CN102157919A - 升压型电源转换装置 - Google Patents

Abstract

一种升压型电源转换装置，包括升压型电源转换电路以及保护电路。升压型电源转换电路具有输出端。升压型电源转换电路接收输入电压并据以在其输出端产生输出信号至负载。保护电路串接在升压型电源转换电路与负载间并形成电气回路，并依据输出信号与来导通或切断电气回路。

Description

升压型电源转换装置

技术领域

本发明是有关于一种升压型电源转换装置，且特别是有关于一种升压型电源转换装置的短路保护装置。

背景技术

请参照图1，图1绘示公知的升压型电源转换装置100。电源转换装置100接收输入电压Vin并提供输出信号Out1至负载130。其中，电源转换装置100由控制器101传送控制信号来控制开关SW1的导通或关闭。并通过开关SW1的导通或关闭动作来使电感L1及电容C1进行储能的动作，并产生输出信号Out1。

而在公知的电源转换装置100中，常因为使用者操作上的不谨慎，或是负载130(如发光二极管)因长期工作而烧毁而产生短路的现象。由于这个短路的现象会造成电源转换装置100、负载130或是其它相关外围组件的烧毁，因此，设计者在电源转换装置100接收输入电压Vin的路径上串接了保险丝Fuse。使上述的短路现象发生时，可以先行烧毁保险丝而不至于损坏到电源转换装置100、负载130或是其它相关外围组件。然而，这种利用保险丝Fuse来进行短路保护的方式最大的缺点是在当发生短路现象的肇因被排除后，仍必须将电源转换装置100送回工厂来进行保险丝的更换作业，在使用上甚不便利。

发明内容

本发明的目的是提供一种升压型电源转换装置，在负载端产生短路现象时，有效关闭升压型电源转换装置与负载所产生的电气回路。

为实现上述目的，本发明提供的升压型电源转换装置，包括升压型电源转换电路以及保护电路。升压型电源转换电路，具有输出端。升压型电源转换电路接收输入电压并据以在其输出端产生输出信号至负载。保护电路串接在升压型电源转换电路与负载间并藉以形成电气回路，并依据输出信号来导通或切断电气回路。

在本发明的一实施例中，上述的保护电路包括高端侦测电路以及开关模块。高端侦测电路耦接至负载，用以接收输出信号并依据输出信号以产生控制信号。开关模块串接在高端侦测电路与升压型电源转换电路的输出端的耦接路径上，依据控制信号而导通或关闭。

在本发明的一实施例中，上述的保护电路包括高端侦测电路以及开关模块。高端侦测电路耦接至负载与升压型电源转换电路，接收输出信号并依据输出信号以产生禁止信号。高端侦测电路并传送禁止信号至升压型电源转换电路以关闭升压型电源转换电路中产生的脉宽调变信号。开关模块串接在负载与接地电压间并耦接升压型电源转换电路。开关模块接收并依据脉宽调变信号而导通或关闭。

在本发明的一实施例中，上述的保护电路包括低端侦测电路以及开关模块。低端侦测电路耦接至负载与接地电压，接收通过负载的输出信号并依据输出信号以产生禁止信号。低端侦测电路并传送禁止信号至升压型电源转换电路以关闭升压型电源转换电路中产生的脉宽调变信号。开关模块串接在升压型电源转换电路与负载的耦接路径上，依据脉宽调变信号而导通或关闭。

在本发明的一实施例中，上述的保护电路包括低端侦测电路以及开关模块。低端侦测电路耦接至负载与接地电压。低端侦测电路接收通过负载的输出信号并依据输出信号以产生禁止信号。低端侦测电路并传送禁止信号至升压型电源转换电路以关闭升压型电源转换电路中产生的脉宽调变信号。开关模块串接在升压型电源转换电路与负载的耦接路径上，依据脉宽调变信号而导通或关闭。

基于上述，本发明在升压型的电源转换电路与负载间，串接可以侦测负载端(升压型电源转换电路的输出端)产生短路状态的保护电路。并在负载端发生短路现象时，切断升压型的电源转换电路与负载所形成的电气回路，进而保护电源转换电路与负载以避免被烧毁。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1绘示公知的升压型电源转换装置100。

图2绘示本发明的一实施例的升压型电源转换装置210的示意图。

图3A绘示本发明实施例的升压型电源转换装置210的一实施方式。

图3B绘示图3A的升压型电源转换装置210实施方式的电路示意图。

图3C绘示图3A的升压型电源转换装置210实施方式的另一电路示意图。

图4A绘示本发明实施例的升压型电源转换装置210的另一实施方式。

图4B绘示图4A的升压型电源转换装置210实施方式的一电路示意图。

图5A绘示本发明实施例的升压型电源转换装置210的再一实施方式。

图5B绘示图5A的升压型电源转换装置210实施方式的一电路示意图。

图6A绘示本发明实施例的升压型电源转换装置210的更一实施方式。

图6B绘示图6A的升压型电源转换装置210实施方式的一电路示意图。

附图中主要组件符号说明

100、210 电源转换装置，101 控制器，130、220 负载，211 升压型电源转换电路，212 保护电路，313、413 高端侦测电路，320 脉宽调变信号禁止电路，410、510、610 控制器，513、613 低端侦测电路，SW1 开关，SW2 开关模块，Out1、Out1_1 输出信号，Vin 输入电压，Fuse 保险丝，OT 输出端，CNT 控制信号，R6～R15 电阻，D3～D4 二极管，Q1、Q2、Q3、Q4 晶体管，C7、C8 电容，Vd 分压信号，GND 接地电压，STP 禁止信号，PWMS 脉宽调变信号，CNR 连接器。

具体实施方式

首先请参照图2，图2绘示本发明的一实施例的升压型电源转换装置210的示意图。升压型电源转换装置210用以通过保险丝Fuse接收输入电压Vin并产生输出信号Out1至负载220。升压型电源转换装置210包括升压型电源转换电路211以及保护电路212。升压型电源转换电路211具有输出端OT，升压型电源转换电路211接收输入电压Vin并据以在其输出端OT产生输出信号Out1，并通过保护电路212传送输出信号Out1_1至负载220。保护电路212串接在升压型电源转换电路211与负载220间并形成一个电气回路。保护电路212依据输出信号Out1来导通或切断这个电气回路。

简单的说，当连接负载220的负载端发生短路的现象时，输出信号Out1_1(例如为电压格式时)的电压准位会因为短路的现象而急剧的下降。此时，保护电路212侦测到这个输出信号Out1_1的电压准位急剧下降的状况，并实时切断由升压型电源转换电路211与负载220间所形成的电气回路。也就是说，当负载端的短路现象发生时，升压型电源转换电路211会因为上述的电气回路被切断而停止供应输出信号Out1_1。如此一来，上述的电气回路间将不会有瞬间大电流现象的发生，有效保护升压型电源转换电路211、负载220或与的相连接的外围电路(未绘示)。

更重要的是，保护电路212可以设计为当侦测到短路现象发生时，在切断电气回路外，还拴锁住这个切断的状态而不改变。如此一来，在使用者针对短路现象进行状况排除被有效完成前，电气回路都不会重新被导通而有另一次的组件烧毁的危机。更重要的是，在当使用者完成短路现象的状况排除后，只需要针对升压型电源转换装置210进行关闭并重新启动电源的动作，保护电路212就会释放掉先前拴锁住的电气回路的切断状态，使升压型电源转换电路211与负载220间所形成的电气回路重新导通并正常工作，并不需要进行保险丝Fuse的更替。

接着请参照图3A，图3A绘示本发明实施例的升压型电源转换装置210的一实施方式。其中的保护电路212包括高端侦测电路313以及开关模块SW2。高端侦测电路313耦接至负载220，并依据输出信号Out1以产生控制信号CNT。开关模块SW2串接在高端侦测电路313与升压型电源转换电路211的输出端OT1的耦接路径上，并依据控制信号CNT导通或关闭。

进一步来说明，就是当输出信号Out1被短路到接地电压GND时，输出信号Out1会急速下降。高端侦测电路213侦测到，输出信号Out1急速下降的状态时，发送出控制信号CNT来切断开关模块SW2，并进而切断升压型电源转换电路211与负载212间并形成电气回路。

为使本领域技术人员能更轻易的了解图3A绘示的升压型电源转换装置210实施方式的动作细节，以下提出两种不同的电路实施方式来加以说明。

请先参照图3B，图3B绘示图3A的升压型电源转换装置210实施方式的电路示意图。升压型电源转换电路接收由连接器CNR传输来的输入电压Vin。而保护电路212包括由晶体管Q2、电阻R6、R9、R10、R13以及二极管D3所建构的高端侦测电路以及由晶体管Q1所建构的开关模块。其中的电阻R6以及R9形成分压电路并耦接在升压型电源转换电路211的输出端OT与接地电压GND间，电阻R13耦接在晶体管Q2的第一端与升压型电源转换电路211的输出端OT间，电容C7耦接在电阻R13与R10间。电阻R10串接在电容C7与晶体管Q2的控制端间。

电阻R6由耦接至负载220的端点接收输出信号Out1，并利用电阻R6、R9所形成的分压电路对输出信号Out1进行分压，而分压后产生的分压信号Vd被传送至晶体管Q2的控制端(也就是晶体管Q2的栅极)。

在正常动作时(未发生短路现象)，输出信号Out1的电压值为高电压，开关组件Q2(其中开关组件可为金属氧化物半导体场效应晶体管、晶体管以及集成电路组件，本实施例以N型金属氧化物半导体场效应晶体管作为说明)通过接收高电压的分压信号Vd而导通。因此，接地电压GND通过晶体管Q2传送至开关组件Q1(其中开关组件可为金属氧化物半导体场效应晶体管、晶体管以及集成电路组件，本实施例以P型金属氧化物半导体场效应晶体管作为说明)的控制端(也就是晶体管Q1的栅极)并导通晶体管Q1。

当输出信号Out1因短路现象而急速下降时，晶体管Q2受控于随着输出信号Out1而下降的分压信号Vd而关闭。此时，晶体管Q1的控制端不再接收接地电压GND而变更为由电阻R13来拉高(pull high)到高电压，并进一步关闭晶体管Q1以切断电气回路。另外，电容C7被充电并提供高电压至晶体管Q1的控制端以切断电气回路。

接着请参照图3C，图3C绘示图3A的升压型电源转换装置210实施方式的另一电路示意图。在图3C的绘示中，升压型电源转换电路接收由连接器CNR传输来的输入电压Vin。而保护电路212还包括脉宽调变信号禁止电路320。脉宽调变信号禁止电路320耦接负载220及升压型电源转换电路211，依据输出信号Out1以产生禁止信号STP并传送禁止信号STP至升压型电源转换电路211以关闭升压型电源转换电路中产生的脉宽调变信号。其中，脉宽调变信号禁止电路320包括晶体管Q3、电阻R15、R14以及电容C9。当短路现象发生时，晶体管Q3(为N型金属氧化物半导体场效应晶体管)因控制端通过电阻R15接收到低电压而关闭。电容C9通过电阻R14被充电，并使得禁止信号STP为高准位。控制器310则接收高准位的禁止信号STP，并据以关闭控制器310中所产生的脉宽调变信号。

上述动作的目的在于当短路现象发生时，且电气回路已被切断的同时，升压型电源转换电路211中的脉宽调变信号的发生则将会因为电气回路的被切断而造成没有回授电流来进行判断，而产生误动作的现象。因此，利用脉宽调变信号禁止电路320来在电气回路被切断的同时，也关闭掉脉宽调变信号，可以消除上述的误动作现象的发生。

请参照图4A，图4A绘示本发明实施例的升压型电源转换装置210的另一实施方式。其中的保护电路212包括高端侦测电路413以及开关模块SW2。前一实施方式不相同的是，开关模块SW2耦接在负载220与接地电压GND间，当短路现象发生时，开关模块SW2依据升压型电源转换电路211所传送的脉宽调变信号而关闭，并进以切断电气回路。

同样的，为使本领域技术人员能更轻易的了解图4A绘示的升压型电源转换装置210实施方式的动作细节，以下另提出一种的电路实施方式来加以说明。

请参照图4B，图4B绘示图4A的升压型电源转换装置210实施方式的一电路示意图。其中，升压型电源转换电路接收由连接器CNR传输来的输入电压Vin。高端侦测电路413包括电阻R12以及晶体管Q4。晶体管Q4的控制端(晶体管Q4的栅极)通过电阻R12接收输出信号Out1，其第一端产生禁止信号STP且其第二端耦接至接地电压GND。开关模块SW2则包括由电阻R7及电容C8所组成的延迟电路以及晶体管Q3。电阻R7的一端由升压型电源转换电路211接收脉宽调变信号PWMS，其另一端并耦接到晶体管Q3的控制端。

在当正常动作时，脉宽调变信号PWMS正常动作，电容C8经二极管D6进行快速充电，但是电阻经R7进行放电，故放电速度较慢，利用充电快而放电慢的原理，电容C8即会充到高准位，也因此，晶体管Q3保持导通的状态。而在当短路现象发生时，晶体管Q4会因为其控制端所接收到的输出信号Out1急速下降而关闭，相对的禁止信号STP会被上拉至高准位，并使控制器410停止产生脉宽调变信号PWMS(使脉宽调变信号PWMS恒等于接低电压GND)。在此同时，由于延迟电路恒定的接收到接地电压GND，因此，晶体管Q3的控制端的的电压也会随的降至与接地电压GND相同，进而被关闭(亦即切断电气回路)。

请参照图5A，图5A绘示本发明实施例的升压型电源转换装置210的再一实施方式。其中的保护电路212包括低端侦测电路513以及开关模块SW2。与前述实施方式不相同的是，本实施方式中，用来侦测短路现象的是低端侦测电路513。低端侦测电路513耦接在负载220与接地电压GND间，是依据通过负载220的输出信号Out2来进行有无发生短路现象的侦测动作。低端侦测电路513在发生短路现象时由禁止信号STP来关闭升压型电源转换电路中产生的脉宽调变信号。而开关模块SW2串接在升压型电源转换电路211与负载220的耦接路径上，并依据脉宽调变信号被关闭与与否来而分别被关闭或导通。简单的说，当脉宽调变信号被关闭时，开关模块SW2对应被关闭，而当脉宽调变信号被启动时，开关模块SW2对应被导通。

为使本领域具通常知识者都能更轻易的了解图5A绘示的升压型电源转换装置210实施方式的动作细节，以下还提出一种的电路实施方式来加以说明。

请参照图5B，图5B绘示图5A的升压型电源转换装置210实施方式的一电路示意图。升压型电源转换电路接收由连接器CNR传输来的输入电压Vin。而低端侦测电路包括电阻R5、R6、R10及二极管D4，其中，电阻R5、R6串接在负载220耦接接地电压GND的路径上，二极管D4与电阻R5、R6及负载220共同耦接并传送禁止信号STP。开关模块SW2则包括晶体管Q1、电阻R13、R9、电容C7以及二极管D3。其中，晶体管Q1的第一端耦接升压型电源转换电路211，其第二端耦接至负载220，电阻R13串接在晶体管Q1的第一端与控制端间，电阻R9与电容C7串接在晶体管Q1的控制端与接地电压GND间，二极管D3的阳极耦接电阻R9与电容C7的耦接端。

在当正常动作(未发生短路现象)时，电容C7通过二极管D3快速的放电而使得晶体管Q1的控制端的电压处在低准位。也就是说，晶体管Q1保持导通的状态。相反的，当发生短路现象时，在负载220上会产生一个很大的短路电流，这个短路电流流经电阻R5、R6则会使得电阻R5、R6与负载220的耦接端上产生一个大电压。这个电压通过二极管D4以及电阻R10而产生一个高电压的禁止信号STP。在此同时，控制器510接收到高电压的禁止信号STP则对应关闭升压型电源转换电路211中的脉宽调变信号，此时控制器510使得脉宽调变信号输出高准位至二极管D3的阴极。相对的，晶体管Q1控制端上所接收的电压便随的上升，并使晶体管Q1关闭。

请参照图6A，图6A绘示本发明实施例的升压型电源转换装置210的又一实施方式。其中的保护电路212包括低端侦测电路613以及开关模块SW2。与图5A绘示的实施方式不相同的是，开关模块SW2串接在负载220与接地电压GND的耦接路径上。而当短路现象发生时，开关模块SW2关闭并进以切断电气回路。

同样为使本领域技术人员都能更轻易的了解图6A绘示的升压型电源转换装置210实施方式的动作细节，以下还提出一种的电路实施方式来加以说明。

请参照图6B，图6B绘示图6A的升压型电源转换装置210实施方式的一电路示意图。升压型电源转换电路接收由连接器CNR传输来的输入电压Vin。并且，低端侦测电路包括电阻R12、R6、二极管D4及电阻R11，电阻R12、R6分别串接在开关模块与接地电压GND的耦接路径上，二极管D4的阳极与电阻R12、R6及开关模块共同耦接，其阴极产生禁止信号STP。开关模块则包括晶体管Q3、二极管D5以及电阻R10，晶体管Q3的第一端耦接负载220，其第二端耦接至R12及R6。二极管D5的阳极接收脉宽调变信号PWMS，其阴极耦接至晶体管Q3的控制端。电阻R10则与二极管D5并连。

在当正常动作(未发生短路现象)时，电容C8通过脉宽调变信号PWMS高电压时(正脉宽)快速建立高电压准位，并通过二极管D5提供晶体管Q3的控制端高电压。因此，晶体管Q3被导通。而在当脉宽调变信号PWMS低电压时，由于电阻R10的值足够大，因此晶体管Q3的控制端的高电压并不会立刻消失。也就是说，晶体管Q3可以维持导通的状态。而在发生短路现象时，电阻R12、R6与负载220的耦接端的电压会因为大的短路电流而上升。这个上升的高电压则会通过二极管D4及电阻R11而产生高电压的禁止信号STP。控制器610接收到高电压的禁止信号STP后，则对应关闭脉宽调变信号PWMS(使脉宽调变信号PWMS等于接地电压GND)。在此同时，电容C8将会被放电而降低电压，也就是说，晶体管Q3的控制端所接收的电压将会下降。晶体管Q3也因此被关闭。

综上所述，本发明依据侦测负载端的短路现象发生与否，来切断升压型的电源转换装置与负载所形成的电气回路。有效达到自动侦测电源转换装置所产生的过电压或过电流的状态，并进以保护其间的电路组件。

虽然本发明已以实施例描述如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应当以申请的权利要求范围所界定的内容为准。

Claims (11)

1.一种升压型电源转换装置，包括：

一升压型电源转换电路，具有输出端，接收一输入电压并据以在其输出端产生一输出信号至一负载；以及

一保护电路，串接在该升压型电源转换电路与该负载间并形成一电气回路，依据该输出信号来导通或切断该电气回路。

2.如权利要求1所述的电源转换装置，其中，该保护电路包括：

一高端侦测电路，耦接至该负载，用以接收该输出信号并依据该输出信号以产生一控制信号；以及

一开关模块，串接在该高端侦测电路与该升压型电源转换电路的输出端的耦接路径上，依据该控制信号导通或关闭。

3.如权利要求2所述的电源转换装置，其中该高端侦测电路包括：

一分压电路，耦接在该升压型电源转换电路的输出端与一接地电压间，依据该输出信号进行分压，并产生一分压信号；

一第一晶体管，其控制端接收该分压信号，其第一端耦接至该开关模块的控制端，其第二端接收该接地电压；

一第一电阻，耦接在该第一晶体管的第一端与该升压型电源转换电路的输出端间；

一第二电阻，其一端耦接至该第一晶体管的控制端；以及

一电容，串接在该升压型电源转换电路的输出端与该第二电阻的另一端间。

4.如权利要求3所述的电源转换装置，其中该开关模块包括：

一第二晶体管，该第二晶体管的第一端耦接至该升压型电源转换电路，其第二端耦接至该高端侦测电路。

5.如权利要求2所述的电源转换装置，其中该保护电路包括：

一脉宽调变信号禁止电路，耦接该负载及该升压型电源转换电路，依据该输出信号以产生一禁止信号并传送该禁止信号至该升压型电源转换电路以关闭该升压型电源转换电路中产生的一脉宽调变信号。

6.如权利要求1所述的电源转换装置，其中该保护电路包括：

一高端侦测电路，耦接至该负载与该升压型电源转换电路，接收该输出信号并依据该输出信号以产生一禁止信号，并传送该禁止信号至该升压型电源转换电路以关闭该升压型电源转换电路中产生的一脉宽调变信号；以及

一开关模块，串接在该负载与一接地电压间并耦接该升压型电源转换电路，接收并依据该脉宽调变信号而导通或关闭。

7.如权利要求6所述的电源转换装置，其中高端侦测电路包括：

一第一晶体管，其控制端接收该输出信号，其第一端产生该禁止信号且其第二端耦接至该接地电压。

8.如权利要求7所述的电源转换装置，其中开关模块包括：

一延迟电路，其输入端耦接该升压型电源转换电路并接收该脉宽调变信号；以及

一第二晶体管，其控制端耦接该延迟电路的输出端，其第一端耦接至该负载，其第一端耦接至该接地电压。

9.如权利要求1所述的电源转换装置，其中该保护电路包括：

一低端侦测电路，耦接至该负载与一接地电压，接收通过该负载的该输出信号并依据该输出信号以产生一禁止信号，该低端侦测电路并传送该禁止信号至该升压型电源转换电路以关闭该升压型电源转换电路中产生的一脉宽调变信号；以及

一开关模块，串接在该升压型电源转换电路与该负载的耦接路径上，依据该脉宽调变信号而导通或关闭。

10.如权利要求9所述的电源转换装置，其中该低端侦测电路包括：

一第一电阻，串接在该负载耦接该接地电压的路径上；以及

一第一二极管，其阳极耦接该接地电压，其阴极与该第一电阻及该负载共同耦接并传送该禁止信号。

11.如权利要求10所述的电源转换装置，其中该开关模块包括：

一晶体管，其第一端耦接该升压型电源转换电路，其第二端耦接至该负载；

一第二电阻，串接在该晶体管的第一端与控制端间；

一第三电阻，其一端耦接该晶体管的控制端；

一第二二极管，其阳极耦接该第三电阻的另一端，其阴极产生该禁止信号；以及

一电容，串接在该第三电阻的另一端与该接地电压间。

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