專利名稱：電子系統(tǒng)以及控制電子元件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種電子系統(tǒng)，尤指一種帶有電荷泵的電子系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在電池/電力管理應(yīng)用中，P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管
(p-channel metal oxide semiconductor field effect transistor, 簡稱為 PMOS管)可用作高邊開關(guān)來控制充電/放電回路。由于PMOS管的價 格通常比與其具有相同導(dǎo)通阻抗的N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管
(簡稱為NMOS管)的價格貴， 一些NMOS管被用作高側(cè)開關(guān)。然而， 如果NMOS管被作為高側(cè)開關(guān)使用到電池管理電路中，則該NMOS管 需要由額外的電荷泵來驅(qū)動。電荷泵可能產(chǎn)生相對較高的電能損耗， 因而減少系統(tǒng)的電能效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供電子系統(tǒng)以及用于控制電子 元件的方法，其能降低系統(tǒng)的電能損耗并提高系統(tǒng)的電能效率。
本發(fā)明所述的一種電子系統(tǒng)，其包括電荷泵驅(qū)動器，用于產(chǎn)生 輸出以控制電子元件；以及連接至所述電荷泵驅(qū)動器的時鐘發(fā)生器， 用于產(chǎn)生時鐘信號去控制所述電荷泵驅(qū)動器，并且根據(jù)所述電子元件 的狀態(tài)來調(diào)節(jié)所述時鐘信號的頻率。
另外，本發(fā)明所述的控制電子元件的方法，包括產(chǎn)生時鐘信號 以控制電荷泵驅(qū)動器；根據(jù)所述電子元件的狀態(tài)來調(diào)節(jié)所述時鐘信號 的頻率；以及由所述電荷泵驅(qū)動器來控制所述電子元件。
除此之外，本發(fā)明所述的另一種電子系統(tǒng)，其包括電荷泵驅(qū)動 器，用于產(chǎn)生輸出以控制一個控制開關(guān)；連接至所述控制開關(guān)的感應(yīng) 器，用于產(chǎn)生代表所述控制開關(guān)狀態(tài)的控制信號；以及連接至所述電荷泵驅(qū)動器和所述感應(yīng)器的時鐘發(fā)生器，用于產(chǎn)生時鐘信號去控制所 述電荷泵驅(qū)動器，并且根據(jù)所述控制信號來調(diào)節(jié)所述時鐘信號的頻 率。


以下通過對本發(fā)明的一些實施例結(jié)合其附圖的描述，可以進(jìn)一 步理解本發(fā)明的目的、具體結(jié)構(gòu)特征和優(yōu)點。
圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電子系統(tǒng)的模塊示意圖； 圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電子系統(tǒng)的模塊示意圖； 圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電荷泵的電路示意圖； 圖4A為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的帶有時鐘發(fā)生器的電子系統(tǒng)電 路示意圖4B為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的帶有時鐘發(fā)生器的電子系統(tǒng)電 路示意圖5為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的帶有時鐘發(fā)生器的電子系統(tǒng)電 路示意圖6為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的帶有感應(yīng)器的電子系統(tǒng)電路示
意圖7為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的帶有放電通道的電子系統(tǒng)電路 示意圖；以及
圖8為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的控制電子元件的方法流程示
意圖。
具體實施例方式
以下將對本發(fā)明的實施例給出詳細(xì)的說明。雖然本發(fā)明將結(jié)合 實施例進(jìn)行闡述，但應(yīng)理解這并非意指將本發(fā)明限定于這些實施例。 相反，本發(fā)明意在涵蓋由后附權(quán)利要求項所界定的本發(fā)明精神和范圍 內(nèi)所定義的各種可選項、可修改項和等同項。
此外，在以下對本發(fā)明的詳細(xì)描述中，為了提供一個針對本發(fā) 明的完全的理解，闡明了大量的具體細(xì)節(jié)。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，沒有這些具體細(xì)節(jié)，本發(fā)明同樣可以實施。在另外的一些實例 中，對于大家熟知的方案、流程、元件和電路未作詳細(xì)描述，以便于 凸顯本發(fā)明之主旨。
在一個實施例中， 一種電子系統(tǒng)可用于控制電子元件(例如， 開關(guān))。在所述電子系統(tǒng)中的電荷泵可以產(chǎn)生輸出以控制所述開關(guān)。 舉例說明，當(dāng)電荷泵的輸出電平高于某個預(yù)設(shè)電平時，所述開關(guān)可完 全被導(dǎo)通。除此之外，時鐘發(fā)生器(例如，振蕩器)可以產(chǎn)生時鐘信 號以驅(qū)動電荷泵從而導(dǎo)通所述開關(guān)。在開關(guān)完全導(dǎo)通后，該時鐘發(fā)生 器可以自動減少時鐘信號的頻率，從而減少電荷泵內(nèi)的開關(guān)損耗，同 時保持開關(guān)被完全導(dǎo)通。
圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電子系統(tǒng)ioo的模塊示意圖。 如圖l所示，該電子系統(tǒng)100包括電荷泵驅(qū)動器102，用于產(chǎn)生輸出 130去控制電子元件104。此外，連接至電荷泵驅(qū)動器102的時鐘發(fā) 生器112可以產(chǎn)生時鐘信號114去控制電荷泵驅(qū)動器102，并且根據(jù) 電子元件104的狀態(tài)來調(diào)節(jié)時鐘信號114的頻率f114。
更具體地說，在一個實施例中，電子系統(tǒng)100還包括連接在電 子元件104的感應(yīng)器106，用于產(chǎn)生代表電子元件104的狀態(tài)的控制 信號110。舉例說明，電子元件104可以是一種開關(guān)(例如 一種麗OS 管)。開關(guān)104的狀態(tài)(例如開關(guān)104是否完全導(dǎo)通)，可以由開 關(guān)104的柵源電壓VGS來表示。感應(yīng)器106可以監(jiān)測開關(guān)104的柵源 電壓VGS，并且根據(jù)柵源電壓VGS來產(chǎn)生控制信號110。此外，開關(guān) 104可以由電荷泵驅(qū)動器102的輸出130來導(dǎo)通?；跁r鐘信號114 的驅(qū)動，電荷泵驅(qū)動器102可產(chǎn)生較高電平的輸出130。
在一個實施例中，控制信號110可以是一個電平正比于所述柵 源電壓VGS的模擬感應(yīng)信號VS。在另一個實施例中，控制信號110 可以是一個代表開關(guān)104是否完全導(dǎo)通的數(shù)字信號。舉例說明，感應(yīng) 器106可以產(chǎn)生感應(yīng)信號VS,并且將感應(yīng)信號VS與一個預(yù)設(shè)信號 VPRE進(jìn)行比較，再根據(jù)該比較來產(chǎn)生所述數(shù)字信號。在這個實施例 中，預(yù)設(shè)信號VPRE是由開關(guān)104的完全導(dǎo)通電壓VF決定的。當(dāng)VS 小于VF時，開關(guān)104未完全被導(dǎo)通。當(dāng)VS大于VF時，開關(guān)104可完全被導(dǎo)通。
除此之外，感應(yīng)器106可以根據(jù)代表開關(guān)104狀態(tài)的控制信號 110來控制時鐘發(fā)生器112，從而調(diào)節(jié)時鐘信號114的頻率f114。舉 例說明，當(dāng)開關(guān)104未完全導(dǎo)通時，頻率f114為一個第一值fl。當(dāng) 開關(guān)104完全導(dǎo)通時，頻率f114為一個第二值f2，且第二值f2比 第一值fl小。頻率f114的第一值fl可以(但不限于)大于500KHz， 因而輸出130的電平可以相對迅速地增加，以及開關(guān)104可以被相對 迅速地導(dǎo)通。頻率f114的第二值f2可以在(但不限于)20KHz與 500KHz之間的范圍內(nèi)。因此，當(dāng)開關(guān)104完全導(dǎo)通時，電荷泵驅(qū)動 器102可由較低頻率(如20KHz與500KHz之間的范圍內(nèi))的時鐘 信號114來驅(qū)動，從而使輸出130保持在一個幾乎恒定的電平上，并 且保持開關(guān)104被完全導(dǎo)通。電能損耗由此可被減少，且電能效率可 被增加。在一個實施例中，時鐘信號114的頻率fll4可以調(diào)節(jié)成與 開關(guān)104的柵源電壓VGS成反比。
圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電子系統(tǒng)200的模塊示意圖。 在圖2與圖1中標(biāo)記相同的元件具有相似的功能，在此對這些元件不 復(fù)贅述。
電荷泵驅(qū)動器102可應(yīng)用于電池充電和放電系統(tǒng)中。更具體地 說，電荷泵驅(qū)動器102可以根據(jù)感應(yīng)器106的控制信號110來控制開 關(guān)216 (例如 一種充電開關(guān))和控制開關(guān)218 (例如 一種放電開 關(guān))。充電開關(guān)216可以是(但不限于) 一種醒OS管。放電開關(guān)218 可以是(但不限于) 一種麗OS管。感應(yīng)器106可以連接在充電開關(guān) 216的柵極216G和源極216S之間，從而監(jiān)測充電開關(guān)216的狀態(tài)， 如充電開關(guān)216的柵源電壓VGS。
在一個實施例中，充電開關(guān)216和放電開關(guān)218可以根據(jù)電荷 泵驅(qū)動器102的輸出230和232來控制電池包242的充電與/或放電。 電池包242可以連接在充電開關(guān)216上。放電開關(guān)218的端點240 可以連接在一個負(fù)載(未顯示在圖2中)上。在一個實施例中，當(dāng)放 電開關(guān)218被輸出232導(dǎo)通，且充電開關(guān)216被輸出230截止時，電 池包242可以經(jīng)由充電開關(guān)216的體二極管234和放電開關(guān)218的漏
10-源溝道放電給所述負(fù)載。在另一個實施例中，在電池放電操作中， 充電開關(guān)216可以處于導(dǎo)通狀態(tài)。
在另一個實施例中，端點240連接在一個電源(未顯示在圖2 中)上。該電源可以包括(但不限于)適配器或通用串行總線接口設(shè) 備。在這個實施例中，當(dāng)充電開關(guān)216被輸出230導(dǎo)通，且放電開關(guān) 218被輸出232截止時，所述電源可經(jīng)由放電開關(guān)218的體二極管238 和充電開關(guān)216的漏-源溝道對電池包242進(jìn)行充電。在另一個實施 例中，在電池充電操作中，放電開關(guān)218可以處于導(dǎo)通狀態(tài)。
在如圖2所示的實施例中，電荷泵驅(qū)動器102包括非重疊時鐘 發(fā)生器206，電荷泵212和電荷泵214。電荷泵212和214可用于產(chǎn) 生輸出230和232以分別控制充電開關(guān)216和放電開關(guān)218。非重疊 時鐘發(fā)生器206可以接收時鐘信號114并且產(chǎn)生一對互補時鐘信號 226—1和226—0用于驅(qū)動電荷泵212和214。在一個實施例中，電荷 泵驅(qū)動器102還包括電平轉(zhuǎn)換器208和210。電平轉(zhuǎn)換器208可以連 接在非重疊時鐘發(fā)生器206和電荷泵212之間，用于將互補時鐘信號 226—1和226—0轉(zhuǎn)換為一對互補時鐘信號222—1和222—0。其中，互 補時鐘信號222—1和222—0的電平V222高于互補時鐘信號226—1和 226—0的電平V226。電荷泵212由此可被具有較高電平V222 (如 V222〉V226)的時鐘信號222_1和222—0來驅(qū)動。同理，電平轉(zhuǎn)換器 210可以將時鐘信號226_1和226_0轉(zhuǎn)換為一對具有較高電平V224 (如V224〉V226)的互補時鐘信號224—1和224—0，并驅(qū)動電荷泵 214。
此外，信號EN—CHG和EN一DSG分別可用于啟動電荷泵212和214。 在如圖2所示的實施例中，當(dāng)信號EN—CHG被使能時，電平轉(zhuǎn)換器208 可直接被信號EN—CHG啟動，而且或門236可以輸出信號228去啟動 非重疊時鐘發(fā)生器206和時鐘發(fā)生器112，進(jìn)而啟動電荷泵212。電 荷泵214可通過類似的方式被信號EN—DSG啟動。
在運行中，當(dāng)信號EN—CHG被禁止，電荷泵212可被禁止。下拉 電阻220可以連接在柵極216G和源極216S之間。當(dāng)電荷泵212被禁 止時，流經(jīng)下拉電阻220的電流可減少至零，從而使柵源電壓VGS減少至零。充電開關(guān)216由此可被截止。
在一個實施例中，當(dāng)信號EN一CHG被使能，電池充電操作開始時， 感應(yīng)信號VS小于預(yù)設(shè)信號VPRE，那么控制信號110可以控制時鐘發(fā) 生器112去產(chǎn)生較高頻率時鐘信號114 (如高于500KHz)。電荷泵 212由此可被較高頻率時鐘信號222—1和222—0來驅(qū)動，電荷泵212 的輸出230的電平由此可以相對迅速地升高。充電開關(guān)216可以被相 對迅速地導(dǎo)通。同時，感應(yīng)信號VS的電平可以隨著輸出230的電平 增加而增加。當(dāng)感應(yīng)信號VS增加至預(yù)設(shè)信號電平值VPRE時，例如 充電開關(guān)216被完全導(dǎo)通時，控制信號110可以控制時鐘發(fā)生器112 去產(chǎn)生較低頻率時鐘信號U4(如20KHz與500KHz之間的范圍內(nèi))。 電荷泵212由此可被較低頻率時鐘信號222—1和222—0來驅(qū)動，從而 使輸出230保持在一個幾乎恒定的電平上，并且保持充電開關(guān)216 被完全導(dǎo)通。
同理，在電池放電操作中， 一個單獨的感應(yīng)器(未顯示在圖2 中)可以用于監(jiān)測放電開關(guān)218的狀態(tài)。類似于前面所述的電池充電 操作，時鐘信號頻率f114可以根據(jù)放電開關(guān)218的狀態(tài)來調(diào)節(jié)。
在一個實施例中，充電開關(guān)216可以與放電開關(guān)218 —樣，并 且在電池放電操作中被導(dǎo)通。在這個實施例中，電荷泵212和214 的輸出230和232可以有幾乎相同的電平值。此外，當(dāng)開關(guān)216和 218其中一個開關(guān)未完全導(dǎo)通時，端點240上的電平V240可以低于 源極216S上的電平V216S。當(dāng)開關(guān)216和218均被完全導(dǎo)通時，電 平V240可以幾乎等于電平V216S。換句話說，放電開關(guān)218的柵源 電壓可以不小于充電開關(guān)216的柵源電壓。因此，當(dāng)充電開關(guān)216 被完全導(dǎo)通時，放電開關(guān)218也被完全導(dǎo)通。在電池放電操作中，用 于驅(qū)動放電開關(guān)218的時鐘信號114的頻率f114由此可以根據(jù)充電 開關(guān)216的狀態(tài)來調(diào)節(jié)。
有利的是，電荷泵212和214的輸出230和232可以通過一個 頻率可調(diào)的時鐘信號114來控制。因此，在一個實施例中，可以使用 具有較低擊穿電壓的麗0S管，從而進(jìn)一步降低成本。
圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電荷泵212的電路示意圖。在圖3與圖2中標(biāo)記相同的元件具有相似的功能，在此對這些元件不 復(fù)贅述。以下將結(jié)合圖2對圖3進(jìn)行描述。
如圖3所示，電荷泵212包括連接在電容器318的一端316與 輸入端322之間的第一開關(guān)302 (例如 一種麗OS管)，用于對電 容器318充電。電荷泵212還可以包括連接在電容器的端點316與輸 出端330之間的第二開關(guān)314 (例如 一種PMOS管)，用于對電容 器318放電。除此之外，輸出端330可以經(jīng)由電容器320連接到地， 并且提供電荷泵驅(qū)動器102的輸出230。其中，第一和第二開關(guān)302 和304可分別由時鐘信號222_1和222_0來控制，而時鐘信號222—1 和222—0則可根據(jù)時鐘信號114來產(chǎn)生。
電荷泵212還可以包括連接在電容器308的端點306與輸入端 322之間的第三開關(guān)312 (例如 一種麗OS管)，用于對電容器308 充電。電荷泵212還可以包括連接在電容器的一端306與輸出端330 之間的第四開關(guān)304 (例如 一種PMOS管)，用于對電容器308放 電。
更具體地說，開關(guān)314的漏極以及開關(guān)304和312的柵極均連 接在端點316上。開關(guān)304的漏極以及開關(guān)314和302的柵極均連接 在端點306上。當(dāng)端點306上的電平V306高于端點316上的電平 V316，且電平V306與V316之差大于開關(guān)302和304兩者的開啟電壓 時，開關(guān)302和304可以被導(dǎo)通。同時，開關(guān)312和314可以被截止。 端點322上的電源(未顯示在圖3中)因而可以經(jīng)過開關(guān)302對電容 器318進(jìn)行充電，而電容器308則可以經(jīng)過開關(guān)304放電給電容器 320。同理，當(dāng)電平V306低于電平V316，且電平V306與V316之差 大于開關(guān)302和304兩者的開啟電壓時，開關(guān)312和314可以被導(dǎo)通， 開關(guān)302和304可以被截止。端點322上的電源因而可以經(jīng)過開關(guān) 312對電容器308進(jìn)行充電，而電容器318則可以經(jīng)過開關(guān)314放電 給電容器320。
在一個實施例中，在運行中，當(dāng)時鐘信號222—1和222—0均為 低電平時(例如OV)，電平V306和V316可處于OV與輸入端322 上的電平V322之間的范圍內(nèi)。在一個實施例中，當(dāng)時鐘信號222—1為低電平(例如0V)，且時鐘信號222—0為高電平時(例如高于
開關(guān)302和304兩者的開啟電壓的某個電平VH)，端點306上的電 平V306可以升高VH。換句話說，電平V306可以高于電平V316，而 且電平V306與V316之差可以大于開關(guān)302和304兩者的開啟電壓。 因此，開關(guān)302和304可以被導(dǎo)通，開關(guān)312和314可以被截止，電 容器320因而可被電容器308進(jìn)行充電，且電容器318可被端點322 上的電源進(jìn)行充電。同理，當(dāng)時鐘信號222—1為高電平(例如VH)， 以及時鐘信號222—0為低電平時(例如OV)，電容器320可以被電 容器318進(jìn)行充電，且電容器308可以被端點322上的電源進(jìn)行充電。
有利的是，時鐘信號222_1和222—0可以是針對圖2所描述的 由非重疊時鐘發(fā)生器206和電平轉(zhuǎn)換器208所提供的一對互補時鐘信 號。因此，電容器308和318可以輪流地被端點322上的電源進(jìn)行充 電，而存儲在電容器308和318上的電量可以輪流地被轉(zhuǎn)移到電容器 320上。在一個實施例中，輸出端330上的電平可以隨著時鐘信號 222—1和222—0的頻率f222增加而增加。當(dāng)頻率f222增加至某一特 定值時，輸出端330的電平可以幾乎等于V322加VH。
圖3所示為電荷泵212的一個示例性結(jié)構(gòu)。圖3中電荷泵的輸 出電壓可以等于輸入電壓V322加上VH。然而，電荷泵212也可以有 其他的結(jié)構(gòu)。舉例說明，通過將圖3所示的電荷泵與另一個相同的電 荷泵級聯(lián)，例如將輸出端330連接到所述另一個電荷泵的輸入端， 該電荷泵可以輸出一個等于輸入電壓V322加上2*VH的輸出電壓。同 理，通過將N個電荷泵級聯(lián)在一起，電荷泵可以輸出一個等于輸入電 壓V322加上N*VH的輸出電壓。圖2中所示的電荷泵214可以具有與 電荷泵212相同的結(jié)構(gòu)。
柵極216G的柵極電容C216G (如圖2中所示)可以用作電荷泵 212的電量儲蓄。除此之外，柵極216G上的柵極電壓V216G可以用 作開關(guān)304和314的襯底偏置電壓來使用，例如將開關(guān)304和314 的襯底連接在柵極電壓V216G上。
在一個實施例中，電荷泵212的負(fù)載包括柵極216G的柵極電容 C216G和圖2中所示的下拉電阻220。下拉電阻220的電阻值可以相對比較高，那么流經(jīng)電阻220和電荷泵212的電流可以相對比較小。 因此，由電荷泵212的負(fù)載所引起的電能損耗可以忽略不計。電荷泵 212的電能損耗可由開關(guān)302， 304， 312和314的開關(guān)損耗所引起。 在一個實施例中，電荷泵212的開關(guān)損耗可隨著互補時鐘信號222_1 和222—0的頻率f222降低而減小。有利的是，在一個實施例中，在 開關(guān)(例如充電開關(guān)216，放電開關(guān)218)被完全導(dǎo)通后，電荷泵 212可工作在較低的頻率中，從而降低電荷泵212的動態(tài)電能損耗。
圖4A為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的帶有時鐘發(fā)生器112的電子系 統(tǒng)400電路示意圖。在圖4A與圖1中標(biāo)記相同的元件具有相似的功 能，在此對這些元件不復(fù)贅述。
如圖4A所示，時鐘發(fā)生器112包括電流控制振蕩器，用于產(chǎn)生 時鐘信號114。更具體地說，在一個實施例中，電流控制振蕩器112 可以包括電流源，用于產(chǎn)生電流ICH以對電容器408充電，并且根據(jù) 控制開關(guān)104 (或者圖2中的充電開關(guān)216，放電開關(guān)218)的狀態(tài) 來調(diào)節(jié)電流ICH。舉例說明，第一電流源404可以連接在電容器408 的一端416上，且第二電流源402可以經(jīng)由一個開關(guān)406 (例如一 種麵OS管， 一種PMOS管)連接在端點416上。因此，當(dāng)開關(guān)406 導(dǎo)通時，電流ICH可以由電流源402和404兩者來提供，且等于一個 第一電流值ICH1。當(dāng)開關(guān)406截止時，電流ICH可以由電流源404 來提供，且等于一個小于第一電流值ICH1的第二電流值ICH2。在一 個實施例中，當(dāng)控制開關(guān)104未完全導(dǎo)通時，感應(yīng)器106的控制信號 IIO可以導(dǎo)通開關(guān)406，從而使得電流ICH等于第一電流值ICH1。當(dāng) 控制開關(guān)104完全導(dǎo)通時，感應(yīng)器106的控制信號IIO可以截止開關(guān) 406，從而使得電流ICH等于第二電流值ICH2。
在一個實施例中，時鐘發(fā)生器112還包括連接在電容器一端416 的比較器412。比較器412可以將電容器一端416上的電壓V416與 一個參考電壓VREF進(jìn)行比較，并且根據(jù)該比較來產(chǎn)生時鐘信號114。 此外，時鐘發(fā)生器112還可以包括連接在電容器408的放電開關(guān)410， 用于根據(jù)時鐘信號114來對電容器408進(jìn)行放電。
舉例說明，放電開關(guān)410是一個醒OS管，其漏極連接在端點416上，其源極則連接在電容器408的另一端418上(例如連接到地)。 此外，比較器412的正極輸入端可以連接至電壓V416，其負(fù)極輸入 端可以連接至參考電壓VREF，其輸出端則可以連接在腿OS管410的 柵極上且用于提供時鐘信號114。因此，當(dāng)電壓V416小于電壓VREF 時，開關(guān)410可以被低電平信號114截止。同時，電容器408可以被 充電電流ICH充電，從而使電壓V416增加。當(dāng)電壓V416大于電壓 VREF時，開關(guān)410可以被高電平信號114導(dǎo)通。同時，電容器408 可以被開關(guān)410進(jìn)行放電，而且電壓V416可以減小。結(jié)果，比較器 412可以通過對電容器408進(jìn)行輪流充放電的方式產(chǎn)生時鐘信號114。
在一個實施例中，時鐘信號114的頻率f114是由充電電流ICH 決定的，例如正比與充電電流ICH。因此，當(dāng)控制開關(guān)104未完全 導(dǎo)通時，充電電流ICH可以等于第一電流值ICH1，而且時鐘信號114 可以有第一頻率值fl。當(dāng)控制開關(guān)104完全導(dǎo)通時，充電電流ICH 可以等于第二電流值ICH2，而且時鐘信號114可以有第二頻率值f2， 且第二頻率值f2小于第一頻率值fl。
圖4B為根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的帶有時鐘發(fā)生器112的電子 系統(tǒng)400'電路示意圖。在圖4B，圖4A與圖1中標(biāo)記相同的元件具
有相似的功能，在此對這些元件不復(fù)贅述。
如圖4B所示，放電開關(guān)410是一個PMOS管，其漏極連接在電 容器端416上，其源極連接在電容器端418上。在這個實施例中，端 點418可以連接至一個供電電壓VCC，比較器412的正極輸入端可以 連接至參考電壓VREF,以及其負(fù)極輸入端可以連接至電壓V416。類 似于圖4A的實施例，圖4B中的比較器412可以通過電壓V416和VREF 之間比較來產(chǎn)生時鐘信號114。
圖5為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的帶有時鐘發(fā)生器112的電子系 統(tǒng)500電路示意圖。在圖5與圖1中標(biāo)記相同的元件具有相似的功能， 在此對這些元件不復(fù)贅述。
在如圖5所示的實施例中，時鐘發(fā)生器112包括電壓控制振蕩 器510，用于產(chǎn)生時鐘信號114。時鐘發(fā)生器112還可以包括多路開 關(guān)502。多路開關(guān)502具有連接至電壓控制振蕩器510的第一端508，連接至一個第一參考電壓VREF1的第二端504，以及連接至一個第二 參考電壓VREF2的第三端506。此外，感應(yīng)器106的控制信號110可 以根據(jù)控制開關(guān)104的狀態(tài)來控制多路開關(guān)502，例如根據(jù)控制開 關(guān)104的柵源電壓VGS來控制。
更具體地說，時鐘信號114的頻率fll4可以正比與電壓控制振 蕩器510的輸入電壓(例如端點508上的電壓)。第一參考電壓 VREF1可以大于第二參考電壓VREF2。當(dāng)控制開關(guān)104未完全導(dǎo)通時， 控制信號110可以選擇第一參考電壓VREF1作為電壓控制振蕩器510 的輸入電壓，例如連接端點508到端點504上去。電壓控制振蕩器 510由此可以產(chǎn)生一個具有較高頻率值fl的時鐘信號114。當(dāng)控制開 關(guān)104完全導(dǎo)通時，控制信號IIO可以選擇第二參考電壓VREF2作為 其輸入電壓，例如連接端點508到端點506上去。時鐘信號114 因此可以有比第一頻率值fl小的第二頻率值f2。
圖6為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的帶有感應(yīng)器106的電子系統(tǒng)600 電路示意圖。在圖6，圖2與圖1中標(biāo)記相同的元件具有相似的功能， 在此對這些元件不復(fù)贅述。
在如圖6所示的實施例中，感應(yīng)器106包括感應(yīng)開關(guān)602，其第 一端614連接在控制開關(guān)216上，其第二端608經(jīng)由偏置電路606 連接到地，用于提供感應(yīng)信號VS。感應(yīng)信號VS可以有一個正比與控 制開關(guān)216的柵源電壓VGS的電平。除此之外，感應(yīng)器106包括連接 在時鐘發(fā)生器112的比較器618。比較器618可以將感應(yīng)信號VS與 一個預(yù)設(shè)信號VPRE進(jìn)行比較，并且根據(jù)該比較來產(chǎn)生控制信號110。 在一個實施例中，預(yù)設(shè)信號VPRE是由控制開關(guān)216的完全導(dǎo)通電壓 VF所決定的。
感應(yīng)開關(guān)602可以是一個PMOS管。PMOS管602可以有一個經(jīng)由 電阻604連接在柵極216G上的源極(例如端點614)， 一個連接 在源極216S上的柵極，以及一個連接在偏置電路606上的漏極(例 如端點608)。因此，當(dāng)感應(yīng)開關(guān)602被截止時，感應(yīng)開關(guān)602的 源柵電壓V602SG可以等于控制開關(guān)216的柵源電壓VGS。
在一個實施例中，感應(yīng)開關(guān)602的開啟電壓VT等于控制開關(guān)216的完全導(dǎo)通電壓VF。因此，當(dāng)控制開關(guān)216未完全導(dǎo)通時(例如
當(dāng)VGS〈VF， V602SG〈VT)，感應(yīng)開關(guān)602可以被截止，而且端點608 上的感應(yīng)信號VS可以有一個低于預(yù)設(shè)信號電平VPRE的第一電平值 VI。當(dāng)控制開關(guān)216完全導(dǎo)通時(例如當(dāng)VGS^VF， V602SG^VT)， 感應(yīng)開關(guān)602可以被導(dǎo)通，從而使得感應(yīng)信號VS可以被柵極216G 上的柵極電壓V216G抬高，并且可以有一個高于預(yù)設(shè)信號電平VPRE 的第二電平值V1。結(jié)果，感應(yīng)器106可以產(chǎn)生代表控制開關(guān)216狀 態(tài)的感應(yīng)信號VS，并且產(chǎn)生控制信號110去控制時鐘發(fā)生器112。在 一個實施例中，偏置電路606包括一種具有相對較高的動態(tài)輸出阻抗 的電流源(例如 一種鏡像電流源)。在另一個實施例中，偏置電路 606包括一個具有相對較高阻抗的電阻器(未顯示在圖6中)。
在另一個實施例中，感應(yīng)開關(guān)602的開啟電壓VT小于控制開關(guān) 216的完全導(dǎo)通電壓VF。在這個實施例中，當(dāng)電荷泵212被使能時， 感應(yīng)開關(guān)602可以被導(dǎo)通。流經(jīng)電阻604的電流1604可以由此給出 I604=VGS/(R604+l/g602)，其中R604是電阻器604的阻值，g602是 感應(yīng)開關(guān)602的跨導(dǎo)值。因此，電流1604可以正比與控制開關(guān)216 的柵源電壓VGS。如圖6中所示，當(dāng)MOS管610和612工作在放大區(qū) (飽和區(qū))時，鏡像電流源606可以提供兩個幾乎同樣的電流(例如 參考電流IREF和鏡像電流1610)在一個實施例中，參考電流IREF 的電流值可根據(jù)控制開關(guān)216的完全導(dǎo)通電壓VF來適當(dāng)選擇，從而 使感應(yīng)信號VS可以指示控制開關(guān)216的狀態(tài)。
更具體地說，當(dāng)控制開關(guān)216未完全導(dǎo)通時(例如當(dāng)VGS〈VF)， 電流1604可以小于參考電流IREF。因此，MOS管610可以將感應(yīng)信 號VS下拉到第一電平V' 1，例如低于預(yù)設(shè)信號電平VPRE，從而工 作在線性區(qū)(歐姆區(qū))并且讓小于參考電流IREF的電流1604流過。 當(dāng)控制開關(guān)216完全導(dǎo)通時(例如當(dāng)VGS》VF)，電流I604可以 等于參考電流IREF。同時，MOS管610可以工作在放大區(qū)(飽和區(qū))， 而且感應(yīng)信號VS可以處在一個高于預(yù)設(shè)信號電平VPRE的第二電平值 V' 2上。
圖7為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的帶有放電通道的電子系統(tǒng)700電路示意圖。在圖7與圖2中標(biāo)記相同的元件具有相似的功能， 在此對這些元件不復(fù)贅述。以下將結(jié)合圖2對圖7進(jìn)行描述。
在一個實施例中，圖2中的電子系統(tǒng)200還可以包括用于禁止 充電開關(guān)216的第一放電通道和用于禁止放電開關(guān)218的第二放電通 道。舉例說明，所述第一放電通道包括連接在充電開關(guān)216的第一端 (例如柵極216G)，和第二端(例如源極216S)，之間的第一 開關(guān)702。第一開關(guān)702還可經(jīng)由第二開關(guān)704連接到地。其中，第 二開關(guān)704可以用于禁止充電開關(guān)216。所述第二放電通道可以包括 第三開關(guān)706。
更具體地說，第一開關(guān)702可以是一個PMOS管，其源極連接在 充電開關(guān)216的柵極216G上，柵極連接在充電開關(guān)216的源極216S 上，且漏極連接在第二開關(guān)704上。此外，第二開關(guān)704可以被控制 信號710控制。
在電池充電/放電過程中，電荷泵212可以被使能，而且下拉電 阻220上的電壓可以大于充電開關(guān)216的開啟電壓V216T以及第一開 關(guān)702的開啟電壓V702T。因此，開關(guān)216和702均可被導(dǎo)通。同時， 控制信號710可以被禁止從而截止第二開關(guān)704。
在一個實施例中，當(dāng)電池充電/放電操作被禁止/中斷時，電荷 泵212可以被禁止，而控制信號710可以被使能。因此，第二開關(guān) 704可以被導(dǎo)通，而且所述第一放電通道可以被導(dǎo)通。在此刻，因為 放電電流可以從柵極216G流經(jīng)所述第一放電通道到地，所以柵極 216G的柵極電壓V216G可以相對迅速地減小。在一個實施例中，當(dāng) 柵極電壓V216G減小至一個第一電平且充電開關(guān)216的柵源電壓VGS 小于其開啟電壓V216T時，開關(guān)216可以被截止。同理，當(dāng)柵極電壓 V216G減小至一個第二電平且開關(guān)702的源柵電壓V702SG小于其開 啟電壓V702T時，開關(guān)702可以被截止。所述第一電平可以等于或者 不等于所述第二電平。
因此，在一個實施例中， 一旦電池充電/放電操作被禁止/中斷， 柵極電壓V216G可以相對迅速地減小，從而使充電開關(guān)216可以被相 對迅速地截止。此外，當(dāng)柵極電壓V216G減小至所述第二電平時，所述第一放電通道可以被截止，從而避免泄漏電流從電池包242流向地 (如圖2中所示)。
第三開關(guān)706可以是(但不限于) 一個醒0S管或者一個PM0S 管，并且可由控制信號712控制。同理，在電池充電/放電過程中， 電荷泵214可以被使能，而且控制信號712可以被禁止從而截止第三 開關(guān)706。在一個實施例中， 一旦電池充電/放電操作被禁止/中斷， 電荷泵214可以被禁止，而且控制開關(guān)712可以被使能。開關(guān)706 因而可以被導(dǎo)通從而導(dǎo)通所述第二放電通道。因此，放電開關(guān)218 的柵極電壓V218G可以相對迅速地降至零，從而使得放電開關(guān)218 可以相對迅速地被截止。
圖8為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的控制電子元件的方法流程示 意圖800。以下將結(jié)合圖1，圖2，圖3,圖4A，圖4B和圖5對圖8 進(jìn)行描述。
在步驟802中，時鐘發(fā)生器112可以產(chǎn)生時鐘信號114去控制 電荷泵驅(qū)動器102。時鐘信號114可以由電壓控制振蕩器來產(chǎn)生(例 如圖4A以及圖4B所示)。時鐘信號114也可以由電流控制振蕩器 來產(chǎn)生(例如圖5所示)。
在步驟804中，時鐘發(fā)生器112可以根據(jù)電子元件104 (例如 一種開關(guān))的狀態(tài)來調(diào)節(jié)時鐘信號114的頻率f114。因此，如步驟 806所述，電荷泵驅(qū)動器102可以基于時鐘信號114來控制電子元件 104。更具體地說，感應(yīng)器106可以產(chǎn)生代表開關(guān)104狀態(tài)的控制信 號110(例如指示開關(guān)是否完全被導(dǎo)通)。感應(yīng)器106還可以根據(jù) 控制信號IIO來控制時鐘信號114。舉例說明，當(dāng)開關(guān)104未完全導(dǎo) 通時，頻率f114可以被調(diào)節(jié)到第一值fl (例如高于500KHz)。此 外，當(dāng)開關(guān)104完全導(dǎo)通時，頻率fll4可以被調(diào)節(jié)到一個比第一值 fl小的第二值f2。
因此，本發(fā)明提供了一種用于根據(jù)電子元件(例如 一種開關(guān)) 的狀態(tài)來控制所述電子元件的電子系統(tǒng)。該電子系統(tǒng)可以在所述開關(guān) 未完全導(dǎo)通時工作在較高的頻率中，在所述開關(guān)完全導(dǎo)通時工作在較 低的頻率中。在一個實施例中，該電子系統(tǒng)可以應(yīng)用于電池充電/放
20電操作，電池管理系統(tǒng)等等。該電子系統(tǒng)可以執(zhí)行于許多其他應(yīng)用， 例如移動電話、筆記本電腦、數(shù)碼攝像機(jī)、便攜式媒體播放器、個 人數(shù)字助理設(shè)備等等。
雖然之前的說明和附圖描述了本發(fā)明的實施例，應(yīng)當(dāng)理解在不 脫離后附權(quán)利要求書所界定的本發(fā)明原理的精神和發(fā)明范圍的前提 下可以有各種增補、修改和替換。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，本發(fā)明 在實際應(yīng)用中可根據(jù)具體的環(huán)境和工作要求在不背離發(fā)明準(zhǔn)則的前 提下在形式、結(jié)構(gòu)、布局、比例、材料、元素、組件及其它方面有所 變化。因此，在此披露之實施例僅用于說明而非限制，本發(fā)明之范圍 由后附權(quán)利要求及其合法等同物界定，而不限于此前之描述。
權(quán)利要求
1. 一種電子系統(tǒng)，其特征在于，所述電子系統(tǒng)包括電荷泵驅(qū)動器，用于產(chǎn)生輸出以控制電子元件；以及連接至所述電荷泵驅(qū)動器的時鐘發(fā)生器，用于產(chǎn)生時鐘信號以控制所述電荷泵驅(qū)動器，并且根據(jù)所述電子元件的狀態(tài)來調(diào)節(jié)所述時鐘信號的頻率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，所述電子元 件包括開關(guān)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述開關(guān) 未完全導(dǎo)通時，所述頻率為第一值，當(dāng)所述開關(guān)完全導(dǎo)通時，所述頻 率為第二值，其中，所述第二值比所述第一值小。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，所述電子系 統(tǒng)還包括連接至所述電子元件的感應(yīng)器，用于產(chǎn)生代表所述電子元件狀 態(tài)的控制信號，并且根據(jù)所述控制信號來控制所述時鐘發(fā)生器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，所述電荷泵 驅(qū)動器包括連接在電容器一端與輸入端之間的第一開關(guān)，用于對所述電容器充電；連接在所述電容器一端與輸出端之間的第二開關(guān)，用于對所述 電容器放電，其中，所述輸出端提供所述電荷泵驅(qū)動器的輸出，且所 述第一以及第二開關(guān)由所述時鐘信號來控制。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，所述時鐘發(fā) 生器包括電流控制振蕩器，用于產(chǎn)生所述時鐘信號。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，所述電流控制振蕩器包括電流源，用于產(chǎn)生電流以對電容器充電，并且根據(jù)所述電子元 件的狀態(tài)來調(diào)節(jié)所述電流；連接至所述電容器一端的比較器，用于將所述電容器一端上的 電壓與一個參考電壓進(jìn)行比較，并且根據(jù)所述比較來產(chǎn)生所述時鐘信 號；以及連接至所述電容器的放電開關(guān)，用于根據(jù)所述時鐘信號來對所 述電容器進(jìn)行放電。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，所述時鐘發(fā)生 器包括電壓控制振蕩器，用于產(chǎn)生所述時鐘信號。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，所述時鐘發(fā)生 器還包括多路開關(guān)，所述多路開關(guān)具有連接至所述電壓控制振蕩器的 第一端，連接至一個第一參考電壓的第二端以及連接至一個第二參考 電壓的第三端，且根據(jù)所述電子元件的狀態(tài)來控制所述多路開關(guān)。
10. —種控制電子元件的方法，其特征在于，所述控制電子元 件的方法包括產(chǎn)生時鐘信號以控制電荷泵驅(qū)動器；根據(jù)所述電子元件的狀態(tài)來調(diào)節(jié)所述時鐘信號的頻率；以及 由所述電荷泵驅(qū)動器來控制所述電子元件。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的控制電子元件的方法，其特征在于， 所述控制電子元件的方法還包括-產(chǎn)生代表所述電子元件狀態(tài)的控制信號；以及 根據(jù)所述控制信號來控制所述時鐘信號。
12. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的控制電子元件的方法，其特征在于， 所述控制電子元件的方法還包括由電壓控制振蕩器來產(chǎn)生所述時鐘信號。
13. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的控制電子元件的方法，其特征在于， 所述控制電子元件的方法還包括由電流控制振蕩器來產(chǎn)生所述時鐘信號。
14. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的控制電子元件的方法，其特征在于， 所述電子元件包括開關(guān)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的控制電子元件的方法，其特征在于，所述控制電子元件的方法還包括當(dāng)所述開關(guān)未完全導(dǎo)通時，調(diào)節(jié)所述頻率到一個第一值；當(dāng)所述開關(guān)完全導(dǎo)通時，調(diào)節(jié)所述頻率到一個第二值，且所述 第二值比所述第一值小。
16. —種電子系統(tǒng)，其特征在于，所述電子系統(tǒng)包括 電荷泵驅(qū)動器，用于產(chǎn)生輸出以控制一個控制開關(guān)； 連接至所述控制開關(guān)的感應(yīng)器，用于產(chǎn)生代表所述控制開關(guān)狀態(tài)的控制信號；以及連接至所述電荷泵驅(qū)動器和所述感應(yīng)器的時鐘發(fā)生器，用于產(chǎn) 生時鐘信號去控制所述電荷泵驅(qū)動器，并且根據(jù)所述控制信號來調(diào)節(jié) 所述時鐘信號的頻率。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，所述控制 開關(guān)根據(jù)所述電荷泵驅(qū)動器的輸出來控制電池包。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，所述電荷 泵驅(qū)動器包括-連接在電容器一端與輸入端之間的第一開關(guān)，用于對所述電容器充電；連接在所述電容器一端與輸出端之間的第二開關(guān)，用于對所述 電容器放電，其中，所述輸出端提供所述電荷泵驅(qū)動器的輸出，且所述第一 以及第二開關(guān)由所述時鐘信號來控制。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，所述時鐘 發(fā)生器包括電流控制振蕩器，用于產(chǎn)生所述時鐘信號。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，所述電流 控制振蕩器包括電流源，用于產(chǎn)生電流以對電容器充電，并且根據(jù)所述控制信 號來調(diào)節(jié)所述電流；連接至所述電容器一端的比較器，用于將所述電容器一端上的 電壓與一個參考電壓進(jìn)行比較，并且根據(jù)所述比較來產(chǎn)生所述時鐘信 號；以及連接至所述電容器的放電開關(guān)，用于根據(jù)所述時鐘信號來對所 述電容器進(jìn)行放電。
21. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，所述時鐘 發(fā)生器包括電壓控制振蕩器，用于產(chǎn)生所述時鐘信號。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，所述時鐘 發(fā)生器還包括多路開關(guān)，所述多路開關(guān)具有連接至所述電壓控制振蕩 器的第一端，連接至一個第一參考電壓的第二端以及連接至一個第二 參考電壓的第三端，且根據(jù)所述電子元件的狀態(tài)來控制所述多路開 關(guān)。
23. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述控制開關(guān)未完全導(dǎo)通時，所述頻率為第一值，當(dāng)所述控制開關(guān)完全導(dǎo)通 時，所述頻率為第二值，且所述第二值比所述第一值小。
24. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，所述感應(yīng) 器包括感應(yīng)開關(guān)，所述感應(yīng)開關(guān)的第一端連接至所述控制開關(guān)，其第 二端經(jīng)由偏置電路連接到地，用于提供代表所述控制開關(guān)狀態(tài)的感應(yīng) 信號
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，所述感應(yīng) 器還包括連接在所述時鐘發(fā)生器的比較器，用于將所述感應(yīng)信號與一 個預(yù)設(shè)信號進(jìn)行比較，并且根據(jù)所述比較來產(chǎn)生所述控制信號。
26. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，所述電子 系統(tǒng)還包括第一開關(guān)，連接在所述控制開關(guān)的第一端和第二端之間， 且經(jīng)由第二開關(guān)連接到地，所述第二開關(guān)用于禁止所述控制開關(guān)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電子系統(tǒng)以及控制電子元件的方法，其包括電荷泵驅(qū)動器，用于產(chǎn)生輸出以控制所述電子元件；以及連接至所述電荷泵驅(qū)動器的時鐘發(fā)生器，用于產(chǎn)生時鐘信號去控制所述電荷泵驅(qū)動器，并且根據(jù)所述電子元件狀態(tài)來調(diào)節(jié)所述時鐘信號的頻率。采用本發(fā)明的電子系統(tǒng)以及控制電子元件的方法能降低電能損耗并提高電能效率。
文檔編號H02J7/00GK101442257SQ200810180958
公開日2009年5月27日 申請日期2008年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月21日
發(fā)明者劉仕強(qiáng), 劉全旺, 栗國星 申請人:凹凸電子(武漢)有限公司