CN100426617C

CN100426617C - 可调整过电流水平的过功率保护装置

Info

Publication number: CN100426617C
Application number: CNB2005101137638A
Authority: CN
Inventors: 陈佐民
Original assignee: System General Corp Taiwan
Current assignee: Fairchild Taiwan Corp
Priority date: 2005-10-14
Filing date: 2005-10-14
Publication date: 2008-10-15
Anticipated expiration: 2025-10-14
Also published as: CN1949615A

Abstract

本发明提供一种可调整过电流水平的过功率保护装置，根据驱动信号电平提供不同的预设比较电平，用以判断是否需要进行保护。并通过周期性或闩锁性地截止电源的驱动信号，以进行过功率保护。本发明提供的过电流水平可根据电源负载端的需求而调整。

Description

可调整过电流水平的过功率保护装置

技术领域

本发明涉及一种过功率保护装置，特别涉及一种应用于电源的可调整过电流水平的过功率保护装置。

背景技术

电源提供稳定调整的输出电压与电流。为了符合安全(safety)标准，电源应具备过功率保护功能，以确保于过载、短路与反馈开路等误动作发生期间，通过限制输出功率或进一步停用电源，以达到保护电源本身与电源系统端的目的。

图1为公知电源的电路示意图。电源至少包含有变压器T₁、驱动控制单元14、驱动产生单元10、振荡器12、电流感测电阻R_S及功率开关Q₁。电源的输出端可以取得电压反馈信号V_FB。变压器T₁一次侧切换电流I_P流过电流感测电阻R_S产生电流感测信号V_CS。驱动控制单元14接收电流感测信号V_CS、最大功率信号V_LMT与电压反馈信号V_FB。当电流感测信号V_CS大于最大功率信号V_LMT或电压反馈信号V_FB时，控制清除信号CLR的输出。驱动产生单元10接收振荡器12输出的时钟信号CLK与驱动控制单元14输出的清除信号CLR，用以周期性地截止驱动信号V_PWM，以限制变压器T₁一次侧切换电流I_P与电源的最大输出功率，使电源的输出稳定。

公知应用于打印机与扫描器等具有马达特性的负载的电源，通常会提供一段时间的峰值功率，也就是在一预设时间内允许输出功率大于过电流水平时的输出功率，以满足马达的启动转矩所需的较大的输出功率。该峰值功率通常是最大输出功率的倍数以上，造成主要功率开关与一些耐压耐流元件必须提升电压与电流应力，进而使得成本提高。因此，如何提供电源作适当的保护，并且避免误动作状况的误判，实为重要的课题。此外，由于集成电路的接脚有限，因此峰值功率通常会依据负载需求设定为固定值，所以仅提供给特定的负载使用，并不符合产业所需的通用性。

发明内容

有鉴于此，本发明的可调整过电流水平的过功率保护装置，提供可依据负载需求而调整的峰值功率。本发明的第一优选实施电路包括：一振荡器用以输出时钟信号；一驱动控制单元在电流感测信号超出限定时，输出一清除信号；一驱动产生单元输出可依据清除信号周期性截止电源的一驱动信号；一临界产生单元依据高电位的驱动信号输出一电流限制信号；一过功率比较单元在电流感测信号上升至电流限制信号时，输出一保护信号；一累进触发单元累进计数保护信号到达预设值后，输出一第一截止信号；及一闩锁单元根据该第一截止信号，输出一闩锁信号，以闩锁截止驱动信号，来达到过功率保护的目的。

其中，该驱动产生单元根据该闩锁信号以进行闩锁该驱动信号，并根据该驱动控制单元输出的该清除信号，调整该驱动信号的脉冲宽度；该累进触发单元包括连接至该过功率比较单元与该振荡器的一维持单元，该维持单元接收该保护信号与该时钟信号，用以延迟该保护信号的状态，并输出一个上下计数信号，连接至该维持单元的一切换开关，该切换开关接收该上下计数信号，根据该保护信号是否启用而输出导通或截止状态，通过该切换开关连接至一充电电流源的一可变电容，依据该切换开关的导通状态取得一充电电流，用以输出一充电电压，并且该可变电容通过该切换开关连接至一放电电流源，该放电电流源依据该切换开关的截止状态，用以对该可变电容进行放电，及一延迟比较器，连接至该可变电容与一第四临界信号，通过比较该充电电压与该第四临界信号，并于该充电电压大于该第四临界信号时产生该第一截止信号平；该累进触发单元累进计数的持续时间通过该可变电容调整；该临界产生单元由一过电流电源通过一第一可控开关连接一可变阻抗组成，该第一可控开关受控于高电位的该驱动信号而导通，使该过电流电源输出的电流于该可变阻抗上产生该电流限制信号；该电流限制信号的大小通过该可变阻抗调整；该过功率保护装置至少具有一电压反馈端、一电流检测端、一电源输入端、一驱动信号端、一过功率/温度保护端与一可调延迟时间端。

本发明的第二优选实施例相较于第一优选实施例，进一步包括有一过温保护单元与连接单元，过温保护单元依据低电位的驱动信号判断过温状态是否产生，并以一第二截止信号表示过温状态产生。而连接单元则依据该第二截止信号或该第一截止信号，用以闩锁驱动信号以对电源进行过功率保护与过温度保护。

其中，该过温保护单元包括通过一电平二极管连接到该驱动产生单元并通过该临界产生单元中的一可变阻抗连接到一接地端的一温度感测元件，通过一第二可控开关连接到该可变阻抗的一过温度电源，该第二可控开关通过一反向器连接到该驱动产生单元，及连接于该可变阻抗的一过温比较器，比较该过温临界信号与该可变阻抗上的该温度限制信号，并通过一第三可控开关连接到该连接单元，该第三可控开关通过该反向器连接到该驱动产生单元；在该驱动产生单元输出低电位的驱动信号时，该电平二极管、该第二可控开关及该第三可控开关导通，该过温比较器于该温度限制信号下降至该过温临界信号时输出该第二截止信号；该累进触发单元包括连接至该过功率比较单元与该振荡器的一维持单元，该维持单元接收该保护信号与该时钟信号，用以延迟该保护信号的状态，并输出一个上下计数信号，连接至该维持单元的一切换开关，接收该上下计数信号，并根据该保护信号是否启用而输出导通或截止状态，通过该切换开关连接至一充电电流源的一可变电容，依据该切换开关的导通状态取得一充电电流，用以输出一充电电压，该可变电容并通过该切换开关连接至一放电电流源，该放电电流源依据该切换开关的截止状态，用以对该可变电容进行放电，及连接至该可变电容与一第四临界信号的一延迟比较器，通过比较该充电电压与该第四临界信号，并于该充电电压大于该第四临界信号时产生该第一截止信号；其中该累进触发单元累进计数的持续时间通过该可变电容调整；该临界产生单元由一过电流电源通过该第一可控开关连接该可变阻抗与一第四可控开关所组成，该第一可控开关与该第四可控开关受控于高电位的该驱动信号而导通，使得该过电流电源输出的电流于该可变阻抗上产生该电流限制信号；该电流限制信号与该温度限制信号的大小通过该可变阻抗调整；过功率保护装置至少具有一电压反馈端、一电流检测端、一电源输入端、一驱动信号端、一过功率/温度保护端与一可调延迟时间端。

按照本发明的可调整过电流水平的过功率保护装置，可使电源于不同的误动作发生时进行保护动作，通过累进计数误动作发生的持续时间，可避免负载端于特定时间内需较大额定输出功率时进行不当的保护，并且电流限制信号的电平可根据使用需求自行调整。

以上的概述与接下来的详细说明皆为示范性质，是为了进一步说明本发明的权利要求。而有关本发明的其他目的与优点，将在后续的说明与附图加以阐述。

附图说明

图1为公知电源的电路示意图；

图2为本发明第一优选实施例应用于电源的示意图；

图3为本发明第二优选实施例应用于电源的示意图；

图4为本发明进行过功率保护时的电路波形示意图；及

图5为本发明累进触发单元的优选实施例的示意图。

其中，附图标记说明如下：

现有技术：

变压器T₁ 驱动产生单元10

切换电流I_P 振荡器12

感测电阻R_S 驱动控制单元14

电流感测信号V_CS 电压反馈信号V_FB

最大功率信号V_LMT 时钟信号CLK

驱动信号V_PWM 功率开关Q₁

供应电压V_IN 清除信号CLR

本发明：

驱动产生单元10 闩锁单元21

振荡器22 过功率比较单元23

闩锁信号LATCH 驱动控制单元25

累进触发单元28 可变电容285

临界产生单元30 过电流电源I_OCP

第一可控开关302 可变阻抗303

保护信号S_PT 清除信号CLR

供应电源V_DD 第一截止信号S_OFF1

驱动信号V_PWM 电流感测信号V_CS

时钟信号CLK 变压器T₁

功率开关Q₁ 电流限制信号V_T1

电压反馈信号V_FB 最大功率临界信号V_T2

过温保护单元32 反向器321

温度感测元件322 电平二极管323

第二可控开关324 过温比较器325

第三可控开关326 连接单元40

第四可控开关304 过温度电源I_OTP

具体实施方式

图2为本发明的第一优选实施例应用于电源的示意图。第一优选实施例仅在高电位的驱动信号V_PWM下提供可调整的电流限制信号V_T1，以进行过功率状态的判断与保护，以满足特定负载在启动瞬间需要较大的输出功率的情况。

第一优选实施例包括：一振荡器22，用以输出时钟信号CLK；一驱动控制单元25，用以接收电源的电流感测信号V_CS、电压反馈信号V_FB及最大功率临界信号V_T2，当电流感测信号V_CS上升到最大功率临界信号V_T2或电压反馈信号V_FB时，输出一低电位的清除信号CLR；一驱动产生单元10，连接至振荡器22与驱动控制单元25，接收该时钟信号CLK，据以输出一驱动信号V_PWM，并在低电位的清除信号CLR产生时，调整驱动信号V_PWM的脉冲宽度。

一临界产生单元30连接至驱动产生单元10，接收高电位的驱动信号V_PWM，用以输出一电流限制信号V_T1，临界产生单元30可由过电流电源I_OCP通过第一可控开关302连接可变阻抗303组成，其中第一可控开关302的导通受控于高电位的驱动信号V_PWM，过电流电源I_OCP输出的电流于可变阻抗303上产生电流限制信号V_T1，其中调整可变阻抗303便可根据负载的需求建立不同的电流限制信号V_T1。一过功率比较单元23，连接临界产生单元30，接收电流限制信号V_T1与电流感测信号V_CS，并在电流感测信号V_CS上升到电流限制信号V_T1时，输出一低电位的保护信号S_PT；一累进触发单元28，连接至过功率比较单元23与振荡器22，接收保护信号S_PT与时钟信号CLK，并在累进计数该保护信号S_PT到达一预设值后，输出一第一截止信号S_OFF1。一闩锁单元21，连接至累进触发单元28与驱动产生单元10，根据第一截止信号S_OFF1输出一闩锁信号LATCH到驱动产生单元10，驱动产生单元10接收到闩锁信号LATCH时，将停止输出驱动信号V_PWM到功率开关Q₁，以进行闩锁保护。当电源受到闩锁保护时，其输出端所耦接的电子装置将无法正常运作。上述闩锁单元21进行闩锁保护为公知技术，在此不再赘述。由于第一截止信号S_OFF1累进计数后产生，因此第一优选实施例可避免负载端于特定时间内需较大输出功率时进行不当的保护。

图3为本发明第二优选实施例应用在电源中的示意图。第二优选实施例在高电位的驱动信号V_PWM下提供一电流限制信号V_T1，作为电源是否必须进行过功率保护的比较电平；在低电位的驱动信号V_PWM下提供一温度限制信号V_T3，作为电源是否必须进行过温度保护的比较电平。因此当第二优选实施例应用于电源时，电源于正常工作下，便可达到过功率与过温度保护的效果。

配合图2，再参考图3，第二优选实施例相较于第一优选实施例除了增加一过温保护单元32、一连接单元40与临界产生单元30的元件组成不同外，其它单元的电路以及动作原理与特性都与第一优选实施例相同，以下仅就其与第一优选实施例不同之处说明。

过温保护单元32包括有温度感测元件322、电平二极管323、过温度电源I_OTP、第二可控开关324、反向器321、第三可控开关326以及过温比较器325。温度感测元件322通过电平二极管323连接到驱动产生单元10，并通过可变阻抗303连接到一接地端GND。过温度电源I_OTP通过第二可控开关324连接到可变阻抗303与温度感测元件322之间，同时，第二可控开关324通过反向器321连接到驱动产生单元10。过温比较器325的一接收端连接可变阻抗303与温度感测元件322以及第二可控开关324的接点，另一接收端接收过温临界信号V_RT，其输出端通过第三可控开关326连接到连接单元40。第三可控开关326通过反向器321连接到驱动产生单元10。

当驱动产生单元10输出低电位的驱动信号V_PWM时，电平二极管323、第二可控开关324与第三可控开关326导通，过温度电源I_OTP输出的电流于可变阻抗303上产生温度限制信号V_T3，当温度限制信号V_T3低于过温临界信号V_RT时，过温比较器325输出高电位的第二截止信号S_OFF2。温度感测元件322具有负电阻特性，当温度感测元件322感应到温度升高时，具有负电阻特性的温度感测元件322与可变阻抗303为并联，同时使得可变阻抗303上的温度限制信号V_T3降低，进而达成过温度保护的目的。

再参考图3，本第二优选实施例中，临界产生单元30由过电流电源I_OCP通过第一可控开关302连接第四可控开关304与可变阻抗303组成。该第一可控开关302与第四可控开关304受控于高电位的驱动信号V_PWM而导通，使得过电流电源I_OCP输出的电流于可变阻抗303上产生电流限制信号V_T1。

配合图2与图3，图4为本发明进行过功率保护的电路波形示意图。当驱动产生单元10输出高电位的驱动信号V_PWM时，功率开关Q₁导通，电流感测信号V_CS会自时间T1渐渐增加。在时间T2时，电流感测信号V_CS达到电流限制信号V_T1，此时过功率比较单元23输出低电位的保护信号S_PT到累进触发单元28。接着，累进触发单元28开始进行累进计数的动作，以准备对驱动产生单元10进行闩锁。然后，在时间T3时，电流感测信号V_CS达到最大功率临界信号V_T2，驱动控制单元25产生低电位的过功率信号OC，并输出低电位的清除信号CLR到驱动产生单元10，使驱动信号V_PWM切换为低电位(时间T3～T4)，进而周期性截止功率开关Q₁的驱动信号，以进行保护动作。

配合图2与图3，请参考图5，图5为本发明累进触发单元的优选实施例的示意图。累进触发单元28是由维持单元284、可变电容285、切换开关283、充电电流源288、放电电流源289与延迟比较器287组成。当维持单元284接收到过功率比较单元23产生低电位的保护信号S_PT时，为了防止接收到瞬间的接地弹跳或切换突波的噪声，维持单元284需要配合振荡器22产生的时钟信号CLK，用来延迟该保护信号S_PT的状态，并输出高电平的上下计数信号UP/DOWN，致使切换开关283切换至导通状态。

切换开关283连接至维持单元284，根据保护信号S_PT是否启用，受控于维持单元284输出的上下计数信号UP/DOWN，以输出导通或截止状态。可变电容285通过切换开关283连接至充电电流源288，依据切换开关283的导通状态得到充电电流I_CH以建立一充电电压V_CH。当可变电容285上的充电电压V_CH大于第四临界信号V_T4时，延迟比较器287将输出高电位的第一截止信号S_OFF1。

相反地，当过功率比较单元23停止保护信号S_PT的产生时，维持单元284将向下计数，并输出低电位的上下计数信号UP/DOWN，切换开关283将切换至截止状态，可变电容285所储存的充电电压V_CH将通过放电电流源289开始进行放电，并在充电电压V_CH小于截止第四临界信号V_T4时停止输出第一截止信号S_OFF1。由此可知，通过调整可变电容285的电容值将可改变累进计数的持续时间，可避免负载端于特定时间内需较大额定输出功率时进行不当的保护。

再参考图2，本发明可调整过电流水平的过功率保护装置至少具有电压反馈端(FB)、电流检测端(SENSE)、电源输入端(VDD)、驱动信号端(GATE)、过功率/过温度保护端(OCP/RT)与可调延迟时间端(CT)等六个接脚。因此电流感测信号V_CS、电压反馈信号V_FB、供应电源V_DD可分别由电流检测端、电压反馈端、电源输入端所感测接收。而可变阻抗303与可变电容285连接至过功率/过温度保护端与可调延迟时间端。

综上所述，本发明不仅提供电源于不同的误动作(过载、短路与反馈开路等)发生时，进行保护动作，通过累进计数误动作发生的持续时间，可避免负载端于特定时间内需较大额定输出功率时进行不当的保护；且电流限制信号的电平可根据使用需求自行调整。

然而，以上所述仅为本发明最佳的具体实施例的详细说明与附图，并非用以限制本发明，但本发明的特征并不局限于此。本发明的所有范围应以下述的权利要求为准，凡合于本发明权利要求的精神与其类似变化的实施例，皆应包含于本发明的范畴中，本技术领域的技术人员可轻易思及的变化或修改皆可涵盖在以下本发明的权利要求内。

Claims

1. 一种可调整过电流水平的过功率保护装置，使用于一电源中，其特征在于，包括：

一振荡器，输出一时钟信号；

一驱动控制单元，接收该电源中的一电流感测信号、一电压反馈信号及一最大功率临界信号，用以输出一清除信号；

一驱动产生单元，连接于该振荡器与该驱动控制单元，接收该时钟信号与该清除信号，用以输出一驱动信号；

一临界产生单元，连接于该驱动产生单元，依据高电位的该驱动信号，用以输出可调整的一电流限制信号；

一过功率比较单元，连接于该临界产生单元，接收比较该电流限制信号与该电流感测信号，并于该电流感测信号上升至该电流限制信号时，输出一保护信号；

一累进触发单元，连接于该过功率比较单元与该振荡器，接收该保护信号与该时钟信号，用以累进计数该保护信号，在该保护信号的计数到达一预设值后，输出一第一截止信号；及

一闩锁单元，连接于该累进触发单元与该驱动产生单元，接收该第一截止信号，用以输出一闩锁信号到该驱动产生单元；

其中该驱动产生单元根据该闩锁信号闩锁该驱动信号，并根据该驱动控制单元输出的该清除信号，调整该驱动信号的脉冲宽度。

2. 如权利要求1所述的可调整过电流水平的过功率保护装置，其特征在于，该累进触发单元，包括：

一维持单元，连接至该过功率比较单元与该振荡器，接收该保护信号与该时钟信号，用以延迟该保护信号的状态，并输出一个上下计数信号；

一切换开关，连接至该维持单元，接收该上下计数信号，根据该保护信号是否启用而输出导通或截止状态；

一可变电容，通过该切换开关连接至一充电电流源，依据该切换开关的导通状态取得一充电电流，用以输出一充电电压，并且该可变电容通过该切换开关连接至一放电电流源，该放电电流源依据该切换开关的截止状态，用以对该可变电容进行放电；及

一延迟比较器，连接至该可变电容与一第四临界信号，通过比较该充电电压与该第四临界信号，并于该充电电压大于该第四临界信号时产生该第一截止信号；

其中该累进触发单元累进计数的持续时间通过该可变电容调整。

3. 如权利要求1所述的可调整过电流水平的过功率保护装置，其特征在于，该临界产生单元由一过电流电源通过一第一可控开关连接一可变阻抗组成，该第一可控开关受控于高电位的该驱动信号而导通，使该过电流电源输出的电流于该可变阻抗上产生该电流限制信号。

4. 如权利要求3所述的可调整过电流水平的过功率保护装置，其特征在于，该电流限制信号的大小通过该可变阻抗调整。

5. 如权利要求1所述的可调整过电流水平的过功率保护装置，其特征在于，该过功率保护装置至少具有一电压反馈端、一电流检测端、一电源输入端、一驱动信号端、一过功率/温度保护端与一可调延迟时间端。

6. 一种可调整过电流水平的过功率保护装置，使用于一电源中，其特征在于，包括：

一振荡器，输出一时钟信号；

一过温保护单元，连接于该驱动产生单元，接收一过温临界信号，并依据低电位的该驱动信号，判断一温度限制信号低于该过温临界信号时，输出一第二截止信号；

一累进触发单元，连接于该过功率比较单元与该振荡器，接收该保护信号与该时钟信号，用以累进计数该保护信号，在该保护信号的计数到达一预设值后，输出一第一截止信号；

一连接单元，连接于该过温保护单元与该累进触发单元，接收该第二截止信号与该第一截止信号，执行或门的逻辑运算，用以输出一第三截止信号；及

一闩锁单元，连接于该连接单元与该驱动产生单元，接收该第三截止信号，输出一闩锁信号到该驱动产生单元；

其中该驱动产生单元根据该闩锁信号闩锁该驱动信号，并根据该驱动控制单元输出的该清除信号调整该驱动信号的脉冲宽度。

7. 如权利要求6所述的可调整过电流水平的过功率保护装置，其特征在于，该过温保护单元包括：

一温度感测元件，通过一电平二极管连接到该驱动产生单元，以及通过该临界产生单元中的一可变阻抗连接到一接地端；

一过温度电源，通过一第二可控开关连接到该可变阻抗，该第二可控开关通过一反向器连接到该驱动产生单元；及

一过温比较器，连接于该可变阻抗，比较该过温临界信号与该可变阻抗上的该温度限制信号，并通过一第三可控开关连接到该连接单元，该第三可控开关通过该反向器连接到该驱动产生单元；

在该驱动产生单元输出低电位的驱动信号时，该电平二极管、该第二可控开关及该第三可控开关导通，该过温比较器于该温度限制信号下降至该过温临界信号输出该第二截止信号。

8. 如权利要求6所述的可调整过电流水平的过功率保护装置，其特征在于，该累进触发单元包括：

一切换开关，连接至该维持单元，接收该上下计数信号，并根据该保护信号是否启用而输出导通或截止状态；

9. 如权利要求6所述的可调整过电流水平的过功率保护装置，其特征在于，该临界产生单元由一过电流电源通过一第一可控开关连接一可变阻抗与一第四可控开关所组成，该第一可控开关与该第四可控开关受控于高电位的该驱动信号而导通，使得该过电流电源输出的电流于该可变阻抗上产生该电流限制信号。

10. 如权利要求6所述的可调整过电流水平的过功率保护装置，其特征在于，该电流限制信号与该温度限制信号的大小通过一可变阻抗调整。

11. 如权利要求6所述的可调整过电流水平的过功率保护装置，其特征在于，该过功率保护装置至少具有一电压反馈端、一电流检测端、一电源输入端、一驱动信号端、一过功率/温度保护端与一可调延迟时间端。