CN101470141B - 过电流侦测装置 - Google Patents

Abstract

本发明揭露一种过电流侦测装置，提供一第一反闸与第二反闸，将第一数字信号与第二数字信号反向，之后用一互补式金氧半电晶体接收此反向后的信号，并驱动一负载，而当该负载的电流过大时，就有一比较电路可以侦测负载上的过电流，并同时与反向后的第一数字信号与第二数字信号比较，之后就输出一第一电信号与一第二电信号，分别给一第一逻辑闸与第二逻辑闸，逻辑闸所输出的讯号则会供给一保护电路，让此保护电路控制负载上的电流，使整个电路不至于烧毁、故障。本发明不但侦测过电流较为准确、有效率，又可以跟互补式金氧半电晶体整合在一起，符合电路省电且愈做愈小的时代趋势。

Description

过电流侦测装置

技术领域

本发明是有关一种侦测装置，特别是关于一种过电流侦测装置。

背景技术

近年来积体电路技术盛行，所以互补式金氧半电晶体的应用普遍使用在各种电子元件上，比如一种音频讯号的D类放大器，该放大器为一种高效率的放大器，输出只有两种状态(1或0)，常用来驱动高负载的扬声器。由于这种放大器的功率转换效能极高，因此近年来广泛用于可携式的电子产品上，这样一来，可利用放大器的省电性质，使电子产品使用时间延长，并减少大电量电池的使用机会，让电子产品在携带上更为便利。

如图1现有技术，一般D类放大器主要是利用一电流侦测器去侦测负载上的电流，当此电流值超过某一设定值，就会启动一保护电路。这样的架构通常需要一个运算放大器10与一个侦测电阻12，此运算放大器10会将该侦测电阻12的两端电压作为输入，以输出另一电压讯号启动保护电路，而且此种类比式电路通常还会用到双载子接面电晶体，效率较差。

因此，本发明针对上述的困扰，提出一种过电流侦测装置，不仅在数字信号的提供下侦测变得较有效率，而且在电路愈做愈小的趋势下，也不会出现制作上的障碍。

发明内容

本发明是提供一种过电流侦测装置，以解决现有技术中电路效率较差等问题。

本发明的主要目的，在于提供一种过电流侦测装置，其应用数字电路的特性和多位信号的输入，来随时有效并准确地侦测负载上的过电流。

本发明的另一目的，在于提供一种过电流侦测装置，其可以跟互补式金氧半电晶体整合在一起，符合现今电路省电且愈做愈小的趋势。

为达上述目的本发明提供一种过电流侦测装置，包含一第一反闸与一第二反闸，其输入端分别接收一第一数字信号与一第二数字信号，并将该第一数字信号与第二数字信号反向，而该第一反闸与一第二反闸的输出端分别连接一互补式金氧半电晶体，用来接收反向后的第一数字信号与第二数字信号，以驱动负载。另外互补式金氧半电晶体与反闸单元的输出端都连接到一比较电路，该比较电路通过二端分别接收反向后的第一数字信号与第二数字信号并侦测负载上的电流，再来将该负载上的侦测结果分别与二端的第一数字信号与第二数字信号比较之后，以选择性输出一第一电信号与一第二电信号，最后利用连接该比较电路的第一逻辑闸与第二逻辑闸，使其在分别接收第一电信号与第二电信号并与数字信号作用之后，输出第一讯号与第二讯号给一保护电路。

与现有技术相比，本发明提供一种过电流侦测装置，具有在数字信号的提供下侦测过电流较为准确，更有效率，电路愈做愈小的优点。

附图说明

图1是现有技术过电流侦测装置电路示意图；

图2是本发明的装置电路示意图；

图3a是本发明的部分装置电路示意图；

图3b是本发明部分节点的讯号波形示意图；

图4a是本发明另一部分装置电路示意图；

图4b是本发明另一部分节点的讯号波形示意图。

主要元件符号说明如下：

10运算放大器            12侦测电阻

14第一反闸              16第二反闸

18P型金氧半场效电晶体   20N型金氧半场效电晶体

22负载                  24P型金氧半场效电晶体

26第一电阻              28第二电阻

30第三电阻                32第四电阻

34N型金氧半场效电晶体     36第一比较器

38第二比较器              40反或闸

42及闸                    44负载

46负载                    50互补式金氧半场效电晶体

52比较电路                522第一比较电路

524第二比较电路           54第一逻辑闸

56第二逻辑闸              28多工器

具体实施方式

图2为本发明的装置电路示意图，本发明的装置电路包含第一反闸14与第二反闸16，并分别在其输入端接收一第一数字信号与一第二数字信号，并将两者反向，其中该第一数字信号与该第二数字信号可为同一数字信号或不同数字信号。

第一反闸14与第二反闸16的输出端连接一互补式金氧半电晶体50，用来接收反向后的第一数字信号与第二数字信号，以驱动负载22，此互补式金氧半电晶体50包含一P型金氧半场效电晶体18与一N型金氧半场效电晶体20。该互补式金氧半电晶体50与第一反闸14与第二反闸16的输出端分别连接到一比较电路52，而该比较电路52通过二端分别接收反向后的第一数字信号与第二数字信号并侦测负载22上的电流，再来将负载22上的侦测结果分别与二端的第一数字信号与第二数字信号比较之后，以选择性输出一第一电信号与一第二电信号；此比较电路52包含了第一比较电路522与第二比较电路524，分别产生第一电信号与第二电信号，而第一比较电路522包含了一P型金氧半场效电晶体24、第一电阻26、第二电阻28与第一比较器36，第二比较电路524包含了一N型金氧半场效电晶体34、第三电阻30、第四电阻32与第二比较器38。另外有一第一逻辑闸54，在其输入端连接比较电路52，且接收第一数字信号以及第一电信号，以在其输出端输出第一讯号，还有一第二逻辑闸56，在其输入端连接比较电路52，且接收该第二数字信号以及该第二电信号，以在其输出端输出第二讯号。此第一逻辑闸54可为反或闸(NORGate)40，而第二逻辑闸56可为及闸(AND Gate)42。其中第一比较器36的负输入端连接至第二比较器38的正输入端，P型金氧半场效电晶体18的汲极连接至N型金氧半场效电晶体20的汲极，而负载22的同一端分别连接至P型金氧半场效电晶体18的汲极与N型金氧半场效电晶体20的汲极的连接处和第一比较器36的负输入端与第二比较器38的正输入端的连接处，另一端则连接至一参考电压VREF。

再来说明细节上的电路，P型金氧半场效电晶体18的源极接至一直流电压VDD，而闸极连接至第一反闸14的输出端，该P型金氧半场效电晶体18的闸极又连接到另一P型金氧半场效电晶体24的闸极，此P型金氧半场效电晶体24的源极接至直流电压VDD，汲极连接至第一电阻26的一端，而第一电阻26的另一端则通过第二电阻28连到P型金氧半场效电晶体18的汲极。第一比较器36的正、负输入二端分别跨接在第二电阻28的两端，其中正输入端连接在第一电阻26与第二电阻28之间，而该第一比较器36的输出端连接至一反或闸(NOR Gate)40的输入端，该反或闸(NOR Gate)40的输入端也同时接收第一数字信号，最后在其输出端输出第一讯号。N型金氧半场效电晶体20的源极接地，而闸极连接至第二反闸16的输出端，此第二反闸16的输入端是用来接收一第二数字信号；该N型金氧半场效电晶体20的闸极又连接到另一N型金氧半场效电晶体34的闸极，此N型金氧半场效电晶体34的源极接地，汲极连接至第四电阻32的一端，而第四电阻32的另一端则通过第三电阻30连到N型金氧半场效电晶体20的汲极。一第二比较器38的正、负输入二端分别跨接在第三电阻30的两端，其中负输入端连接在第三电阻30与第四电阻32之间，而该第二比较器38的输出端连接至一及闸(ANDGate)42的输入端，该及闸(AND Gate)42的输入端也同时接收第二数字信号，最后在其输出端输出第二讯号。

如果P型金氧半场效电晶体18是导通的，且当负载22短路到地或负载22过小，以致产生过电流时，则侦测过电流的动作就会由上半部分的电路去侦测；若N型金氧半场效电晶体20是导通的，且当负载22短路到直流电压VDD或负载22过小，以致产生过电流时，则侦测过电流的动作就会由下半部分的电路去侦测，因为数字信号只能让其中一个导通，所以很适合整合在使用互补式金氧半电晶体的电路上。

上半部分的电路的详细作动可以独立说明，请同时参阅图3a与图3b，其中负载46的一端只连接到P型金氧半场效电晶体18的汲极，而另一端连接至地；图3b显示出V_1p、V_2p、V_12p、V_op以及V_outp的讯号波形图，请看时间点T₁之前的波形，当V_1p是一低准位的数字讯号时，V_2p为一高准位的数字讯号，而此时P型金氧半场效电晶体18与P型金氧半场效电晶体24皆未导通，所以V_12p是为一低准位的数字讯号，且此时第一比较器36的输入端并没有跨电压存在，也就是没有超过第一比较器36的临界电压，因此V_op也是一高准位的数字讯号，最后因为反或闸(NOR Gate)40的输入端是由V_op跟V_1p所输入，所以V_outp输出一低准位的数字讯号。请继续参阅时间点T₁与T₂之间的波形，当V_1p为一高准位的数字讯号，V_2p就为一低准位的数字讯号，但是因为第一反闸14本身在讯号输出上有些延迟，所以在初期波形有缓慢下降的趋势，在此时P型金氧半场效电晶体14与P型金氧半场效电晶体24皆导通，所以V_12p的电压往上升，升至一高准位就保持平行，而且此时第一比较器36的输入端的跨电压没有超过该第一比较器36所设定的临界电压，因此V_op也是一高准位的数字讯号，同时因应V_op与V_1p的讯号输入，V_outp提供了一低准位的数字讯号。但是当负载46上的电流过大时，V_12p的电压就会下降，如短虚线所示，而此时第一比较器36的输入端的跨电压超过该第一比较器36所设定的临界电压，因此V_op变为一低准位的数字讯号，然而比较器本身对讯号也有延迟的特性存在，所以会隔一段时间才降至低准位的数字讯号，如短虚线所示，而因应V_op与V_1p的讯号输入，V_outp提供了一低准位的数字讯号。请继续参阅时间点T₂之后的波形，当V_1p降至一低准位的数字讯号，而V_2p也逐渐升至一高准位的数字讯号，V_12p也慢慢恢复一低位准的数字信号，而V_op因为比较器对讯号特性延迟的关系，所以会过一段时间才升至高准位的数字讯号，而因应V_op与V_1p的讯号输入，V_outp提供了一正脉冲讯号。而此正脉冲讯号可以传送给一保护电路，使其保护整个电路不致烧毁。其中若要设定过电流的极限值，使负载上的电流超过此极限值就必须输出正脉冲讯号，则可以由第一电阻26与第二电阻28的阻值大小去设定，若第二电阻28较第一电阻26大，则第二电阻28的跨压就比较容易超过第一比较器36的临界电压，而使反或闸(NOR Gate)40输出正脉冲讯号。

下半部分的电路的详细作动也可以独立说明，请同时参阅图4a与图4b，其中负载44的一端只连接到N型金氧半场效电晶体20的汲极，而另一端连接至直流电压V_DD；图4b显示出V_1n、V_2n、V_12n、V_on以及V_outn的讯号波形图，请看时间点T₁之前的波形，当V_1n是一高准位的数字讯号时，V_2n为一低准位的数字讯号，而此时N型金氧半场效电晶体20与N型金氧半场效电晶体34皆未导通，所以V_12n是为一高准位的数字讯号，且此时第二比较器38的输入端并没有跨电压存在，也就是没超过第二比较器38的临界电压，因此V_on也是一低准位的数字讯号，最后因为及闸(AND Gate)42的输入端是由V_on跟V_1n所输入，所以V_outn输出一低准位的数字讯号。请继续参阅时间点T₁与T₂之间的波形，当V_1n为一低准位的数字讯号，V_2n就为一高准位的数字讯号，但是因为第二反闸16本身在讯号输出上有些延迟，所以在初期波形有缓慢上升的趋势，在此时N型金氧半场效电晶体20与N型金氧半场效电晶体34皆导通，所以V_12n的电压往下降，降至一低准位就保持平行，而且此时第二比较器38的输入端的跨电压没有超过该第二比较器38所设定的临界电压，因此V_on也是一低准位的数字讯号，同时因应V_on与V_1n的讯号输入，V_outn提供了一低准位的数字讯号。但是当负载44上的电流过大时，V_12n的电压就会升高，如短虚线所示，而此时第二比较器38的输入端的跨电压超过该第二比较器38所设定的临界电压，因此V_on变为一高准位的数字讯号，其中第二比较器38与第一比较器36有一差异处，也就是当第二比较器38的输入端跨电压大于其临界电压时，会输出一高准位的数字讯号，而当第一比较器36的输入端跨电压大于其临界电压时，会输出一低准位的数字讯号；然而比较器本身对讯号也有延迟的特性存在，所以会隔一段时间才升至高准位的数字讯号，如短虚线所示，而因应V_on与V_1n的讯号输入，V_outn提供了一低准位的数字讯号。请继续参阅时间点T₂之后的波形，当V_1n升至一高准位的数字讯号，而V_2n也逐渐降至一低准位的数字讯号，V_12n也慢慢恢复一高位准的数字信号，而V_on因为比较器对讯号特性延迟的关系，所以会过一段时间才降至低准位的数字讯号，而因应V_on与V_1n的讯号输入，V_outn提供了一正脉冲讯号。而此正脉冲讯号可以传送给一保护电路，使其保护整个电路不致烧毁。其中若要设定过电流的极限值，使负载上的电流超过此极限值就必须输出正脉冲讯号，则可以由第三电阻30与第四电阻32的阻值大小去设定，若第三电阻30较第四电阻32大，则第三电阻30的跨压就比较容易超过第二比较器38的临界电压，而使及闸(AND Gate)42输出正脉冲讯号。

综上所述，本发明应用数字电路的特性和数字信号的输入，来随时有效并准确地侦测负载上的过电流，而且可以跟互补式金氧半电晶体整合在一起，符合现今电路省电且愈做愈小的趋势。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思的的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种过电流侦测装置，其特征在于，连接一负载，该过电流侦测装置包含：

一第一反闸，其输入端接收一第一数字信号，并将该第一数字信号反向；

一第二反闸，其输入端接收一第二数字信号，并将该第二数字信号反向；

一互补式金氧半电晶体，其由两端分别连接该第一反闸与该第二反闸的输出端，用来接收反向后的该第一数字信号与该第二数字信号，以驱动该负载；

一比较电路，其连接该互补式金氧半电晶体与该第一反闸与该第二反闸的输出端，该比较电路通过二端分别接收反向后的该第一数字信号与该第二数字信号并侦测该负载上的电流，再来将该负载上的侦测结果分别与二端的反向后的该第一数字信号与该第二数字信号比较之后，以选择性输出一第一电信号与一第二电信号；

一第一逻辑闸，其在其输入端连接该比较电路，且接收该第一数字信号以及该第一电信号，以在其输出端输出第一讯号；以及

一第二逻辑闸，其在其输入端连接该比较电路，且接收该第二数字信号以及该第二电信号，以在其输出端输出第二讯号。

2.如权利要求1所述过电流侦测装置，其特征在于，该互补式金氧半电晶体包含：

一P型金氧半场效电晶体，其将其闸极连接该第一反闸的输出端，而其源极连接一直流电压；以及

一N型金氧半场效电晶体，其将其闸极连接该第二反闸的输出端，其源极连接一参考电压，而其汲极分别连接至该P型金氧半场效电晶体的汲极与该负载。

3.如权利要求1所述过电流侦测装置，其特征在于，该比较电路包含：一第一比较电路以及一第二比较电路，分别产生该第一电信号与该第二电信号，而该第一数字信号与该第二数字信号为同一数字信号或不同数字信号。

4.如权利要求3所述过电流侦测装置，其特征在于，该第一比较电路还包含：

一P型金氧半场效电晶体，其将其闸极连接至该第一反闸的输出端，而其源极连接一直流电压；

一第一电阻，其一端连接该P型金氧半场效电晶体的汲极；

一第二电阻，其一端连接该第一电阻的另一端，而另一端分别连接至该第二比较电路与该负载；以及

一第一比较器，其正输入端与负输入端跨接在该第二电阻的二端，而该正输入端连接在该第一电阻与第二电阻之间，并用来输出该第一电信号，其中该第二电阻的跨电压比该第一电阻的跨电压更接近该第一比较器的临界电压。

5.如权利要求3所述过电流侦测装置，其特征在于，该第二比较电路更包含：

一第三电阻，其一端分别连接至该第一比较电路与该负载；

一第四电阻，其一端连接该第三电阻的另一端；

一N型金氧半场效电晶体，其将其闸极连接至该第二反闸的输出端，其源极连接一参考电压，而其汲极连接该第四电阻的另一端；

以及

一第二比较器，其正输入端与负输入端跨接在该第三电阻的二端，而该第二比较器的负输入端连接在该第三电阻与第四电阻之间，并用来输出该第二电信号，其中该第三电阻的跨电压比该第四电阻的跨电压更接近该第二比较器的临界电压。

6.如权利要求5所述过电流侦测装置，其特征在于，当该第二数字信号为低位准，又该负载上的电流过大时，该第二电信号为一高位准的数字信号，而当该第二数字信号由低位准升至高位准时，该第二讯号为一正脉冲讯号。

7.如权利要求4所述过电流侦测装置，其特征在于，当该第一数字信号为高位准，又该负载上的电流过大时，该第一电信号为一低位准的数字信号，而当该第一数字信号由高位准降至低位准时，该第一讯号为一正脉冲讯号。

8.如权利要求1所述过电流侦测装置，其特征在于，该第一讯号与该第二讯号各为一正脉冲讯号或一低位准的数字讯号。

9.如权利要求1所述过电流侦测装置，其特征在于，该第一逻辑闸为一反或闸，而该第二逻辑闸为一及闸。

10.如权利要求1所述过电流侦测装置，其特征在于，该负载的同一端分别连接至该互补式金氧半电晶体与该比较电路，其另一端连接一参考电压。

Images