开关电路及开关电路的控制电路

技术领域

本发明涉及电子电路，尤其但不限于涉及用于电子设备的开关电路及开关电路的控制电路。

背景技术

开关电路用于电子设备中，用于将供电电源与其负载接通或断开。图1示出了一种传统的开关电路101的典型应用100。开关电路101的核心器件为开关管102。如图1所示，开关管102包括输入端VIN、输出端VOUT、使能端EN和接地端GND。其中，输入端VIN连接至供电电源，输出端VOUT连接至负载。使能端EN用于接收使能信号，通过利用使能信号EN来控制开关管102的导通与关断，将供电电源与其负载接通或断开。开关电路的典型应用包括可移动电路板(例如：扩充版)、热插拔存储设备以及其他涉及将供电电源与其负载接通或者断开的应用(例如满足USB PD3.0、Type-C等充电协议的充电应用等)。

上述传统的开关电路，无法在负载变化的情况下进行快速响应并将负载电流调节到期望的电流限值。

发明内容

基于上述问题，本发明提出了一种改进的开关电路及开关电路的控制电路。

本发明的一个实施例提出了一种开关电路，包括：开关元件，耦接于该开关电路的输入端和输出端之间；以及控制电路，与该开关元件耦合，用于设置流经该开关元件的负载电流的设定电流限值，其中，该控制电路被配置为基于表征流经该开关元件的电流的感测信号调节该控制电路与该开关元件构成的环路，使该环路在该设定电流限值由第一设定电流限值变为第二设定电流限值时保持稳定。

本发明还提出了一种开关电路，包括：开关元件，耦接于该开关电路的输入端和输出端之间；以及控制电路，与该开关元件耦合并与该开关元件构成环路，用于设置流经该开关元件的电流的设定电流限值，其中，该所述控制电路被配置为将该控制电路的增益控制为与流经该开关元件的电流成线性比例，以使该环路在该设定电流限值由第一设定电流限值变为第二设定电流限值时保持稳定。

本发明又提出了一种用于控制开关电路的控制电路，该开关电路包括耦接于该开关电路的输入端和输出端之间的开关元件，其中，该控制电路与该开关元件耦合，用于设置流经该开关元件的电流的设定电流限值，其中，该控制电路被配置为基于表征流经该开关元件的电流的感测信号调节该控制电路与该开关元件构成的环路，使该环路在该设定电流限值由第一设定电流限值变为第二设定电流限值时保持稳定。

本发明再提出了一种用于控制开关电路的控制电路，该开关电路包括耦接于该开关电路的输入端和输出端之间的开关元件，其中，该控制电路与该开关元件耦合并与该开关元件构成环路，用于设置流经该开关元件的电流的设定电流限值，并且其中，该控制电路被配置为将该控制电路的增益控制为与流经该开关元件的电流成线性比例，以使该环路在该设定电流限值由第一设定电流限值变为第二设定电流限值时保持稳定。

与现有技术相比，本发明提出的开关电路及开关电路的控制电路，能够使设定电流限值在较大的动态范围内变化的情况下维持电流限值调节环路的稳定。

附图说明

以下通过结合本发明的一些实施例及其附图的描述，可以进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点。

图1示出了一种传统的开关电路的典型应用。

图2示出了根据本发明一种实施例的开关电路的示例性结构框图。

图3示出了根据本发明实施例的开关电路的示例性电路图。

图4示出了根据本发明另一个实施例的开关电路的示例性电路图。

图5示出了根据本发明一个实施例的差分放大电路的示例性电路图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在下面对本发明的详细描述中，为了更好地理解本发明，描述了大量的细节。然而，本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。为了清晰明了地阐述本发明，本文简化了一些具体结构和功能的详细描述。此外，在一些实施例中已经详细描述过的类似的结构和功能，在其它实施例中不再赘述。尽管本发明的各项术语是结合具体的示范实施例来一一描述的，但这些术语不应理解为局限于这里阐述的示范实施方式。

图2示出了根据本发明一种实施例的开关电路200的示例性结构框图。根据本发明的实施例，开关电路200通常用于从供电电源接收输入电压V

在一个实施例中，输入端201耦接至供电电源(未示出)，用于从供电电源接收输入电压V

在一个实施例中，开关元件205耦接在输入端201和输出端202之间，用于将输入电压V

在一个实施例中，电流反馈电路203用于感测从输入端201经由开关元件205流向负载的负载电流I

图3示出了根据本发明实施例的开关电路300的示例性电路图。其中，开关电路300是上述开关电路200的一个具体实施例。如图3所示，开关电路300包括输入端201、输出端202、开关元件205、电流反馈电路203A、电流限值调节元件303和电流限值控制电路204A。图3将结合图2进行描述。为了简明起见，图3中与图2相似的部分将不再赘述。

电流反馈电路203A是上述电流反馈电路203的一个具体实施例。如图3所示，电流反馈电路203A包括电流感测电路301和晶体管302。连接关系如图所示。

在一个实施例中，晶体管302与开关元件205并联连接，并与开关元件205形成电流镜结构，使得流经晶体管302的电流与流经开关元件205的负载电流I

在一个实施例中，电流感测电路301用于感测从输入端201经由晶体管302流过的电流。以下将该感测的电流称为感测电流I

在一个实施例中，如图3所示，经由电流感测电路301所检测的感测电流I

电流限值控制电路204A是图2中示出的上述电流限值控制电路204的一个实施例。如图3所示，电流限值控制电路204A包括晶体管304、误差放大电路305和电压托举电路306。连接关系如图所示。

在一个实施例中，误差放大电路305具有第一输入端(例如，同相输入端)、第二输入端(例如，反相输入端)和输出端。误差放大电路305的第一输入端接收表征负载电流I

在一个实施例中，为了将负载电流I

在一个实施例中，晶体管304包括第一端(例如漏极端)、第二端(例如源极端)和控制端(例如栅极端)。如图3所示，晶体管304的第一端(例如漏极端)耦接至开关节点SW，第二端(例如源极端)耦接至参考地，控制端(例如栅极端)耦接至误差放大电路305的输出端，以接收误差放大信号V

在一个实施例中，电压托举电路306的输出端连接到开关节点SW，以用于提升开关节点SW处的电压，从而保证开关元件205和晶体管302能够被正常导通。在一个实施例中，电压托举电路306包括电荷泵。应当理解，电压托举电路306通常用于在开关元件205和晶体管302为N型FET的情况。在开关元件205和晶体管302为P型FET的示例中，电流限值控制电路204A可以不包括电压托举电路306。

在图3所示的电路结构形成负载电流的电流限值调节环路，在稳态时，该环路的增益可以表示为如下关系式：

Loop Gain1＝A

其中，A

以开关元件205和晶体管304为金属氧化物型场效应晶体管(MOSFET)为例进行说明，MOSFET的跨导gm通常可以表示为：

其中，μ

对于开关元件205，由于其漏极电流是负载电流I

由于在稳态时，V

将关系式(6)和(8)代入关系式(3)，可以得知，

由上述关系式(9)可知，图3所示的电路的环路增益Loop Gain1反比于

基于此，本发明的另一个实施例进一步提出了一种改进的开关电路。

图4示出了根据本发明另一个实施例的开关电路400的示例性电路图。其中，开关电路400是上述开关电路200的另一个具体实施例。图4将结合图2和图3进行描述。为了简明起见，图4中与图2和图3相似的部分将不再赘述。

电流限值控制电路204B可以是上述图2中的电流限值控制电路204的另一个实施例。请参考图4，电流限值控制电路204B包括晶体管304、误差放大电路305、电压托举电路306和差分放大电路401。连接关系如图所示。可以看出，图4中的电流限值控制电路204B与图3中的电流限值控制电路204A具有相似的结构，不同之处在于，电流限值控制电路204B还包括差分放大电路401。为了简明起见，相似的部分将不再赘述。

如图4所示，在一个实施例中，差分放大电路401包括双端输入双端输出的差分放大电路，其包括第一输入端(例如同相输入端)、第二输入端(例如反相输入端)、第一输出端和第二输出端。例如，差分放大电路401的第一输入端接收表征负载电流I

此外，差分放大电路401还包括偏置端，用于接收偏置电流，为差分放大电路401提供偏置电流，以使差分放大电路401工作在线性放大区。在一个实施例中，该偏置电流为电流反馈电路203B所感测到的表征负载电流I

电流反馈电路203B可以是图2中的电流反馈电路203的另一个具体实施例。在一个实施例中，电流反馈电路203B被配置为对负载电流I

图5示出了根据本发明一个实施例的差分放大电路401的示例性电路图。请参考图5，差分放大电路401包括晶体管501、晶体管502、电阻R1和电阻R2。连接关系如图5所示。在一个实施例中，晶体管501和晶体管502为P型场效应晶体管。在一个实施例中，差分放大电路401是对称的结构。例如，晶体管501和晶体管502是特性相同的一对晶体管，并且电阻R1和电阻R2是电阻值相同的一对电阻。在图5所示的示例中，晶体管501的控制端用于接收表征负载电流I

返回参考图4，同样地，图4所示的电路结构形成负载电流的电流限值调节环路，在稳态时，环路的增益可以表示为如下关系式：

Loop Gain2＝A

其中，A

在图5所示的示例中，由于晶体管501和晶体管502的特性相同，并且电阻R1和电阻R2的电阻值相同，差分放大电路401的增益A

A

其中，gm1为晶体管501(和/或晶体管502)的跨导，R

结合关系式(4)和(10)，晶体管501(和/或晶体管502)的跨导gm1可以表示为：

其中，μ

因此，将关系式(13)代入关系式(12)，可以可知，

基于上文的描述，

综上，可以得知，电流限值调节环路的环路增益Loop Gain2将不再与I

以上虽然详细介绍了本发明的一些实施例，然而应当理解，这些实施例仅用于示例性的说明，并不用于限定本发明的范围。其它可行的选择性实施例可以通过阅读本公开被本领域的普通技术人员所了解。