CN101442257B - 电子***以及控制电子元件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电子***以及控制电子元件的方法，其包括：电荷泵驱动器，用于产生输出以控制所述电子元件；以及连接至所述电荷泵驱动器的时钟发生器，用于产生时钟信号去控制所述电荷泵驱动器，并且根据所述电子元件状态来调节所述时钟信号的频率。采用本发明的电子***以及控制电子元件的方法能降低电能损耗并提高电能效率。
Description
技术领域
本发明是关于一种电子***，尤指一种带有电荷泵的电子***。
背景技术
在电池/电力管理应用中，P沟道金属氧化物半导体场效应管(p-channel metal oxide semiconductor field effect transistor，简称为PMOS管)可用作高边开关来控制充电/放电回路。由于PMOS管的价格通常比与其具有相同导通阻抗的N沟道金属氧化物半导体场效应管(简称为NMOS管)的价格贵，一些NMOS管被用作高侧开关。然而，如果NMOS管被作为高侧开关使用到电池管理电路中，则该NMOS管需要由额外的电荷泵来驱动。电荷泵可能产生相对较高的电能损耗，因而减少***的电能效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供电子***以及用于控制电子元件的方法，其能降低***的电能损耗并提高***的电能效率。
本发明所述的一种电子***，其包括电荷泵驱动器，用于产生输出以控制电子元件；以及连接至所述电荷泵驱动器的时钟发生器，用于产生时钟信号去控制所述电荷泵驱动器，并且根据所述电子元件的状态来调节所述时钟信号的频率。
另外，本发明所述的控制电子元件的方法，包括产生时钟信号以控制电荷泵驱动器；根据所述电子元件的状态来调节所述时钟信号的频率；以及由所述电荷泵驱动器来控制所述电子元件。
除此之外，本发明所述的另一种电子***，其包括电荷泵驱动器，用于产生输出以控制一个控制开关；连接至所述控制开关的感应器，用于产生代表所述控制开关状态的控制信号；以及连接至所述电荷泵驱动器和所述感应器的时钟发生器，用于产生时钟信号去控制所述电荷泵驱动器，并且根据所述控制信号来调节所述时钟信号的频率。
附图说明
以下通过对本发明的一些实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点。
图1为根据本发明的一个实施例的电子***的模块示意图；
图2为根据本发明的一个实施例的电子***的模块示意图；
图3为根据本发明的一个实施例的电荷泵的电路示意图；
图4A为根据本发明一个实施例的带有时钟发生器的电子***电路示意图；
图4B为根据本发明一个实施例的带有时钟发生器的电子***电路示意图；
图5为根据本发明一个实施例的带有时钟发生器的电子***电路示意图；
图6为根据本发明一个实施例的带有感应器的电子***电路示意图；
图7为根据本发明一个实施例的带有放电通道的电子***电路示意图；以及
图8为根据本发明的一个实施例的控制电子元件的方法流程示意图。
具体实施方式
以下将对本发明的实施例给出详细的说明。虽然本发明将结合实施例进行阐述，但应理解这并非意指将本发明限定于这些实施例。相反，本发明意在涵盖由后附权利要求项所界定的本发明精神和范围内所定义的各种可选项、可修改项和等同项。
此外，在以下对本发明的详细描述中，为了提供一个针对本发明的完全的理解，阐明了大量的具体细节。然而，本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外的一些实例中，对于大家熟知的方案、流程、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明之主旨。
在一个实施例中，一种电子***可用于控制电子元件(例如，开关)。在所述电子***中的电荷泵可以产生输出以控制所述开关。举例说明，当电荷泵的输出电平高于某个预设电平时，所述开关可完全被导通。除此之外，时钟发生器(例如，振荡器)可以产生时钟信号以驱动电荷泵从而导通所述开关。在开关完全导通后，该时钟发生器可以自动减少时钟信号的频率，从而减少电荷泵内的开关损耗，同时保持开关被完全导通。
图1为根据本发明的一个实施例的电子***100的模块示意图。如图1所示，该电子***100包括电荷泵驱动器102，用于产生输出130去控制电子元件104。此外，连接至电荷泵驱动器102的时钟发生器112可以产生时钟信号114去控制电荷泵驱动器102，并且根据电子元件104的状态来调节时钟信号114的频率f114。
更具体地说，在一个实施例中，电子***100还包括连接在电子元件104的感应器106，用于产生代表电子元件104的状态的控制信号110。举例说明，电子元件104可以是一种开关(例如：一种NMOS管)。开关104的状态(例如：开关104是否完全导通)，可以由开关104的栅源电压VGS来表示。感应器106可以监测开关104的栅源电压VGS，并且根据栅源电压VGS来产生控制信号110。此外，开关104可以由电荷泵驱动器102的输出130来导通。基于时钟信号114的驱动，电荷泵驱动器102可产生较高电平的输出130。
在一个实施例中，控制信号110可以是一个电平正比于所述栅源电压VGS的模拟感应信号VS。在另一个实施例中，控制信号110可以是一个代表开关104是否完全导通的数字信号。举例说明，感应器106可以产生感应信号VS，并且将感应信号VS与一个预设信号VPRE进行比较，再根据该比较来产生所述数字信号。在这个实施例中，预设信号VPRE是由开关104的完全导通电压VF决定的。当VS小于VF时，开关104未完全被导通。当VS大于VF时，开关104可完全被导通。
除此之外，感应器106可以根据代表开关104状态的控制信号110来控制时钟发生器112，从而调节时钟信号114的频率f114。举例说明，当开关104未完全导通时，频率f114为一个第一值f1。当开关104完全导通时，频率f114为一个第二值f2，且第二值f2比第一值f1小。频率f114的第一值f1可以(但不限于)大于500KHz，因而输出130的电平可以相对迅速地增加，以及开关104可以被相对迅速地导通。频率f114的第二值f2可以在(但不限于)20KHz与500KHz之间的范围内。因此，当开关104完全导通时，电荷泵驱动器102可由较低频率(如：20KHz与500KHz之间的范围内)的时钟信号114来驱动，从而使输出130保持在一个几乎恒定的电平上，并且保持开关104被完全导通。电能损耗由此可被减少，且电能效率可被增加。在一个实施例中，时钟信号114的频率f114可以调节成与开关104的栅源电压VGS成反比。
图2为根据本发明的一个实施例的电子***200的模块示意图。在图2与图1中标记相同的元件具有相似的功能，在此对这些元件不复赘述。
电荷泵驱动器102可应用于电池充电和放电***中。更具体地说，电荷泵驱动器102可以根据感应器106的控制信号110来控制开关216(例如：一种充电开关)和控制开关218(例如：一种放电开关)。充电开关216可以是(但不限于)一种NMOS管。放电开关218可以是(但不限于)一种NMOS管。感应器106可以连接在充电开关216的栅极216G和源极216S之间，从而监测充电开关216的状态，如：充电开关216的栅源电压VGS。
在一个实施例中，充电开关216和放电开关218可以根据电荷泵驱动器102的输出230和232来控制电池包242的充电与/或放电。电池包242可以连接在充电开关216上。放电开关218的端点240可以连接在一个负载(未显示在图2中)上。在一个实施例中，当放电开关218被输出232导通，且充电开关216被输出230截止时，电池包242可以经由充电开关216的体二极管234和放电开关218的漏-源沟道放电给所述负载。在另一个实施例中，在电池放电操作中，充电开关216可以处于导通状态。
在另一个实施例中，端点240连接在一个电源(未显示在图2中)上。该电源可以包括(但不限于)适配器或通用串行总线接口设备。在这个实施例中，当充电开关216被输出230导通，且放电开关218被输出232截止时，所述电源可经由放电开关218的体二极管238和充电开关216的漏-源沟道对电池包242进行充电。在另一个实施例中，在电池充电操作中，放电开关218可以处于导通状态。
在如图2所示的实施例中，电荷泵驱动器102包括非重叠时钟发生器206，电荷泵212和电荷泵214。电荷泵212和214可用于产生输出230和232以分别控制充电开关216和放电开关218。非重叠时钟发生器206可以接收时钟信号114并且产生一对互补时钟信号226_1和226_0用于驱动电荷泵212和214。在一个实施例中，电荷泵驱动器102还包括电平转换器208和210。电平转换器208可以连接在非重叠时钟发生器206和电荷泵212之间，用于将互补时钟信号226_1和226_0转换为一对互补时钟信号222_1和222_0。其中，互补时钟信号222_1和222_0的电平V222高于互补时钟信号226_1和226_0的电平V226。电荷泵212由此可被具有较高电平V222(如：V222>V226)的时钟信号222_1和222_0来驱动。同理，电平转换器210可以将时钟信号226_1和226_0转换为一对具有较高电平V224(如：V224>V226)的互补时钟信号224_1和224_0，并驱动电荷泵214。
此外，信号EN_CHG和EN_DSG分别可用于启动电荷泵212和214。在如图2所示的实施例中，当信号EN_CHG被使能时，电平转换器208可直接被信号EN_CHG启动，而且或门236可以输出信号228去启动非重叠时钟发生器206和时钟发生器112，进而启动电荷泵212。电荷泵214可通过类似的方式被信号EN_DSG启动。
在运行中，当信号EN_CHG被禁止，电荷泵212可被禁止。下拉电阻220可以连接在栅极216G和源极216S之间。当电荷泵212被禁止时，流经下拉电阻220的电流可减少至零，从而使栅源电压VGS减少至零。充电开关216由此可被截止。
在一个实施例中，当信号EN_CHG被使能，电池充电操作开始时，感应信号VS小于预设信号VPRE，那么控制信号110可以控制时钟发生器112去产生较高频率时钟信号114(如：高于500KHz)。电荷泵212由此可被较高频率时钟信号222_1和222_0来驱动，电荷泵212的输出230的电平由此可以相对迅速地升高。充电开关216可以被相对迅速地导通。同时，感应信号VS的电平可以随着输出230的电平增加而增加。当感应信号VS增加至预设信号电平值VPRE时，例如：充电开关216被完全导通时，控制信号110可以控制时钟发生器112去产生较低频率时钟信号114(如：20KHz与500KHz之间的范围内)。电荷泵212由此可被较低频率时钟信号222_1和222_0来驱动，从而使输出230保持在一个几乎恒定的电平上，并且保持充电开关216被完全导通。
同理，在电池放电操作中，一个单独的感应器(未显示在图2中)可以用于监测放电开关218的状态。类似于前面所述的电池充电操作，时钟信号频率f114可以根据放电开关218的状态来调节。
在一个实施例中，充电开关216可以与放电开关218一样，并且在电池放电操作中被导通。在这个实施例中，电荷泵212和214的输出230和232可以有几乎相同的电平值。此外，当开关216和218其中一个开关未完全导通时，端点240上的电平V240可以低于源极216S上的电平V216S。当开关216和218均被完全导通时，电平V240可以几乎等于电平V216S。换句话说，放电开关218的栅源电压可以不小于充电开关216的栅源电压。因此，当充电开关216被完全导通时，放电开关218也被完全导通。在电池放电操作中，用于驱动放电开关218的时钟信号114的频率f114由此可以根据充电开关216的状态来调节。
有利的是，电荷泵212和214的输出230和232可以通过一个频率可调的时钟信号114来控制。因此，在一个实施例中，可以使用具有较低击穿电压的NMOS管，从而进一步降低成本。
图3为根据本发明的一个实施例的电荷泵212的电路示意图。在图3与图2中标记相同的元件具有相似的功能，在此对这些元件不复赘述。以下将结合图2对图3进行描述。
如图3所示，电荷泵212包括连接在电容器318的一端316与输入端322之间的第一开关302(例如：一种NMOS管)，用于对电容器318充电。电荷泵212还可以包括连接在电容器的端点316与输出端330之间的第二开关314(例如：一种PMOS管)，用于对电容器318放电。除此之外，输出端330可以经由电容器320连接到地，并且提供电荷泵驱动器102的输出230。其中，第一和第二开关302和304可分别由时钟信号222_1和222_0来控制，而时钟信号222_1和222_0则可根据时钟信号114来产生。
电荷泵212还可以包括连接在电容器308的端点306与输入端322之间的第三开关312(例如：一种NMOS管)，用于对电容器308充电。电荷泵212还可以包括连接在电容器的一端306与输出端330之间的第四开关304(例如：一种PMOS管)，用于对电容器308放电。
更具体地说，开关314的漏极以及开关304和312的栅极均连接在端点316上。开关304的漏极以及开关314和302的栅极均连接在端点306上。当端点306上的电平V306高于端点316上的电平V316，且电平V306与V316之差大于开关302和304两者的开启电压时，开关302和304可以被导通。同时，开关312和314可以被截止。端点322上的电源(未显示在图3中)因而可以经过开关302对电容器318进行充电，而电容器308则可以经过开关304放电给电容器320。同理，当电平V306低于电平V316，且电平V306与V316之差大于开关302和304两者的开启电压时，开关312和314可以被导通，开关302和304可以被截止。端点322上的电源因而可以经过开关312对电容器308进行充电，而电容器318则可以经过开关314放电给电容器320。
在一个实施例中，在运行中，当时钟信号222_1和222_0均为低电平时(例如：0V)，电平V306和V316可处于0V与输入端322上的电平V322之间的范围内。在一个实施例中，当时钟信号222_1为低电平(例如：0V)，且时钟信号222_0为高电平时(例如：高于开关302和304两者的开启电压的某个电平VH)，端点306上的电平V306可以升高VH。换句话说，电平V306可以高于电平V316，而且电平V306与V316之差可以大于开关302和304两者的开启电压。因此，开关302和304可以被导通，开关312和314可以被截止，电容器320因而可被电容器308进行充电，且电容器318可被端点322上的电源进行充电。同理，当时钟信号222_1为高电平(例如：VH)，以及时钟信号222_0为低电平时(例如：0V)，电容器320可以被电容器318进行充电，且电容器308可以被端点322上的电源进行充电。
有利的是，时钟信号222_1和222_0可以是针对图2所描述的由非重叠时钟发生器206和电平转换器208所提供的一对互补时钟信号。因此，电容器308和318可以轮流地被端点322上的电源进行充电，而存储在电容器308和318上的电量可以轮流地被转移到电容器320上。在一个实施例中，输出端330上的电平可以随着时钟信号222_1和222_0的频率f222增加而增加。当频率f222增加至某一特定值时，输出端330的电平可以几乎等于V322加VH。
图3所示为电荷泵212的一个示例性结构。图3中电荷泵的输出电压可以等于输入电压V322加上VH。然而，电荷泵212也可以有其他的结构。举例说明，通过将图3所示的电荷泵与另一个相同的电荷泵级联，例如：将输出端330连接到所述另一个电荷泵的输入端，该电荷泵可以输出一个等于输入电压V322加上2*VH的输出电压。同理，通过将N个电荷泵级联在一起，电荷泵可以输出一个等于输入电压V322加上N*VH的输出电压。图2中所示的电荷泵214可以具有与电荷泵212相同的结构。
栅极216G的栅极电容C216G(如图2中所示)可以用作电荷泵212的电量储蓄。除此之外，栅极216G上的栅极电压V216G可以用作开关304和314的衬底偏置电压来使用，例如：将开关304和314的衬底连接在栅极电压V216G上。
在一个实施例中，电荷泵212的负载包括栅极216G的栅极电容C216G和图2中所示的下拉电阻220。下拉电阻220的电阻值可以相对比较高，那么流经电阻220和电荷泵212的电流可以相对比较小。因此，由电荷泵212的负载所引起的电能损耗可以忽略不计。电荷泵212的电能损耗可由开关302，304，312和314的开关损耗所引起。在一个实施例中，电荷泵212的开关损耗可随着互补时钟信号222_1和222_0的频率f222降低而减小。有利的是，在一个实施例中，在开关(例如：充电开关216，放电开关218)被完全导通后，电荷泵212可工作在较低的频率中，从而降低电荷泵212的动态电能损耗。
图4A为根据本发明一个实施例的带有时钟发生器112的电子***400电路示意图。在图4A与图1中标记相同的元件具有相似的功能，在此对这些元件不复赘述。
如图4A所示，时钟发生器112包括电流控制振荡器，用于产生时钟信号114。更具体地说，在一个实施例中，电流控制振荡器112可以包括电流源，用于产生电流ICH以对电容器408充电，并且根据控制开关104(或者图2中的充电开关216，放电开关218)的状态来调节电流ICH。举例说明，第一电流源404可以连接在电容器408的一端416上，且第二电流源402可以经由一个开关406(例如：一种NMOS管，一种PMOS管)连接在端点416上。因此，当开关406导通时，电流ICH可以由电流源402和404两者来提供，且等于一个第一电流值ICH1。当开关406截止时，电流ICH可以由电流源404来提供，且等于一个小于第一电流值ICH1的第二电流值ICH2。在一个实施例中，当控制开关104未完全导通时，感应器106的控制信号110可以导通开关406，从而使得电流ICH等于第一电流值ICH1。当控制开关104完全导通时，感应器106的控制信号110可以截止开关406，从而使得电流ICH等于第二电流值ICH2。
在一个实施例中，时钟发生器112还包括连接在电容器一端416的比较器412。比较器412可以将电容器一端416上的电压V416与一个参考电压VREF进行比较，并且根据该比较来产生时钟信号114。此外，时钟发生器112还可以包括连接在电容器408的放电开关410，用于根据时钟信号114来对电容器408进行放电。
举例说明，放电开关410是一个NMOS管，其漏极连接在端点416上，其源极则连接在电容器408的另一端418上(例如：连接到地)。此外，比较器412的正极输入端可以连接至电压V416，其负极输入端可以连接至参考电压VREF，其输出端则可以连接在NMOS管410的栅极上且用于提供时钟信号114。因此，当电压V416小于电压VREF时，开关410可以被低电平信号114截止。同时，电容器408可以被充电电流ICH充电，从而使电压V416增加。当电压V416大于电压VREF时，开关410可以被高电平信号114导通。同时，电容器408可以被开关410进行放电，而且电压V416可以减小。结果，比较器412可以通过对电容器408进行轮流充放电的方式产生时钟信号114。
在一个实施例中，时钟信号114的频率f114是由充电电流ICH决定的，例如：正比与充电电流ICH。因此，当控制开关104未完全导通时，充电电流ICH可以等于第一电流值ICH1，而且时钟信号114可以有第一频率值f1。当控制开关104完全导通时，充电电流ICH可以等于第二电流值ICH2，而且时钟信号114可以有第二频率值f2，且第二频率值f2小于第一频率值f1。
图4B为根据本发明另一个实施例的带有时钟发生器112的电子***400’电路示意图。在图4B，图4A与图1中标记相同的元件具有相似的功能，在此对这些元件不复赘述。
如图4B所示，放电开关410是一个PMOS管，其漏极连接在电容器端416上，其源极连接在电容器端418上。在这个实施例中，端点418可以连接至一个供电电压VCC，比较器412的正极输入端可以连接至参考电压VREF，以及其负极输入端可以连接至电压V416。类似于图4A的实施例，图4B中的比较器412可以通过电压V416和VREF之间比较来产生时钟信号114。
图5为根据本发明一个实施例的带有时钟发生器112的电子***500电路示意图。在图5与图1中标记相同的元件具有相似的功能，在此对这些元件不复赘述。
在如图5所示的实施例中，时钟发生器112包括电压控制振荡器510，用于产生时钟信号114。时钟发生器112还可以包括多路开关502。多路开关502具有连接至电压控制振荡器510的第一端508，连接至一个第一参考电压VREF1的第二端504，以及连接至一个第二参考电压VREF2的第三端506。此外，感应器106的控制信号110可以根据控制开关104的状态来控制多路开关502，例如：根据控制开关104的栅源电压VGS来控制。
更具体地说，时钟信号114的频率f114可以正比与电压控制振荡器510的输入电压(例如：端点508上的电压)。第一参考电压VREF1可以大于第二参考电压VREF2。当控制开关104未完全导通时，控制信号110可以选择第一参考电压VREF1作为电压控制振荡器510的输入电压，例如：连接端点508到端点504上去。电压控制振荡器510由此可以产生一个具有较高频率值f1的时钟信号114。当控制开关104完全导通时，控制信号110可以选择第二参考电压VREF2作为其输入电压，例如：连接端点508到端点506上去。时钟信号114因此可以有比第一频率值f1小的第二频率值f2。
图6为根据本发明一个实施例的带有感应器106的电子***600电路示意图。在图6，图2与图1中标记相同的元件具有相似的功能，在此对这些元件不复赘述。
在如图6所示的实施例中，感应器106包括感应开关602，其第一端614连接在控制开关216上，其第二端608经由偏置电路606连接到地，用于提供感应信号VS。感应信号VS可以有一个正比与控制开关216的栅源电压VGS的电平。除此之外，感应器106包括连接在时钟发生器112的比较器618。比较器618可以将感应信号VS与一个预设信号VPRE进行比较，并且根据该比较来产生控制信号110。在一个实施例中，预设信号VPRE是由控制开关216的完全导通电压VF所决定的。
感应开关602可以是一个PMOS管。PMOS管602可以有一个经由电阻604连接在栅极216G上的源极(例如：端点614)，一个连接在源极216S上的栅极，以及一个连接在偏置电路606上的漏极(例如：端点608)。因此，当感应开关602被截止时，感应开关602的源栅电压V602SG可以等于控制开关216的栅源电压VGS。
在一个实施例中，感应开关602的开启电压VT等于控制开关216的完全导通电压VF。因此，当控制开关216未完全导通时(例如：当VGS<VF，V602SG<VT)，感应开关602可以被截止，而且端点608上的感应信号VS可以有一个低于预设信号电平VPRE的第一电平值V1。当控制开关216完全导通时(例如：当VGS≥VF，V602SG≥VT)，感应开关602可以被导通，从而使得感应信号VS可以被栅极216G上的栅极电压V216G抬高，并且可以有一个高于预设信号电平VPRE的第二电平值V1。结果，感应器106可以产生代表控制开关216状态的感应信号VS，并且产生控制信号110去控制时钟发生器112。在一个实施例中，偏置电路606包括一种具有相对较高的动态输出阻抗的电流源(例如：一种镜像电流源)。在另一个实施例中，偏置电路606包括一个具有相对较高阻抗的电阻器(未显示在图6中)。
在另一个实施例中，感应开关602的开启电压VT小于控制开关216的完全导通电压VF。在这个实施例中，当电荷泵212被使能时，感应开关602可以被导通。流经电阻604的电流I604可以由此给出：I604＝VGS/(R604+1/g602)，其中R604是电阻器604的阻值，g602是感应开关602的跨导值。因此，电流I604可以正比与控制开关216的栅源电压VGS。如图6中所示，当MOS管610和612工作在放大区(饱和区)时，镜像电流源606可以提供两个几乎同样的电流(例如：参考电流IREF和镜像电流I610)在一个实施例中，参考电流IREF的电流值可根据控制开关216的完全导通电压VF来适当选择，从而使感应信号VS可以指示控制开关216的状态。
更具体地说，当控制开关216未完全导通时(例如：当VGS<VF)，电流I604可以小于参考电流IREF。因此，MOS管610可以将感应信号VS下拉到第一电平V’1，例如：低于预设信号电平VPRE，从而工作在线性区(欧姆区)并且让小于参考电流IREF的电流I604流过。当控制开关216完全导通时(例如：当VGS≥VF)，电流I604可以等于参考电流IREF。同时，MOS管610可以工作在放大区(饱和区)，而且感应信号VS可以处在一个高于预设信号电平VPRE的第二电平值V’2上。
图7为根据本发明的一个实施例的带有放电通道的电子***700电路示意图。在图7与图2中标记相同的元件具有相似的功能，在此对这些元件不复赘述。以下将结合图2对图7进行描述。
在一个实施例中，图2中的电子***200还可以包括用于禁止充电开关216的第一放电通道和用于禁止放电开关218的第二放电通道。举例说明，所述第一放电通道包括连接在充电开关216的第一端(例如：栅极216G)，和第二端(例如：源极216S)，之间的第一开关702。第一开关702还可经由第二开关704连接到地。其中，第二开关704可以用于禁止充电开关216。所述第二放电通道可以包括第三开关706。
更具体地说，第一开关702可以是一个PMOS管，其源极连接在充电开关216的栅极216G上，栅极连接在充电开关216的源极216S上，且漏极连接在第二开关704上。此外，第二开关704可以被控制信号710控制。
在电池充电/放电过程中，电荷泵212可以被使能，而且下拉电阻220上的电压可以大于充电开关216的开启电压V216T以及第一开关702的开启电压V702T。因此，开关216和702均可被导通。同时，控制信号710可以被禁止从而截止第二开关704。
在一个实施例中，当电池充电/放电操作被禁止/中断时，电荷泵212可以被禁止，而控制信号710可以被使能。因此，第二开关704可以被导通，而且所述第一放电通道可以被导通。在此刻，因为放电电流可以从栅极216G流经所述第一放电通道到地，所以栅极216G的栅极电压V216G可以相对迅速地减小。在一个实施例中，当栅极电压V216G减小至一个第一电平且充电开关216的栅源电压VGS小于其开启电压V216T时，开关216可以被截止。同理，当栅极电压V216G减小至一个第二电平且开关702的源栅电压V702SG小于其开启电压V702T时，开关702可以被截止。所述第一电平可以等于或者不等于所述第二电平。
因此，在一个实施例中，一旦电池充电/放电操作被禁止/中断，栅极电压V216G可以相对迅速地减小，从而使充电开关216可以被相对迅速地截止。此外，当栅极电压V216G减小至所述第二电平时，所述第一放电通道可以被截止，从而避免泄漏电流从电池包242流向地(如图2中所示)。
第三开关706可以是(但不限于)一个NMOS管或者一个PMOS管，并且可由控制信号712控制。同理，在电池充电/放电过程中，电荷泵214可以被使能，而且控制信号712可以被禁止从而截止第三开关706。在一个实施例中，一旦电池充电/放电操作被禁止/中断，电荷泵214可以被禁止，而且控制开关712可以被使能。开关706因而可以被导通从而导通所述第二放电通道。因此，放电开关218的栅极电压V218G可以相对迅速地降至零，从而使得放电开关218可以相对迅速地被截止。
图8为根据本发明的一个实施例的控制电子元件的方法流程示意图800。以下将结合图1，图2，图3，图4A，图4B和图5对图8进行描述。
在步骤802中，时钟发生器112可以产生时钟信号114去控制电荷泵驱动器102。时钟信号114可以由电压控制振荡器来产生(例如：图4A以及图4B所示)。时钟信号114也可以由电流控制振荡器来产生(例如：图5所示)。
在步骤804中，时钟发生器112可以根据电子元件104(例如：一种开关)的状态来调节时钟信号114的频率f114。因此，如步骤806所述，电荷泵驱动器102可以基于时钟信号114来控制电子元件104。更具体地说，感应器106可以产生代表开关104状态的控制信号110(例如：指示开关是否完全被导通)。感应器106还可以根据控制信号110来控制时钟信号114。举例说明，当开关104未完全导通时，频率f114可以被调节到第一值f1(例如：高于500KHz)。此外，当开关104完全导通时，频率f114可以被调节到一个比第一值f1小的第二值f2。
因此，本发明提供了一种用于根据电子元件(例如：一种开关)的状态来控制所述电子元件的电子***。该电子***可以在所述开关未完全导通时工作在较高的频率中，在所述开关完全导通时工作在较低的频率中。在一个实施例中，该电子***可以应用于电池充电/放电操作，电池管理***等等。该电子***可以执行于许多其他应用，例如：移动电话、笔记本电脑、数码摄像机、便携式媒体播放器、个人数字助理设备等等。
虽然之前的说明和附图描述了本发明的实施例，应当理解在不脱离后附权利要求书所界定的本发明原理的精神和发明范围的前提下可以有各种增补、修改和替换。本领域技术人员应该理解，本发明在实际应用中可根据具体的环境和工作要求在不背离发明准则的前提下在形式、结构、布局、比例、材料、元素、组件及其它方面有所变化。因此，在此披露之实施例仅用于说明而非限制，本发明之范围由后附权利要求及其合法等同物界定，而不限于此前之描述。
Claims (21)
1.一种电子***，其特征在于，所述电子***包括：
电荷泵驱动器，用于产生输出以控制开关；以及
连接至所述电荷泵驱动器的时钟发生器，用于产生时钟信号以控制所述电荷泵驱动器，并且根据所述开关的状态来调节所述时钟信号的频率；
其中，当所述开关未完全导通时，所述频率为第一值，当所述开关完全导通时，所述频率为第二值，其中，所述第二值比所述第一值小，并且其中当所述频率为第二值时保持所述开关完全导通。
2.根据权利要求1所述的电子***，其特征在于，所述电子***还包括：
连接至所述开关的感应器，用于产生代表所述开关状态的控制信号，并且根据所述控制信号来控制所述时钟发生器。
3.根据权利要求1所述的电子***，其特征在于，所述电荷泵驱动器包括：
连接在电容器一端与输入端之间的第一开关，用于对所述电容器充电；
连接在所述电容器一端与输出端之间的第二开关，用于对所述电容器放电，其中，所述输出端提供所述电荷泵驱动器的输出，且所述第一以及第二开关由所述时钟信号来控制。
4.根据权利要求1所述的电子***，其特征在于，所述时钟发生器包括电流控制振荡器，用于产生所述时钟信号。
5.根据权利要求4所述的电子***，其特征在于，所述电流控制振荡器包括：
电流源，用于产生电流以对电容器充电，并且根据所述开关的 状态来调节所述电流；
连接至所述电容器一端的比较器，用于将所述电容器一端上的电压与一个参考电压进行比较，并且根据所述比较来产生所述时钟信号；以及
连接至所述电容器的放电开关，用于根据所述时钟信号来对所述电容器进行放电。
6.根据权利要求1所述的电子***，其特征在于，所述时钟发生器包括电压控制振荡器，用于产生所述时钟信号。
7.根据权利要求6所述的电子***，其特征在于，所述时钟发生器还包括多路开关，所述多路开关具有连接至所述电压控制振荡器的第一端，连接至一个第一参考电压的第二端以及连接至一个第二参考电压的第三端，且根据所述开关的状态来控制所述多路开关。
8.一种控制开关的方法，其特征在于，所述控制开关的方法包括：
产生时钟信号以控制电荷泵驱动器；
根据所述开关的状态来调节所述时钟信号的频率，其中当所述开关未完全导通时，调节所述频率到一个第一值，并且当所述开关完全导通时，调节所述频率到一个第二值，所述第二值比所述第一值小，并且其中当所述频率为第二值时保持所述开关完全导通；以及
由所述电荷泵驱动器来控制所述开关。
9.根据权利要求8所述的控制开关的方法，其特征在于，所述控制开关的方法还包括：
产生代表所述开关状态的控制信号；以及
根据所述控制信号来控制所述时钟信号。
10.根据权利要求8所述的控制开关的方法，其特征在于，所 述控制开关的方法还包括：
由电压控制振荡器来产生所述时钟信号。
11.根据权利要求8所述的控制开关的方法，其特征在于，所述控制开关的方法还包括：
由电流控制振荡器来产生所述时钟信号。
12.一种电子***，其特征在于，所述电子***包括：
电荷泵驱动器，用于产生输出以控制一个控制开关；
连接至所述控制开关的感应器，用于产生代表所述控制开关状态的控制信号；以及
连接至所述电荷泵驱动器和所述感应器的时钟发生器，用于产生时钟信号去控制所述电荷泵驱动器，并且根据所述控制信号来调节所述时钟信号的频率；
其中当所述控制开关未完全导通时，所述频率为第一值，当所述控制开关完全导通时，所述频率为第二值，且所述第二值比所述第一值小，并且其中当所述频率为第二值时保持所述开关完全导通。
13.根据权利要求12所述的电子***，其特征在于，所述控制开关根据所述电荷泵驱动器的输出来控制电池包。
14.根据权利要求12所述的电子***，其特征在于，所述电荷泵驱动器包括：
连接在电容器一端与输入端之间的第一开关，用于对所述电容器充电；
连接在所述电容器一端与输出端之间的第二开关，用于对所述电容器放电，
其中，所述输出端提供所述电荷泵驱动器的输出，且所述第一以及第二开关由所述时钟信号来控制。
15.根据权利要求12所述的电子***，其特征在于，所述时钟发生器包括电流控制振荡器，用于产生所述时钟信号。
16.根据权利要求15所述的电子***，其特征在于，所述电流控制振荡器包括：
电流源，用于产生电流以对电容器充电，并且根据所述控制信号来调节所述电流；
连接至所述电容器一端的比较器，用于将所述电容器一端上的电压与一个参考电压进行比较，并且根据所述比较来产生所述时钟信号；以及
连接至所述电容器的放电开关，用于根据所述时钟信号来对所述电容器进行放电。
17.根据权利要求12所述的电子***，其特征在于，所述时钟发生器包括电压控制振荡器，用于产生所述时钟信号。
18.根据权利要求17所述的电子***，其特征在于，所述时钟发生器还包括多路开关，所述多路开关具有连接至所述电压控制振荡器的第一端，连接至一个第一参考电压的第二端以及连接至一个第二参考电压的第三端，且根据所述控制开关的状态来控制所述多路开关。
19.根据权利要求12所述的电子***，其特征在于，所述感应器包括感应开关，所述感应开关的第一端连接至所述控制开关，其第二端经由偏置电路连接到地，用于提供代表所述控制开关状态的感应信号。
20.根据权利要求19所述的电子***，其特征在于，所述感应器还包括连接在所述时钟发生器的比较器，用于将所述感应信号与一个预设信号进行比较，并且根据所述比较来产生所述控制信号。
21.根据权利要求12所述的电子***，其特征在于，所述电子***还包括第一开关，连接在所述控制开关的栅极和源极之间，且经由第二开关连接到地，其中第一开关的漏极连接至第二开关的漏极，第二开关的源极连接至地，所述第二开关用于禁止所述控制开关。
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| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| CP02 | Change in the address of a patent holder |
Address after: 430074 No. 9 Huacheng Avenue, Donghu New Technology Development Zone, Wuhan City, Hubei Province Patentee after: O2Micro Electronics (Wuhan) Co.,Ltd. Address before: Wuhan City, Hubei province 430074 Luoyu Road No. 716 Hua Le Business Center Room 806 Patentee before: O2Micro Electronics (Wuhan) Co.,Ltd. |
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| CP02 | Change in the address of a patent holder | ||
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Effective date of registration: 20190717 Address after: 610041 14th Floor, Oriental Hope Building (Block A), No. 3 Gaopeng Avenue, Chengdu High-tech Zone, Sichuan Province Patentee after: Concave and Convex Electronics (Chengdu) Co.,Ltd. Address before: 430074 No. 9 Huacheng Avenue, Donghu New Technology Development Zone, Wuhan City, Hubei Province Patentee before: O2Micro Electronics (Wuhan) Co.,Ltd. |
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