TWM465721U - 雙向切換式電源供應器及其控制電路 - Google Patents

Description

雙向切換式電源供應器及其控制電路

本創作係有關一種雙向切換式電源供應器及其控制電路，特別是指一種能夠有效控制充電電流或避免整個電路之崩潰及電池損毀的雙向切換式電源供應器及其控制電路。

請參考第1圖，其顯示先前技術之雙向切換式電源供應器的示意圖。雙向切換式電源供應器10可工作於供電模式或充電模式，於充電模式中，雙向切換式電源供應器10經由一功率級11將一輸入電壓VBUS升壓轉換為一輸出電壓VSYS，即將較低的輸入電壓VBUS轉換成較高的輸出電壓VSYS。產生輸入電壓VBUS之輸入端BUS可連接至一外部電源，產生輸出電壓VSYS之輸出端SYS可連接一電池BAT及/或一系統負載。若將輸入端BUS從外部電源改連接至一外部裝置，則成為供電模式，第1圖中相同電路會成為一降壓切換式電源供應器，電池BAT會經由該功率級11將較高的電池電壓VBAT轉換成較低的輸入電壓VBUS，並對與輸入端BUS連接之外部裝置進行供電。一般而言，在輸出端SYS與電池BAT之間，會設置一個電流控制開關M1。

功率級11包括一上橋開關S2、下橋開關S3及電感L，該三個元件共同連接於一切換節點LX。於充電模式中，外部電源供應之電流會經過電感L及上橋開關S2，流向輸出電壓VSYS所在之輸出端SYS。在輸出端SYS需要作為USB埠的情況下，此種先前技術並不適用，因為熱插拔的操作產生的電荷可能會損害電池BAT，且如果電池電壓VBAT過低，也會影響輸出電壓VSYS而使系統負載可能無法正常工作。此外，在沒有連 接電池BAT的情況下，如電池端(VBAT所在的節點)發生短路，則功率級11將會不斷工作而造成整個電源供應器崩潰(crash)，且過量電流可能燒毀電路。又，輸出電壓VSYS和電池電壓VBAT之間如果壓差過高，則會過於耗能；但如輸出電壓VSYS和電池電壓VBAT之間沒有適當的壓差，則電池BAT將無法順利充電。

有鑑於此，本創作即針對上述先前技術之不足，提出一種可以有效控制充電電流或避免整個電路之崩潰及電池損毀的雙向切換式電源供應器及其控制電路。

本創作目的之一在提供一種雙向切換式電源供應器。

本創作另一目的在提供一種雙向切換式電源供應器之控制電路。

為達上述之目的，就其中一觀點言，本創作提供了一種雙向切換式電源供應器，可供在充電模式中將一輸入端提供之一輸入電壓轉換為一輸出電壓於一輸出端，或於供電模式中將該輸出端之輸出電壓轉換為該輸入端之輸入電壓，該雙向切換式電源供應器包含：一功率級，耦接於該輸入端與該輸出端之間；一操作電路，產一操作訊號，藉以控制該功率級的操作，並根據一模式控制訊號而決定操作在充電模式或供電模式中；以及一電源路徑管理電路，其一端電連接於該輸出端，另一端用以電連接於一電池，以控制該輸出端對該電池之充電電流，該電源路徑管理電路包括一電源路徑開關，電連接於該輸出端與該電池之間；以及一電源路徑控制器，用以控制該電源路徑開關，進而控制該充電電流，其中該操作電路根據該輸出電壓之相關資訊或該電池之電壓的相關資訊、以及該充電電流之相關資訊，而產生該操作訊號，以使得(1)該輸出電壓與該電池電壓之間的壓差為ICHG*R，其中，ICHG為該充電電流，R為該電源路徑開關完全導通時之導通電阻；或(2)該輸出電壓係由該電池電壓與ICHG*R的 加總、或一預設電壓位準，二者之間位準較大者來決定。

就另一觀點言，本創作也提供了一種雙向切換式電源供應器之控制電路，控制一功率級，以在充電模式中將一輸入端提供之一輸入電壓轉換為一輸出電壓於一輸出端，或於供電模式中將該輸出端之輸出電壓轉換為該輸入端之輸入電壓，該控制電路包含：一操作電路，產一操作訊號，藉以控制該功率級的操作，並根據一模式控制訊號而決定操作在充電模式或供電模式中；以及一電源路徑管理電路，其一端電連接於該輸出端，另一端用以電連接於一電池，以控制該輸出端對該電池之充電電流，該電源路徑管理電路包括一電源路徑開關，電連接於該輸出端與該電池之間；以及一電源路徑控制器，用以控制該電源路徑開關，進而控制該充電電流，其中該操作電路根據該輸出電壓之相關資訊或該電池之電壓的相關資訊、以及該充電電流之相關資訊，而產生該操作訊號，以使得(1)該輸出電壓與該電池電壓之間的壓差為ICHG*R，其中，ICHG為該充電電流，R為該電源路徑開關完全導通時之導通電阻；或(2)該輸出電壓係由該電池電壓與ICHG*R的加總、或一預設電壓位準，二者之間位準較大者來決定。

在一種較佳的實施型態中，當該輸出電壓係由該預設電壓位準決定，且當該電池電壓低於該預設電壓位準時，該電源路徑開關關閉。

在一種較佳的實施型態中，當該電源路徑開關關閉時，該雙向切換式電源供應器以另一路徑對該電池充電。

在一種較佳的實施型態中，當該輸出電壓係由該預設電壓位準決定，且當該電池電壓低於該預設電壓位準時，該電源路徑控制器使該電源路徑開關工作於線性區。

在一種較佳的實施型態中，該操作電路包含：一控制訊號產生電路，根據該輸出電壓之相關資訊或該電池之電壓的相關資訊、以及該充電電流之相關資訊，產生控制訊號；以及一功率開關控制電路，根據該控制訊號產生該操作訊號。

在一種較佳的實施型態中，該控制訊號產生電路包含：一第一誤差放大器，將該輸出電壓之相關資訊或該電池之電壓的相關資訊與一第一參考訊號比較；以及一第二誤差放大器，將該充電電流之相關資訊與一第二參考訊號比較。

在一種較佳的實施型態中，該控制訊號產生電路包含：一第一誤差放大器，將該輸出電壓之相關資訊或該電池之電壓的相關資訊與一第一參考訊號、或該預設電壓位準之相關資訊比較；一第二誤差放大器，將該充電電流之相關資訊與一第二參考訊號比較；一比較器，用以判斷該輸出電壓與該預設電壓位準間的相對關係；以及一多工器，根據該比較器的判斷結果，選擇將該第一參考訊號或該預設電壓位準之相關資訊提供給該第一誤差放大器。

在一種較佳的實施型態中，該雙向切換式電源供應器或其控制電路更包含一比較器，用以判斷該電池電壓與該預設電壓位準間的相對關係。

底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本創作之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

〔習知〕

10‧‧‧習知雙向切換式電源供應器

11‧‧‧習知功率級

12‧‧‧習知驅動電路

13‧‧‧習知誤差放大器

Comp‧‧‧習知誤差訊號

M1‧‧‧習知負載開關

〔本創作〕

20‧‧‧雙向切換式電源供應器

21‧‧‧功率級

22‧‧‧操作電路

221‧‧‧控制訊號產生電路

222‧‧‧功率開關控制電路

224‧‧‧比較器

226‧‧‧多工器

227‧‧‧比較器

228‧‧‧電流源電路

23‧‧‧第一電壓偵測元件

24‧‧‧控制訊號產生電路

25‧‧‧電源路徑管理電路

251‧‧‧電源路徑控制器

27‧‧‧第二電壓偵測元件

28‧‧‧第三電壓偵測元件

40‧‧‧控制電路

BAT‧‧‧電池

BUS‧‧‧輸入端

CL1、CL3‧‧‧控制訊號

EA1、EA3‧‧‧誤差放大器

EN‧‧‧致能控制端

FB1~FB3‧‧‧回授訊號

ICHG‧‧‧充電電流

L‧‧‧電感

LX‧‧‧切換節點

MC‧‧‧模式控制訊號

Q1‧‧‧電晶體

Q2‧‧‧可調極性電晶體

R‧‧‧導通電阻

RS‧‧‧感測電阻

S1‧‧‧電源路徑開關

S2‧‧‧上橋開關

S3‧‧‧下橋開關

SD1‧‧‧蕭特基二極體

SL1、SL1’‧‧‧第一操作訊號

SL2‧‧‧第二操作訊號

SYS‧‧‧輸出端

VA‧‧‧預設電壓位準

VBAT‧‧‧電池電壓

VBUS‧‧‧輸入電壓

Vref1、Vref3‧‧‧參考訊號

VSYS‧‧‧輸出電壓

第1圖顯示先前技術之雙向切換式電源供應器的示意圖。

第2圖顯示本創作一實施例之雙向切換式電源供應器的示意圖。

第3A-3B圖顯示本創作之操作電路的一個實施例。

第3C圖顯示第一電壓偵測元件與第二電壓偵測元件的實施例。

第4圖顯示輸出電壓VSYS與電池電壓VBAT間的關係。

第5圖顯示輸出電壓VSYS與電池電壓VBAT及預設電壓位準VA間的關係。

第6圖顯示本創作之操作電路的另一個實施例。

第7-8圖顯示當電池電壓VBAT低於預設電壓位準VA時的控制方式。

第9圖顯示本創作另一實施例之雙向切換式電源供應器的示意圖。

第10A-10D圖顯示電源路徑開關的數個其他實施例。

第11圖顯示本創作於升壓操作時，功率級的另一實施例。

有關本創作之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。本創作中的圖式均屬示意，主要意在表示各裝置以及各元件之間之功能作用關係，至於形狀、厚度與寬度則並未依照比例繪製。

請參考第2圖，其顯示本創作一實施例之雙向切換式電源供應器的示意圖。雙向切換式電源供應器20可將一輸入端BUS提供之一輸入電壓VBUS轉換為一輸出電壓VSYS於一輸出端SYS、或將一電池BAT之電池電壓VBAT(或輸出端SYS之輸出電壓VSYS)轉換為輸入端BUS的電壓。輸入端BUS可供耦接於一外部電源以接受外部電源供電、或耦接於一外部裝置以對外部裝置供電。雙向切換式電源供應器20包含一功率級21、一操作電路22、以及一電源路徑(Power path)管理電路25。功率級21包括一上橋開關S2、一下橋開關S3及一電感L。上橋開關S2之一端電連接於輸出端SYS且其另一端電連接於一切換節點LX。下橋開關S3之一端電連接於切換節點LX且其另一端電連接於地。電感L之一端電連接於切換節點LX且其另一端電連接於輸入端BUS。上橋開關S2與下橋開關S3例如但不限於可為NMOS電晶體或PMOS電晶體。操作電路22係用以產生控制上橋開關S2與下橋開關S3之第一組操作訊號SL1與SL1’，藉以切換上橋開關S2及第一下橋開關S3的導通與關閉，其中操作訊號SL1與SL1’例如但不限於為彼此大致互補的脈寬調變訊號(為避免兩開關同時導通而發生貫穿導通現象(shoot-through)，可以安排使操作訊號SL1與SL1’大致互補但有一段時間都不導通(dead-time)，此為本技術者所熟知，在此不詳述)。操作 電路22根據輸出電壓VSYS的相關資訊(例如輸出電壓VSYS的本身或其分壓訊號)、電池電壓VBAT的相關資訊(例如電池電壓VBAT的本身或其分壓訊號)、及/或對電池BAT的充電電流ICHG之相關資訊，產生操作訊號SL1與SL1’；操作電路22如何產生操作訊號SL1與SL1’之細節容後詳述。雙向切換式電源供應器20可選擇性地包含第一電壓偵測元件23與第二電壓偵測元件27以偵測輸出電壓VSYS和電池電壓VBAT；如果這些電壓的位準是電路可以處理的，則第一電壓偵測元件23與第二電壓偵測元件27可以省略。

操作電路22例如可以根據一模式控制訊號MC來決定為充電模式(意即自位於輸入端BUS的外部電源對輸出端SYS升壓供電)或供電模式(意即自電池電壓VBAT對位於輸入端BUS的外部裝置降壓供電)。模式控制訊號MC有各種產生方式，例如可以由外部電路輸入、由使用者輸入、亦可以根據輸入端BUS的特性來判斷等。舉例而言，可以判斷輸入端BUS是吸收電流或供應電流，如為吸收電流則判斷為輸入端BUS係與外部裝置相接，如為供應電流則判斷為輸入端BUS係與外部電源相接。各類輸入端BUS之外接規範中各有其對應之供電端或充電端之判斷方式，可依實際應用狀況而採用對應的判斷方式、或直接接受外部控制來切換模式。上述判斷方式之細節非本案重點，在此不贅述。

電源路徑管理電路25之一端電連接於輸出端SYS且其另一端電連接於電池BAT。電源路徑管理電路25包括一電源路徑開關S1與一電源路徑控制器251，其中電源路徑開關S1係電連接於輸出端SYS與電池BAT之間。當本實施例之輸入端BUS係接受外部電源供電時，此外部電源提供之電力可經由功率級21的升壓操作對電池BAT進行充電，而電源路徑控制器251可控制電源路徑開關S1，以藉此控制流經電源路徑開關S1之充電電流ICHG。

請參考第3A-3B圖，其顯示本創作之操作電路22的一個實 施例。如第3A圖所示，操作電路22中包含控制訊號產生電路221與功率開關控制電路222，控制訊號產生電路221根據回授訊號FB1(代表輸出電壓VSYS的相關資訊)或FB2(代表電池電壓VBAT的相關資訊)、以及FB3(代表充電電流ICHG之相關資訊)，產生控制訊號CL。功率開關控制電路222根據控制訊號CL，產生操作訊號SL1與SL1’控制上橋開關S2與下橋開關S3。

第3B圖顯示控制訊號產生電路221的一個實施例。控制訊號產生電路221包含誤差放大器EA1和EA3，其中誤差放大器EA1將回授訊號FB1或FB2與參考訊號Vref1比較而產生控制訊號CL1，誤差放大器EA3將回授訊號FB3與參考訊號Vref3比較而產生控制訊號CL3。控制訊號CL包含控制訊號CL1和CL3。功率開關控制電路222根據控制訊號CL而產生操作訊號SL1與SL1’，其產生方式有多種，為本技術者所熟知，在此不詳述。舉例而言，功率開關控制電路222可將控制訊號CL1與一鋸齒波訊號相比較而產生定頻的脈寬調變訊號、或是固定脈寬的變頻訊號等等，而當控制訊號CL3顯示充電電流ICHG不足時，功率開關控制電路222可提高定頻脈寬調變訊號的工作比、或是提高固定脈寬變頻訊號的頻率等。藉由迴路反饋控制的機制，可將輸出電壓VSYS或電池電壓VBAT調節在所欲的目標值(對應於參考訊號Vref1)，並將充電電流ICHG調節在所欲的目標值(對應於參考訊號Vref3)。

第3C圖顯示第一電壓偵測元件23與第二電壓偵測元件27的實施例，其中第一電壓偵測元件23與第二電壓偵測元件27例如可為電阻分壓電路，取電阻上的分壓作為回授訊號FB1和回授訊號FB2。

請參考第3B圖並對照第4圖，說明上述電路所欲達成的控制目標。第4圖顯示在其中一個實施例中，輸出電壓VSYS與電池電壓VBAT間的關係。在本實施例中，電源路徑控制器251控制使電源路徑開關S1完全導通，因此電源路徑開關S1具有最低的導通電阻，而輸出電壓VSYS係 由電池BAT的電池電壓VBAT與ICHG*R的加總來決定(如第4圖的實線與虛線)，其中，ICHG為通過電源路徑開關S1之充電電流，R為上述電源路徑開關S1的最低導通電阻。由於電池電壓VBAT和輸出電壓VSYS之間的壓降為最低，因此可最佳地控制耗能。

需說明的是，當使電源路徑開關S1完全導通並控制充電電流ICHG於目標值時，由於輸出電壓VSYS與電池電壓VBAT間的壓差具有已受控的關係，故電路可以根據輸出電壓VSYS與電池電壓VBAT任一者來進行回授控制，而輸出電壓VSYS與電池電壓VBAT兩者都會被回授調節。此即為何前文敘述誤差放大器EA1可將回授訊號FB1或FB2的任一者與參考訊號Vref1比較來產生控制訊號CL1。

請參考第5圖，顯示在另一個實施例中，輸出電壓VSYS與電池電壓VBAT以及預設電壓位準VA間的關係。在本實施例中，輸出電壓VSYS宜不低於預設電壓位準VA，以保持系統負載(參閱第2圖)能獲得需要的電壓。在此情況下，如第6圖所示，控制訊號產生電路221中可更包含比較器224和多工器226。比較器224用以判斷輸出電壓VSYS與預設電壓位準VA間的相對關係，其輸入端之一接收輸出電壓VSYS或其相關訊號，另一輸入端接收預設電壓位準VA或其相關訊號。若比較器224輸入端之一接收輸出電壓VSYS，則另一輸入端接收預設電壓位準VA；若輸入端之一接收輸出電壓VSYS的相關訊號(例如回授訊號FB1)，則根據回授訊號FB1和輸出電壓VSYS的相對比例關係，預設電壓位準VA也應乘以該相對比例關係後再輸入比較器224的另一輸入端。當輸出電壓VSYS低於預設電壓位準VA時，多工器226選擇預設電壓位準VA或其相關訊號，誤差放大器EA1將回授訊號FB1或FB2與預設電壓位準VA或其相關訊號相比較。藉由迴路反饋控制的機制，可將輸出電壓VSYS調節在預設電壓位準VA。(如果誤差放大器EA1是接收回授訊號FB2，則預設電壓位準VA或其相關訊號的數值可相應調整，以彌補輸出電壓VSYS與電池電壓VBAT間的 壓差ICHG*R。)當輸出電壓VSYS不低於預設電壓位準VA時，多工器226選擇參考訊號Vref1，誤差放大器EA1將回授訊號FB1或FB2與參考訊號Vref1相比較，其機制與第3B和第4圖相同。

請繼續參考第5圖，當輸出電壓VSYS維持在預設電壓位準VA而電池電壓VBAT卻低於預設電壓位準VA時，由於輸出電壓VSYS與電池電壓VBAT間的壓差不等於ICHG*R，因此不能藉由使電源路徑開關S1完全導通並控制充電電流ICHG於目標值，來使輸出電壓VSYS與電池電壓VBAT間的壓差具有受控的關係。在此情況下，請參考第7圖，在一較佳實施例中，雙向切換式電源供應器20可更包含一比較器227與一電流源電路228(比較器227與電流源電路228例如可設置在操作電路22之內，亦可為操作電路22外部的獨立電路)。比較器227用以判斷電池電壓VBAT與預設電壓位準VA間的相對關係，其輸入端之一接收電池電壓VBAT或其相關訊號，另一輸入端接收預設電壓位準VA或其相關訊號。當電池電壓VBAT低於預設電壓位準VA時，比較器227的輸出可關閉電源路徑開關S1(使輸出電壓VSYS與電池電壓VBAT間的壓差不受電源路徑開關S1的壓降所影響)，此外並可選擇性地另外導通電流源電路228(例如比較器227的輸出可傳送給電流源電路228的致能控制端EN)，使電池BAT經由另外的路徑充電。電流源電路228例如但不限於可自輸出端SYS或輸入端BUS對電池BAT充電。當電池電壓VBAT高於預設電壓位準VA時，則電路根據前述第3B和第4圖相同的機制運作。又，當電池電壓VBAT低於預設電壓位準VA時，亦可單純關閉電源路徑開關S1而不經由另外的路徑對電池BAT充電。

請參考第8圖，在另一較佳實施例中，雙向切換式電源供應器20可更包含比較器227(比較器227例如可設置在操作電路22之內，亦可為操作電路22外部的獨立電路)。與第7圖實施例相同，比較器227用以判斷電池電壓VBAT與預設電壓位準VA間的關係，其輸入端之一接收電 池電壓VBAT或其相關訊號，另一輸入端接收預設電壓位準VA或其相關訊號。當電池電壓VBAT低於預設電壓位準VA時，比較器227的輸出可傳送給電源路徑控制器251，以控制使電源路徑開關S1工作於電晶體的線性區。當電源路徑開關S1工作於線性區時，輸出電壓VSYS與電池電壓VBAT間的壓差不等於ICHG*R，因此輸出電壓VSYS不會受電池電壓VBAT過低所影響。當電池電壓VBAT高於預設電壓位準VA時，則電路根據前述第3B和第4圖相同的機制運作。

請參考第9圖，當雙向切換式電源供應器20需自電池電壓VBAT對位於輸入端BUS的外部裝置供電時，如果需要進行回授控制，則電路中可更包含一第三電壓感測元件28，以偵測輸入端BUS的相關電壓資訊，傳送給操作電路22。而如果輸入端BUS的電壓位準是操作電路22能夠處理的，則第三電壓感測元件28亦可省略。

在一實施例中，操作電路22、電源路徑管理電路25、電流源電路228可以全部或部分以積體電路製作技術整合成一控制電路40。

請參考第10A-10D圖，其顯示電源路徑開關的數個其他實施例。電源路徑開關S1包括一電晶體Q1(如第10A圖所示)或一可調寄生二極體極性之電晶體Q2(如第10B圖所示)。此外，電源路徑開關S1尚可包括一感測電阻與電晶體Q1相接(如第10C圖所示)或是與可調寄生二極體極性之電晶體Q2相接(如第10D圖所示)。在第10A與10C圖所示實施例中，電晶體Q1的寄生二極體陽極電連接於電池BAT，其陰極電連接於輸出端SYS，因此當輸出端SYS之輸出電壓VSYS高於電池BAT的電池電壓VBAT時，電晶體Q1的寄生二極體可阻擋自輸出端SYS流往電池BAT之逆電流。或者，可如第10B與10D圖所示，由於電晶體Q2之寄生二極體的極性方向可調，因此當輸出端SYS之輸出電壓VSYS高於電池BAT的電池電壓VBAT時，為防止電流逆流，可以使該寄生二極體的陽極-陰極方向與電流逆流的方向相反；又例如當輸出端SYS之輸出電壓VSYS低於電池BAT的電池 電壓VBAT時且為了防止電流從電池BAT順流到輸出端SYS時(例如欲停止雙向切換式電源供應器20的操作時)，則使該寄生二極體的陽極-陰極方向與電流順流的方向相反。如此，可提供電路與電池BAT的保護或控制的功能。

請參考第11圖，當雙向切換式電源供應器20僅需要單向進行升壓操作時，則功率級21中的上橋開關S2可以用一個蕭特基二極體SD1取代，如第11圖所示。

本創作的特徵及優點在於：第一、輸出電壓VSYS與電池電壓VBAT之間具有最佳的壓差關係；第二、即使電池電壓VBAT過低，也不會影響輸出電壓VSYS；第三、電源路徑開關S1受到適當的控制，當輸出電壓VSYS與電池電壓VBAT之間壓差過大時，電源路徑開關S1會關閉或工作於線性區，因此不會發生功率級21不斷工作而造成整個電源供應器崩潰的問題。

以上已針對較佳實施例來說明本創作，唯以上所述者，僅係為使熟悉本技術者易於了解本創作的內容而已，並非用來限定本創作之權利範圍。在本創作之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化。例如，在所示各實施例電路中，可***不影響訊號主要意義的元件，如其他開關等；又例如電源路徑開關S1、上橋開關S2、下橋開關S3可為PMOS或NMOS，而電路中可作相應的變換。再例如，誤差放大器或比較器之輸入端正負號可以互換，只需在電路中做相應的修改等。凡此種種，皆可根據本創作的教示類推而得，因此，本創作的範圍應涵蓋上述及其他所有等效變化。此外，本創作的任一實施型態不必須達成所有的目的或優點，因此，請求專利範圍任一項也不應以此為限。

20‧‧‧雙向切換式電源供應器

21‧‧‧功率級

22‧‧‧操作電路

23‧‧‧第一電壓偵測元件

25‧‧‧電源路徑管理電路

251‧‧‧電源路徑控制器

27‧‧‧第二電壓偵測元件

40‧‧‧控制電路

BAT‧‧‧電池

BUS‧‧‧輸入端

FB1~FB3‧‧‧回授訊號

ICHG‧‧‧充電電流

L‧‧‧電感

LX‧‧‧切換節點

MC‧‧‧模式控制訊號

S1‧‧‧電源路徑開關

S2‧‧‧上橋開關

S3‧‧‧下橋開關

SL1,SL1’‧‧‧第一操作訊號

SL2‧‧‧第二操作訊號

SYS‧‧‧輸出端

VBAT‧‧‧電池電壓

VBUS‧‧‧輸入電壓

VSYS‧‧‧輸出電壓

Claims (16)

1. 一種雙向切換式電源供應器，可供在充電模式中將一輸入端提供之一輸入電壓轉換為一輸出電壓於一輸出端，或於供電模式中將該輸出端之輸出電壓轉換為該輸入端之輸入電壓，該雙向切換式電源供應器包含：一功率級，耦接於該輸入端與該輸出端之間；一操作電路，產一操作訊號，藉以控制該功率級的操作，並根據一模式控制訊號而決定操作在充電模式或供電模式中；以及一電源路徑管理電路，其一端電連接於該輸出端，另一端用以電連接於一電池，以控制該輸出端對該電池之充電電流，該電源路徑管理電路包括一電源路徑開關，電連接於該輸出端與該電池之間；以及一電源路徑控制器，用以控制該電源路徑開關，進而控制該充電電流，其中該操作電路根據該輸出電壓之相關資訊或該電池之電壓的相關資訊、以及該充電電流之相關資訊，而產生該操作訊號，以使得(1)該輸出電壓與該電池電壓之間的壓差為ICHG*R，其中，ICHG為該充電電流，R為該電源路徑開關完全導通時之導通電阻；或(2)該輸出電壓係由該電池電壓與ICHG*R的加總、或一預設電壓位準，二者之間位準較大者來決定。
2. 如申請專利範圍第1項所述之雙向切換式電源供應器，其中當該輸出電壓係由該預設電壓位準決定，且當該電池電壓低於該預設電壓位準時，該電源路徑開關關閉。
3. 如申請專利範圍第2項所述之雙向切換式電源供應器，其中當該電源路徑開關關閉時，該雙向切換式電源供應器以另一路徑對該電 池充電。
4. 如申請專利範圍第1項所述之雙向切換式電源供應器，其中當該輸出電壓係由該預設電壓位準決定，且當該電池電壓低於該預設電壓位準時，該電源路徑控制器使該電源路徑開關工作於線性區。
5. 如申請專利範圍第1項所述之雙向切換式電源供應器，其中該操作電路包含：一控制訊號產生電路，根據該輸出電壓之相關資訊或該電池之電壓的相關資訊、以及該充電電流之相關資訊，產生控制訊號；以及一功率開關控制電路，根據該控制訊號產生該操作訊號。
6. 如申請專利範圍第5項所述之雙向切換式電源供應器，其中該控制訊號產生電路包含：一第一誤差放大器，將該輸出電壓之相關資訊或該電池之電壓的相關資訊與一第一參考訊號比較；以及一第二誤差放大器，將該充電電流之相關資訊與一第二參考訊號比較。
7. 如申請專利範圍第5項所述之雙向切換式電源供應器，其中該控制訊號產生電路包含：一第一誤差放大器，將該輸出電壓之相關資訊或該電池之電壓的相關資訊與一第一參考訊號、或該預設電壓位準之相關資訊比較；一第二誤差放大器，將該充電電流之相關資訊與一第二參考訊號比較；一比較器，用以判斷該輸出電壓與該預設電壓位準間的相對關係；以及一多工器，根據該比較器的判斷結果，選擇將該第一參考訊號或該預設電壓位準之相關資訊提供給該第一誤差放大器。
8. 如申請專利範圍第1項所述之雙向切換式電源供應器，更包含一比較器，用以判斷該電池電壓與該預設電壓位準間的相對關係。
9. 一種雙向切換式電源供應器之控制電路，控制一功率級，以在充電模式中將一輸入端提供之一輸入電壓轉換為一輸出電壓於一輸出端，或於供電模式中將該輸出端之輸出電壓轉換為該輸入端之輸入電壓，該控制電路包含：一操作電路，產一操作訊號，藉以控制該功率級的操作，並根據一模式控制訊號而決定操作在充電模式或供電模式中；以及一電源路徑管理電路，其一端電連接於該輸出端，另一端用以電連接於一電池，以控制該輸出端對該電池之充電電流，該電源路徑管理電路包括一電源路徑開關，電連接於該輸出端與該電池之間；以及一電源路徑控制器，用以控制該電源路徑開關，進而控制該充電電流，其中該操作電路根據該輸出電壓之相關資訊或該電池之電壓的相關資訊、以及該充電電流之相關資訊，而產生該操作訊號，以使得(1)該輸出電壓與該電池電壓之間的壓差為ICHG*R，其中，ICHG為該充電電流，R為該電源路徑開關完全導通時之導通電阻；或(2)該輸出電壓係由該電池電壓與ICHG*R的加總、或一預設電壓位準，二者之間位準較大者來決定。
10. 如申請專利範圍第9項所述之控制電路，其中當該輸出電壓係由該預設電壓位準決定，且當該電池電壓低於該預設電壓位準時，該電源路徑開關關閉。
11. 如申請專利範圍第10項所述之控制電路，其中當該電源路徑開關關閉時，該雙向切換式電源供應器以另一路徑對該電池充電。
12. 如申請專利範圍第9項所述之控制電路，其中當該輸出電壓係由該預設電壓位準決定，且當該電池電壓低於該預設電壓位準時，該電源路徑控制器使該電源路徑開關工作於線性區。
13. 如申請專利範圍第9項所述之控制電路，其中該操作電路包含：一控制訊號產生電路，根據該輸出電壓之相關資訊或該電池之電壓的相關資訊、以及該充電電流之相關資訊，產生控制訊號；及一功率開關控制電路，根據該控制訊號產生該操作訊號。
14. 如申請專利範圍第13項所述之控制電路，其中該控制訊號產生電路包含：一第一誤差放大器，將該輸出電壓之相關資訊或該電池之電壓的相關資訊與一第一參考訊號比較；以及一第二誤差放大器，將該充電電流之相關資訊與一第二參考訊號比較。
15. 如申請專利範圍第13項所述之控制電路，其中該控制訊號產生電路包含：一第一誤差放大器，將該輸出電壓之相關資訊或該電池之電壓的相關資訊與一第一參考訊號、或該預設電壓位準之相關資訊比較；一第二誤差放大器，將該充電電流之相關資訊與一第二參考訊號比較；一比較器，用以判斷該輸出電壓與該預設電壓位準間的相對關係；以及一多工器，根據該比較器的判斷結果，選擇將該第一參考訊號或該預設電壓位準之相關資訊提供給該第一誤差放大器。
16. 如申請專利範圍第9項所述之控制電路，更包含一比較器，用以判斷該電池電壓與該預設電壓位準間的相對關係。