CN102088183B - 具有闭锁控制功能的保护电路 - Google Patents

Abstract

一种具有闭锁功能的保护电路；此保护电路应用于一电路系统，包括一比较单元与一逻辑门；其中，比较单元依据一状态信号，选择输出一用以闭锁该状态信号的预设信号或是一对应于电路系统的电源状态的比较信号；逻辑门依据比较单元的一输出信号与一对应于电路系统的运作模式的系统判定信号，产生前述状态信号；比较单元的输出信号即前述预设信号或比较信号。

Description

具有闭锁控制功能的保护电路

技术领域

本发明涉及一种保护电路，特别是关于一种具有闭锁控制(latchcontrol)功能的保护电路。

背景技术

为了避免电源转换器的输出电压过高、输出电流过大或是其他异常状况，而导致电源转换器乃至于负载电路受损。在电源转换器内通常需要设置保护电路，以限制电源转换器的输出电压的电平、输出电流的大小或是其操作温度等。

以过电压保护电路为例，当过电压保护电路侦测到电源转换器的输出电压过高时，过电压保护电路可以停止供电至电源转换器，或是切换至一电压电平较低的电源供应端等方式，达到降低电源转换器的输出电压的目的。一般而言，保护电路会具有一可控硅整流器(SCR)元件以实现闭锁功能。当过电压保护电路侦测到电源转换器的输出电压过高而进入过电压保护模式后，可控硅整流器元件可使过电压保护电路维持在过电压保护模式，直到电源转换器的输出电压恢复正常后才切换回正常模式。

图1为一公知可控硅整流器元件10的电路示意图。如图中所示，此可控硅整流器元件10连接至一由电阻R3与电容C1所构成的时序延迟电路12。保护条件侦测信号DET通过此时序延迟电路12导通开关Q1，使状态信号STATE闭锁至地VSS。状态信号STATE则是用以控制一判定电路(未图标)启动，以进行保护。在此情况下，除非利用偏压信号VBIAS重置(reset)可控硅整流器元件10，否则状态信号STATE不会解除对于判定电路的闭锁控制。

然而，利用可控硅整流器元件10提供保护电路所需的闭锁功能具有下列缺点。首先，可控硅整流器元件10较为昂贵，一般半导体制程不易精准的控制可控硅整流器元件10特性。其次，电阻R3与电容C1所构成的时序延迟电路12需要设定较大的时间常数，以避免产生误判。因此，保护电路中使用可控硅整流器元件10，在电路应用上会产生不必要的限制，同时也会提高整体成本。

发明内容

有鉴于上述问题，本发明的目的是提出一保护电路，不需使用可控硅整流器元件及其周边电路，即可实现可控硅整流器元件所具有的闭锁功能。

为达到上述目的，本发明提供一种具有闭锁功能的保护电路。此保护电路应用于一电路系统。此保护电路包括一比较单元与一逻辑门。其中，比较单元依据一状态信号，选择输出一用以闭锁该状态信号的预设信号或是一对应于电路系统的电源状态的比较信号。逻辑门依据比较单元的一输出信号与一对应于电路系统的运作模式的系统判定信号，产生前述状态信号。比较单元的输出信号即前述预设信号或比较信号。其中，该比较单元具有一输入信号切换元件与一比较器，该输入信号切换元件依据该状态信号，选择对应于该比较信号的一第一组输入信号或是对应于该预设信号的一第二组输入信号输入该比较器。

关于本发明的优点与精神可以借助于以下的发明详述及附图得到进一步的了解。

附图说明

图1为一典型保护电路的电路图；

图2为本发明保护电路一较佳实施例的示意图；

图2A为图2的保护电路应用于一电路统一较佳实施例的方块示意图；

图3为图2的保护电路的运作流程图；

图4为本发明保护电路另一较佳实施例的示意图；

图5为图4的保护电路中的各信号一较佳实施例的波型图；

图6为图4的保护电路的运作流程图。

【主要元件附图标记说明】

可控硅整流器元件10

电阻R3

电容C1

时序延迟电路12

输出电压侦测信号DET

开关Q1

状态信号STATE

偏压信号VBIAS

保护电路140

比较单元142,242

逻辑门144,244

输入信号切换元件1422,2422

比较器1424,2424

自回复单元250

计时电路252

第二逻辑门254

延迟状态信号DL

闭锁控制信号CTL

第一预设时间T1

第二预设时间T2

参考电位信号REF

第一参考电位信号REF1

第二参考电位信号REF2

统判定信号REG

逻辑控制电路160

反馈信号FB

启动信号EN

驱动电压DRV

驱动电路170

开关电路120

保护条件侦测电路180

输入电压VIN

输出电压VOUT

具体实施方式

本发明的精神在于提供一比较单元二种不同的输入信号，使比较单元可以依据电路系统是否处于一异常状态（例如：过电压状态、过电流状态、过热状态等），选择输出对应于闭锁状态的预设信号，或是对应于电路系统的比较信号。

图2为本发明保护电路一较佳实施例的示意图，图2A为图2的保护电路应用于一电源转换器的方块示意图，图3为图2的保护电路的运作流程。

如图2所示，此保护电路140具有一比较单元142与一逻辑门144。其中，比较单元142依据一状态信号STATE，选择输出一用以闭锁(latch)此状态信号STATE的预设信号Default或是一对应于一保护条件的比较信号COM。

举例来说，若是此保护电路140应用于过电压保护。侦测信号DET会与此保护电路140所保护的电路系统(未图标)的输出电压或是输入电压具有一比例关系。亦即，侦测信号DET可以反映出受保护的电路系统的输出电压或是输入电压(即此电路系统的保护条件)，以产生比较信号COM。

状态信号STATE至少显示一正常状态与一异常状态。举例来说，可利用数字信号0与1，分别表示正常状态与异常状态。当状态信号STATE显示为正常状态时，比较单元142输出比较信号COM。反之，当状态信号STATE显示为异常状态时，比较单元142输出预设信号Default以闭锁此状态信号STATE于此异常状态。

在本实施例中，比较单元142具有一输入信号切换元件1422与一比较器1424。输入信号切换元件1422依据状态信号STATE，选择第一组输入信号或是第二组输入信号输入比较器1424。举例来说，当状态信号STATE显示保护电路140处于正常状态时，输入信号切换元件1422选择第一组输入信号输入比较器1424，当状态信号STATE显示保护电路140处于异常状态时，输入信号切换元件1422选择第二组输入信号输入比较器1424，以闭锁状态信号STATE的电位。

其中，第一组输入信号包括一参考电位信号REF与前述侦测信号DET。比较器1424接收到此第一组输入信号，则会产生前述比较信号COM。第二组输入信号包括一第一参考电位信号REF1与一第二参考电位信号REF2。第一参考电位信号REF1的电位高于第二参考电位信号REF2。比较器1424接收到此第二组输入信号，则会产生与侦测信号DET无关的预设信号Default。

逻辑门144依据比较单元142的输出信号与一对应于电路系统的运作模式的系统判定信号REG，以产生前述状态信号STATE。此系统判定信号REG反映电路系统的运作状况，避免侦测信号DET产生误判。就一实施例而言，此系统判定信号REG至少显示出一正常运作模式与一启动模式。在正常运作模式下，保护电路140才需要进行保护功能。

当系统判定信号REG显示电路系统处于正常运作模式时，逻辑门144产生的状态信号STATE由比较单元142的输出信号所决定。亦即，当比较单元142依据第一组输入信号产生输出信号时，此输出信号为比较信号COM。依据比较信号COM的改变，逻辑门144所产生的状态信号STATE可能是对应于正常状态以显示系统正常，或是对应于异常状态以启动保护功能。当比较单元142依据第二组输入信号产生输出信号时，此输出信号为固定的预设信号Default。此时，逻辑门144所产生的状态信号STATE会被闭锁于异常状态，以持续启动保护功能。反之，当系统判定信号REG显示电路系统处于启动模式，无论来自比较单元142的输出信号是预设信号Default或是比较信号COM，逻辑门144产生的状态信号STATE都会持续对应于正常状态。

举例来说，逻辑门144可为一与门(AND)。此逻辑门144必须在系统判定信号REG为高电位且比较单元142的输出信号为高电位时，才会产生高电位的状态信号。另外，可设定高电位的系统判定信号REG对应于正常运作模式，低电位的系统判定信号REG对应于启动模式，高电位的状态信号STATE对应于异常状态，低电位的状态信号STATE对应于正常状态。当比较单元142选定第一组输入信号时，比较单元142的输出信号可能是高电位的比较信号COM，以显示电路系统出现异常状态，或是低电位的比较信号COM，以显示电路系统正常。反之，当比较单元142选定第二组输入信号时，比较单元142只会输出高电位的预设信号Default。

本发明不仅能应用于过电压保护。依据不同的侦测信号DET与系统判定信号REG，此保护电路140亦可应用于其他电路保护的需求，例如过电流保护、过热保护等。只要侦测信号DET可以侦测到适当的保护条件(如输出入电压、输出入电流等)，而系统判定信号REG可以定义出此保护功能所适用的运作模式即可。

图2A为图2的保护电路140应用于一电路系统一较佳实施例的方块示意图。如图中所示，此电路系统具有一逻辑控制电路160与一驱动电路170。逻辑控制电路160接收来自保护电路140的状态信号STATE，并依据此状态信号STATE产生一启动信号EN，以启动或中止驱动电路170的运作。驱动电路170则是依据一反馈信号FB产生驱动电压DRV控制开关电路120的工作周期，以调整输出电压VOUT的电位。当状态信号STATE显示为过电压状态，启动信号EN就会中止驱动电路170的运作。反之，当状态信号STATE显示为正常压状态，驱动电路170就会维持其正常运作。此电路系统并具有一保护条件侦测电路180以侦测保护条件，并据以产生侦测信号DET提供至保护电路140。举例来说，若欲提供过电流保护，此保护条件侦测电路180可侦测流经开关电路120的电流值作为保护条件；若欲提供过电压保护，此保护条件侦测电路180可侦测驱动电路170的输出入电压；若欲提供过热保护，此保护条件侦测电路180可侦测此电路系统的操作温度。

保护电路140所接收的系统判定信号REG用以重置此保护电路140。系统判定信号REG可依据实际上的需求而设定。举例来说，此系统判定信号REG可通过侦测此电路系统的输入电压VIN而产生，例如采用一开机电压重置(Power-on Reset)信号作为系统判定信号REG。又或者，此系统判定信号REG可以依据电路系统的一次侧电流而产生，例如采用一过电流信号作为系统判定信号REG。

图3为图2的保护电路140的运作流程图。如图3所示，请参照步骤S110与S120所示，在电路系统启动后，依据电路系统状态的不同，电路系统可能处于启动模式，或是成功启动而进入正常运作模式。当电路系统处于启动模式，系统判定信号为0(对应于低电位信号)，此时，如步骤S130所示，保护电路140不启动保护功能。

另一方面，当电路系统处于正常运作模式，系统判定信号为1(对应于高电位信号)。此时，如步骤S140所示，保护电路140会依据状态信号STATE，选择是否启动保护功能。当状态信号STATE为0，显示系统正常状态，此时，如步骤S130所示，不启动保护功能。反之，当状态信号STATE为1，则显示为异常状态。此时，如步骤S150所示，则会启动保护功能。

如步骤S160与图2A所示，当状态信号STATE显示为异常状态，比较单元142会选择第二组输入信号。此时，比较单元会产生高电位的预设信号Default而使状态信号STATE被闭锁在高电位。亦即，此保护电路140会被锁定在保护状态。

保护电路140被锁定在保护状态后，请参照步骤S170与图2A所示，即使侦测信号DET的电位降低，亦无法使状态信号STATE回复到正常状态。此时，此保护电路140是依据系统判定信号REG的不同，来决定是否持续锁定于保护状态。进一步来说，当系统判定信号REG为1显示电路系统正常运作，如步骤S180所示，逻辑门144会维持原来输出的高电位状态信号STATE，持续启动保护功能。反之，当系统判定信号REG为0显示电路系统进入启动模式，如步骤S190所示，逻辑门144则会输出低电位的状态信号STATE，解除保护电路140的锁定。

相较于图1的具闭锁功能的保护电路，本发明的保护电路140不需使用可控硅整流器元件10与时序延迟电路12，即可实现可控硅整流器元件10所具有的闭锁功能。因此，可以节省装置成本，同时也可以避免可控硅整流器元件10在电路应用上所产生的不必要的限制。

图4为本发明保护电路另一较佳实施例的示意图。本实施例的保护电路在进入闭锁状态后，具有自回复(auto-recovery)的功能。如图中所示，此保护电路240具有一比较单元242、一逻辑门244与一自回复单元250。其中，比较单元242与逻辑门244的运作与图2的实施例相类似，在此不予赘述。不过，本实施例的逻辑门244与图2的实施例不同，本实施例的逻辑门244一与非门(NAND)，图2中的逻辑门124则是一与门(AND)。但是，无论是本实施例的与非门244或是图2的与门124，都是用以整合比较单元142,242的输出信号与系统判定信号REG，以避免侦测信号DET产生误判。其差异主要是因为所需要的状态信号STATE的特性不同。进一步来说，在图2的实施例中，状态信号STATE为低电平时显示系统为正常状态。不过，在本实施例中，状态信号STATE为高电平时才显示系统为正常状态。此状态信号STATE可直接作为一输出控制信号以启动电路系统。

此自回复单元250具有一计时电路252与一第二逻辑门254。在本实施例中，此计时电路252一双频率控制计数器。以提供二个可个别独立设定的时间长度(以下以第一预设时间T1与第二预设时间T2进行说明)。同时请参照图5所示，计时电路252于状态信号STATE由正常状态(高电平)切换至异常状态(低电平)的时点，开始计算第一预设时间T1。并于第一预设时间T1经过后，产生一延迟状态信号DL。此外，计时电路252于状态信号STATE由异常状态(低电平)切换至正常状态(高电平)的时点，开始计算第二预设时间T2。并于第二预设时间T2经过后，结束前述延迟状态信号DL。

第二逻辑门254接收状态信号STATE与前述延迟状态信号DL，据以产生一闭锁控制信号CTL，控制比较单元242输出比较信号COM或是预设信号Default。

在本实施例中，计时电路252输出的延迟状态信号DL是状态信号STATE的一延迟信号的反向信号。并且，本实施例是利用一或门254来产生前述闭锁控制信号CTL。如图5所示，在状态信号STATE由高电平切换至低电平时(即系统产生异常)，延迟状态信号DL仍然维持在低电平，此时闭锁控制信号CTL会由原本的高电平切换至低电平，开始闭锁控制。此时，比较单元242选择第二组输入信号(即第一参考电位信号REF1与一第二参考电位信号REF2)以输出预设信号Default。

随后，在第一预设时间T1经过后，延迟状态信号DL由原本的低电平切换至高电平。此时，或门254所输出的闭锁控制信号CTL会由低电平自动回复至高电平，结束锁定期间。此时，比较单元242选择第一组输入信号(即参考电位信号REF与侦测信号DET)以输出比较信号COM。

接下来，当比较单元242侦测到系统回复正常，比较信号COM由原本的高电平转变为低电平。此时，状态信号STATE则是由低电平切换至高电平。计时电路252于接收到状态信号STATE的改变后，开始计算第二预设时间T2。并于第二预设时间T2经过后，将延迟状态信号DL由高电平回复至原本的低电平。此时，即使状态信号STATE有任何噪声，例如信号退化(degradation)所产生的噪声，也不会使或门254重行输出低电平的闭锁控制信号CTL以启动闭锁控制。换言之，此第二预设时间T2可以在状态信号STATE由低电平切换至高电平后，设定一误判防止时间，防止状态信号STATE的噪声，导致比较单元242产生误判。

在图5的实施例中，状态信号STATE是在闭锁控制信号CTL回复至高电平之后，才由低电平切换至高电平。这表示，在锁定期间结束后，系统才回复正常。若是系统在锁定期间内即已回复正常，比较单元242受到闭锁控制信号CTL的控制，仅会输出高电平的预设信号Default。直到第一预设时间T1经过后，比较单元242才会输出低电平的比较信号COM，状态信号STATE也才会由低电平转换至高电平。

在本实施例中，计时电路252产生二个可个别独立设定的时间长度T1与T2，以因应不同保护状态的需求。举例来说，在过流保护的情况下，第一预设时间T1需提供足够的时间，第二预设时间T2的长度可以较短。不过，本发明并不限于此。就一实施例而言，此计时电路252亦可以仅产生单一个预设时间。此预设时间可同时设定为前述的第一预设时间T1与第二预设时间T2，亦可仅设定为前述第一预设时间T1，而将第二预设时间T2设为零。

图6为图4的保护电路240的运作流程图。以下仅就本实施例与图3的实施例的差异处进行说明。

请参照步骤S175与图4所示，保护电路240被锁定在保护状态后，即使侦测信号DET的电位降低，亦无法使状态信号STATE回复到正常状态。此时，如步骤S175所示，保护电路240是依据锁定期间是否期满，来决定是否使比较单元242持续输出预设信号Default。当闭锁控制信号CTL由低电平0切换至高电平1，锁定期间届满。此时，比较单元242的输出信号变更为比较信号COM。

在比较单元242的输出信号为预设信号Default时，即使统判定信号REG为1显示电路统处于正常运作模式，逻辑门244输出状态信号STATE仍然为低电平。亦即，保护电路240会被持续锁定于保护状态。另一方面，当比较单元242的输出信号变更为比较信号COM时，状态信号STATE则是由比较信号COM的电平高低所控制。

但是，以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求保护范围及发明说明内容所作的简单的等效变化与修改，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。另外本发明的任一实施例或权利要求保护范围不须达到本发明所揭示的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件检索之用，并非用来限制本发明的权利要求保护范围。

Claims (25)

1.一种具有闭锁功能的保护电路，应用于一电路系统，该保护电路包括：

一比较单元，依据一状态信号选择输出一用以闭锁该状态信号的预设信号或是对应于一保护条件的一比较信号；以及

一逻辑门，依据该比较单元的一输出信号与一对应于该电路系统的运作模式的系统判定信号产生该状态信号，其中，该输出信号为该预设信号或该比较信号；

其特征在于，该比较单元具有一输入信号切换元件与一比较器，该输入信号切换元件依据该状态信号，选择对应于该比较信号的一第一组输入信号或是对应于该预设信号的一第二组输入信号输入该比较器。

2.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，该第一组输入信号包括一参考电位信号与一对应于该保护条件的侦测信号，该第二组输入信号包括一第一参考电位信号与一第二参考电位信号，该第一参考电位信号高于该第二参考电位信号。

3.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，该保护条件为该电路系统的一输出电压或是一输入电压。

4.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，该保护条件为该电路系统的一输出电流或是一输入电流。

5.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，该保护条件为该电路系统的一环境温度。

6.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，该系统判定信号为一开机电压重置信号。

7.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，该状态信号至少对应至一正常状态与一异常状态。

8.如权利要求7所述的保护电路，其特征在于，该系统判定信号至少对应至一正常运作模式与一启动模式。

9.如权利要求8所述的保护电路，其特征在于，当该系统判定信号显示该电路系统处于该正常运作模式，该逻辑门产生的该状态信号由该比较单元的该输出信号所决定。

10.如权利要求8所述的保护电路，其特征在于，当该系统判定信号显示该电路系统处于该启动模式，该逻辑门产生的该状态信号为对应于该正常状态。

11.如权利要求7所述的保护电路，其特征在于，当该状态信号显示该保护电路处于该正常状态，该比较单元输出该比较信号。

12.如权利要求7所述的保护电路，其特征在于，当该状态信号显示该保护电路处于该异常状态，该比较单元输出该预设信号以闭锁该状态信号的电位。

13.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，当该状态信号显示该保护电路处于一正常状态，该输入信号切换元件选择该第一组输入信号输入该比较器。

14.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，当该状态信号显示该保护电路处于一异常状态，该输入信号切换元件选择该第二组输入信号输入该比较器，以闭锁该状态信号的电位。

15.如权利要求8所述的保护电路，其特征在于，当该比较单元输出该预设信号，且该系统判定信号显示该电路系统处于该正常运作模式，该逻辑门产生的该状态信号为对应于该异常状态。

16.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，该逻辑门为一与门。

17.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，该状态信号用以启动一保护功能。

18.如权利要求17所述的保护电路，其特征在于，该保护功能为一过电压保护功能、一过电流保护功能或是一过热保护功能。

19.如权利要求7所述的保护电路，其特征在于，更包括一自回复单元，依据该状态信号产生一具有一第一预设时间的闭锁控制信号，以控制该比较单元输出该预设信号。

20.如权利要求19所述的保护电路，其特征在于，该自回复单元具有一计时电路，用以设定该第一预设时间。

21.如权利要求20所述的保护电路，其特征在于，该计时电路用以设定该第一预设时间与一第二预设时间，其中，该第二预设时间用以设定一误判防止时间，以防止该状态信号的噪声导致该比较单元误判。

22.如权利要求21所述的保护电路，其特征在于，该计时电路于该状态信号切换至该异常状态后，开始计算该第一预设时间，并于该状态信号切换至该正常状态后，开始计算该第二预设时间。

23.如权利要求19所述的保护电路，其特征在于，该自回复单元具有一计时电路与一第二逻辑门，该计时电路接收该状态信号，并据以输出一延迟状态信号，该第二逻辑门接收该状态信号与该延迟状态信号，以输出该闭锁控制信号。

24.如权利要求23所述的保护电路，其特征在于，该延迟状态信号为该状态信号的一反向延迟信号，该第二逻辑门为一或门。

25.如权利要求23所述的保护电路，其特征在于，该计时电路为一双频率控制计数器。

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