專利名稱：電源安全系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電源安全系統，具體地說，是一種防止電流逆流的電路及方法的 電源安全系統。
背景技術：
使用單一交流或直流電源供電的裝置缺乏可攜性，使用電池供電的裝置可以提高 可攜性，但是因為電池的蓄電量有限會增加使用上的不便。使用電源和電池供電的裝置是 將電源和電池并聯到負載系統，并且在電池與負載系統之間串聯二極管。如果使用充電電 池的話，可以增加充電器，在使用交流或直流電源時，同時對電池充電，因而延長電池使用 的時間，減少更換電池的頻率。近來，在電池充電器中增加電源管理裝置控制充電電流，不 但提高充電效率、延長電池的壽命，也增加對電池的保護。然而這種充電器應用在使用電源 和電池供電的裝置會引起電流逆流，而充電電池的壽命與其充放電的次數有關，因此縮短 了電池的壽命。如圖1所示，一個此類裝置包含兩條電流路徑，分別將交流電源ACIN和電 池10并聯到負載系統，負載系統中有電源轉換器將電源輸出端OUT上的電壓V4轉換為適 當的電壓。M0S晶體管M3控制從交流電源ACIN供應的輸入電流，過電壓保護裝置12在電 源輸入端IN上的電壓V2過高時關閉M0S晶體管M3。M0S晶體管M3的寄生二極管D3的負 極連接電源輸入端IN，讓M0S晶體管M3可以在關閉時完全切斷從交流電源ACIN輸入的電 流。M0S晶體管Ml控制流向電池10的充電電流，電源管理裝置14檢測充電輸出端BATT上 的電壓V6，在V6超過某個默認值時關閉M0S晶體管M1，以免電池10過度充電。M0S晶體 管Ml的寄生二極管D1的負極連接電源輸出端OUT，在M0S晶體管Ml關閉時可以讓電流可 以從電池10流向電源輸出端OUT。不過，在這個電路中，每當電源電壓V2低于電池電壓V6 時，便有電流從電池10流向交流電源ACIN，即使關閉M0S晶體管Ml和M3，電流仍可經寄生 二極管D1和D3逆流到交流電源ACIN，因而額外耗損電池10的壽命。在電源輸入端IN串聯二極管D4可以避免電流從電源輸出端OUT流向交流電源 ACIN。但是二極管D4造成電壓V4比交流電源ACIN的電壓低了一個二極管的順向偏壓，因 此導致對電池10的充電效率降低。另一種避免逆向電流的方式系在M0S晶體管Ml和充電輸出端BATT之間串聯M0S 晶體管M2，其寄生二極管D2的負極連接充電輸出端BATT。這種解決方式需要比較復雜的 控制。當M0S晶體管M2關閉時，電池10無法供應電流，但是只要電源電壓V2高于電池電 壓V6，仍可控制M0S晶體管Ml對電池10充電。當M0S晶體管M2打開，且電源電壓V2低于 電池電壓V6，電池10會供應電流，但是會有電流逆流到交流電源ACIN。想要完全避免電流 逆流到交流電源ACIN，仍然必須串聯二極管D4。此外，增加M0S晶體管M2也會降低效率。 在對電池10充電時，M0S晶體管M2或其寄生二極管D2造成V6比V4額外低了一個跨壓， 在電池10供應電流時，M0S晶體管M2又造成V4比V6額外低了一個跨壓，這些損失的電壓 都是造成效率降低的原因。不論使用二極管D4或M0S晶體管M2，都會增加電路的大小和成本。尤其這兩個組件都在供應電流給負載系統的路徑上，必須使用功率組件，才能支持大電流。功率組件的尺 寸較大，而且較昂貴，因此大幅增加電路的大小和成本。目前這些功率組件都是外接式的獨 立組件，無法整合到控制器芯片中，因此電路的大小和成本皆難以縮減。在其它類似的系統中，例如使用AC/DC轉接器或USB直流電源取代交流電源ACIN 者，也有上述的問題。因此已知的電源系統中存在著上述種種不便和問題。
發明內容
本發明的目的，在于提出一種防止電流逆流的電路及方法的電源安全系統。本發明的另一目的，在于提出一種效率較高的電源安全系統。本發明的再一目的，在于提出一種電路較小、成本較低的電源安全系統。為實現上述目的，本發明的技術解決方案是一種電源安全系統，其特征在于，包括一電源輸入端，供連接電源；一電源輸出端，供連接負載系統；一形成于基體上的第一 M0S晶體管，連接于所述電源輸入端和所述電源輸出端之 間，其具有源極、汲極和閘極；一放大器，連接所述電源輸入端、所述電源輸出端和所述第一 M0S晶體管的閘極， 所述放大器根據所述電源輸入端和所述電源輸出端上的電壓決定第一控制信號施加于所 述第一 M0S晶體管的閘極；一充電輸出端，供連接電池；一第二 M0S晶體管，連接于所述電源輸出端和所述充電輸出端之間，其具有一閘 極；一電源管理裝置，連接所述充電輸出端和所述第二 M0S晶體管的閘極，所述電源 管理裝置監視所述充電輸出端上的電壓，據以決定第二控制信號施加于所述第二 M0S晶體 管的閘極，進而控制流向所述充電輸出端的充電電流；一基體控制裝置，連接所述電源輸入端、所述電源輸出端和所述第一 M0S晶體管 的基體，所述基體控制裝置根據所述電源輸入端和所述電源輸出端上的電壓決定第三控制
信號；一開關，一端連接所述第一 M0S晶體管的基體，另一端因應所述第三控制信號連 接所述第一 M0S晶體管的源極或汲極。本發明的電源安全系統還可以采用以下的技術措施來進一步實現。前述的電源安全系統，其中所述第一 M0S晶體管是PM0S晶體管。前述的電源安全系統，其中所述放大器是轉導放大器，根據所述電源輸入端和所 述電源輸出端上的電壓之差值產生電流作為所述第一控制信號。前述的電源安全系統，其中所述第二 M0S晶體管是PM0S晶體管。前述的電源安全系統，其中所述第二 M0S晶體管具有寄生二極管，所述寄生二極 管具有正極和負極分別連接所述充電輸出端和所述電源輸出端。前述的電源安全系統，其中所述第三控制信號在第一狀態時，所述第一 M0S晶體管具有第一寄生二極管，所述第一寄生二極管具有正極和負極分別連接所述電源輸出端和 所述電源輸入端；所述第三控制信號在第二狀態時，所述第一 M0S晶體管具有第二寄生二 極管，所述第二寄生二極管具有正極和負極分別連接所述電源輸入端和所述電源輸出端。一種用于電源安全系統的控制方法，所述電源安全系統具有第一 M0S晶體管連接 于電源輸入端和電源輸出端之間，以及第二 M0S晶體管連接于所述電源輸出端和充電輸出 端之間，其特征在于所述控制方法包括以下步驟第一步驟監視所述電源輸入端和所述電源輸出端上的電壓，以決定第一控制信 號施加于所述第一 M0S晶體管的閘極；第二步驟監視所述充電輸出端上的電壓，以決定第二控制信號施加于所述第二 M0S晶體管的閘極，進而控制流向所述充電輸出端的充電電流；第三步驟監視所述電源輸入端和所述電源輸出端上的電壓，以決定第三控制信 號，所述第三控制信號在第一狀態時，所述第一 M0S晶體管具有第一寄生二極管，所述第一 寄生二極管具有正極和負極分別連接所述電源輸出端和所述電源輸入端；所述第三控制信 號在第二狀態時，所述第一 M0S晶體管具有第二寄生二極管，所述第二寄生二極管具有正 極和負極分別連接所述電源輸入端和所述電源輸出端。本發明的用于電源安全系統的控制方法還可以采用以下的技術措施來進一步實 現。前述的控制方法，其中所述第一步驟中包括以下步驟第一步驟比較所述電源輸入端和所述電源輸出端上的電壓；第二步驟在所述電源輸入端上的電壓與所述電源輸出端上的電壓的差值小于所 述默認值，所述第一控制信號控制所述第一 M0S晶體管，使所述電源輸出端上的電壓對所 述電源輸入端上的電壓維持一定的差值。前述的控制方法，其中所述第二步驟中包括以下步驟第一步驟比較所述充電輸出端上的電壓與默認值；第二步驟在所述充電輸出端上的電壓超過默認值時，所述第二控制信號關閉所 述第二 M0S晶體管。前述的控制方法，其中所述第三步驟中包括以下步驟第一步驟在所述第三控制信號為所述第一狀態時，將所述第一 M0S晶體管的基 體連接其汲極；第二步驟在所述第三控制信號為所述第二狀態時，將所述第一 M0S晶體管的基 體連接其源極。采用上述技術方案后，本發明的電源安全系統具有以下優點1.不需要增加二極管和M0S晶體管將所述系統的電路與電源和電池分隔開來，因 此提高效率。2.縮減了所述電路的大小和成本。3.開關和基體控制裝置只需要很小的電路，而且可以整合到控制器芯片中。
圖1為已知的電源安全系統的電路示意6
圖2為本發明的實施例的電路示意圖。
具體實施例方式以下結合實施例及其附圖對本發明作更進一步說明。當M0S晶體管的基體和源極或汲極共點時，因其半導體結構中的PN接面，會有寄 生二極管存在其源極和汲極之間。只要控制所述M0S晶體管的基體連接到源極或汲極，就 可以控制M0S晶體管的寄生二極管的偏壓方向。現請參閱圖2，圖2是仿效圖1的電路設計的實施例，如圖所示，所述電源安全系統 包括電源輸入端IN供連接交流電源ACIN或直流電源DCIN，電源輸出端OUT供連接負載系 統，M0S晶體管M3連接在電源輸入端IN和電源輸出端OUT之間，所述放大器18連接電源 輸入端IN、電源輸出端OUT和M0S晶體管M3的閘極，充電輸出端BATT供連接電池10，M0S 晶體管Ml連接在電源輸出端OUT和充電輸出端BATT之間，電源管理裝置14連接M0S晶體 管Ml的閘極和充電輸出端BATT，切換開關20與基體控制裝置22的組合用來防止電流逆流 到交流電源ACIN或直流電源DCIN。M0S晶體管M3控制從交流電源ACIN或直流電源DCIN輸入的電流。放大器18監 視電壓V2和V4，在V2對V4的差值小于某個默認值時施加第一控制信號予M0S晶體管M3 的閘極，以打開M0S晶體管M3，并使V2對V4的差值維持一定的差值。優選M0S晶體管M3 使用PM0S，其在常態下是導通的，放大器18使用轉導放大器，其輸出的電流對M0S晶體管 M3的閘極充電產生閘極電壓；在V4對V2的差值小于某個默認值時，放大器18輸出的電流 過小產生的閘極電壓不足，M0S晶體管M3因此維持導通狀態。M0S晶體管Ml控制流向充電 輸出端BATT的充電電流，電源管理裝置14監視充電輸出端BATT上的電壓V6，據以決定第 二控制信號控制M0S晶體管M1，以便控制充電電流，例如將其關閉或調整其大小。優選M0S 晶體管Ml使用PM0S，其在常態下是導通的。基體控制裝置22連接開關20、電源輸入端IN和電源輸出端OUT，其監視電壓V2 和V4，據以決定第三控制信號給開關20。開關20的一端連接M0S晶體管M3的基體，另一 端因應第三控制信號連接到M0S晶體管M3的源極或汲極。此電源安全系統利用M0S晶體 管M3中不同位置的結構衍生的第一寄生二極管D32和第二寄生二極管D34提供保護功能。在一實施例中，基體控制裝置22以比較電壓V2和V4來決定第三控制信號。如果 V2高于V4，第三控制信號為第一狀態，令開關20將M0S晶體管M3的基體連接到其汲極，因 此第一寄生二極管D32生效，其正極連接電源輸出端0UT，負極連接電源輸入端IN。如果V2 低于V4，第三控制信號為第二狀態，令開關20將M0S晶體管M3的基體連接到其源極，因此 第二寄生二極管D34生效，其正極連接電源輸入端IN，負極連接電源輸出端OUT。因此，不 論如何，都不會有電流逆流到電源ACIN或DCIN。由于切換開關20與基體控制裝置22不在電源供應電流到負載系統的路徑上，因 此不必使用功率組件，可以使用很小的電路，降低電路的大小和成本，而且也可以整合到控 制器芯片內，即與電源管理裝置14、放大器18整合在同一芯片上，更進一步降低電路的大 小和成本。此外，切換開關20與基體控制裝置22的操作只會選擇逆偏壓二極管D32或D34， 不影響其它電路的運作。在電源電壓V2高于電池電壓V6時，電源ACIN或DCIN供電給負載系統，同時也可以提供電流對電池10充電。當電池10充電到電壓V6高于某個默認值時，第二控制信號將 關閉M0S晶體管Ml，停止充電。在M0S晶體管Ml關閉期間，如果電池電壓V6高于電源電壓 V2,電池10仍可經M0S晶體管Ml的寄生二極管D1供應電流到電源輸出端OUT。與圖1的 已知電路相較，圖2的電路不論是由電源供電或由電池10供電，都沒有額外的壓降在電流 路徑上，而在對電池10充電時，也沒有額外的壓降，因此電路的效率提高了。在集成電路中，M0S晶體管的結構是制作在井中，因此在這種情況下，所述M0S晶 體管的基體是指包含所述M0S晶體管的井。以上實施例僅供說明本發明之用，而非對本發明的限制，有關技術領域的技術人 員，在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變化。因此，所有等同 的技術方案也應該屬于本發明的范疇，應由各權利要求限定。組件符號說明
10電池
12過電壓保護裝置
14電源管:理裝置
18放大器
20切換開關
22基體控制裝置
V2電源電壓
V4輸出電壓
V6電池電壓
MlM0S晶1體管
M2M0S晶1體管
M3M0S晶1體管
D1寄生二.極管
D2寄生二.極管
D3寄生二.極管
D32寄生二.極管
D34寄生二.極管
D4二極管o
權利要求
一種電源安全系統，其特征在于，包括一電源輸入端，供連接電源；一電源輸出端，供連接負載系統；一形成于基體上的第一MOS晶體管，連接于所述電源輸入端和所述電源輸出端之間，其具有源極、汲極和閘極；一放大器，連接所述電源輸入端、所述電源輸出端和所述第一MOS晶體管的閘極，所述放大器根據所述電源輸入端和所述電源輸出端上的電壓決定第一控制信號施加于所述第一MOS晶體管的閘極；一充電輸出端，供連接電池；一第二MOS晶體管，連接于所述電源輸出端和所述充電輸出端之間，其具有一閘極；一電源管理裝置，連接所述充電輸出端和所述第二MOS晶體管的閘極，所述電源管理裝置監視所述充電輸出端上的電壓，據以決定第二控制信號施加于所述第二MOS晶體管的閘極，進而控制流向所述充電輸出端的充電電流；一基體控制裝置，連接所述電源輸入端、所述電源輸出端和所述第一MOS晶體管的基體，所述基體控制裝置根據所述電源輸入端和所述電源輸出端上的電壓決定第三控制信號；一開關，一端連接所述第一MOS晶體管的基體，另一端因應所述第三控制信號連接所述第一MOS晶體管的源極或汲極。
2.如權利要求1所述的電源安全系統，其特征在于，所述第一M0S晶體管是PM0S晶體管。
3.如權利要求1所述的電源安全系統，其特征在于，所述放大器是轉導放大器，根據所 述電源輸入端和所述電源輸出端上的電壓之差值產生電流作為所述第一控制信號。
4.如權利要求1所述的電源安全系統，其特征在于，所述第二M0S晶體管是PM0S晶體管。
5.如權利要求1所述的電源安全系統，其特征在于，所述第二M0S晶體管具有寄生二極 管，所述寄生二極管具有正極和負極分別連接所述充電輸出端和所述電源輸出端。
6.如權利要求1所述的電源安全系統，其特征在于，所述第三控制信號在第一狀態時， 所述第一 M0S晶體管具有第一寄生二極管，所述第一寄生二極管具有正極和負極分別連接 所述電源輸出端和所述電源輸入端；所述第三控制信號在第二狀態時，所述第一 M0S晶體 管具有第二寄生二極管，所述第二寄生二極管具有正極和負極分別連接所述電源輸入端和 所述電源輸出端。
7.一種用于電源安全系統的控制方法，所述電源安全系統具有第一 M0S晶體管連接于 電源輸入端和電源輸出端之間，以及第二 M0S晶體管連接于所述電源輸出端和充電輸出端 之間，其特征在于所述控制方法包括以下步驟第一步驟監視所述電源輸入端和所述電源輸出端上的電壓，以決定第一控制信號施 加于所述第一 M0S晶體管的閘極；第二步驟監視所述充電輸出端上的電壓，以決定第二控制信號施加于所述第二 M0S 晶體管的閘極，進而控制流向所述充電輸出端的充電電流；第三步驟監視所述電源輸入端和所述電源輸出端上的電壓，以決定第三控制信號，所述第三控制信號在第一狀態時，所述第一 M0S晶體管具有第一寄生二極管，所述第一寄生 二極管具有正極和負極分別連接所述電源輸出端和所述電源輸入端；所述第三控制信號在 第二狀態時，所述第一 M0S晶體管具有第二寄生二極管，所述第二寄生二極管具有正極和 負極分別連接所述電源輸入端和所述電源輸出端。
8.如權利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述第一步驟中包括以下步驟第一步驟比較所述電源輸入端和所述電源輸出端上的電壓；第二步驟在所述電源輸入端上的電壓與所述電源輸出端上的電壓的差值小于所述默 認值，所述第一控制信號控制所述第一 M0S晶體管，使所述電源輸出端上的電壓對所述電 源輸入端上的電壓維持一定的差值。
9.如權利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述第二步驟中包括以下步驟第一步驟比較所述充電輸出端上的電壓與默認值；第二步驟在所述充電輸出端上的電壓超過默認值時，所述第二控制信號關閉所述第 二 M0S晶體管。
10.如權利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述第三步驟中包括以下步驟第一步驟在所述第三控制信號為所述第一狀態時，將所述第一 M0S晶體管的基體連 接其汲極；第二步驟在所述第三控制信號為所述第二狀態時，將所述第一 M0S晶體管的基體連 接其源極。
全文摘要
一種電源安全系統，其特征在于，包括一電源輸入端，供連接電源；一電源輸出端，供連接負載系統；一形成于基體上的第一MOS晶體管；一放大器，連接所述電源輸入端、所述電源輸出端和所述第一MOS晶體管的閘極；一充電輸出端，供連接電池；一第二MOS晶體管，連接于所述電源輸出端和所述充電輸出端之間，其具有一閘極；一電源管理裝置，連接所述充電輸出端和所述第二MOS晶體管的閘極；一基體控制裝置，連接所述電源輸入端、所述電源輸出端和所述第一MOS晶體管的基體；一開關，一端連接所述第一MOS晶體管的基體，另一端因應所述第三控制信號連接所述第一MOS晶體管的源極或汲極。
文檔編號H02J7/00GK101854066SQ200910133459
公開日2010年10月6日 申請日期2009年4月3日 優先權日2009年4月3日
發明者朱冠任, 李立薇, 陳俊聰, 龔能輝 申請人:立锜科技股份有限公司