專利名稱：自持式耐高壓電力供應的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電力供應，且更明確地說，涉及一種自持式耐高壓電力供應。
背景技術：
發(fā)明內(nèi)容
本申請案的一個方面提供一種電力供應系統(tǒng)。所述電力供應系統(tǒng)包括箝位電路，其經(jīng)配置以在總線電力供應的斜升周期期間接收總線電力供應，所述箝位電路經(jīng)配置以產(chǎn)生具有基于所述總線電力供應的電壓的電壓的經(jīng)箝位電力供應，所述箝位電路進一步經(jīng)配置以箝位所述總線電力供應上存在的過電壓；電荷泵電路，其經(jīng)配置以產(chǎn)生與所述總線電力供應無關的電壓設定點信號，所述電壓設定點信號指示所述經(jīng)箝位電力供應上的預定電壓電平；及開關電路，其耦合在所述總線電力供應與所述經(jīng)箝位電力供應之間，所述開關電路經(jīng)配置以由所述電壓設定點信號控制，且進一步經(jīng)配置以在所述經(jīng)箝位電力供應上產(chǎn)生小于所述電壓設定點信號的電壓電平。本申請案的另一個方面提供一種方法。所述方法包括在總線電力供應的斜升周期期間基于所述總線電力供應產(chǎn)生經(jīng)箝位電力供應；產(chǎn)生與所述總線電力供應無關的電壓設定點信號，其中所述電壓設定點信號指示所述經(jīng)箝位電力供應上的預定電壓電平；使用所述電壓設定點信號控制耦合在所述總線電力供應與經(jīng)箝位電力供應之間的開關；及使用開關在所述經(jīng)箝位電力供應上產(chǎn)生小于所述電壓設定點信號的電壓電平。
所主張的標的物的特點及優(yōu)勢從以下與之一致的實施例的詳細描述中將會變得顯而易見，應參考附圖考慮所述描述，其中圖I說明與本發(fā)明的各種實施例一致的電力供應系統(tǒng)；圖2說明與本發(fā)明的一個實施例一致的總線電力供應及經(jīng)箝位電力供應的信號曲線圖；圖3說明與本發(fā)明的一個實施例一致的電力供應系統(tǒng)的各種信號的信號曲線圖4說明與本發(fā)明的一個實施例一致的箝位電路的電路實例；圖5說明與本發(fā)明的一個實施例一致的調(diào)整器電路的電路實例，圖6說明與本發(fā)明的一個實施例一致的總線檢測電路的電路實例；圖7說明與本發(fā)明的一個實施例一致的電荷泵電路的電路實例；及圖8說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的操作的流程圖。盡管以下具體實施方式
將參考說明性實施例而繼續(xù)，但其許多替代、修改及變化對于所屬領域的技術人員來說將是顯而易見的。
具體實施方式
通常，本發(fā)明提供產(chǎn)生經(jīng)箝位電力供應且提供過電壓保護的電力供應系統(tǒng)。所述電力供應接收輸入電源(例如，總線電力供應等)，且產(chǎn)生能夠?qū)㈦娏蕉鄠€電路元件(例如，與集成電路(IC)相關聯(lián)的電路元件)的受控的經(jīng)箝位電力供應。本發(fā)明的過電壓保護包含箝位電路，隨著輸入電源斜升到最大值，所述箝位電路產(chǎn)生經(jīng)箝位電力供應。在輸入電源斜變到最大值之后，利用電荷泵機制產(chǎn)生設定點控制電壓，其又控制高電壓開關裝置，使得經(jīng)箝位電力供應仍在選定容限范圍內(nèi)，而使經(jīng)箝位電力供應(及因此耦合到其的裝置)免受在輸入電源上的電壓尖峰及浪涌。本發(fā)明的電力供應可作為集成電路(IC)的輸入電力調(diào)節(jié)級而包含在內(nèi)。在某些實施例中，有利地是，本發(fā)明的電力供應系統(tǒng)是自持式，意味著所述電力供應可在沒有來自與IC相關聯(lián)的其它來源(例如，過電壓保護電路，數(shù)字核心電路等)的輸入的情況下操作。圖I說明與本發(fā)明的各種實施例一致的電力供應系統(tǒng)100。圖I中描繪的電力供應系統(tǒng)100可包含結(jié)合例如半導體集成電路芯片、芯片上系統(tǒng)(SoC)等通用或定制集成電路(IC)而包含，或組成其一部分。作為一般概述，電力供應系統(tǒng)100包含耐高壓電路102，其經(jīng)配置以產(chǎn)生來自輸入總線電力供應103的經(jīng)箝位電力供應電壓111。在某些實施例中，經(jīng)箝位電力供應111可用作為耦合到經(jīng)箝位電力供應111的一個或一個以上裝置116的內(nèi)部電力供應。耦合到經(jīng)箝位電力供應111的裝置116可包含(例如)與IC相關聯(lián)的一個或一個以上電路及/或電路系統(tǒng)。因此，經(jīng)箝位電力供應111至少部分地可用作向IC的內(nèi)部電力供應。輸入總線電力供應103可包含(例如)輸入總線電力供應，例如VBUS電力供應(如可與通用串行總線(USB)，迷你通用串行總線(MUS)等相關聯(lián))。輸入總線電力供應103可通常具有兩個截然不同的周期期間總線電力供應斜升到最大值期間的斜升周期，及期間總線電力供應能夠按預期供應電力的全通周期。耐高壓電路102包含箝位電路104及高壓開關電路106。箝位電路104經(jīng)配置以接收輸入總線電力供應103。對于電力供應103(例如，在總線的初始化、通電復位等期間)的斜升周期的選定電壓范圍，箝位電路104經(jīng)配置以產(chǎn)生經(jīng)箝位電力供應111。箝位電路104同樣經(jīng)配置以將經(jīng)箝位電力供應111的電壓限制為預先定義的值，因此在斜升周期的選定電壓范圍期間，為耦合到經(jīng)箝位電力供應111的一個或一個以上裝置116提供過電壓保護。一旦輸入總線電源103已斜變超過預定閾值，高壓開關電路106就在經(jīng)箝位電力供應111上提供預定電壓，且也為經(jīng)箝位電力供應111提供高電壓保護，如將會在下文更詳細地描述。圖I的電力供應系統(tǒng)還可包含調(diào)整器電路108、總線檢測電路110、電荷泵電路114及變換器電路112。調(diào)整器電路108經(jīng)配置以基于經(jīng)箝位電力供應111產(chǎn)生經(jīng)調(diào)整電力供應113。經(jīng)調(diào)整電力供應113可用于供電及/或啟用總線檢測電路110、電荷泵電路114及/或變換器電路112，如將在下文更詳細地描述。在至少一個實施例中，調(diào)整器電路108經(jīng)配置以在經(jīng)調(diào)整電力供應113上產(chǎn)生比經(jīng)箝位電力供應111上的電壓電平小的電壓電平。有利地是，調(diào)整器電路108經(jīng)配置以產(chǎn)生與總線電力供應103無關的經(jīng)調(diào)整電力供應113，因此使經(jīng)調(diào)整電力供應113與總線電力供應103上的過電壓情況隔離。圖I的電力供應系統(tǒng)還可包含分壓器電路，表示為Rl及R2。R1/R2的比率可經(jīng)選擇以產(chǎn)生指示總線電力供應103或與總線電源供應103成比例但通常小于總線電力供應103的經(jīng)劃分電壓信號105。經(jīng)劃分電壓信號105可在總線電力供應103的斜升周期期間斜升，且接著在總線電力供應103全通時仍全通，但通常具有比總線電力供應103的電壓低的電壓?？偩€檢測電路110經(jīng)配置以接收經(jīng)劃分的電壓信號105，且產(chǎn)生指示總線電力供應103的狀態(tài)的控制信號107，例如產(chǎn)生指示總線電力供應103是在斜升周期內(nèi)還是在全通周期內(nèi)的控制信號107?？偩€檢測電路110可由經(jīng)調(diào)整電力供應113供電。在一個實施例中，如果經(jīng)劃分的電壓信號105在總線電力供應103的斜升周期期 間低于預定閾值，那么總線檢測電路110經(jīng)配置以產(chǎn)生具有第一(低)值的控制信號107，且當經(jīng)劃分的電壓信號105超過所述預定閾值時，控制信號107具有第二(高)值。在一個實施例中，由于經(jīng)調(diào)整電力供應113向總線檢測電路110供應電力，所以控制信號107的第一值可近似為零伏，而控制信號107的第二值可近似等于經(jīng)調(diào)整電力供應113的電壓。電荷泵電路114可包含對增大的閾值電流(Icct)敏感的邏輯電路。舉例來說，電荷泵電路114可包含晶體管(例如，反相器電路，“與非”(NAND)/ “或非” (NOR) / “與” (AND) / “或”(OR)、門電路，PM0S/NM0S成對電路等)，如果用于此些晶體管的柵極電壓小于供應電壓，那么所述晶體管可汲取增加的Icct，或遭受邏輯門的同時傳導。因此，電力供應系統(tǒng)100的一個實施例還可包含變換器電路112，其經(jīng)配置以將控制信號107變換為經(jīng)變換控制信號109。舉例來說，可向上變換控制信號107的電壓，使得經(jīng)變換的控制信號109具有近似等于經(jīng)箝位電力供應111的值。當然，可省去變換器電路112，舉例來說，電荷泵電路114經(jīng)配置以避免Icct的增大，在這種情況下，控制信號107可由電荷泵電路114利用。電荷泵電路114經(jīng)配置以基于控制信號107 (或經(jīng)變換控制信號109)的狀態(tài)且基于經(jīng)調(diào)整電力供應113而產(chǎn)生電壓設定點信號115。通常，電荷泵電路作為經(jīng)調(diào)整電力供應113的電壓疊加器及/或電壓倍增器而操作。在一個實施例中，電壓設定點信號115是經(jīng)調(diào)整電力供應113的選定倍數(shù)(例如，信號115具有兩倍于經(jīng)調(diào)整電力供應113的電壓的電壓值)。電壓設定點信號115用于控制高壓開關電路106的傳導狀態(tài)。并且，因為電壓設定點信號115是依據(jù)經(jīng)調(diào)整電力供應113而產(chǎn)生，所以電荷泵電路114及電壓設定點信號115的操作可與總線電力供應103無關，使得電壓設定點信號115與總線電力供應103上的變化隔離。高壓開關電路106可耦合在總線電力供應103與經(jīng)箝位電力供應111之間。在一個實施例中，開關電路106可包含高壓晶體管裝置，例如以源極跟隨器配置耦合在總線電力供應103與經(jīng)箝位電力供應111之間的高壓NMOS裝置，使得源極電壓被限制于柵極電壓減去閾值電壓(Vt)。高壓開關電路106的高壓容限能力可由(例如)總線電力供應103的預期最大電壓電平及/或最高達指定電壓電平(例如，28V，40V等)的瞬變電壓峰值/浪涌決定。高壓開關電路106的物理高壓限度可通常由要求不得超過電壓規(guī)格的某些半導體制造容限決定。因此且在操作中，隨著總線電力供應103斜升，與高壓開關電路106并聯(lián)的箝位電路104可操作以消除在總線電力供應103上出現(xiàn)的過電壓情況，且因此提供穩(wěn)定且耐高壓的經(jīng)箝位電力供應111。一旦總線電力供應103已超過選定閾值，就可產(chǎn)生與總線電力供應103無關的經(jīng)調(diào)整電力供應113，且電荷泵電路114可基于經(jīng)調(diào)整電力供應113且獨立于總線電力供應103而產(chǎn)生電壓設定點信號115，以控制耐高壓開關裝置106的傳導狀態(tài)。電力供應系統(tǒng)100通過將電荷泵電路114所產(chǎn)生的電壓設定點信號115耦合到耐高壓開關裝置106的柵極而達到高壓容限。電壓設定點信號115可控制開關電路106的傳導(例如，線性模式傳導)，使得經(jīng)箝位電力供應111是基于電壓設定點信號115及開關電路106的閾值電壓(Vt)。通過線性模式下的操作及假定總線電力供應103上的過電壓情況，可將開關106、的漏極到源極電壓傳導限制為電壓設定點信號115減去Vt，且開關106可經(jīng)配置以切斷總線電力供應103上的超過電壓設定點信號115的電壓電平。電荷泵電路114可因此經(jīng)配置以產(chǎn)生依據(jù)經(jīng)調(diào)整電力供應113及開關106的Vt而變的電壓設定點信號115，所以經(jīng)箝位電力供應111不超過耦合到其的裝置116的電壓容限，且在某些實施例中，經(jīng)箝位電力供應111包含在耦合到經(jīng)箝位電力供應111的裝置116的操作限制內(nèi)的誤差裕量。另外，通過控制電壓設定點信號115，可控制經(jīng)箝位電力供應111的額定電壓電平。舉例來說，某些裝置(例如，晶體管等)可需要為Y的不得超過電壓，但總線電力供應103的正常電壓可具有Y+% Y的額定電壓。即使％ Y相對小，供應電壓的此增大也可與不能耐受任何大于Y的電壓的某些裝置不相容。因此，經(jīng)箝位電力供應111可根據(jù)耦合到其的裝置116的制造容限來設定。因此，在本發(fā)明的一個實施例中，箝位電路104及開關電路106可并聯(lián)操作以提供過電壓箝位能力，同樣還使經(jīng)箝位電力供應111維持在容許極限內(nèi)。舉例來說，當電力供應總線103在斜升時，且在總線電力供應103已超過預定閾值之前，電荷泵電路114可操作以上拉電壓設定點信號115(隨著經(jīng)調(diào)整電力供應111斜升)。因此，在斜升周期的至少一部分期間，可使開關電路106的柵極偏壓到近似于經(jīng)調(diào)整電力供應的電壓電平，且開關電路106的源極可由經(jīng)調(diào)整電力供應113的電壓電平限制。如果在斜升周期的此部分期間，總線電力供應103上發(fā)生過電壓情況，那么開關電路106的源極電壓可由電壓設定點信號115限制。因此，一般來說，開關電路106與箝位電路104之間的最小電阻路徑將決定電路性能，因為兩者均并聯(lián)在總線電力供應103與經(jīng)箝位電力供應111之間。然而，因為兩個電路均提供過電壓保護，所以在操作的所有周期期間，經(jīng)箝位電力供應111的保護可維持。當然，在另一實施例中，電荷泵電路114可經(jīng)配置以在總線電力供應103仍低于預定閾值時，保持開關電路106處于非傳導狀態(tài)。在此實施例中，箝位電路104可經(jīng)配置以在總線電力供應103仍低于預定閾值時，為經(jīng)箝位電力供應111提供主要的過電壓保護。電力供應系統(tǒng)100的某些優(yōu)勢在圖2中描繪。繼續(xù)參考圖1，圖2說明與本發(fā)明的一個實施例一致的總線電力供應103及經(jīng)箝位電力供應111的信號曲線圖200。圖2的信號曲線圖200通常描繪為任意單位的電壓(V)對時間(t)。在操作的第一時間周期202中，在總線電力供應103的斜升周期期間(例如，在總線電力供應103的電壓達到預定閾值之前)，經(jīng)箝位電力供應111 (用虛線描繪)以相似的方式斜升，但取決于箝位電路104的配置，可通常與電力供應103相比以電平移位的電壓上升，使得經(jīng)箝位電力供應111被箝位為小于或等于總線電力供應103的電壓。在此時間周期202期間，箝位電路104經(jīng)配置以箝位總線電力供應103上的過電壓情況，以為經(jīng)箝位電力供應111提供高壓容限。除了箝位電路104之外，高壓開關電路106可在此時間周期202期間并聯(lián)傳導。隨著經(jīng)箝位電力供應111及經(jīng)調(diào)整電力供應113斜升，高壓開關裝置106的柵極也斜升。配置為源極跟隨器的高壓開關裝置 106可將源極電壓限制為柵極電壓減去Vt。在此時間周期202期間，柵極電壓可不超過經(jīng)調(diào)整電力供應113，因此限制高壓開關裝置106的輸出(從源極取得)，且向經(jīng)箝位電力供應111提供過電壓容限。箝位電路104及高壓開關電路106兩者均經(jīng)配置以在周期202期間向經(jīng)箝位電力供應111提供過電壓容限，且可并聯(lián)使用。一旦總線電力供應103的電壓達到選定閾值電壓(在操作的第二時間周期204的開始所描繪)，一旦總線電力供應103超過選定閾值，就斷言控制信號107及/或109，且電荷泵電路114產(chǎn)生電壓設定點信號115以控制開關電路106。以線性模式操作的耐高壓開關裝置106可充當壓控電阻器，且將總線電力供應103短路到經(jīng)箝位電力供應111。在此時間周期204期間，當總線電力供應103繼續(xù)斜升時，開關電路106使經(jīng)箝位電力供應111免受總線電力供應103上的過電壓情況。隨著總線電力供應103的電壓繼續(xù)增大到過電壓情況，經(jīng)箝位電力供應111上的電壓將仍在或低于電壓設定點信號115減去Vt，如在操作的第三時間周期206中顯示。因此，經(jīng)箝位電力供應111在總線電力供應103的斜升周期(周期202)期間提供耐高壓供應電壓，且在總線電力供應103上的高電壓周期(周期206)期間箝位到選定的低電壓值。本發(fā)明的電力供應系統(tǒng)100的特定實例在圖3中說明。繼續(xù)參考圖1，圖3說明與本發(fā)明的一個實施例一致的電力供應系統(tǒng)100的各種信號的信號曲線圖。將本實施例的信號曲線圖說明為電壓(V)對時間(t，以ms為單位)。假定對于本實例，總線電力供應103'是服從通用串行總線(USB)規(guī)格及/或具有4.0伏的額定全通電壓的迷你通用串行總線(MUS)規(guī)格的VBUS電力供應。曲線302描繪VBUS電力供應103'在過電壓情況(在此實例中，8.0伏的電壓值)下斜升。曲線304描繪控制信號107'及/或109'?？刂菩盘?07' /109’的預定閾值近似為3. 5伏，因此當VBUS 103'超過此閾值時，控制信號107' /109'斷言高。一旦控制信號107' /109'斷言高，調(diào)整器電路108就產(chǎn)生3. 5伏的經(jīng)調(diào)整電力供應113'(曲線306)，且電荷泵電路114產(chǎn)生7.0伏的電壓設定點信號115'(曲線308)。因為電壓設定點信號115'依據(jù)經(jīng)調(diào)整電力供應113'而變，因此在這個實例中，電荷泵電路114經(jīng)配置以使經(jīng)調(diào)整電力供應113'的電壓乘以2(即，2倍)，以產(chǎn)生電壓設定點信號115'的所要/所需電壓電平。在此實例中，開關106的閾值電壓(Vt)近似為0.6伏。電壓設定點信號115'控制開關106的傳導，使得開關106將經(jīng)箝位電力供應111的電壓設定為電壓設定點信號115'的電壓減去閾值電壓(Vt)。因為電壓設定點信號具有7. 0伏的最大值，因此經(jīng)箝位電力供應111的最大電壓近似為6. 4伏。 圖4說明與本發(fā)明的一個實施例一致的箝位電路104A的電路實例。繼續(xù)參考圖I，本實例的箝位電路104A經(jīng)配置以在總線電力供應103在斜升時產(chǎn)生經(jīng)箝位電力供應111。另外，本實施例的箝位電路104A經(jīng)配置以為總線電力供應103上的過電壓情況(例如，電壓尖峰，浪涌等)提供過電壓容限，因此保護經(jīng)箝位電力供應111在總線電力供應103的斜升周期期間免受此類情況。本實例的箝位電路104A包含耐高壓開關裝置402 (例如NMOS裝置)及控制電路，其包含經(jīng)配置以產(chǎn)生參考電壓408的電流源電路404。過電壓保護的量度可基于開關裝置402的特性，例如“較大”裝置可提供比“較小”裝置大的過電壓保護。因此，可基于(例如)可由耦合到經(jīng)箝位電力供應111的裝置116指定的預期過電壓值及/或容限來選擇開關裝置402的大小。控制電路經(jīng)配置以產(chǎn)生參考電壓408，參考電壓408可控制開關裝置402的傳導，使得經(jīng)箝位電力供應111是基于參考電壓408及開關裝置402的Vt。在一個實例中，Irefl 404及二極管堆疊406經(jīng)選擇以產(chǎn)生參考電壓408，使得開關裝置402在飽和模式下操作。開關402可耦合到總線電力供應103且配置為源極跟隨器，其中經(jīng)箝位電力供應111是在開關402的源極處取得。因此，經(jīng)箝位電力供應的電壓電平可表達為參考電壓408減去Vt。為了為經(jīng)箝位電力供應111提供過電壓保護，經(jīng)箝位電力供應111 (在開關402的源極處取得)可與參考電壓408減去開關402的Vt成比例。如所陳述，無論高壓開關電路106是否并聯(lián)傳導，電路104A均操作以在總線電力供應103的斜升周期期間產(chǎn)生經(jīng)箝位電 力供應111。一旦總線電力供應103超過選定閾值，電荷泵電路114就產(chǎn)生電壓設定點信號115以控制開關電路106。電壓設定點信號115被設定為將經(jīng)箝位電力供應111約束在總線電力供應103上的過電壓情況的值，因此提供過電壓保護。電壓設定點信號115的值還降低了高壓開關裝置106的漏極到源極接通電阻(Rdson)。Rdson的減少允許高壓開關裝置106成為最小電阻路徑，且其本質(zhì)上使箝位電路104A短路。因此，為了降低或消除一旦總線電力供應103超過選定閾值時電路104A的影響，可將開關402的總電阻值選擇為大于高電壓開關裝置106的電阻，使得一旦高壓開關電阻106被啟用，經(jīng)箝位電力供應111的電壓就主要基于高壓開關裝置106的操作，而不是電路104A。圖5說明與本發(fā)明的一個實施例一致的調(diào)整器電路108A的電路實例。繼續(xù)參考圖I，本實例的調(diào)整器電路108A經(jīng)配置以基于經(jīng)箝位電力供應111產(chǎn)生經(jīng)調(diào)整電力供應113。本實例的調(diào)整器電路108A包含具有與放大器502的輸出成反饋布置耦合的正端子的放大器電路502，使得放大器電路502的輸出跟蹤放大器電路502的負端子上的輸入。電路108A還包含開關電路504，其耦合到經(jīng)箝位電力供應111且由放大器502的輸出控制。參考電壓電路506經(jīng)配置以產(chǎn)生參考電壓(Vrefl)，作為放大器502的負端子處的輸入。因此開關504可由放大器502控制以在線性模式下操作，使得反饋電壓(在電阻器R4與電阻器R5的分壓器之間取得)仍大體上等于Vrefl 506。開關504可耦合到經(jīng)箝位電力供應111，且配置為源極跟隨器，其中電阻性負載R4/R5以源極跟隨器模式對開關504提供偏壓。開關504及負載R4/R5作為分壓器而操作，其中在開關402的源極處取得經(jīng)調(diào)整電力供應113。Vrefl、R4及R5以及放大器502的增益的值可經(jīng)選擇以在經(jīng)調(diào)整電力供應113上產(chǎn)生所要的電壓電平，且因為電荷泵電路114(圖I)的操作可基于經(jīng)調(diào)整電力供應113的電壓電平，所以Vrefl、R4及R5以及放大器502的增益的值可經(jīng)選擇以使得電荷泵電路114在電壓設定點信號115上產(chǎn)生所要的電壓。另外，為了便電路108A可獨立于外部參考信號(例如，來自IC的數(shù)字核的參考信號)而操作，參考電壓電路506可包含帶隙參考電路，其經(jīng)配置以產(chǎn)生Vrefl作為單獨基于經(jīng)箝位電力供應111的經(jīng)溫度補償?shù)膸秴⒖茧妷?。因為?jīng)箝位電力供應111與總線電力供應103隔離，所以經(jīng)調(diào)整電力供應113可與總線電力供應103無關。圖6說明與本發(fā)明的一個實施例一致的總線檢測電路IlOA的電路實例。繼續(xù)參考圖1，本實例的總線檢測電路IlOA經(jīng)配置以檢測總線電力供應103的電壓電平，且產(chǎn)生控制信號107。如上文所論述的控制信號107通常是指示總線電力供應103(如由經(jīng)劃分的電壓信號105表示)何時越過選定閾值的信號。本實例的總線檢測電路IlOA包括經(jīng)配置以將經(jīng)劃分的電壓信號105與由參考電壓電路602產(chǎn)生的參考電壓(Vref2)進行比較。如果信號105超過Vref2，那么比較器604可產(chǎn)生具有大約等于經(jīng)調(diào)整電力供應113的電壓的電壓電平的有效控制信號107。如果信號105低于Vref2，那么比較器604的輸出107可為大約0伏(或某一其它參考電位)。電路IIOA還可包含參考電壓檢測電路606，其經(jīng)配置以檢測Vref2的電壓電平且在Vref2超過選定閾值時產(chǎn)生啟用信號。由電壓檢測電路606產(chǎn)生的啟用信號可用于啟用/停用比較器604，因此在由參考電壓電路602產(chǎn)生的Vref2暫時超過信號105時，降低或消除斜升期間的任何可能發(fā)生的小故障，這許多包括帶隙參考的模擬參考是常見事件。正如參考電壓電路506 (上文所描述的)，參考電壓電路604可包含經(jīng)配置以單獨地基于經(jīng)調(diào)整電力供應113產(chǎn)生Vrefl作為經(jīng)溫度補償?shù)膸秴⒖茧妷骸?br>
圖7說明與本發(fā)明的一個實施例一致的電荷泵電路114A的電路實例。繼續(xù)參考圖1，本實例的電荷泵電路114A經(jīng)配置以倍增經(jīng)調(diào)整電力供應113的電壓，且產(chǎn)生電壓設定點信號115。本實例的電荷泵電路114A包含振蕩器電路702及電壓倍增器電路704。振蕩器電路702經(jīng)配置以產(chǎn)生時鐘信號，且由控制信號107或109啟用。經(jīng)箝位電力供應111將電力供應到振蕩器電路702，且因此如上文所論述，如果控制信號107的電壓電平小于經(jīng)箝位電力供應111的電壓電平，那么變換器電路112(圖I)可用于將控制信號107的電平提高到較高的電壓控制信號109。電壓倍增器電路704同樣由信號107或109啟用。為了產(chǎn)生電壓設定點信號115，電壓倍增器電路704可使用時鐘信號的優(yōu)勢以在電容器(未圖示)之間切換，以增大經(jīng)調(diào)整電力供應113的電壓。電壓倍增器電路704可經(jīng)配置以使電力供應113乘以一組倍增因子(例如，I. 7倍，2倍等)，或電壓倍增器電路704可編程以允許倍增因子的變化。另外，使用經(jīng)箝位電力供應111的電壓電平作為控制因子，電壓倍增器電路704可經(jīng)配置以動態(tài)地調(diào)整倍增因子以適應經(jīng)調(diào)整電力供應113的變化(為此，電路704可經(jīng)配置以接收經(jīng)箝位電力供應111的電壓的反饋信息)。雖然圖4到7描繪可根據(jù)本發(fā)明的教示利用的某些示范性電路拓撲，但將認識到，許多替代及/或修改對于所述領域的技術人員來說可為顯而易見的，且滿足以上描述的功能性及/或目的的所有此些替代及/或修改被認為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。因此，圖8說明與本發(fā)明的一個實施例一致的操作的流程圖800。本實施例的操作可包含在總線電力供應的斜升周期期間，基于總線電力供應產(chǎn)生經(jīng)箝位電力供應，802。操作還可包含產(chǎn)生與總線電力供應無關的電壓設定點信號，其中所述電壓設定點信號指示經(jīng)箝位電力供應上的預定電壓電平，804。本實施例的操作還可包含使用所述電壓設定點信號控制耦合在總線電力供應與經(jīng)箝位電力供應之間的開關，806。操作可進一步包含使用切換開關在經(jīng)箝位電力供應上產(chǎn)生小于所述電壓設定點信號的電壓電平。雖然圖8說明根據(jù)一個實施例的各種操作，但將理解的是，不是所有這些操作都是必需的。事實上，本文充分預期在本發(fā)明的其它實施例中，可以未在任一圖式中具體展示的方式組合圖8中描繪的操作，但仍完全與本發(fā)明一致。因此，針對沒有完全在一個圖中展示的特征及/或操作的所附權利要求書被認為在本發(fā)明的范圍及內(nèi)容內(nèi)。另外，如在本文的任一實施例中所使用，“電路(circuitry) ”或“電路(circuit) ”可單獨地或以任一組合包括(例如)硬連線電路，可編程電路，狀態(tài)機電路，及/或在較大系統(tǒng)中有效的電路，舉例來說，可包含作為集成電路的一部分的離散元件。另外，本文中所描述的開關裝置(例如，開關106、402、504等)中的每一者可包含任一類型的已知或之后開發(fā)的開關電路，例如MOS晶體管、BJT等。有利的是，根據(jù)本發(fā)明的各種教示的電力供應系統(tǒng)可提供經(jīng)箝位的內(nèi)部電力供應，其降低或消除輸入電力供應上的過電壓情況，因此消除對于單獨過電壓保護電路的需求。同樣有利的是，根據(jù)本教示的電力供應系統(tǒng)可以自給方式產(chǎn)生經(jīng)箝位電力供應，即，不具有來自外部來源/信號的輸入。因此，舉例來說，電力供應系統(tǒng)可在不需要來自IC的數(shù)字核的輸入的情況下產(chǎn)生經(jīng)箝位電力供應，因此降低數(shù)字核上的負載，且降低IC的電力調(diào)節(jié)狀態(tài)的復雜性，且實現(xiàn)使用無數(shù)字核的本發(fā)明的電力供應系統(tǒng)。另外，本發(fā)明的耐高壓開 關裝置由與輸入電力供應無關(例如，與總線電壓無關)的電壓設定點信號控制，使得從開關得出的經(jīng)箝位電力供應仍高度適應過電壓箝位需求。與常規(guī)過電壓保護系統(tǒng)相比，電力供應系統(tǒng)的額外優(yōu)勢包含降低的電流消耗及較少受電流消耗影響的經(jīng)箝位電力供應。將本文中已使用的術語及表達用作描述的術語且不限制，且這些術語及表達的使用中無意排除所展示及描述的特征的任何均等物(或其若干部分)，且應認識到，各種修改在所附權利要求書的范圍內(nèi)是可能的。因此，所附權利要求書意在涵蓋所有的此些均等物。各種特點、方面及實施例已在本文中描述。所屬領域的技術人員將理解，所述特點、方面及實施例易于彼此結(jié)合及易于變化及修改。因此，本發(fā)明應被認為涵蓋此些結(jié)合、變化及修改。
權利要求
1.一種電力供應系統(tǒng)，其包括 箝位電路，其經(jīng)配置以在總線電力供應的斜升周期期間接收總線電力供應，所述箝位電路經(jīng)配置以產(chǎn)生具有基于所述總線電力供應的電壓的電壓的經(jīng)箝位電力供應，所述箝位電路進一步經(jīng)配置以箝位所述總線電力供應上存在的過電壓； 電荷泵電路，其經(jīng)配置以產(chǎn)生與所述總線電力供應無關的電壓設定點信號，所述電壓設定點信號指示所述經(jīng)箝位電力供應上的預定電壓電平；及 開關電路，其耦合在所述總線電力供應與所述經(jīng)箝位電力供應之間，所述開關電路經(jīng)配置以由所述電壓設定點信號控制，且進一步經(jīng)配置以在所述經(jīng)箝位電力供應上產(chǎn)生小于所述電壓設定點信號的電壓電平。
2.根據(jù)權利要求I所述的電力供應系統(tǒng)，其中所述開關電路進一步經(jīng)配置以箝位所述總線電力供應上大于所述電壓設定點信號的電壓電平。
3.根據(jù)權利要求I所述的電力供應系統(tǒng)，其進一步包括調(diào)整器電路，所述調(diào)整器電路經(jīng)配置以基于所述經(jīng)箝位電力供應且無關于所述總線電力供應而產(chǎn)生經(jīng)調(diào)整電力供應；其中所述電荷泵電路進一步經(jīng)配置以基于所述經(jīng)調(diào)整電力供應產(chǎn)生所述電壓設定點信號。
4.根據(jù)權利要求3所述的電力供應系統(tǒng)，其中所述電荷泵電路經(jīng)配置以通過電平移位所述經(jīng)調(diào)整電力供應來產(chǎn)生所述電壓設定點信號。
5.根據(jù)權利要求I所述的電力供應系統(tǒng)，其進一步包括總線檢測電路，所述總線檢測電路經(jīng)配置以檢測所述總線電力供應上的電壓電平，且產(chǎn)生指示所述總線電力供應是在所述斜升周期還是全通周期中的控制信號；其中所述電荷泵電路進一步經(jīng)配置以基于所述控制信號產(chǎn)生所述電壓設定點信號。
6.根據(jù)權利要求5所述的電力供應系統(tǒng)，其進一步包括變換器電路，所述變換器電路經(jīng)配置以將所述控制信號的電壓變換為近似等于所述經(jīng)箝位電力供應的電壓的電壓。
7.根據(jù)權利要求I所述的電力供應系統(tǒng)，其中所述開關電路包括以源極跟隨器配置耦合在所述總線電力供應與所述經(jīng)箝位電力供應之間的高壓NMOS晶體管；其中所述NMOS晶體管的源極電壓被限制于所述NMOS晶體管的由所述電壓設定點信號供應的柵極電壓減去所述NMOS晶體管的電壓閾值。
8.根據(jù)權利要求I所述的電力供應系統(tǒng)，其中所述箝位電路及所述開關電路并聯(lián)耦合到所述總線電力供應，且其中在所述總線電力供應的全通周期期間，所述開關電路的傳導狀態(tài)由所述電壓設定點信號控制以限制所述經(jīng)箝位電力供應上的所述電壓。
9.根據(jù)權利要求I所述的電力供應系統(tǒng)，其中所述箝位電路包括耐高壓開關電路，其耦合在所述總線電力供應與所述經(jīng)箝位電力供應之間；及控制電路，其經(jīng)配置以產(chǎn)生參考電壓以控制所述耐高壓開關電路，使得在所述總線電力供應的所述斜升周期期間，所述經(jīng)箝位電力供應是基于所述耐高壓開關電路的閾值電壓及所述參考電壓。
10.根據(jù)權利要求9所述的電力供應系統(tǒng)，其中所述控制電路包括參考電流源及至少一個二極管，所述二極管耦合到所述總線電力供應且經(jīng)配置以產(chǎn)生具有電壓值的參考電壓信號，在所述斜升周期期間，所述電壓值控制所述耐高壓開關電路在飽和模式下操作。
11.根據(jù)權利要求5所述的電力供應系統(tǒng)，其中所述電荷泵電路包括振蕩器電路及電壓倍增器電路；其中所述振蕩器電路經(jīng)配置以由所述控制信號啟用且產(chǎn)生時鐘脈沖信號，且所述倍增器電路經(jīng)配置以基于所述時鐘脈沖信號而增大所述經(jīng)調(diào)整電力供應的電壓，以產(chǎn)生所述電壓設定點信號。
12.根據(jù)權利要求3所述的電力供應系統(tǒng)，其中所述調(diào)整器電路包含帶隙參考電壓電路，其經(jīng)配置以產(chǎn)生帶隙參考電壓；放大器電路，其經(jīng)配置以接收所述帶隙參考電壓；及開關電路，其耦合到所述經(jīng)箝位電力供應且耦合到所述放大器電路的輸入；其中所述開關電路由所述放大器電路控制，使得所述開關電路以線性模式操作，且其中所述開關電路經(jīng)配置以產(chǎn)生所述經(jīng)調(diào)整電力供應。
13.根據(jù)權利I所述的電力供應系統(tǒng)，其中所述總線檢測電路包括比較器電路，其經(jīng)配置以將所述總線電力供應與參考電壓進行比較；其中所述放大器電路經(jīng)配置以在所述總線電力供應超過所述參考電壓的情況下產(chǎn)生第一控制信號，且在所述總線電力供應小于所述參考電壓的情況下產(chǎn)生第二控制信號。
14.一種方法，其包括 在總線電力供應的斜升周期期間基于所述總線電力供應產(chǎn)生經(jīng)箝位電力供應； 產(chǎn)生與所述總線電力供應無關的電壓設定點信號，其中所述電壓設定點信號指示所述經(jīng)箝位電力供應上的預定電壓電平； 使用所述電壓設定點信號控制耦合在所述總線電力供應與經(jīng)箝位電力供應之間的開關;及 使用開關在所述經(jīng)箝位電力供應上產(chǎn)生小于所述電壓設定點信號的電壓電平。
15.根據(jù)權利要求14所述的方法，其進一步包括 使用所述開關來箝位所述總線電力供應上大于所述電壓設定點信號的電壓電平。
16.根據(jù)權利要求14所述的方法，其進一步包括 基于且無關于所述總線電力供應而產(chǎn)生經(jīng)調(diào)整電力供應，且通過電平移位所述經(jīng)調(diào)整電力供應來產(chǎn)生所述電壓設定點信號。
17.根據(jù)權利要求14所述的方法，其中 所述開關包括以源極跟隨配置耦合在所述總線電力供應與在所述經(jīng)箝位電力供應之間的高壓NMOS晶體管；且其中所述NMOS晶體管的源極電壓被限制于所述NMOS晶體管的由所述電壓設定點信號供應的柵極電壓減去所述NMOS晶體管的電壓閾值。
18.根據(jù)權利要求14所述的方法，其進一步包括 通過所述電壓設定點信號控制所述開關的傳導狀態(tài)，以在所述總線電力供應的全通周期期間限制所述經(jīng)箝位電力供應上的電壓。
全文摘要
本申請案涉及一種自持式耐高壓電力供應。本發(fā)明提供一種電力供應系統(tǒng)，其提供電壓箝位能力以提供對電路元件及電路系統(tǒng)的過電壓保護。所述電力供應包含產(chǎn)生與輸入電源無關的經(jīng)調(diào)整電力供應的隔離機制?？衫秒妷函B加/倍增技術從所述經(jīng)調(diào)整電力供應產(chǎn)生參考電壓，所述參考電壓能夠設定經(jīng)箝位電力供應上的最大電壓。所述電力供應系統(tǒng)可在沒有來自與集成電路相關聯(lián)的其它電路/系統(tǒng)的輸入的情況下操作。
文檔編號H02M3/07GK102739042SQ20121008763
公開日2012年10月17日 申請日期2012年3月29日 優(yōu)先權日2011年3月31日
發(fā)明者尼科爾·加涅, 格雷戈里·馬赫 申請人:快捷半導體(蘇州)有限公司, 飛兆半導體公司