本申请案要求2016年4月25日申请的美国临时申请案62/327,309的优先权，所述美国临时申请案特此全部并入本文。
技术领域
本发明涉及具有备用电池的系统，且特別是涉及包含具有具备无缝切换控制的备用电池的微控制器的系统。
背景技术：
某些系统需要恒定的电力供应且因此在主电源供应器出现故障的情况下提供备用电池。用于切换控制的常规解决方案是基于二极管或基于比较器的。在基于二极管的系统中，一对PN二极管将阳极连接到供应器(+)引脚且共阴极供应客户端域。基于比较器的系统是基于标准快速比较器。比较器感测供应电压的值、将这些值与参考电压进行比较且进一步控制电力开关的栅极。比较器必须能够处置与供应电压范围相匹配的输入共同模式范围。通常，微控制器系统中的供应范围在1.8与5.5V之间。
二极管解决方案的缺点是：虽然它可能极具面积效益，但约0.7V的DC电压降将严重影响整体系统的供应范围。这使其不适于某些应用，因为最小VDD将从例如1.8V增加到2.5V。
在基于比较器的系统中，降低滤波电容需要较高的比较器速度要求。为了足够快速，比较器需要高偏压电流，因此引起高电力消耗。基于比较器的系统也需要大的硅面积。如果参考电压必须由单独的电路提供，那么甚至需要更多面积。
技术实现要素：
本发明的实施例包含一种用于提供备用电力的电路。所述电路可包含经配置以耦合到第一电源及第二电源的切换电路。所述电路可包含与所述第一电源及所述第二电源以及所述切换电路的输出耦合的域电压电平监测器电路。所述电路可包含与所述第一电源及所述第二电源以及所述域电压电平监测器的输出耦合的动态电平移位器电路。所述电路可包含与所述第一电源及所述第二电源以及所述动态电平移位器电路的输出耦合的双重控制锁存器电路。所述双重控制锁存器电路可经配置以将控制信号提供到所述切换电路。结合上述实施例中的任何实施例，所述切换电路可包含两个p沟道MOSFET。结合上述实施例中的任何实施例，所述双重控制锁存器电路可经配置以产生馈送到所述切换电路的互补输出信号。结合上述实施例中的任何实施例，所述双重控制锁存器电路可经配置以从所述动态电平移位器电路接收一对信号作为输入。结合上述实施例中的任何实施例，所述双重控制锁存器电路可经配置以从所述动态电平移位器电路接收第一输入信号及第二输入信号。结合上述实施例中的任何实施例，所述第一输入信号可通信地耦合到所述双重控制锁存器电路的第一晶体管的漏极。结合上述实施例中的任何实施例，所述第一输入信号可通信地耦合到所述双重控制锁存器电路的第二晶体管的栅极。结合上述实施例中的任何实施例，所述第二输入信号可通信地耦合到所述双重控制锁存器电路的所述第二晶体管的漏极。结合上述实施例中的任何实施例，所述第二输入信号可通信地耦合到所述双重控制锁存器电路的所述第一晶体管的栅极。结合上述实施例中的任何实施例，所述客户端电压监测器电路可经配置以基于所述第一电源、所述第二电源与所述切换电路的输出之间的差而注入电流以驱动所述动态电平移位器电路。结合上述实施例中的任何实施例，所述动态电平移位器电路可经配置以根据从所述客户端电压监测器电路接收的电压而产生电压降。
本发明的实施例可包含一种微控制器。所述微控制器可包含外围电路及上述用于提供备用电力的电路实施例中的任何者。所述切换电路可经配置以将电力提供到所述外围电路。
本发明的实施例可包含一种系统。所述系统可包含第一电源、第二电源、外围电路及上述用于提供备用电力的电路实施例中的任何者。所述切换电路可经配置以将电力提供到所述外围电路。
本发明的实施例可包含由上述电路、微控制器或系统中的任何者执行的方法。
附图说明
图1说明根据本发明的实施例的用于无缝切换控制的系统的框图。
图2是根据本发明的实施例的实例开关及实例监测器的更详细说明。
图3是根据本发明的实施例的实例移位器及锁存器的更详细说明。
图4说明根据本发明的实施例的用于无缝切换控制的系统在操作期间的实例波形及时序图。
图5说明根据本发明的实施例的用于无缝切换控制的系统在操作期间的另外实例波形及时序图。
具体实施方式
图1说明根据本发明的实施例的用于无缝切换控制的系统100的框图。在一个实施例中，系统100可包含用于低电力系统的切换控制。在又另一实施例中，系统100可包含用于备用电池系统的切换控制。可在任两个电压源之间执行备用及切换控制。然而在本发明中，虽然电压源可被视为主电压源、初级电压源、辅助电压源、电池电压源、备用电压源或次级电压源，但本文中的教示可应用于任两个电压源，而不管电压源之间的关系如何。
在一个实施例中，系统100可足够快地执行主电源供应器与备用电源供应器之间的切换，使得客户端电路及其操作不受影响。电源之间的切换可在电力消耗者仍在操作的同时执行。可影响电源之间电力转变的速度的因素可包含客户端电路的负载电流及客户端供应域上存在的滤波电容。常规备用电池切换解决方案可依赖比较器作为感测装置，接着所述比较器控制主电力与备用电力切换。然而，在本发明的一个实施例中，系统100可将感测电路及控制电路集成为晶体管的新颖布置，以使用极低的电力及极小的硅面积来对电力切换执行准确控制。晶体管可包含金属氧化物半导体场效晶体管(MOS或MOSFET)。系统100可通过使电力消耗及硅面积保持在极低水平而解决利用比较器或二极管进行电力控制的技术问题。
系统100可包含主电源104及备用电源102。来自这些电源中的一者的电力可供应到一或多个客户端模块116或电路。可与滤波电容器114并行施加电力。可将通过客户端模块116的电流指定为Iload。在一个实施例中，系统100可评估电源102、104的电力电平且切换到电源102、104中的较高者。在另一实施例中，电源102、104中的第一者的哪个电力降到阈值电平以下或满足另一操作条件，系统100可切换到电源102、104中的另一者。
系统100可包含开关118、112。开关118、112可由MOSFET、其它晶体管或其它适合装置实施。开关118、112可控制电源104、106的施加，包含选择将哪一者施加到客户端模块116，及以何种方式将电力供应施加到客户端模块116。
系统100可包含模拟电路、数字电路或两者的适当组合，以控制将电源104、106中的哪一者施加到客户端模块116。在一个实施例中，系统100可包含客户端电压监测器106。在另一实施例中，系统100可包含动态供应电平移位器108。在又另一实施例中，系统100可包含双重控制锁存器110。监测器106、移位器108及锁存器110中的每一者可通信地耦合或彼此耦合。此外，监测器106、移位器108及锁存器110中的每一者可通信地耦合到电源102、104。
监测器106可经配置以评估施加到客户端模块116的电压。监测器106可由模拟电路、数字电路或两者的适当组合来实施。监测器106可包含如施加到客户端模块116的电压输出的输入。
锁存器110可经配置以从移位器108接收输入。锁存器110可由模拟电路、数字电路或两者的适当组合来实施。锁存器110可部分由移位器108及来自其的输入控制。
移位器108可经配置以从监测器106接收输入。移位器108可由模拟电路、数字电路或两者的适当组合来实施。移位器108可在B类或AB类模式中操作。移位器108可部分由监测器106及来自其的输入控制。在B类操作模式中，移位器108可利用在静态模式中未汲取任何电力的电路。除非移位器108的输入处有电流移动，否则电流是零安培。在AB类操作模式中，移位器108可利用始终需要一些(即使小)电流的电路。此操作模式的静态电流非零。B类与B类操作模式的使用可取决于滤波电容器114。如果滤波电容器114的电容足够高，那么可使用B类操作模式，这是因为b类较缓慢。如果滤波器缓慢，那么在电源102、104之间进行电源切换期间滤波器可提供一些电流。使用B类电平移位器可极大地增加(与其它解决方案相比)锁存器110的灵敏度，从而减小客户端供应域上的给定电压下冲所需的滤波电容，而具有实际上零电流消耗。使用AB类电平移位器版本可进一步改进灵敏度，但可能以较大静态电流消耗为代价。然而，与基于比较器的解决方案相比，使用AB类电平移位器可能仍需要小许多倍的电流。
关于在电源102、104切换期间提供电力到客户端模块116，系统100可进行无缝操作。系统100内的反馈可确保使用电源102、104中具有最佳可用电压、电流或电力的电源。系统100可需要低、实际上零偏压电流；低、实际上零电压降；及低滤波电容。
图2及3中更详细说明监测器106、锁存器110及移位器108中的每一者的实例实施例。这些中的每一者可用例如串联的成对MOSFET的晶体管实施。然而，可代替地使用其它晶体管，例如串联或并联连接的MOS电力开关、NMOS或PMOS晶体管。在一个实施例中，监测器106、锁存器110及移位器108中的每一者可知晓在电源102、104之间切换电力时的电压域要求。
图2是根据本发明的实施例的实例开关及实例监测器的更详细说明。
开关204可实施开关110、114。开关204可包含来自锁存器的输入(b)、(c)。开关204可分别连接到第一电压V1及第二电压V2。第一电压V1可表示例如电源102的电源，而第二电压V2可表示例如电源104的电源。
监测器206可实施监测器106。当客户端电压低于两个供应器(电压V1、V2)的最大者时，电流被注入到电路中，所述电流在表示锁存器的下一电路区段中被镜像使用。客户端电压与两个供应器的最大者之间的误差或差越高，那么所产生的电流越高。此可迫使锁存器切换供应器。
图3是根据本发明的实施例的实例移位器及锁存器的更详细说明。移位器208可实施移位器108。锁存器210可实施锁存器110。
移位器208可从监测器206接收电流。从监测器206接收的电流可操纵到二极管连接的晶体管，从而在电流较高时产生较高电压降。所得的信号可驱动锁存器210的栅极。在移位器208顶部上的开关可由锁存器210驱动。此可确保不会有不必要的电流流过二极管连接的装置。
锁存器210可接收两对输入信号。第一对是由电压V1、V2构成，且施加到p沟道装置的源极上。另一对可从移位器208交叉耦合。每一对可施加于另一对的栅极处。锁存器210的输出可施加到开关204以驱动V1与V2之间的切换。
图4说明根据本发明的实施例的系统100在操作期间的实例波形及时序图。
波形402可展示随时间施加到客户端模块116的电压。波形404可展示V1可随时间变化的实例值。波形406可展示V2可随时间变化的实例值。在V2下降到低于V1时，系统的输出可被指派为V1。当V2上升到高于V1时，系统的输出可被指派为V1。到客户端模块116的电压输出可为V2或V1中的较大者。因此，波形402可随时间跟踪波形406、408中的较大者。
波形408可展示在图2到3中表示为“(c)”的锁存器输出，其用于确定V2何时大于V1。波形410可展示在图2到3中表示为“(b)”的锁存器输出，其用于确定V1何时大于V2。
波形412、414可展示移位器输出。
图5说明根据本发明的实施例的系统100在操作期间的另外实例波形及时序图。
波形502及504可说明V1及V2，恰如图4中所展示。波形510及512可说明锁存器输出“(c)”及“(b)”，恰如图4中所展示。
波形506及508可分别说明来自图2到3的锁存器输入“(e)”及“(d)”。
尽管在本发明中展示了特定实施例、选择及配置，但在不背离本发明范围的情况下可对本发明的教示进行修改、添加、删减及其它改变。