專利名稱：在usb電源供電與電池供電之間切換的切換控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電源切換電路，具體地講，涉及一種安裝在移動(dòng)設(shè)備中的在USB 電源供電與電池供電之間進(jìn)行切換的切換控制電路。
背景技術(shù)：
圖1為動(dòng)態(tài)USB電源系統(tǒng)100的示意圖，USB電源系統(tǒng)100將交流電壓轉(zhuǎn)換為USB 幅度直流電壓，與標(biāo)號(hào)104所示的傳真機(jī)和標(biāo)號(hào)102所示的相機(jī)連接。標(biāo)號(hào)108和106所示的線分別為傳真機(jī)和相機(jī)與USB電源系統(tǒng)100的連接線，而標(biāo)號(hào)101所示的線為連接交流電的電源線。圖2是圖1中的USB電源系統(tǒng)100的較詳細(xì)的示意圖，其內(nèi)部組成包括轉(zhuǎn)換器、開關(guān)模決與邏輯控制電路。在圖2中，所述USB電源系統(tǒng)通過(guò)轉(zhuǎn)換器將從墻式適配器輸出的交流電壓轉(zhuǎn)換為 USB幅度直流電壓，通過(guò)對(duì)設(shè)備(比如圖1中的傳真機(jī)和相機(jī))USBID的識(shí)別判斷其為主裝置或從裝置，再將USB ID信息經(jīng)邏輯處理后控制內(nèi)部的開關(guān)模塊。當(dāng)設(shè)備為從裝置時(shí)，控制開關(guān)SWl導(dǎo)通，轉(zhuǎn)換器將交流電壓變?yōu)閁SB直流電壓對(duì)從裝置供電。當(dāng)設(shè)備為主裝置時(shí)， 控制開關(guān)SW2導(dǎo)通，Sffl關(guān)斷，由主裝置對(duì)從裝置供電。從上面的示例可以看出，圖1和圖2所示的USB電源系統(tǒng)是一種用于切換USB電源的外部設(shè)備，用戶需要額外準(zhǔn)備該設(shè)備來(lái)執(zhí)行USB電源切換服務(wù)，且由于需要交流電源， 其難以集成于芯片系統(tǒng)中，這不符合現(xiàn)在對(duì)設(shè)備便攜化的要求。對(duì)于現(xiàn)在USB設(shè)備便攜化的趨勢(shì)，很多USB從裝置(如手機(jī)，照相機(jī)，MP3等)本身具有內(nèi)部電池作為電源；而很多USB主裝置(如打印機(jī)，PC)本身已連接交流電源，且將其轉(zhuǎn)換為USB總線使用的大約5V電源(用于對(duì)其內(nèi)部USB接口供電)。因此，對(duì)于USB設(shè)備供電切換的需要，已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)樵趦?nèi)部電池和USB主裝置電源之間的切換。這樣可以在USB從裝置中設(shè)計(jì)電源開關(guān)，使從裝置直接與主裝置連接時(shí)切換電源，而不需要額外準(zhǔn)備電源切換設(shè)備，節(jié)省成本，且攜帶方便。由于這樣的開關(guān)只接觸低壓電源，可以非常方便的集成在SOC芯片內(nèi)部。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)SOC芯片系統(tǒng)中的USB電源切換模塊。目前很多使用電池的移動(dòng)設(shè)備需要長(zhǎng)時(shí)間與USB終端連接。為了延長(zhǎng)電池的使用壽命，當(dāng)移動(dòng)設(shè)備與USB終端連接時(shí)，需要轉(zhuǎn)由USB終端供電，從而使電池處于待機(jī)狀態(tài)，以供移動(dòng)設(shè)備沒有與USB終端連接時(shí)使用。本發(fā)明就為滿足這一需要，并可簡(jiǎn)單集成于SOC芯片系統(tǒng)中作為電源模塊而被使用。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種安裝在移動(dòng)設(shè)備中的在USB電源供電與電池供電之間進(jìn)行切換的切換控制電路，所述切換控制電路包括開關(guān)模塊，在由移動(dòng)設(shè)備的電池供電的情況下，輸出移動(dòng)設(shè)備的電池工作電壓；線性穩(wěn)壓源模塊，在由USB電源供電的情況下，將USB電源的電壓轉(zhuǎn)換為適合移動(dòng)設(shè)備的工作電壓；控制保護(hù)模塊，根據(jù)控制信號(hào)以及移動(dòng)設(shè)備與USB終端的連接狀態(tài)對(duì)開關(guān)模塊和線性穩(wěn)壓源模塊進(jìn)行控制以在USB電源供電和電池供電之間進(jìn)行切換，其中，所述USB終端向所述移動(dòng)設(shè)備提供USB電源。根據(jù)本發(fā)明的一方面，當(dāng)控制信號(hào)的值為“1”時(shí)，控制保護(hù)模塊可對(duì)開關(guān)模塊和線性穩(wěn)壓源模塊進(jìn)行控制以通過(guò)開關(guān)模塊輸出移動(dòng)設(shè)備的電池工作電壓。根據(jù)本發(fā)明的一方面，當(dāng)控制信號(hào)的值為“0”且移動(dòng)設(shè)備沒有與USB電源終端連接時(shí)，控制保護(hù)模塊可對(duì)開關(guān)模塊和線性穩(wěn)壓源模塊進(jìn)行控制以通過(guò)開關(guān)模塊輸出移動(dòng)設(shè)備的電池工作電壓。根據(jù)本發(fā)明的一方面，當(dāng)控制信號(hào)的值為“0”且移動(dòng)設(shè)備與USB電源終端連接時(shí)， 控制保護(hù)模塊可對(duì)開關(guān)模塊和線性穩(wěn)壓源模塊進(jìn)行控制以通過(guò)線性穩(wěn)壓源模塊將USB電源的電壓轉(zhuǎn)換為適合移動(dòng)設(shè)備的工作電壓。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，其中圖1是現(xiàn)有技術(shù)中動(dòng)態(tài)USB電源系統(tǒng)的示意圖；圖2是圖1的USB電源系統(tǒng)的較詳細(xì)的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的切換控制電路的示意框圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的開關(guān)模塊的電路圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的線性穩(wěn)壓源模塊的電路圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的控制保護(hù)模塊的電路圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的切換控制電路的整體的詳細(xì)電路圖。
具體實(shí)施例方式圖3是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的在USB電源供電與電池供電之間進(jìn)行切換的切換控制電路的示意框圖。所述切換控制電路包括控制保護(hù)模塊110、開關(guān)模塊120和線性穩(wěn)壓源模塊130。其中，所述控制保護(hù)模塊110由比較器和若干MOS開關(guān)組成，下面將參照?qǐng)D6對(duì)控制保護(hù)模塊110進(jìn)行詳細(xì)描述；開關(guān)模塊120主要由MOS功率開關(guān)和邏輯控制電路組成，下面將參照?qǐng)D4對(duì)開關(guān)模塊120進(jìn)行詳細(xì)描述；線性穩(wěn)壓源模塊130由MOS功率管和運(yùn)算放大器組成，下面將參照?qǐng)D5對(duì)線性穩(wěn)壓源模塊進(jìn)行詳細(xì)描述。在圖3中，VBAT為移動(dòng)設(shè)備的內(nèi)部電池提供的電源，移動(dòng)設(shè)備一般使用的電池電壓范圍為1.6V-3.6V。VUSB 為USB終端(如PC)向移動(dòng)設(shè)備提供的USB電源，電壓范圍為4V-5. 5V。當(dāng)移動(dòng)設(shè)備沒有與USB終端連接時(shí)，需要移動(dòng)設(shè)備內(nèi)部的電池供電，這時(shí)開關(guān)模塊120工作，在VOUT端輸出電池電壓VBAT。當(dāng)移動(dòng)設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間與USB終端連接時(shí)，為了電池省電，需要轉(zhuǎn)由USB電源供電，這時(shí)開關(guān)模塊120關(guān)閉，線性穩(wěn)壓源模塊130工作，將USB電源的電壓轉(zhuǎn)換為適合移動(dòng)設(shè)備的工作電壓。當(dāng)移動(dòng)設(shè)備與USB終端連接時(shí)，可以通過(guò)控制信號(hào)(如圖4中的SW信號(hào))在下面所示的方式中進(jìn)行選擇1、移動(dòng)設(shè)備的電源自動(dòng)從電池供電切換至由USB電源供電；2、始終由電池供電，如果需要改由USB電源供電則改變SW信號(hào)的狀態(tài)。方式2可用于移動(dòng)設(shè)備短時(shí)間與USB終端連接。控制保護(hù)模塊110為開關(guān)模塊120和線性穩(wěn)壓源模塊 130提供保護(hù)和控制電壓。
圖4是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的在USB電源供電與電池供電之間進(jìn)行切換的切換控制電路中的開關(guān)模塊120的電路圖，開關(guān)功率管Ml為PMOS功率管，驅(qū)動(dòng)從電池電壓 VBAT至輸出VOUT的電流。Rl和R2為分壓檢測(cè)電阻，用于檢測(cè)移動(dòng)設(shè)備是否與USB終端連接。當(dāng)移動(dòng)設(shè)備與 USB終端連接時(shí)，Rl與R2對(duì)USB電源電壓VUSB進(jìn)行分壓，得到相對(duì)高的電壓，該電壓的邏輯值為1 ；當(dāng)移動(dòng)設(shè)備沒有與USB終端連接時(shí)，R2將分壓端下拉至地電壓，邏輯值為0。邏輯值(1或0)傳輸給邏輯電路，以表示移動(dòng)設(shè)備與USB終端連接與否。在圖4中，所述邏輯電路由標(biāo)號(hào)121-126所示，其中，121為與門，122-123為或非門，124為與非門，125-126為反相器。邏輯電路根據(jù)對(duì)分壓電阻檢測(cè)的邏輯值和控制信號(hào)SW的計(jì)算，輸出對(duì)圖3中開關(guān)模塊120和線性穩(wěn)壓源模塊130的控制信號(hào)(SGATE/EN)。其中，控制信號(hào)SW控制在移動(dòng)設(shè)備與USB終端連接時(shí)是否將電源從電池供電切換至USB電源供電。DELAY單元為一般延時(shí)單元，由電阻和電容組成，所述DELAY單元使與門121和或非門122的輸出由0向1轉(zhuǎn)變時(shí)發(fā)生延時(shí)，而由1向0轉(zhuǎn)變時(shí)不發(fā)生延時(shí)。這可以使EN信號(hào)的邏輯0先于SGATE信號(hào)的邏輯0，而SGATE信號(hào)的邏輯1先于EN信號(hào)的邏輯1。由于SGATE信號(hào)和EN信號(hào)分別控制開關(guān)模塊120的開關(guān)功率管Ml和線性穩(wěn)壓源模塊130中的開關(guān)功率管M2的通斷，這樣可以使得兩個(gè)開關(guān)功率管Ml和M2不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通，引發(fā)瞬間的大電流。127-1 為電壓轉(zhuǎn)換模塊，將邏輯電路產(chǎn)生的控制開關(guān)模塊120和線性穩(wěn)壓源模塊130的信號(hào)提升為具有電路中最高電壓的幅度VMAX的信號(hào)SGATE和EN(LDO)。VMAX電壓由圖3中控制保護(hù)模塊110比較電池電壓和USB電源電壓產(chǎn)生，當(dāng)移動(dòng)設(shè)備與USB終端連接時(shí)為VUSB電壓值，當(dāng)移動(dòng)設(shè)備沒有與USB終端連接時(shí)為電池電壓值。信號(hào)SGATE和EN(LDO)具有VMAX幅度的電壓，可以有效地控制和保護(hù)切換控制電路中各個(gè)部分。圖5是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的切換控制電路中的線性穩(wěn)壓源模塊130的電路圖，所述線性穩(wěn)壓源模塊130采用普通LDO環(huán)路結(jié)構(gòu)。在圖5中，標(biāo)號(hào)131為運(yùn)算放大器 OPAMP,開關(guān)功率管M2為PMOS功率管，RLl與RL2為反饋電阻。所述運(yùn)算放大器0ΡΑΜΡ、開關(guān)功率管M2與反饋電阻RLl與RL2組成負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，使反饋端(FB)電壓等于參考電壓VREF。 而VOUT與FB電壓則由反饋電阻確定比例，即VOUT = VREFX (RL1+RL2)/_，而VREF是具有確定值的參考電壓。這樣就將USB電源VUSB轉(zhuǎn)換為合適的且具有確定幅度的電壓，并在輸出端VOUT進(jìn)行輸出。MPD為使能開關(guān)管，根據(jù)EN端的輸入信號(hào)控制開關(guān)功率管M2的通斷。MPD管的源端電壓即電路的使能電壓和開關(guān)功率管M2的襯底電壓均采用切換控制電路中電壓最大值VMAX電壓，從而有效控制和保護(hù)切換控制電路。圖6是圖3中所示的控制保護(hù)模塊110，所述控制保護(hù)模塊110產(chǎn)生電路中的最高電壓VMAX和開關(guān)模塊120中開關(guān)功率管Ml的襯底保護(hù)電壓VSUB。在圖6所示的控制保護(hù)模塊110中，比較器111和倒相器112-113以及MOS管麗1_2、MP1-4為VMAX產(chǎn)生電路。 當(dāng)移動(dòng)設(shè)備沒有與USB終端連接時(shí)，比較器111輸出為高，麗1關(guān)斷，麗2導(dǎo)通，將MP1、MP3 柵端拉低，MP1、MP3導(dǎo)通，將MP2、MP4柵端拉至VBAT，MP2、MP4關(guān)斷，VMAX等于VBAT。當(dāng)移動(dòng)設(shè)備與USB終端連接時(shí)，USB電壓高于電池電壓，比較器輸出為低，麗1導(dǎo)通，麗2關(guān)斷，將 MP2、MP4柵端拉低，MP2、MP4導(dǎo)通，將MP1、MP3柵端拉至VUSB，因?yàn)閂USB高于VBAT，MP1、 MP3關(guān)斷，VMAX等于VUSB。MN3-4與MP5-8產(chǎn)生開關(guān)模塊120中開關(guān)功率管Ml的襯底保護(hù)電壓VSUB。VSUB輸出受開關(guān)功率管Ml的柵端電壓SGATE控制。當(dāng)開關(guān)功率管Ml導(dǎo)通
5時(shí)，SGATE為低，MP7管關(guān)斷，MP8管導(dǎo)通，VSUB電壓為電池電壓VBAT。當(dāng)開關(guān)功率管Ml關(guān)斷時(shí)，SGATE為高，MP7管導(dǎo)通，MP8管關(guān)斷，VSUB電壓為系統(tǒng)最高電壓VMAX。圖7是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的切換控制電路的整體的詳細(xì)電路圖，該電路圖為圖4-6中所描述的各個(gè)模塊在整體的切換控制電路中的組合。當(dāng)SW信號(hào)輸入為0時(shí)，切換控制電路處于電池供電和USB電源供電自動(dòng)切換模式當(dāng)移動(dòng)設(shè)備沒有與USB終端連接時(shí)，開關(guān)模塊120中的分壓檢測(cè)電阻R1、R2輸出為0 ；該輸出為0的信號(hào)經(jīng)過(guò)邏輯電路的邏輯運(yùn)算，使得開關(guān)功率管Ml的控制電壓信號(hào)SGATE為0，開關(guān)功率管Ml導(dǎo)通，電池通過(guò)開關(guān)模塊120供電，開關(guān)功率管Ml襯底電壓根據(jù)圖6描述切換到VBAT，其源端與襯端電壓相同，處于最理想工作狀態(tài)，線性穩(wěn)壓源模塊130控制信號(hào)EN為0，線性穩(wěn)壓源模塊130中控制開關(guān)MPD導(dǎo)通，開關(guān)功率管M2柵端被拉至VMAX。此時(shí)，移動(dòng)設(shè)備與電池連接，移動(dòng)設(shè)備與 USB終端沒有連接，VMAX值為電池電壓VBAT，線性穩(wěn)壓源模塊130中開關(guān)功率管M2的柵、 漏、襯端為VBAT，源端電壓為0，從而開關(guān)功率管M2有效關(guān)斷，且不會(huì)使襯底二級(jí)管導(dǎo)通，避免發(fā)生栓鎖。而在SW信號(hào)輸入為0，切換控制電路處于電池供電和USB電源供電自動(dòng)切換模式下，當(dāng)移動(dòng)設(shè)備與USB終端連接時(shí)，開關(guān)模塊120中的分壓檢測(cè)電阻Rl、R2輸出為1，開關(guān)功率管Ml的控制信號(hào)SGATE變?yōu)?，開關(guān)功率管Ml關(guān)斷；根據(jù)圖6描述VSUB此時(shí)為VMAX， 此時(shí)，VMAX等于VUSB。開關(guān)功率管Ml的襯底PN結(jié)全部關(guān)斷，線性穩(wěn)壓源模塊130的控制信號(hào)EN變?yōu)?，MPD關(guān)斷，線性穩(wěn)壓源模塊130正常工作，其中，開關(guān)功率管M2的襯底電壓為VMAX，即VUSB，處于最理想工作狀態(tài)。當(dāng)控制信號(hào)SW為1時(shí)，電路處于強(qiáng)制電池供電模式開關(guān)模塊120始終工作，線性穩(wěn)壓源模塊130始終關(guān)斷。開關(guān)模塊120中的開關(guān)功率管Ml的襯端電壓保持VBAT。線性穩(wěn)壓源模塊130中的開關(guān)功率管M2的柵、襯端電壓根據(jù)USB連接情況切換移動(dòng)設(shè)備與 USB終端連接時(shí)為VUSB電壓；移動(dòng)設(shè)備沒有與USB終端連接時(shí)為VBAT電壓，在不同情況下均確保開關(guān)功率管M2有效關(guān)斷，襯底PN結(jié)截止。電路工作狀態(tài)可以總結(jié)為如表1所示的四種情況表1
序號(hào)I USBSW信號(hào)輸出電源
"1 in1電池電源通過(guò)開關(guān)模塊輸出
~ H1電池電源通過(guò)開關(guān)模塊輸出
"1 illο電池電源通過(guò)開關(guān)模塊輸出
~1 H0USB電源通過(guò)線性穩(wěn)壓源模塊輸出電路可以根據(jù)移動(dòng)設(shè)備與USB終端的連接狀態(tài)和SW信號(hào)來(lái)切換輸出電源。本發(fā)明可以用于電池供電的移動(dòng)設(shè)備中，所述切換控制電路能夠在移動(dòng)設(shè)備與 USB終端連接時(shí)，自動(dòng)或控制切換至由USB電源供電，從而有效延長(zhǎng)電池壽命。
權(quán)利要求
1.一種安裝在移動(dòng)設(shè)備中的在USB電源供電與電池供電之間進(jìn)行切換的切換控制電路，所述切換控制電路包括開關(guān)模塊，在由移動(dòng)設(shè)備的電池供電的情況下，輸出移動(dòng)設(shè)備的電池工作電壓；線性穩(wěn)壓源模塊，在由USB電源供電的情況下，將USB電源的電壓轉(zhuǎn)換為適合移動(dòng)設(shè)備的工作電壓；控制保護(hù)模塊，根據(jù)控制信號(hào)以及移動(dòng)設(shè)備與USB終端的連接狀態(tài)對(duì)開關(guān)模塊和線性穩(wěn)壓源模塊進(jìn)行控制，以在USB電源供電和電池供電之間進(jìn)行切換，其中，所述USB終端向所述移動(dòng)設(shè)備提供USB電源。
2.如權(quán)利要求1所述的切換控制電路，其特征在于當(dāng)控制信號(hào)的值為“1”時(shí)，控制保護(hù)模塊對(duì)開關(guān)模塊和線性穩(wěn)壓源模塊進(jìn)行控制以通過(guò)開關(guān)模塊輸出移動(dòng)設(shè)備的電池工作電壓。
3.如權(quán)利要求2所述的切換控制電路，其特征在于當(dāng)控制信號(hào)的值為“0”且移動(dòng)設(shè)備沒有與USB電源終端連接時(shí)，控制保護(hù)模塊對(duì)開關(guān)模塊和線性穩(wěn)壓源模塊進(jìn)行控制以通過(guò)開關(guān)模塊輸出移動(dòng)設(shè)備的電池工作電壓。
4.如權(quán)利要求3所述的切換控制電路，其特征在于當(dāng)控制信號(hào)的值為“0”且移動(dòng)設(shè)備與USB電源終端連接時(shí)，控制保護(hù)模塊對(duì)開關(guān)模塊和線性穩(wěn)壓源模塊進(jìn)行控制以通過(guò)線性穩(wěn)壓源模塊將USB電源的電壓轉(zhuǎn)換為適合移動(dòng)設(shè)備的工作電壓。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種在USB電源供電與電池供電之間進(jìn)行切換的切換控制電路。所述切換控制電路包括開關(guān)模塊，在由移動(dòng)設(shè)備的電池供電的情況下，輸出移動(dòng)設(shè)備的電池工作電壓；線性穩(wěn)壓源模塊，在由USB電源供電的情況下，將USB電源的電壓轉(zhuǎn)換為適合移動(dòng)設(shè)備的工作電壓；控制保護(hù)模塊，根據(jù)控制信號(hào)以及所述移動(dòng)設(shè)備與USB終端的連接狀態(tài)對(duì)開關(guān)模塊和線性穩(wěn)壓源模塊進(jìn)行控制以在USB電源供電和電池供電之間進(jìn)行切換，其中，所述USB終端向所述移動(dòng)設(shè)備提供USB電源。所述切換控制電路能夠在移動(dòng)設(shè)備與USB終端連接時(shí)，自動(dòng)或控制切換至由USB電源供電，從而有效延長(zhǎng)電池壽命。
文檔編號(hào)H02J9/06GK102468684SQ20101054658
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月11日
發(fā)明者吳獻(xiàn) 申請(qǐng)人:三星半導(dǎo)體(中國(guó))研究開發(fā)有限公司, 三星電子株式會(huì)社