地，操作電路22、控制訊號產生電路 24、電源路徑管理電路25以及誤差放大器EA3、誤差放大器EA4與誤差放大器EA5可以全部或部分以積體電路製作技術整合成一控制電路50。

請參考第7A-7D圖，其顯示電源路徑開關的數個實施例。 電源路徑開關S1例如可包括一電晶體Q1(如第7A圖所示)或一可調寄生二極體極性之電晶體Q2(如第7B圖所示)。此外，電源路徑開關S1尚可包括一感測電阻與電晶體Q1相接(如第7C圖所示)或是與可調寄生二極體極性之電晶體Q2相接(如第7D圖所示)。在第7A與7C圖所示實施例中，電晶體Q1的寄生二極體陽極電連接於電池BAT，其陰極電連接於輸出端SYS，因此當輸出端SYS之輸出電壓VSYS高於電池BAT的電池電壓VBAT時，電晶體Q1的寄生二極體可阻擋自輸出端SYS流往電池BAT之逆電流。或者，可如第7B與7D圖所示，由於電晶體Q2之寄生二極體的極性方向可調，因此當輸出端SYS之輸出電壓VSYS高於電池BAT的電池電壓VBAT時，為 防止電流逆流，可以使該寄生二極體的陽極-陰極方向與電流逆流的方向相反；又例如當輸出端SYS之輸出電壓VSYS低於電池BAT的電池電壓VBAT時且為了防止電流從電池BAT順流到輸出端SYS時(例如欲停止雙向切換式電源供應器20的操作時)，則使該寄生二極體的陽極-陰極方向與電流順流的方向相反。如此，可提供電路與電池BAT的保護或控制的功能。

請參考第8圖並對照第2圖，其顯示本創作於升壓操作中， 功率級的另一實施例。當雙向切換式電源供應器20並不需要雙向操作而僅需單向進行升壓操作時，在一實施例中，第2圖中的上橋開關S2可以用一個蕭特基二極體SD1取代，如第8圖所示。

本創作的特徵及優點在於：在一方面，本創作之電源路徑控 制器251可根據電池BAT的電池電壓VBAT以及通過電源路徑開關S1之充電電流ICHG而產生第二操作訊號SL2，控制電源路徑開關S1，進而控制對電池BAT的充電；另一方面，本創作亦利用操作電路22，使操作電路22根據輸出電壓VSYS及電池電壓VBAT二者之間的關係來產生控制訊號CL1或CL2，進而控制自輸入端BUS至輸出端SYS之功率轉換。據此，本創作能夠有效控制充電電流以及避免整個電路之崩潰及電池損毀。

以上已針對較佳實施例來說明本創作，唯以上所述者，僅係為使熟悉本技術者易於了解本創作的內容而已，並非用來限定本創作之權利範圍。在本創作之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化。例如，在所示各實施例電路中，可插入不影響訊號主要意義的元件，如其他開關等；又例如電源路徑開關S1、上橋開關S2、下橋開關S3可為PMOS或NMOS，而電路中可作相應的變換。再例如，誤差放大器或比較器之輸入端正負號可以互換，只需在電路中做相應的修改等。凡此種種，皆可根據本創作的教示類推而得，因此，本創作的範圍應涵蓋上述及其他所有等效變化。此外，本創作的任一實施型態不必須達成所有的目的或優點，因 此，請求專利範圍任一項也不應以此為限。

20‧‧‧雙向切換式電源供應器

21‧‧‧功率級

22‧‧‧操作電路

23‧‧‧第一電壓偵測元件

24‧‧‧控制訊號產生電路

25‧‧‧電源路徑管理電路

251‧‧‧電源路徑控制器

27‧‧‧第二電壓偵測元件

40‧‧‧控制電路

BAT‧‧‧電池

BUS‧‧‧輸入端

CL1~CL4‧‧‧控制訊號

EA3~EA4‧‧‧誤差放大器

FB‧‧‧回授訊號

ICHG‧‧‧充電電流

L‧‧‧電感

LX‧‧‧切換節點

MC‧‧‧模式控制訊號

S1‧‧‧電源路徑開關

S2‧‧‧上橋開關

S3‧‧‧下橋開關

SL1‧‧‧第一操作訊號

SL2‧‧‧第二操作訊號

SYS‧‧‧輸出端

VBAT‧‧‧電池電壓

VBUS‧‧‧輸入電壓

Vref3~Vref4‧‧‧參考訊號

VSYS‧‧‧輸出電壓

Claims (18)

1. 一種雙向切換式電源供應器，可供在充電模式中將一輸入端提供之一輸入電壓轉換為一輸出電壓於一輸出端，或於供電模式中將該輸出端之輸出電壓轉換為該輸入端之輸入電壓，該雙向切換式電源供應器包含：一功率級，耦接於該輸入端與該輸出端之間；一操作電路，其一端電連接於該功率級，產生一第一操作訊號，藉以控制該功率級的操作，並根據一模式控制訊號而決定操作在充電模式或供電模式中；以及一電源路徑(Power path)管理電路，其一端電連接於該輸出端，另一端用以電連接於一電池，以控制該輸出端對該電池之充電，其中在充電模式中當該輸出電壓低於一預設位準時，該電源路徑管理電路降低對該電池之一充電電流。
2. 如申請專利範圍第1項所述之雙向切換式電源供應器，其中該輸出端耦接於一系統負載，當該充電電流降低至零而該輸出電壓仍低於該預設位準時，該電源路徑管理電路使該充電電流為負，以反向自該電池對該輸出端供電。
3. 如申請專利範圍第1項所述之雙向切換式電源供應器，其中該電源路徑管理電路包括：一電源路徑開關，電連接於該輸出端與該電池之間；以及一電源路徑控制器，產生一第二操作訊號，以控制該電源路徑開關，進而控制該充電電流。
4. 如申請專利範圍第3項所述之雙向切換式電源供應器，其中該電源路徑控制器根據相關於該電池電壓的訊號、相關於該充電電流的訊號、及/或相關於該輸出電壓的訊號，而控制該充電電流。
5. 如申請專利範圍第1項所述之雙向切換式電源供應器，更包含一控制訊號產生電路，根據該輸出電壓或其相關訊號產生一控制訊號，以控制該操作電路。
6. 如申請專利範圍第1項所述之雙向切換式電源供應器，更包含有一控制訊號產生電路，根據該輸出電壓或其相關訊號以及該電池的一電池電壓或其相關訊號而產生一控制訊號，以控制該操作電路，使得：(1)該輸出電壓由該電池電壓與一安全差值的加總來決定；或(2)該輸出電壓由該電池電壓與該安全差值的加總、或一預設電壓位準，二者之間位準較大者來決定。
7. 如申請專利範圍第1項所述之雙向切換式電源供應器，更包含一誤差放大器，根據該輸入電壓或其相關訊號以及一參考訊號，產生一誤差放大訊號傳送給該操作電路，以於供電模式中調節該輸入電壓。
8. 如申請專利範圍第3項所述之雙向切換式電源供應器，其中該電源路徑開關包含一電晶體，該電晶體具有一寄生二極體，其方向可阻擋自該輸出端流往該電池之電流，藉以控制對該電池之充電。
9. 如申請專利範圍第3項所述之雙向切換式電源供應器，其中該電源路徑開關包含一可調寄生二極體極性之電晶體，該可調寄生二極體極性之電晶體具有一極性方向可調之寄生二極體。
10. 一種雙向切換式電源供應器之控制電路，控制一功率級，以在充電模式中將一輸入端提供之一輸入電壓轉換為一輸出電壓於一輸出端，或於供電模式中將該輸出端之輸出電壓轉換為該輸入端之輸入電壓，該控制電路包含：一操作電路，其一端電連接於該功率級，產生一第一操作訊號，藉以控制該功率級的升壓或降壓之操作，並根據一模式控制訊 號而決定自該輸入端對該輸出端升壓供電、或自該輸出端對該輸入端供電；以及一電源路徑(Power path)管理電路，其一端電連接於該輸出端，另一端用以電連接於一電池，以控制該輸出端對該電池之充電，其中在充電模式中當該輸出電壓低於一預設位準時，該電源路徑管理電路降低對該電池之一充電電流。
11. 如申請專利範圍第10項所述之控制電路，其中該輸出端耦接於一系統負載，當該充電電流降低至零而該輸出電壓仍低於該預設位準時，該電源路徑管理電路使該充電電流為負，以反向自該電池對該輸出端。
12. 如申請專利範圍第10項所述之控制電路，其中該電源路徑管理電路包括：一電源路徑開關，電連接於該輸出端與該電池之間；以及一電源路徑控制器，產生一第二操作訊號，以控制該電源路徑開關，進而控制該充電電流。
13. 如申請專利範圍第12項所述之控制電路，其中該電源路徑控制器根據相關於該電池電壓的訊號、相關於該充電電流的訊號、及/或相關於該輸出電壓的訊號，而控制該充電電流。
14. 如申請專利範圍第10項所述之控制電路，更包含一控制訊號產生電路，根據該輸出電壓或其相關訊號產生一控制訊號，以控制該操作電路。
15. 如申請專利範圍第10項所述之控制電路，更包含有一控制訊號產生電路，根據該輸出電壓或其相關訊號以及該電池的一電池電壓或其相關訊號而產生一控制訊號，以控制該操作電路，使得：(1)該輸出電壓由該電池電壓與一安全差值的加總來決定；或(2)該輸出電壓由該電池電壓與該安全差值的加總、或一預設電 壓位準，二者之間位準較大者來決定。
16. 如申請專利範圍第10項所述之控制電路，更包含一誤差放大器，根據該輸入電壓或其相關訊號以及一參考訊號，產生一誤差放大訊號傳送給該操作電路，以於供電模式中調節該輸入電壓。
17. 如申請專利範圍第12項所述之控制電路，其中該電源路徑開關包含一電晶體，該電晶體具有一寄生二極體，其方向可阻擋自該輸出端流往該電池之電流，藉以控制對該電池之充電。
18. 如申請專利範圍第12項所述之控制電路，其中該電源路徑開關包含一可調寄生二極體極性之電晶體，該可調寄生二極體極性之電晶體具有一極性方向可調之寄生二極體。