專利名稱：真反向電流阻斷設(shè)備、系統(tǒng)和方法
真反向電流阻斷設(shè)備、系統(tǒng)和方法技術(shù)領(lǐng)域
本申請涉及一種反向電流阻斷系統(tǒng)，具體地說，涉及一種真反向電流阻斷系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
負載開關(guān)通常將電源與一待供電的裝置(負載)鏈接起來，并且基于開關(guān)信號提 供開關(guān)控制，以便將負載與電源連接或斷開?？捎韶撦d開關(guān)控制的示例性負載包括便攜裝 置，比如，電話、數(shù)碼相機、媒體播放器、全球定位系統(tǒng)(GPS)接收器和便攜式游戲。然而，負 載開關(guān)可能針對從負載返回到電源的反向電流僅提供有限的保護或甚至不提供保護，這會 破壞靈敏和/或貴重的元件。當(dāng)開關(guān)處于關(guān)斷(off)或斷開(open)狀態(tài)時,缺乏反向電流 保護是特別常見的。發(fā)明內(nèi)容
總體來說，本申請?zhí)峁┝艘环N用于功率負載開關(guān)中的真反向電流阻斷的系統(tǒng)。負 載開關(guān)可被用于將在所述負載開關(guān)的輸入端口處的直流電源與在所述負載開關(guān)的輸出端 口處的需要接收功率的負載連接或斷開。負載開關(guān)還提供了防止電流從負載回流的反向電 流阻斷(RCB)形式的保護，所述負載被連接到負載開關(guān)的Vott端口以及負載開關(guān)的輸入端 口 Vin，即電壓源。這種反向電流如果不被阻斷，則會損壞負載開關(guān)的輸入側(cè)處的電源或其 他電路。這在電池供電應(yīng)用中被特別關(guān)注。根據(jù)本申請的實施例，無論負載開關(guān)的狀態(tài)是 斷開或閉合(即，接通(ON)或關(guān)斷(0FF))，反向電流阻斷均被提供。這種無論開關(guān)是接通 或關(guān)斷都提供保護的RCB被稱為真反向電流阻斷(TRCB)。


所要求保護的主題的特征和優(yōu)點將從以下與之相符的實施例的具體描述中變得 顯而易見，對實施例的描述應(yīng)當(dāng)參照附圖來考慮，在附圖中
圖1示出了與本申請各個實施例相符的頂層框圖2示出了與本申請各個實施例相符的電路圖3示出了與本申請各個實施例相符的電路圖4示出了與本申請各個實施例相符的功能框圖5示出了與本申請相符的另一示例性實施例的操作的流程圖。
盡管下列具體實施方式
中將參照說明性的實施例來進行闡述，但是該實施例的許 多替代、變更以及變型對于那些本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將變得顯而易見。
具體實施方式
總體來說，本申請?zhí)峁┝艘环N用于功率負載開關(guān)中的真反向電流阻斷的系統(tǒng)。負 載開關(guān)可被用于將在所述負載開關(guān)的輸入端口處的直流電源與在所述負載開關(guān)的輸出端 口處的需要接收功率的負載連接或斷開。負載開關(guān)還提供了防止電流從負載回流的反向電流阻斷(RCB)形式的保護，所述負載被連接到負載開關(guān)的Vott端口以及負載開關(guān)的輸入端口 Vin，即電壓源。這種反向電流如果不被阻斷，則會損壞負載開關(guān)的輸入側(cè)處的電源或其他電路。這在電池供電應(yīng)用中被特別關(guān)注。根據(jù)本申請的實施例，無論負載開關(guān)的狀態(tài)是斷開或閉合(即，接通(ON)或關(guān)斷(0FF))，反向電流阻斷均被提供。這種無論開關(guān)是接通或關(guān)斷都提供保護的RCB被稱為真反向電流阻斷(TRCB)。
TRCB能夠被廣泛用于包括通用串行總線(USB)電源設(shè)計在內(nèi)的各種應(yīng)用中，其中期望通過反向電流阻斷來保護USB主機不受USB的總線電壓線(VBUS)上的反向電流的損害。其中TRCB開關(guān)可能有用的其他應(yīng)用包括個人數(shù)字助理(PDA)手持設(shè)備、移動電話、全球定位系統(tǒng)(GPS)手持設(shè)備、數(shù)碼相機、外圍端口及附件、便攜式醫(yī)療器械以及熱插拔用品 (hot-swap supplies)。
圖1示出了與本申請相符的一個示例性實施例的頂層系統(tǒng)圖100。所示為具有 TRCB能力的負載開關(guān)106，將在下面更詳細地被描述。負載開關(guān)106被耦合到電壓源102，在某些實施例中，電壓源102可以是電池，向負載開關(guān)106的·輸入端口提供輸入電壓Vin 112。 負載開關(guān)還被耦合到負載108，所述負載108通過提供輸出電壓Vout 114的輸出端口被供電。負載開關(guān)106能夠在由控制器電路104提供的開關(guān)控制信號110的控制下工作，所述開關(guān)控制信號110能夠致使負載開關(guān)106斷開或閉合。所述控制器電路104可以是與電源 102、負載108或任何其他欲用于控制所述負載開關(guān)的合適設(shè)備相關(guān)聯(lián)的電路系統(tǒng)。無論開關(guān)106斷開或閉合，負載開關(guān)106的TRCB能力都為電源102提供反向電流阻斷保護。
圖2示出了與本申請的各個實施例相符的電路圖200。電路圖200示出了 TRCB電路202，所述TRCB電路202包括P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(PMOS)開關(guān)204、比較器206以及二極管D1208和D2 210。還示出了開關(guān)輸入電壓Vin 112和輸出電壓Vout 114，所述輸出電壓Vout 114被耦合到輸出負載108，該輸出負載108的模型被構(gòu)造為包括 Rout和Cout的電阻器-電容器(RC)網(wǎng)絡(luò)。PMOS開關(guān)204具有源端口 230、漏端口 234和柵端口 232。柵極232控制從源極230流向漏極234的電流。換言之，如果柵極232被接通，那么開關(guān)204被導(dǎo)通并且電路將從Vin 112流向Vout 114。如果柵極232被關(guān)斷，那么開關(guān)204被截止并且通過所述開關(guān)的電流將基本上被阻斷。但是實際上，即使開關(guān)204被關(guān)斷，當(dāng)Vout 114大于Vin 112時,PMOS開關(guān)仍會呈現(xiàn)出能夠?qū)е路聪螂娏餍孤┑募纳O管效應(yīng)。所述寄生二極管效應(yīng)由存在于COMS工藝中的體二極管產(chǎn)生。
比較器206被配置為監(jiān)視和比較Vin 112和Vout 114并且生成Vmax輸出236，其中Vmax輸出236被設(shè)置為Vin 112和Vout 114的較大者。Vmax 236被連接到開關(guān)204的 η阱區(qū)域236，使得所述開關(guān)的p-n結(jié)中的一個(與具有Vin 112和Vout 114中的較高電壓的一側(cè))被短接。例如，如果開關(guān)204被關(guān)斷并且Vout 114大于Vin 112，那么Vmax236 將被設(shè)置為Vout 114，導(dǎo)致二極管D2被短路，同時二極管Dl阻斷在從Vin 114到Vout 112 的方向上的電流。
比較器206還生成了 RCB標(biāo)志212，該RCB標(biāo)志212用信號表示當(dāng)Vout 114大于 Vin 112時，反向電流被阻斷。該RCB標(biāo)志212在邏輯模塊218處與接通(ON)信號110邏輯組合，以在反向電流被阻斷期間使接通信號110無效。這通過防止開關(guān)204在Vout 114 大于Vin 112時被接通提供了額外的TRCB保護。
圖3示出了與本申請的各個實施例相符的電路圖300。電路圖300較詳細地示出了比較器206的一個實施例。電路模塊306實施了對信號Vout 114和Vinl 12進行操作的比較器電路系統(tǒng)的級聯(lián)實現(xiàn)。級聯(lián)比較器被配置成兩級放大器。兩個放大級改進了輸入-輸出隔離，該輸入-輸出隔離減小了通過比較器的反向電流泄漏的可能性?？商峁┪⒄{(diào)電阻器308以校準(zhǔn)比較器?？商峁┻t滯電路310能夠，以尤其是在最大值安定在Vout 114 或Vin 112之前在Vout 114和Vin 112之間來回反復(fù)的過渡時期，防止Vmax信號236的誤觸發(fā)。遲滯電路通常防止輸入端口處的狀態(tài)變化傳播到輸出端口，除非輸入端口已經(jīng)在預(yù)定或可選擇的一段時間內(nèi)保持不變。
圖4示出了與本申請的各個實施例相符的系統(tǒng)400的功能框圖。系統(tǒng)400是在一具有支持電路系統(tǒng)的應(yīng)用中TRCB開關(guān)202的一種實現(xiàn)的實施例。直流電源可以被連接到 Vin 112，并且負載可以被連接到Vout 114。開關(guān)控制信號可以被連接到接通端口 110以導(dǎo)通或截止TRCB開關(guān)202，并且從而允許電流從所述直流電源流向所述負載或者不從所述直流電源流向所述負載。該開關(guān)控制信號可以連同來自上電復(fù)位單元404、軟啟動單元406、 過熱關(guān)斷單元410、基于振蕩器的定時發(fā)生器412和限流器單元的輸入被控制邏輯模塊218 處理。過熱關(guān)斷單元410監(jiān)視電路的超溫狀況并且將這種超溫狀況用信號發(fā)送給控制邏輯單元218。限流器單元418監(jiān)視流過TRCB開關(guān)202的電流的過流狀況，并且也將這種過流狀況用信號發(fā)送給控制邏輯單元218。在正常工作狀況下，控制邏輯單元218將根據(jù)接通端口 110處的開關(guān)控制信號來導(dǎo)通或截止TRCB開關(guān)202。在異常工作狀況下，例如超溫或者過流的狀況下，不管接通端口 110處的開關(guān)控制信號的狀態(tài)如何，控制邏輯單元218均可截止TRCB開關(guān)202，并且可在必要時在故障(Fault)端口 428處生成故障信號以將這種狀況用信號發(fā)送給外部組件。在(由基于振蕩器的定時發(fā)生器412確定的)適當(dāng)時延后，控制邏輯單元218可執(zhí)行開關(guān)的自動重啟。
圖5示出了與本申請相符的另一示例性實施例的操作500的流程圖。在操作510 中，將PMOS開關(guān)的源端口處的輸入電壓與PMOS開關(guān)的漏端口處的輸出電壓進行比較。在操作520中，選擇所述輸入電壓和所述輸出電壓中的最大值。在操作530中，將所選擇的輸入電壓和輸出電壓中的最大值耦合到所述PMOS開關(guān)的η阱區(qū)域。在一些實施例中，PMOS開關(guān)的柵端口可響應(yīng)于檢測到所述輸出電壓超過所述輸入電壓而被截止。
因此，本申請?zhí)峁┝擞糜陂_關(guān)的執(zhí)行真反向電流阻斷(TRCB)的設(shè)備、系統(tǒng)和方法。根據(jù)一個方面，提 供了一種設(shè)備。所述設(shè)備可以包括PMOS開關(guān)，該PMOS開關(guān)包括源端口、漏端口、柵端口和η阱區(qū)域。該實例中的設(shè)備還可以包括耦合到所述源端口的輸入電壓端口。該實例中的設(shè)備可以進一步包括耦合到所述漏端口的輸出電壓端口。該實例中的設(shè)備可以進一步包括耦合到所述柵端口的開關(guān)控制端口。該實例中的設(shè)備可以進一步包括比較器電路，其被配置為將所述輸入電壓端口處的輸入電壓和所述輸出電壓端口處的輸出電壓進行比較并且選擇所述輸入電壓和所述輸出電壓中的最大值，所述比較器電路系統(tǒng)進一步被配置為將所選擇的最大值耦合到所述η阱區(qū)域。
根據(jù)另一個方面，提供了一種方法。所述方法可以包括^fPMOS開關(guān)的源端口處的輸入電壓和所述PMOS開關(guān)的漏端口處的輸出電壓進行比較。該實例中的方法還可以包括選擇所述輸入電壓和所述輸出電壓中的最大值。該實例中的方法可以進一步包括將所選擇的最大值耦合到所述PMOS開關(guān)的η阱區(qū)域。
根據(jù)又一個方面，提供了一種系統(tǒng)。所述系統(tǒng)可以包括TRCB開關(guān)，其包括PMOS開關(guān)，該PMOS開關(guān)包括源端口、漏端口、柵端口和η阱區(qū)域。該實例中的TRCB開關(guān)還可以包括耦合到所述源端口的輸入電壓端口。該實例中的TRCB開關(guān)可以進一步包括耦合到所述漏端口的輸出電壓端口。該實例中的TRCB開關(guān)可以進一步包括耦合到所述柵端口的開關(guān)控制端口。該實例中的TRCB開關(guān)可以進一步包括比較器電路，其被配置為將所述輸入電壓端口處的輸入電壓和所述輸出電壓端口處的輸出電壓進行比較并且選擇所述輸入電壓和所述輸出電壓中的最大值，所述比較器電路進一步被配置為將所選擇的最大值耦合到所述η阱區(qū)域。該實例中的TRCB開關(guān)還可以包括過熱關(guān)斷電路，其被配置為監(jiān)視所述TRCB 開關(guān)的溫度，并且響應(yīng)于所監(jiān)視到的溫度超過預(yù)定閾值而關(guān)斷所述TRCB開關(guān)。該實例中的 TRCB開關(guān)可以進一步包括限流電路，其被配置為監(jiān)視通過所述TRCB開關(guān)的電流，并且響應(yīng)于所監(jiān)視到的電流超過預(yù)定義的閾值而關(guān)斷所述TRCB開關(guān)。
如這里所使用的那樣，術(shù)語“標(biāo)稱”的使用在指代量時，含義為規(guī)定量或理論量，其可能與實際量不同。
這里所描述的方法的實施例可以在系統(tǒng)中實現(xiàn)，該系統(tǒng)包括以獨立或組合的方式存儲有指令的一個或多個存儲介質(zhì)，所述指令在由一個或多個處理器執(zhí)行時實現(xiàn)這些方法。這里，處理器可以包括例如系統(tǒng)CPU(例如，核心處理器)和/或可編程電路。因而，根據(jù)這里所描述的方法的操作旨在可以分布在多個物理裝置上，比如在幾個不同的物理位置上的處理結(jié)構(gòu)。而且，該方法操作旨在可以以獨立或者子組合的方式實現(xiàn)，正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的那樣。因此，并非每一流程圖的所有的操作都需要被執(zhí)行，并且本申請明確指出這些操作的所有子組合也能實現(xiàn)，正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的那樣。
存儲介質(zhì)可以包括任何類型的有形介質(zhì)，例如，任何類型的磁盤(包括軟盤、光盤、壓縮光盤只讀存儲器(⑶-R0M)，可擦寫壓縮光盤(⑶-RW)，數(shù)字多用光盤(DVD)和磁光盤)，半導(dǎo)體裝置(比如只讀存儲器(R0M)，諸如動態(tài)和靜態(tài)的RAM之類的隨機存取存儲器 (RAM)，可擦除可編程只讀存儲器(EPROM)，電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)，閃存，磁卡或光卡)，或者適合于存儲電子指令的任一類型的介質(zhì)。
術(shù)語“開關(guān)”可以用MOSFET開關(guān)(例如，單獨的NMOS和PMOS元件)、BJT開關(guān)、二極管和/或其他本領(lǐng)域已知的開關(guān)電路實現(xiàn)。另外，在這里的任一實施例中所使用的“電路系統(tǒng)”或“電路”可以以單個或以任一組合的方式包括例如硬線電路、可編程電路、狀態(tài)機電路，和/或包括在更大系統(tǒng)中的電路，例如，包括在集成電路中的兀件。
這里所使用的術(shù)語和表述被用做描述而不是限制， 并且在使用這些術(shù)語和表述時無意于排除所示和所描述特征(或其部分的)的任何等同物，并且應(yīng)該認(rèn)識到，各種變化可能包含在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。因此，該權(quán)利要求旨在涵蓋所有此類等同物。各種特征、方面、 以及實施例在這里已經(jīng)被描述，該特征、方面以及實施例可相互結(jié)合并且可變型和修改，正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所能理解的那樣。因此，本發(fā)明公開內(nèi)容應(yīng)該被認(rèn)為包括了這些組合、變型和修改。
權(quán)利要求
1.一種真反向電流阻斷設(shè)備，包括PMOS開關(guān)，其包括源端口、漏端口、柵端口和η阱區(qū)域；耦合到所述源端口的輸入電壓端口；耦合到所述漏端口的輸出電壓端口；耦合到所述柵端口的開關(guān)控制端口 ；以及比較器電路系統(tǒng)，其被配置為將所述輸入電壓端口處的輸入電壓和所述輸出電壓端口處的輸出電壓進行比較，并且選擇所述輸入電壓和所述輸出電壓中的最大值，所述比較器電路系統(tǒng)進一步被配置為將所選擇的最大值耦合到所述η阱區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，進一步被配置為響應(yīng)于所述比較器電路系統(tǒng)檢測到所述輸出電壓超過所述輸入電壓，關(guān)斷所述柵端口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，進一步包括將所述源端口耦合到所述η阱區(qū)域的第一二極管，以及將所述漏端口耦合到所述η阱區(qū)域的第二二極管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述比較器電路系統(tǒng)為包括二級放大器在內(nèi)的級聯(lián)比較器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，進一步被配置為響應(yīng)于所述比較器電路系統(tǒng)檢測到所述輸出電壓超過所述輸入電壓，將所述輸入電壓端口與所述輸出電壓端口解耦。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，進一步包括遲滯電路，其被配置為減少響應(yīng)于信號噪聲所生成的開關(guān)事件。
7.一種真反向電流阻斷方法，包括將PMOS開關(guān)的源端口處的輸入電壓和所述PMOS開關(guān)的漏端口處的輸出電壓進行比較；選擇所述輸入電壓和所述輸出電壓中的最大值；以及將所選擇的最大值耦合到所述PMOS開關(guān)的η阱區(qū)域。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，進一步包括響應(yīng)于檢測到所述輸出電壓超過所述輸入電壓，關(guān)斷所述PMOS開關(guān)的柵端口。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，進一步包括將第一二極管耦合在所述源端口和所述η 阱區(qū)域之間，并且將第二二極管耦合在所述漏端口和所述η阱區(qū)域之 間。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述比較由包括二級放大器在內(nèi)的級聯(lián)比較器來執(zhí)行。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，進一步包括響應(yīng)于檢測到所述輸出電壓超過所述輸入電壓，將所述源端口與所述漏端口解耦。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，進一步包括將遲滯電路配置為減少響應(yīng)于信號噪聲所生成的開關(guān)事件。
13.一種真反向電流阻斷系統(tǒng)，包括真反向電流阻斷開關(guān)，其包括PMOS開關(guān)，其包括源端口、漏端口、柵端口和η阱區(qū)域；耦合到所述源端口的輸入電壓端口；耦合到所述漏端口的輸出電壓端口；耦合到所述柵端口的開關(guān)控制端口 ；以及比較器電路系統(tǒng)，其被配置為將所述輸入電壓端口處的輸入電壓和所述輸出電壓端口處的輸出電壓進行比較，并且選擇所述輸入電壓和所述輸出電壓中的最大值，所述比較器電路系統(tǒng)進一步被配置為將所選擇的最大值耦合到所述η阱區(qū)域；過熱關(guān)斷電路，其被配置為監(jiān)視所述真反向電流阻斷開關(guān)的溫度，并且響應(yīng)于所監(jiān)視到的溫度超過預(yù)定閾值而關(guān)斷所述真反向電流阻斷開關(guān)；以及限流電路，其被配置為監(jiān)視通過所述真反向電流阻斷開關(guān)的電流，并且響應(yīng)于所監(jiān)視到的電流超過預(yù)定義的閾值而關(guān)斷所述真反向電流阻斷開關(guān)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述真反向電流阻斷開關(guān)進一步被配置為響應(yīng)于所述比較器電路系統(tǒng)檢測到所述輸出電壓超過所述輸入電壓而關(guān)斷所述柵端口。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述真反向電流阻斷開關(guān)進一步包括將所述源端口耦合到所述η阱區(qū)域的第一二極管和將所述漏端口耦合到所述η阱區(qū)域的第二二極管。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述比較器電路系統(tǒng)為包括二級放大器在內(nèi)的級聯(lián)比較器。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述真反向電流阻斷開關(guān)進一步被配置為響應(yīng)于所述比較器電路系統(tǒng)檢測到所述輸出電壓超過所述輸入電壓而將所述輸入電壓端口與所述輸出電壓端口解耦。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述真反向電流阻斷開關(guān)進一步包括遲滯電路，其被配置為減少響應(yīng)于信號噪聲所生成的開關(guān)事件。
全文摘要
提供了用于開關(guān)的真反向電流阻斷設(shè)備、系統(tǒng)和方法。所述設(shè)備可包括PMOS開關(guān)，其包括源端口、漏端口、柵端口和n阱區(qū)域；耦合到所述源端口的輸入電壓端口；耦合到所述漏端口的輸出電壓端口；耦合到所述柵端口的開關(guān)控制端口；以及比較器電路系統(tǒng)，其被配置為將所述輸入電壓端口處的輸入電壓和所述輸出電壓端口處的輸出電壓進行比較并且選擇所述輸入電壓和所述輸出電壓中的最大值。所述比較器電路系統(tǒng)可以進一步被配置為將所選擇的最大值耦合到所述n阱區(qū)域。
文檔編號H03K17/56GK103001617SQ201210335150
公開日2013年3月27日 申請日期2012年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月14日
發(fā)明者N·孫, 韓新寬, 范俊 申請人:快捷半導(dǎo)體(蘇州)有限公司, 快捷半導(dǎo)體公司