負載開關和負載開關系統的製作方法
2023-08-12 19:36:46
專利名稱：負載開關和負載開關系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種負載開關，具體地說，涉及一種具有真反向電流阻斷、增加的電流容量以及減小的通態電阻的負載開關和負載開關系統。
背景技術：
負載開關通常將電源與一待供電的裝置(負載)連結起來，並且基於開關信號提供開關控制，以便將負載與電源連接或斷開。可由負載開關控制的示例性負載包括便攜裝置，比如，電話、數位相機、媒體播放器、全球定位系統(GPS)接收器和可攜式遊戲。然而，負載開關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。當開關處於閉合狀態或斷開狀態時，缺乏反向電流保護是特別常見的。
實用新型內容總體來說，本實用新型提供一種負載開關，其具有真反向電流阻斷(TRCB)、增加的電流容量和減小的通態電阻，從而導致能量洩漏減少，這對於電池驅動和熱插拔應用可能是特別有利的。負載開關將系統和負載與DC電源連接和斷開，並且以反向電流阻斷的形式提供保護，所述反向電流阻斷無論開關的狀態為斷開還是閉合(即，接通或關斷)，都能阻止電流從負載Vott回流到開關的輸入端Vin。這種類型的無論開關是接通還是關斷都提供保護的反向電流阻斷，也被稱為TRCB。因此，本實用新型提供用於利用TRCB能力對負載進行開關的裝置和系統。根據一個方面，提供一種負載開關。負載開關可以包括連接到電壓源的輸入埠。該實施例的負載開關也可以包括連接到負載的輸出埠。該示例的負載開關可以進一步包括連接到輸入埠和輸出埠的TRCB電路。該示例的負載開關可以進一步包括連接到TRCB電路的開關控制埠，並且TRCB電路被配置成響應於施加到開關控制埠的開關閉合信號而將輸入埠連接到輸出埠，並且TRCB電路被配置成響應於施加到開關控制埠的開關斷開信號而將輸出埠與輸入埠斷開，並且TRCB電路進一步被配置成響應於同時的開關斷開信號和開關閉合信號兩者而阻斷從輸出埠流向輸入埠的電流。根據另一方面，提供一種系統。該系統可以包括電壓源。該示例的系統也可以包括負載，其配置成接收功率。該示例的系統可以進一步包括負載開關，其配置成基於開關控制信號而選擇性地將電壓源連接到負載。該示例的負載開關可以進一步包括連接到電壓源的輸入埠。該示例的負載開關可以進一步包括連接到負載的輸出埠。該示例的負載開關可以進一步包括連接到輸入埠和輸出埠的TRCB電路，並且TRCB電路被配置成響應於表示閉合信號的開關控制信號而將輸入埠連接到輸出埠，並且TRCB電路被配置成響應於表示斷開信號的開關控制信號而將輸入埠與輸出埠斷開，並且TRCB電路被進一步配置成響應於斷開信號和閉合信號兩者而阻斷從輸出埠流向輸入埠的電流。
所要求保護的主題的特徵和優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，對實施例的描述應當參照附圖來考慮，在附圖中圖I示出了根據本實用新型各個實施例的頂層框圖；圖2示出了根據本實用新型各個實施例的電路框圖；圖3示出了根據本實用新型各個實施例的電路框圖；圖4示出了根據本實用新型各個實施例的時序圖；圖5示出了根據本實用新型另一示例性實施例的操作的流程圖。儘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、變更以及變型對於那些本領域技術人員來說將變得顯而易見。
具體實施方式
總體來說，本實用新型提供一種負載開關，其具有真反向電流阻斷(TRCB)、增加的電流容量和減少的通態電阻，從而導致能量洩漏減少，這對於電池驅動和熱插拔應用可能是特別有利的。負載開關將系統和負載與DC電源連接和斷開，並且以反向電流阻斷的形式提供保護，所述反向電流阻斷無論開關處於斷開狀態或者閉合狀態(即，接通或關斷)，都能阻止電流從負載Vott回流到開關的輸入端Vin。這種類型的無論開關是接通還是關斷都提供保護的反向電流阻斷，也被稱為TRCB。圖I示出了根據本實用新型的一個示例性實施例的頂層系統框圖100。所示的是提供TRCB能力的負載開關102，將在下面進行更加詳細的描述。負載開關102連接到電壓源120，在一些實施例中，電壓源120可以是電池，向負載開關102上的輸入埠或管腳提供輸入電壓Vin104。該負載開關也被連接到負載130，可以通過提供輸出電壓VqutIIO的輸出埠或管腳來向負載130供電。負載開關102在可以致使負載開關102斷開或閉合的開關控制信號108的控制之下操作。圖2示出了根據本實用新型各個實施例的電路框圖200。電路框圖200示出了在電路應用中具有TRCB的負載開關102。負載開關102在開關控制信號(0N管腳)108的控制之下，將輸入電壓Vin104轉接到輸出電壓VottI 10。輸入電路具有相關聯的輸入電容Cin202並且輸出負載具有相關聯的輸出負載電容Cqut206。負載開關102也具有接地連接204。在一些實施例中，輸入電壓Vin104標稱範圍可以為DCl. 5-5. 5伏特。開關控制信號108可以是低電壓控制信號或者例如符合JESD76標準的通用輸入/輸出(GPIO)信號。輸出負載電容Qjut的上限範圍可以達到200 u F的標稱值。圖3示出了根據本實用新型各個實施例的電路框圖300。電路框圖300更加詳細的示出了負載開關102。包括輸入電壓Vin104，輸出電壓VqutI 10，開關控制信號108和地204在內的外部連接都被示出。輸入電壓Vin104通過具有TCRB電路308的低阻抗金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)開關被傳遞到輸出電壓VQUT110。在一些實施例中，MOSFET開關的阻抗可以是在大約20-75mQ的範圍內，其在本領域術語中可以被稱為「超低」阻抗。在一些優選的實施例中，該阻抗可以低於25m Q。該低MOSFET阻抗可以提供減小的通態電阻，從而使得電流容量增加。在一些實施例中，TCRB電路308可以被配置成當VqutIIO超過VIN104時將負載與電壓源斷開。TCRB電路308也可以包括滯後邏輯以防止導致不期望的開關事件或反向電流阻斷的錯誤觸發，錯誤觸發產生於信號噪聲，例如輸入電壓中的毛刺或電源軌抖動。輸入緩衝器304可以被配置成與低電壓控制信號和GPIO信號接口連接以便接收開關控制信號108，開關控制信號108在一些實施例中可以低至I. 5伏特。電阻器RM314取消了在開 關控制信號108處對於外部下拉或上拉電阻的需要並且控制在ON管腳處的洩漏電流。齊納二 極管312為負載開關102提供靜電放電(ESD)保護。基於開關控制信號108的狀態，輸入緩衝器模塊304產生減小的噪聲信號，該噪聲信號被提供給偏置電路模塊316作為參考電流和電壓。幾乎同時地，輸入緩衝器304控制由於在Vin104和開關控制信號108之間的電壓差而產生的工作電流的變化。對於這種情況，其中Vin = 5. 5V和Vw = I. 5V，電流消耗可以低於I U A0轉換速率驅動器模塊306提供選通信號給TRCB308中的MOSFET並且調節MOSFET的導通速度以便減小在負載開關102輸出端處的浪湧電流以及在輸入電源軌上產生的任何電壓降。TRCB模塊308監控Vin和Vtm。如果Vqut比Vin高出36mV以上，同時Vin基本上等於3. 3V，那麼負載開關102將被截止並且負載將與電壓源斷開。如果TRCB模塊308隨後檢測到Vtjm比Vin低出16mV以上，同時Vin基本上等於3. 3V，那麼負載開關102重新連接到電壓源。在一些實施例中，當負載開關102截止時，輸入緩衝器模塊304也控制輸出放電開關310以便使輸出電壓VqutIIO放電到地204。圖4示出了根據本實用新型各個實施例的時序圖400。信號Vw402在時刻406導通，隨後在稍後的時刻408^.404上電。類似地，信號Vw402在時刻410截止，隨後在稍後的時刻412，Vqut404斷電。在一些實施例中，信號Vw402的導通和截止時刻可以位於高電壓信號和低電壓信號之間的中點。圖5示出了根據本實用新型的示例性實施例的操作500的流程圖。在操作510，將負載開關輸入埠連接到電壓源。在操作520，將負載開關的輸出埠連接到負載。在操作530，將TRCB電路連接到負載開關的輸入埠和輸出埠。在操作540，將TRCB電路配置成響應於開關閉合信號而將輸入埠連接到輸出埠。在操作550，將TRCB電路配置成響應於開關斷開信號而將輸入埠與輸出埠斷開。在操作560，將TRCB電路配置成響應於開關斷開信號和開關閉合信號兩者而阻斷從輸出埠流向輸入埠的電流。因此，本實用新型提供用於利用TRCB能力對負載進行開關的裝置、系統和方法。根據一個方面，提供一種負載開關。負載開關可以包括連接到電壓源的輸入埠。該實施例的負載開關也可以包括連接到負載的輸出埠。該示例的負載開關可以進一步包括連接到輸入埠和輸出埠的TRCB電路。該示例的負載開關可以進一步包括連接到TRCB電路的開關控制埠，並且TRCB電路被配置成響應於施加到開關控制埠的開關閉合信號而將輸入埠連接到輸出埠，並且TRCB電路被配置成響應於施加到開關控制埠的開關斷開信號而將輸出埠與輸入埠斷開，並且TRCB電路進一步被配置成響應於同時的開關斷開信號和開關閉合信號兩者而阻斷從輸出埠流向輸入埠的電流。根據另一方面，提供一種方法。該方法可以包括將負載開關的輸入埠連接到電壓源。該示例的方法也可以包括將負載開關的輸出埠連接到負載。該示例的方法可以進一步包括將TRCB電路連接到輸入埠和輸出埠。該示例的方法可以進一步包括將TRCB電路配置為響應於開關閉合信號而將輸入埠連接到輸出埠。該示例的方法可以進一步包括將TRCB電路配置為響應於開關斷開信號而將輸入埠與輸出埠斷開。該示例的方法可以進一步包括將TRCB電路配置為響應於開關斷開信號和開關閉合信號兩者而阻斷從輸出埠流向輸入埠的電流。根據另一方面，提供一種系統。該系統可以包括電壓源。該示例的系統也可以包括負載，其配置成接收功率。該示例的系統可以進一步包括負載開關，其配置成基於開關控制信號而選擇性地將電壓源連接到負載。該示例的負載開關可以進一步包括連接到電壓源的輸入埠。該示例的負載開關可以進一步包括連接到負載的輸出埠。該示例的負載開關可以進一步包括連接到輸入埠和輸出埠的TRCB電路，並且TRCB電路被配置成響應於表示閉合信號的開關控制信號而將輸入埠連接到輸出埠，並且TRCB電路被配置成響應於表示斷開信號的開關控制信號而將輸入埠與輸出埠斷開，並且TRCB電路被進一步配置成響應於斷開信號和閉合信號兩者而阻斷從輸出埠流向輸入埠的電流。如這裡所使用的那樣，術語「標稱」的使用在指代量時，含義為規定量或理論量，其可能與實際量不同。這裡所描述的方法的實施例可以在系統中實現，該系統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，所述指令在由一個或多個處理器執行時實現這些方法。這裡，處理器可以包括例如系統CPU(例如，核心處理器)和/或可編程電路。因而，根據這裡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構。而且，該方法操作旨在可以以獨立或者子組合的方式實現，正如本領域技術人員所理解的那樣。因此，並非每一流程圖的所有的操作都需要被執行，並且本實用新型明確指出這些操作的所有子組合也能實現，正如本領域技術人員所理解的那樣。存儲介質可以包括任何類型的有形介質，例如，任何類型的磁碟(包括軟盤、光碟、壓縮光碟只讀存儲器(⑶-R0M)，可擦寫壓縮光碟(⑶-RW)，數字多用光碟(DVD)和磁光碟)，半導體裝置(比如只讀存儲器(ROM)，諸如動態和靜態的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)，快閃記憶體，磁卡或光卡)，或者適合於存儲電子指令的任一類型的介質。術語「開關」可以用MOSFET開關(例如，單獨的NMOS和PMOS元件)，BJT開關和/或其他本領域已知的開關電路實現。另外，在這裡的任一實施例中所使用的「電路系統」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、狀態機電路，和/或包括在更大系統中的電路，例如，包括在集成電路中的元件。這裡所使用的術語和表述被用做描述而不是限制，並且在使用這些術語和表述時無意於排除所示和所描述特徵(或其部分的)的任何等同物，並且應該認識到，各種變化可能包含在權利要求的範圍內。因此，該權利要求旨在涵蓋所有此類等同物。各種特徵、方面、以及實施例在這裡已經被描述，該特徵、方面以及實施例可相互結合併且可變型和修改，正如本領域技術人員所能理解的那樣。因此，本實用新型公開內容應該被認為包括了這些組合、變型和修改。
權利要求1.一種負載開關，其特徵在於，包括 輸入埠，其連接到電壓源； 輸出埠，其連接到負載； 真反向電流阻斷(TRCB)電路，其連接到所述輸入埠和所述輸出埠 ；以及 開關控制埠，其連接到所述TRCB電路，其中所述TRCB電路被配置成響應於施加到所述開關控制埠的開關閉合信號而將所述輸入埠連接到輸出埠，並且所述TRCB電路被配置成響應於施加到所述開關控制埠的開關斷開信號而將所述輸入埠與所述輸出埠斷開，並且其中所述TRCB電路進一步被配置成響應於所述開關斷開信號和所述開關閉合信號兩者而阻斷從所述輸出埠流向所述輸入埠的電流。
2.根據權利要求I所述的負載開關，其中所述TRCB電路進一步被配置成響應於在所述輸出埠處檢測到大於在所述輸入埠的電壓的電壓而將所述輸入埠與所述輸出埠斷開。
3.根據權利要求I所述的負載開關，進一步包括連接在所述開關控制埠和地之間的齊納二極體，所述齊納二極體被配置成為所述負載開關提供靜電放電保護。
4.根據權利要求I所述的負載開關，其中所述TRCB電路包括具有減小的阻抗的MOSFET，所述具有減小的阻抗的MOSFET被配置成增加負載開關的電流容量，其中所述減小的阻抗小於25m Q。
5.根據權利要求I所述的負載開關，其中所述開關閉合信號是範圍為I到2伏特的通用輸入/輸出(GPIO)信號。
6.根據權利要求I所述的負載開關，其中所述TRCB電路包括滯後邏輯，所述滯後邏輯被配置成減少響應於信號噪聲而發生的開關事件。
7.根據權利要求I所述的負載開關，其中所述電壓源是電池。
8.一種負載開關系統，其特徵在於，包括 電壓源； 負載，其被配置成接收功率；以及 負載開關，其被配置成基於開關控制信號選擇性地將所述電壓源連接到所述負載，所述負載開關包括 輸入埠，其連接到所述電壓源； 輸出埠，其連接到所述負載；以及 真反向電流阻斷(TRCB)電路，其連接到所述輸入埠和所述輸出埠，其中所述TRCB電路被配置成響應於表示閉合信號的所述開關控制信號而將所述輸入埠連接到所述輸出埠，並且所述TRCB電路被配置成響應於表示斷開信號的所述開關控制信號而將所述輸入埠與所述輸出埠斷開，並且其中所述TRCB電路進一步被配置成響應於所述斷開信號和所述閉合信號兩者而阻斷從所述輸出埠流向所述輸入埠的電流。
9.根據權利要求8所述的負載開關系統，其中所述TRCB電路進一步被配置成響應於在所述輸出埠處檢測到大於在所述輸入埠的電壓的電壓而將所述輸入埠與所述輸出埠斷開。
10.根據權利要求8所述的負載開關系統，進一步包括連接在所述負載開關的一埠和地之間的齊納二極體，所述齊納二極體被配置成為所述負載開關提供靜電放電保護。
11.根據權利要求8所述的負載開關系統，其中所述TRCB電路包括具有減小的阻抗的MOSFET，所述具有減小的阻抗的MOSFET被配置成增加負載開關的電流容量，其中所述減小的阻抗小於25m Q。
12.根據權利要求8所述的負載開關系統，其中所述TRCB電路包括滯後邏輯，所述滯後邏輯被配置成減少響應於信號噪聲而發生的開關事件。
專利摘要提供一種負載開關和負載開關系統。該負載開關可以包括輸入埠，其連接到電壓源；輸出埠，其連接到所述負載；TRCB電路，其連接到所述輸入埠和所述輸出埠；以及開關控制埠，其連接到所述TRCB電路。所述TRCB電路可被配置成響應於施加到所述開關控制埠的開關閉合信號而將所述輸入埠連接到輸出埠，並且所述TRCB電路被配置成響應於施加到所述開關控制埠的開關斷開信號而將所述輸入埠與所述輸出埠斷開。所述TRCB電路可進一步被配置成響應於所述開關斷開信號和所述開關閉合信號兩者而阻斷從所述輸出埠流向所述輸入埠的電流。
文檔編號H03K17/08GK202798624SQ20122032874
公開日2013年3月13日 申請日期2012年7月9日 優先權日2011年9月14日
發明者N·孫 申請人:快捷半導體(蘇州)有限公司, 快捷半導體公司