TWI449286B - 電源切換方法與電路 - Google Patents

Description

電源切換方法與電路

本發明關於一種電源切換的方法與電路，尤有關於一種無縫電源切換以節省晶片功耗與保護相關電路的方法與電路。

在現代用電設備中，在環境保護的前提下，省電的要求日益增加。供電元件有其應用的最佳供電範圍，來對應不同的用電需求，而元件也會依照功能需求來進行省電功能的設定。

省電功能的設定上有分電源式非電源式兩種，早期的省電機制著墨於非電源式，如：時脈分區，降低或關閉時脈；現代的省電機制除了非電源式之外尚會配合電源式的省電機制，如：電源分區、降低電壓、或關閉電源。但如此，省電仍為有限。

緣此，本案之發明人提出可以根據晶片的運作，提供兩種不同之額定功耗偏壓源，經由晶片在低功耗運作時切換為低功耗輸出的電源，來達到省電的機制。但在不同的電源切換時，又要保持電路正常運作(也就是無縫的電源供應)，則常常會因為不同的電源裝置很難切換順暢或維持一樣的電壓準位，而造成大電流使得元件損毀。

緣此，本案之發明人更提出一種電源切換的方法與裝置，尤其是有關於一種無縫電源切換以節省功耗與保護相關電路的方法與裝置，其係可改電源切換造成過電流使得偏壓源或其所供電的晶片元件損毀之問題。

本發明之目的之一在於提供一種電源切換方法與電路，其可讓一晶片處於不同功耗時，使用不同供電元件供給該晶片所需電源以達節能與保護之功效。

本發明之另一目的在於該晶片於不同功耗使用不同供電元件之切換時，不會發生過電流且可同時使供電元件之切換為無縫。

本發明係關於一種電源切換的方法，其包含：提供一運作電路；接收一主(host)裝置的指令而設定該運作電路之功耗模式(power mode)；依該功耗模式先後以一第一額定功耗偏壓源及一第二額定功耗偏壓源經由一電源切換電路供給該運作電路電源；檢測該第一額定功耗偏壓源切換至該第二額定功耗偏壓源的過程，以產生一檢測結果；以及依該檢測結果以防止過電流。

本發明係關於一種電源切換電路，用以切換一運作電路之供電偏壓源，該電源切換電路包含：一第一穩壓器，用以接收一第一額定功耗偏壓源以輸出一第一穩壓以供電予該運作電路；一第二穩壓器，用以接收一第二額定功耗偏壓源以輸出一第二穩壓以供電予該運作電路；一第一過電流保護器，耦合於該第一穩壓器，感測該第一穩壓器之一輸出電流，並於該輸出電流大於一第一閾值(threshold)時輸出一第一控制信號；一第二過電流保護器，耦合於該第二穩壓器，感測該第二穩壓器之輸出電流，並於該輸出電流大於一第二閾值時輸出一第二控制信號；以及一控制電路，接收該第一、第二控制信號以回授阻止該第一穩壓器、該第二穩壓器產生過電流。

為使　貴審查委員對於本發明之結構目的和功效有更進一步之了解與認同，茲配合圖示範例詳細說明如後。

圖一揭示本發明之一態樣，其利用一第一額定功耗偏壓源101、一第二額定功耗偏壓源102、及一具保護作用的電源切換電路105，以供電于一運作電路104。其中電源切換電路105包含開關電路103。第一額定功耗偏壓源101之額定功耗電流例如可為800ma，其係使用於在運作電路104需較大功耗時，第二額定功耗偏壓源102額定功耗電流例如可為100ma，其係使用於在運作電路104需較小功耗時。故當運作電路104由需大功耗之運作改變為僅需小功耗之運作時，可由第一額定功耗偏壓源101切換為第二額定功耗偏壓源102；或相反的情形則為相反的切換。第一額定功耗偏壓源101及第二額定功耗偏壓源102供予運作電路104之偏壓可為實質上相同電位，如3.3V(或5 V、2.5V)，但因不同電路的差異，第一額定功耗偏壓源101之偏壓可能為3.4V，而第二額定功耗偏壓源102之偏壓可能為3.15V，而使得偏壓源切換時，兩者之間若有導通或兩者同時供電可能在電壓源間或在運作電路有大電流產生。第一額定功耗偏壓源101及第二額定功耗偏壓源102供給之偏壓亦可為不同電位，而經由後級的電路(如LDO(Low Drop-out))將其轉換為運作電路104所需的電位。在第一額定功耗偏壓源101及第二額定功耗偏壓源的切換過程中，開關電路103，其具有第一開關103a、第二開關103b、以及第三開關103c，可以分別避免大電流將第一額定功耗偏壓源101、第二額定功耗偏壓源102或運作電路104損毀，實行方式如下：首先，運作電路104由第一額定功耗偏壓源101經由電源切換電路105控制第一開關103a以及第二開關103b來供電，而此時第一開關103a為導通(on)，第二開關103b為導通(on)，第三開關103c則是關閉(off)；在由第一開關103a為導通(on)與第三開關103c由關閉轉為導通(on)的過程中，會造成第一額定功耗偏壓源101及第二額定功耗偏壓源102同時供電。此時若第一額定功耗偏壓源101及第二額定功耗偏壓源102之偏壓電壓不一致會造成較高電壓之偏壓源元件除了會提供運作電路104的供電，也會提供較低電壓之偏壓源元件電流，而第一額定功耗偏壓源101及第二額定功耗偏壓源102同時導通之時也會同時對運作電路104供電，而因此可能對相關元件造成損害。

電源切換電路105可以包含保護電路(未圖示)，用以偵測過電流。若在大電流發生前，耦合到該功耗偏壓源的開關已關閉，則保護電路就不用動作。若在大電流發生前，耦合到該功耗偏壓源的開關未關閉，則保護電路就自動將耦合到該功耗偏壓源的開關予以關閉。

要關閉第一開關103a、第二開關103b、以及第三開關103c哪一個，可以由電源切換電路105控制。如此，便可以確保在切換過程中運作電路104可以照常工作，而且第一額定功耗偏壓源101或第二額定功耗偏壓源102也不會有大電流將偏壓源的元件或將運作電路104的元件損毀。

圖二為本發明之電源切換節省晶片功耗的方法，其包含：s201：提供一晶片(如運作電路104)；s202：接收一主(host)裝置的指令而設定該晶片之功耗模式(power mode)；s203：依該功耗模式先後以一第一額定功耗偏壓源及一第二額定功耗偏壓源經由一電源切換電路供給該晶片電源；s204：經由該電源切換電路中一控制電路檢測該第一額定功耗偏壓源切換至該第二額定功耗偏壓源的過程，以產生一檢測結果；以及s205：依該檢測結果以防止過電流；其中，由該第一額定功耗偏壓源切換至該第二額定功耗偏壓源的過程為無縫(seamless)。

其中該電源切換電路可包括一穩壓器(regulator)及一過電流保護器。該穩壓器可為一LDO(Low Drop-out)穩壓器。其中該穩壓器，用以接收第一、或第二額定功耗偏壓源以輸出一第一、或第二穩壓以供電予該運作電路。

所述電源切換節省晶片功耗的方法，亦可進一步包含：s206：當該第一額定功耗偏壓源發生過電流時，經由一第一開關接受該控制電路的指令使該第一額定功耗偏壓源停止供給該第二額定功耗偏壓源或該晶片電流。

所述電源切換節省晶片功耗的方法，亦可進一步包含：s207：當該第二額定功耗偏壓源發生過電流時，經由一第二開關接受該控制電路的指令使該第二額定功耗偏壓源停止供給該第一額定功耗偏壓源及該晶片電流。

所述電源切換節省晶片功耗的方法，亦可進一步包含：s208：當該第一額定功耗偏壓源及該第二額定功耗偏壓源同時供應電流至該晶片時，該過電流保護器在有過電流的情況下發出一控制信號使該第一額定功耗偏壓源停止供電。

所述電源切換節省晶片功耗的方法，亦可進一步包含：s209：當該第一額定功耗偏壓源及該第二額定功耗偏壓源同時供應電流至該晶片時，該過電流保護器在有過電流的情況下發出一控制信號使該第二額定功耗偏壓源停止供電。

該穩壓器可包括一運算放大器、一電阻以及一驅動電晶體。所述電源切換節省晶片功耗的方法，亦可進一步包含：s210：該運算放大器之一端接收一固定電壓源，當該運算放大器虛擬短路時，該運算放大器之輸出端控制該驅動電晶體驅動一電流使該電阻產生一電壓以作為第一、或第二穩壓。

所述電源切換節省晶片功耗的方法，亦可進一步包含：s211：透過一感測電晶體感測該第一、或第二穩壓中之一電晶體的閘極電壓，並將感測電晶體所驅動之電流經由一電阻得到一電壓，並將該電壓與一參考電壓比較以判斷是否有過電流。

圖三係關於圖一中具保護作用的電源切換電路105之一實施態樣，其揭示一無縫(seamless)電源切換電路30，係可依運作電路104之功耗需求來切換額定功耗偏壓源以用以節省供電該運作電路104之功耗，該電源切換器30包含：一第一穩壓器301，接收第一額定功耗偏壓源以輸出一第一穩壓以供電予該晶片；一第二穩壓器302，接收該第二額定功耗偏壓源以輸出一第二穩壓以供電予該晶片；一第一過電流保護器303，耦合於該第一穩壓器301，感測該第一穩壓器301之輸出電流，並於該輸出電流大於一第一閾值(threshold)時輸出一第一控制信號；一第二過電流保護器304，耦合於第二穩壓器302，感測第二穩壓器302之輸出電流，並於該輸出電流大於一第二閾值(threshold)時輸出一第二控制信號；以及一控制電路305，接收該等控制信號以回授阻止該第一穩壓器301、該第二穩壓器302或第一額定功耗偏壓源101、第二額定功耗偏壓源102產生過電流。

而當該第一或該第二額定功耗偏壓源輸出至該運作電路之一第一或一第二電流皆小於一閾值時，發出一第一或一第二制信號使第一額定功耗偏壓源101、第二額定功耗偏壓源102或該第一穩壓器301、該第二穩壓器302產生電流，因此可達到無縫轉換且避免過電流產生。

在另一實施例中，亦可將該電源切換器30整合至該晶片中，在此不再贅述。

圖四係係關於圖三中穩壓器及過電流保護器之一實施態樣，圖四中之Vdd為第一額定功耗偏壓源101或第二額定功耗偏壓源102，亦即穩壓器40a或過電流保護器40b係由第一額定功耗偏壓源101或第二額定功耗偏壓源102供電。圖四左方之LDO(Low Drop-out)穩壓器40a其包含一運算放大器401、一電阻402以及一驅動電晶體403。其中運算放大器401之一端接收一固定電壓源，當運算放大器401虛擬短路時，運算放大器401之輸出端控制該驅動電晶體403驅動一電流使電阻402產生一電壓以輸出作為該第一穩壓或該第二穩壓。其中，該第一穩壓或該第二穩壓耦合至開關電路103。

圖四右方之過電流保護器40b包括一感測電晶體404、一感測電阻405以及一比較單元406。當驅動電晶體403驅動一過電流時，感測電晶體404同時也產生一大電流而使感測電阻405上的感測電壓產生變化，經由比較單元406將此感測電壓與一參考電壓比較後發出所述第一或第二控制信號，而避免穩壓器40a產生過電流或經由一開關避免穩壓器40a的過電流流到該晶片。

所述第一或第二控制信號可以用來控制圖一的第一開關103a、第二開關103b以及第三開關103c，以避免偏壓源切換時因偏壓源電壓準位的差異或暫態反應導至大電流將第一額定功耗偏壓源101、第二額定功耗偏壓源102或晶片的元件損毀，也可用來控制圖四LDO(Low Drop-out)穩壓器40a的輸出，如驅動電晶體403的閘極，以使輸出電流降低。

唯以上所述者，僅為本發明之範例實施態樣爾，當不能以之限定本發明所實施之範圍。即大凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬於本發明專利涵蓋之範圍內，謹請　貴審查委員明鑑，並祈惠准，是所至禱。

101．．．第一額定功耗偏壓源

102．．．第二額定功耗偏壓源

103．．．開關電路

103a．．．第一開關

103b．．．第二開關

103c．．．第三開關

104．．．運作電路

105．．．電源切換電路

s201~205．．．步驟

30．．．電源切換電路

301．．．第一穩壓器

302．．．第二穩壓器

303．．．第一過電流保護器

304．．．第二過電流保護器

305．．．控制電路

40a．．．穩壓器

401．．．運算放大器

402．．．電阻

403．．．驅動電晶體

40b．．．過電流保護器

404．．．感測電晶體

405．．．感測電阻

406．．．比較單元

圖一係為用於本發明之電源切換電路示意圖；

圖二係為本發明之電源切換的方法流程圖；

圖三係為圖一中具保護作用的電源切換電路之一實施態樣示意圖；以及

圖四係為本發明之穩壓器及過電流保護器之一實施態樣示意圖。

101．．．第一額定功耗偏壓源

102．．．第二額定功耗偏壓源

103．．．開關電路

103a．．．第一開關

103b．．．第二開關

103c．．．第三開關

104．．．運作電路

105．．．電源切換電路

Claims (11)

1. 一種電源切換的方法，其包含：提供一運作電路及一電源切換電路，該電源切換電路包含至少一開關；接收一主(host)裝置的指令而設定該運作電路之功耗電流；依該功耗電流先後以一第一額定功耗偏壓源及一第二額定功耗偏壓源經由該電源切換電路供給該運作電路電源；當該第一或該第二額定功耗偏壓源輸出至該運作電路之一第一或一第二電流皆小於一閾值時，發出一第一或一第二控制信號使該第一或該第二額定功耗偏壓源產生電流；檢測該第一額定功耗偏壓源切換至該第二額定功耗偏壓源的過程，以產生一檢測結果；以及依該檢測結果以防止過電流。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中於先後以一第一額定功耗偏壓源及一第二額定功耗偏壓源經由該電源切換電路供給該運作電路電源之步驟中，由該第一額定功耗偏壓源切換至該第二額定功耗偏壓源的過程為無縫(seamless)。
3. 如申請專利範圍第1項之方法，更包含：當該第一額定功耗偏壓源發生過電流時，發出一控制信號使該第一額定功耗偏壓源停止供電。
4. 如申請專利範圍第1項之方法，更包含：當該第二額定功耗偏壓源發生過電流時，發出一控制信號使該第二額定功耗偏壓源停止供電。
5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該方法更包含以下步驟：當該第一額定功耗偏壓源及該第二額定功耗偏壓源同時供應電流至該運作電路時，在有過電流的情況下，發出一控制信號使該第一額定功耗偏壓源停止供電。
6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該方法更包含以下步驟：當該第一額定功耗偏壓源及該第二額定功耗偏壓源同時供應電流至該運作電路時，在有過電流的情況下，發出一控制信號使該第二額定功耗偏壓源停止供電。
7. 一種電源切換電路，用以切換一運作電路之供電偏壓源，該電源切換電路包含：一第一穩壓器，用以接收一第一額定功耗偏壓源以輸出一第一穩壓以供電予該運作電路；一第二穩壓器，用以接收一第二額定功耗偏壓源以輸出一第二穩壓以供電予該運作電路；一第一過電流保護器，耦合於該第一穩壓器，感測該第一穩壓器之一輸出電流，並於該輸出電流大於一第一閾值(threshold)時輸出一第一控制信號；一第二過電流保護器，耦合於該第二穩壓器，感測該第二穩壓器之輸出電流，並於該輸出電流大於一第二閾值時輸出一第二控制信號；一開關電路，耦合於該第一及該第二過電流保護器；以及一控制電路，接收該第一、第二控制信號以控制該開關電路，藉以阻止該第一穩壓器、該第二穩壓器產生過電流。
8. 如申請專利範圍第8項之電源切換電路，其中當該電源切換電路接受一指令將該運作電路之供電偏壓源由第一額定功耗偏壓源切換為第二額定功耗偏壓源，其切換的過程為無縫。
9. 如申請專利範圍第8項之電源切換電路，其中該第一穩壓器包括一運算放大器、一電阻以及一驅動電晶體，其中該運算放大器之一端接收一固定電壓源，當該運算放大器虛擬短路時，該運算放大器之輸出端控制該驅動電晶體驅動一電流使該電阻產生一電壓以作為該第一穩壓或該第二穩壓。
10. 如申請專利範圍第8項之電源切換電路，其中電源切換電路係整合於該運作電路上。
11. 如申請專利範圍第8項之電源切換電路，其中該第一過電流保護器包括一感測電晶體、一感測電阻以及一比較單元，該感測電晶體感測該第一穩壓器之一電晶體的閘極電壓，並將該感測電晶體所驅動之一電流經由一電阻得到一電壓，並將該電壓與一參考電壓比較以判斷是否有過電流。