电源电路及计量装置的制作方法

本公开涉及一种电源电路以及包含该电路的计量装置。更具体地说（但不限于此），本公开涉及一种电源电路，该电路包括带有或门p沟道晶体管的电池，以及反馈输出网络，该网络可防止通过该或门p沟道晶体管对电池进行反向驱动。

背景技术：

1、图1示意性地展示了一种已知的电源电路100’，该电路通过其输出端子160’向负载供电。输出端子160’通过将电池110’和功率转换器120’的输出进行“或”运算来驱动。功率转换器120’将电池110’的输出电压转换为不同的、更高的电压电平。“或”功能通过连接在电池110’输出端与输出端子160’之间的p沟道金属氧化物半导体场效应晶体管（p-mosfet）130’、以及连接在功率转换器120’输出端与输出端子160’之间的二极管150’来实现。p-mosfet 130’的栅极由控制电路140’驱动，该控制电路可由电池110’供电。电源电路100’能够适应电池输入电压的波动和温度的变化，从而维持恒定且稳定的输出电压。

2、采用p-mosfet 130’代替普通二极管，是为了将电池压降降至最低。当功率转换器120’关闭且电池电流流经直流电阻极低的p-mosfet 130’时，这种设计尤为有利。尽管电源电路100’具有诸多优势，但在电池电压足够低时，有时可能会产生反向驱动电流。更具体地说，当功率转换器120’的输出减去二极管150’的正向压降后，该值比p-mosfet 130’的栅极电压高出p-mosfet 130’的阈值电压vgs(th)时，p-mosfet 130’就会导通而非关断。结果，大电流会逆向流入电池110’的阳极。如果电池110’是一次锂电池，对电池进行反向驱动实质上等同于给电池充电。这会带来极大的危险，因为与二次电池不同，一次锂电池并非被设计用于充电。如果发生这种情况，电池110’的电池内部会产生气体，导致其内部压力升高。这可能会导致电池110’排气，最严重的情况下甚至会发生爆炸。

3、针对此问题的已知解决方案包括：(i)防止电池电压降至足以触发反向驱动电流的水平；以及(ii)使用具有更高 vgs(th) 值的p -mosfet，使其源极处的电压不会被功率转换器120’的输出电压所超过。方案(i)的缺点是会浪费可用的电池能量。虽然方案（ii）可行，但并不理想，因为当电池电压降低时，具有较高vgs(th)的p型mosfet将呈现更高的沟道直流电阻，从而抵消了使用p型mosfet代替二极管实现“或”逻辑功能的目的。此外，具有高vgs(th)的p型mosfet在生产中无法被完美控制，且vgs(th)也会随温度变化而变化。

4、本发明的目的之一是提供一种改进的电源电路，以解决电池反向驱动的问题。

技术实现思路

1、根据本公开的第一方面，提供了一种电源电路，包括：具有第一输入节点和第一输出节点的功率转换器，其中该功率转换器可操作地在第一输入节点处接收输入电压，并在第一输出节点处产生比输入电压电平更高的输出电压；具有第二输出节点的电池，其中第二输出节点与第一输入节点电连接；输出端子；p沟道晶体管，包括第一电极、第二电极和栅极，其中第一电极与第二输出节点电连接，第二电极与输出端子电连接；第一单向导电器件，电连接在第一输出节点与输出端子之间，其中该第一单向导电器件包括第一阳极和第一阴极，且第一阳极与第一输出节点电耦合，第一阴极与输出端子电耦合；以及第二单向导电器件，其电连接于第一输出节点与p沟道晶体管的栅极电极之间，其中，该第二单向导电器件包括第二阳极和第二阴极，且第二阳极与第一输出节点电耦合，第二阴极与栅极电极电耦合。

2、有利地，第二单向导电器件形成了输出反馈网络，该网络在第一输出节点的功率转换器输出电压与p沟道晶体管的栅极电极之间建立了电气连接。借助第二单向导电器件，可将p沟道晶体管栅极电极处的电压控制为略小于或等于输出端子处的电压，从而确保p-通道晶体管的阈值电压不会被突破，从而保持p-通道晶体管处于关断状态。因此，无论电池的电压水平如何，都不会有反向驱动电流通过p沟道晶体管流入电池。因此，使用第二单向导电器件提供了一种低成本且相当简单的解决方案，既可防止可能危及安全的反向驱动电流流入电池，又通过允许电池输出电压降至极低水平来延长电池的使用寿命。

3、应当理解的是，当第一/第二阳极的电压水平高于第一/第二阴极的电压水平时（即正向偏置时），第一/第二单向导电器件允许电流通过；而当第一/第二阳极的电压水平低于第一/第二阴极的电压水平时（即反向偏置时），则阻断电流通过。

4、此外，应当理解的是，该单向导电器件主要沿一个方向导通电流，因此具有非对称导电性。在正常工作条件下（不包括反向击穿），该单向导电器件在一个方向上电阻较低，而在另一个方向上电阻较高。

5、术语“电耦合”包括：在电耦合的元件之间可能存在一个或多个用于信号传输的中间元件。

6、还应理解的是，栅极电极控制第一电极与第二电极之间的电流流动。

7、第一单向导电装置的正向压降可能大于或等于第二单向导电装置的正向压降。

8、第一单向导电器件的类型可以与第二单向导电器件的类型相同。

9、换言之，第一和第二单向导电器件可以由相同的材料制成和/或具有相同的结构。或者，第一和第二单向导电器件可以是不同类型的电子器件。

10、第一和第二单向导电器件中的至少一者可包括二极管。

11、第一和第二单向导电器件中的至少一者可包括肖特基二极管。

12、第一和第二单向导电器件中的至少一者可包括被配置为像二极管一样工作的电路。

13、该电源电路还可包括第三单向导电器件，该器件电连接在p沟道晶体管的第一电极和第二电极之间。该第三单向导电器件可包括第三阳极和第三阴极。第三阳极可与第二输出节点电耦合，第三阴极可与输出端子电耦合。

14、该第三单向导电器件可包括二极管。

15、该p沟道晶体管可以是p沟道金属氧化物半导体场效应晶体管。

16、该功率转换器可以包括直流-直流转换器。

17、该功率转换器可以包括开关模式直流-直流转换器。

18、该开关模式直流-直流转换器可以是开关模式直流-直流升压转换器或开关模式直流-直流降压-升压转换器。

19、电源电路还可包括控制电路，该控制电路被配置为控制p沟道晶体管栅极电极处的电压。该控制电路可由电池供电。

20、该控制电路还可配置为生成使能信号，该信号允许功率转换器的运行。

21、该电源电路还可包括：与第二单向导电器件电连接、并串联在第一输出节点与p沟道晶体管的栅极电极之间的电阻。

22、该电阻可被配置为限制流经控制电路的电流。

23、该电池可包括一次锂电池。

24、该电池可包括氯硫酰锂电池和二氧化锰锂电池中的至少一种。

25、根据本公开的第二方面，提供了一种计量装置，其包括根据本公开的第一方面的电源电路。

26、该计量装置可配置为测量气体和水中的至少一种的用量。

27、该计量装置还可包括：由电源电路供电的无线通信单元。

28、换言之，无线通信单元的电压输入端与电源电路的输出端子电连接。

29、该无线通信单元可包括调制解调器。

30、根据本公开的第三个方面，提供了一种组装电源电路的方法，该电源电路包括功率转换器、电池、输出端子、p沟道晶体管以及第一和第二单向导电器件，其中：该功率转换器具有第一输入节点和第一输出节点，且能够通过第一输入节点接收输入电压，并在第一输出节点产生电压水平高于输入电压的输出电压；电池具有第二输出节点；以及p沟道晶体管包括第一电极、第二电极和栅极电极，该方法包括：将功率转换器的第一输入节点与电池的第二输出节点电连接；将第一单向导电器件电连接在功率转换器的第一输出节点与输出端子之间，其中，第一单向导电器件包括第一阳极和第一阴极，且将第一单向导电器件电连接，包括将第一阳极电连接至第一输出节点，并将第一阴极电连接至输出端子；将p沟道晶体管的第一电极电连接至第二输出节点，并将p沟道晶体管的第二电极电连接至输出端子；并将第二单向导电装置电连接在第一输出节点与p沟道晶体管的栅极电极之间；其中，第二单向导电装置包括第二阳极和第二阴极，且电连接第二单向导电装置，包括将第二阳极电耦合至第一输出节点，并将第二阴极电耦合至栅极电极。

31、此外，应理解的是，术语“第一”、“第二”和“第三”在本公开中仅用于标记相关元件（“单向导电装置”、“输出节点”等），以便于描述，并不意味着对相关元件的顺序、位置或总数施加任何限制。

32、在适当的情况下，上述与本公开的一个方面相关的任何可选特征均可应用于本公开的另一个方面。