CN104079244A - 输出级电路及其过电流保护方法与音频放大系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种输出级电路及其过电流保护方法与音频放大系统，所述输出级电路包括高侧输出驱动器、第一基极选择器、低侧输出驱动器、第二基极选择器与电感。当输出电流大于电流门坎值而使得低侧输出驱动器过电流，禁能受控于第二控制信号的低侧输出驱动器，并且使能受控于第一控制信号的高侧输出驱动器以建立第一电流通道，避免电流经由高侧输出驱动器的基极；当输出电流超过电流门坎值而使得高侧输出驱动器过电流，禁能受控于第一控制信号的高侧输出驱动器，并且使能受控于第二控制信号的低侧输出驱动器以建立第二电流通道，避免电流经由低侧输出驱动的基极，藉此降低输出电流与输出电压的电压突波。

Description

输出级电路及其过电流保护方法与音频放大系统

技术领域

本发明涉及一种输出级电路，特别是指一种输出级电路的过电流保护方法。

背景技术

近年来，在半导体技术日渐成熟，可携式消费电子设备普及的情况下，如何设计音频放大器已是目前重要的研究课题。一般而言，音频放大器的输出级电路由高侧输出驱动器与低侧输出驱动器所组成，为了使喇叭不出现喀嚓声，高侧输出驱动器与低侧输出驱动器会分别连接至基极选择器以避免喀嚓声，其中高侧输出驱动器为一高侧P型功率晶体管，低侧输出驱动器为一低侧N型功率晶体管。喀嚓声产生原因及防制，可参考美国专利公开号US7265614的披露内容。

一般而言，音频放大器利用输出级电路来推动一负载，例如扬声器。一旦流经的电流过大超过了高侧P型功率晶体管或低侧N型功率晶体管能承受的额定值，就会产生过电流故障，其中导致过电流故障的原因很多，例如短路或突波等。这些故障会永久或严重损害高侧P型功率晶体管或低侧N型功率晶体管，造成整个音频电路受损。例如，于现有技术中，当输出电流经由高侧P型功率晶体管流入一基极选择器以释放输出电流时，会因为高侧P型功率晶体管内的本体二极管与该基极选择器而使得输出电压的电压突波（voltage spiking）过高，另一方面，当输出电流经由低侧N型功率晶体管流入另一基极选择器以释放输出电流时，也会因为低侧N型功率晶体管内的本体二极管与该基极选择器而使得输出电压的电压突波过低。

因此，如何避免突然产生的过电流危害到电路元件，即成为音频电路设计时必须先考虑到的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种输出级电路，所述输出级电路包括高侧输出驱动器、第一基极选择器、低侧输出驱动器、第二基极选择器与电感。高侧输出驱动器电性连接系统电压与第一控制信号。第一基极选择器电性连接高侧输出驱动器，所述第一基极选择器接收第一参考电压与系统电压。低侧输出驱动器电性连接接地电压与第二控制信号，其中高侧输出驱动器直接连接至低侧输出驱动器之处产生输出电压。第二基极选择器电性连接低侧输出驱动器，所述第二基极选择器接收第二参考电压与接地电压。电感的一端电性连接至输出电压，电感的另一端电性连接第三参考电压，并且具有输出电流流经电感。当输出电流的电流值大于电流门坎值而使得低侧输出驱动器过电流时，则禁能受控于第二控制信号的低侧输出驱动器，并且使能受控于第一控制信号的高侧输出驱动器以建立一低阻抗输出端至系统电压的第一电流通道，避免电流流经高侧输出驱动器的基极，藉此降低低侧输出驱动器过电流保护启动后所造成的输出电压突波；当输出电流的电流值超过电流门坎值而使得高侧输出驱动器过电流时，则禁能受控于第一控制信号的高侧输出驱动器，并且使能受控于第二控制信号的高低侧输出驱动器以建立低阻抗输出端至地电压的第二电流通道进而改变输出电流的电流路径，避免电流流经高侧输出驱动器的基极，藉此降低高侧输出驱动器过电流保护启动后所造成的输出电压突波输出电流的电流值与输出电压的电压突波。

在本发明其中一个实施例中，当输出电流下降至零电流时，则禁能受控于第一控制信号的高侧输出驱动器以关闭第一电流通道，其中第一电流通道相较于第一基极选择器具有较低阻抗的特性。

在本发明其中一个实施例中，当输出电流下降至零电流时，则禁能受控于第二控制信号的低侧输出驱动器以关闭第二电流通道，其中第二电流通道相较于第二基极选择器具有较低阻抗的特性。

在本发明其中一个实施例中，输出级电路还包括检测器与控制器。检测器用以检测输出电流是否大于电流门坎值或为零电流，并据此传送检测结果。控制器电性连接检测器，并根据所接收的检测结果分别传送第一及第二控制信号至对应的高侧输出驱动器与低侧输出驱动器，以控制其禁能或使能状态。

在本发明其中一个实施例中，第三参考电压为系统电压或接地电压。

在本发明其中一个实施例中，高侧输出驱动器包括第一P型晶体管，并且低侧输出驱动器包括第一N型晶体管，其中第一P型晶体管具有第一本体二极管，其栅极接收第一控制信号并据此决定导通或关闭状态，其源极连接系统电压，其漏极输出输出电压，其基极连接第一基极选择器，并且第一N型晶体管具有第二本体二极管，其栅极接收第二控制信号并据此决定导通或关闭状态，其源极连接接地电压，其漏极连接第一P型晶体管的漏极，其基极连接第二基极选择器，其中当输出电流的电流值大于电流门坎值而使得第一N型晶体管过电流时，则禁能受控于第二控制信号的第一N型晶体管，并且使能受控于第一控制信号的第一P型晶体管以建立第一电流通道，藉此降低输出电流的电流值与输出电压的电压突波，其中第一电流通道为第一P型晶体管的漏源极间的通道。

在本发明其中一个实施例中，当输出电流的电流值大于电流门坎值而使得第一P型晶体管过电流时，则禁能受控于第一控制信号的第一P型晶体管，并且使能受控于第二控制信号的第一N型晶体管以建立第二电流通道，藉此降低输出电流的电流值与输出电压的电压突波，其中第二电流通道为第一N型晶体管的漏源极间的通道。

在本发明其中一个实施例中，高侧输出驱动器还包括第二P型晶体管，并且低侧输出驱动器还包括第二N型晶体管，其中第二P型晶体管具有第三本体二极管，其源极连接第一P型晶体管的漏极，其栅极接收第三控制信号并据此决定导通或关闭状态，并且第二N型晶体管具有第四本体二极管，其漏极连接第二P型晶体管的漏极且输出输出电压，其栅极接收第四控制信号并据此决定导通或关闭状态，其源极连接第一N型晶体管的漏极。

本发明实施例另提供一种输出级电路的过电流保护方法，输出级电路包括高侧输出驱动器、第一基极选择器、低侧输出驱动器、第二基极选择器与一电感，其中高侧输出驱动器电性连接系统电压与第一控制信号，所述第一基极选择器电性连接高侧输出驱动器，且接收第一参考电压与系统电压，所述低侧输出驱动器电性连接接地电压与第二控制信号，而高侧输出驱动器直接连接至低侧输出驱动器之处产生输出电压，第二基极选择器电性连接低侧输出驱动器且接收第二参考电压与接地电压，电感的一端电性连接至输出电压，其另一端电性连接第三参考电压，并且具有输出电流流经电感。过电流保护方法包括以下步骤：检测输出电流的电流值；判断高侧输出驱动器或低侧输出驱动器是否过电流；当输出电流的电流值大于电流门坎值而使得低侧输出驱动器过电流时，则禁能低侧输出驱动器且使能高侧输出驱动器以建立第一电流通道，藉此以降低输出电流的电流值与输出电压的电压突波；当输出电流的电流值大于电流门坎值而使得高侧输出驱动器过电流时，则禁能高侧输出驱动器且使能低侧输出驱动器以建立第二电流通道，藉此以降低输出电流的电流值与输出电压的电压突波。

本发明实施例再提供一种音频放大系统，所述音频放大系统包括前级放大器、输出级电路与负载。前级放大器接收且放大输入信号。输出级电路电性连接前级放大器。负载电性连接输出级电路。

综上所述，本发明实施例所提出的输出级电路及其过电流保护方法与音频放大系统，利用检测输出电流是否过电流来引导输出电流至第一电流通道或第二电流通道以降低输出电流的电流值，并且能够降低输出电压的电压突波，以避免损害或击穿连接至输出电压的相关电子元件。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，但是此等说明与所附图式仅是用来说明本发明，而非对本发明的权利要求范围作任何的限制。

附图说明

图1为根据本发明实施例的输出级电路的电路区块示意图。

图2为根据本发明实施例的输出级电路的细部电路示意图。

图3为对应图2所示的输出级电路的驱动波形图。

图4为根据本发明的输出级电路的细部电路图。

图5为对应图4所示的输出级电路的驱动波形图。

图6为根据本发明再一实施例的输出级电路的细部电路示意图。

图7为根据本发明实施例输出级电路的过电流保护方法的流程图。

图8为根据本发明实施例的音频放大系统的电路区块图。

【符号说明】

100、200、400、600：输出级电路

110：高侧输出驱动器

120：第一基极选择器

130：低侧输出驱动器

140：第二基极选择器

150：检测器

160：控制器

800：音频放大系统

810：前级放大器

820：输出级电路

830：负载

A、B、A’、B’：电流路径

CS1：第一控制信号

CS2：第二控制信号

CS3：第三控制信号

CS4：第四控制信号

D1、D2、D3、D4：本体二极管

GND：接地电压

MP1：第一P型晶体管

MP2：第二P型晶体管

MN1：第一N型晶体管

MN2：第二N型晶体管

L：电感

IN：输入信号

IOUT：输出电流

RS：检测结果

S710、S720、S730、S740：步骤

t11、t12、t13、t21、t22、t23：时间

VCC：系统电压

VOUT：输出电压

VOUT’：输出信号

VREF1：第一参考电压

VREF2：第二参考电压

VREF3：第三参考电压

具体实施方式

在下文将参看随附图式更充分地描述各种例示性实施例，在随附图式中展示一些例示性实施例。然而，本发明概念可能以许多不同形式来体现，且不应解释为限于本文中所阐述的例示性实施例。确切而言，提供此等例示性实施例使得本发明更为详尽且完整，且将向本领域的普通技术人员充分传达本发明概念的范畴。在诸图式中，可为了清楚而夸示层及区的大小及相对大小。类似数字始终指示类似元件。

应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件，但此等元件不应受此等术语限制。此等术语乃用以区分一元件与另一元件。因此，下文论述的第一元件可称为第二元件而不偏离本发明概念的教示。如本文中所使用，术语“及/或”包括相关联的列出项目中的任一者及一或多者的所有组合。

〔输出级电路的实施例〕

请参照图1，图1为根据本发明实施例的输出级电路的电路区块示意图。如图1所示，输出级电路100包括高侧输出驱动器110、第一基极选择器120、低侧输出驱动器130、第二基极选择器140与电感L。高侧输出驱动器110电性连接系统电压VCC与第一控制信号CS1。第一基极选择器120电性连接高侧输出驱动器110。低侧输出驱动器130电性连接接地电压GND与第二控制信号CS2且直接连接至高侧输出驱动器110。第二基极选择器140电性连接低侧输出驱动器130。电感的一端电性连接至高侧输出驱动器110与低侧输出驱动器130之间且产生一输出电压VOUT。电感L的另一端电性连接第三参考电压VREF3，并且具有一输出电流IOUT流经电感L。

在本实施例中，输出级电路100还包括检测器150与控制器160。控制器160电性连接检测器150。首先，本披露内容利用检测器150来检测流经电感L上的输出电流IOUT是否大于电流门坎值或输出电流是否为零电流（zero current），并据此传送检测结果RS至控制器160。接着，控制器160根据所接收的检测结果RS分别传送第一控制信号CS1及第二控制信号CS2至对应的高侧输出驱动器110与低侧输出驱动器130，以控制其禁能或使能状态。

于现有技术中，当输出电流IOUT经由高侧输出驱动器110流入第一基极选择器120以释放输出电流IOUT时，会使得输出电压VOUT的电压突波（voltage spiking）过高，另一方面，当输出电流IOUT经由低侧输出驱动器130流入第二基极选择器140以释放输出电流IOUT时，也会使得输出电压VOUT的电压突波过低。因此，本披露内容提出一种改变输出电流IOUT的电流释放路径，以避免输出电压VOUT的电压突波过高进而损害输出电压VOUT端点的周围电子元件与造成电路的误操作，其中此一电流释放路径相较于第一基极选择器120或第二基极选择器140具有较低的阻抗特性。

接下来要教示的，是进一步说明输出级电路100的工作原理。

在本实施例中，于第三参考电压VREF3为系统电压时，当检测器150检测到输出电流IOUT的电流值大于所述电流门坎值时（也即低侧输出驱动器130可能即将发生过电流的情形），则会传送此一检测结果RS至控制器160。接着，控制器160会根据所接收到的检测结果RS传送第一控制信号CS1至高侧输出驱动器110以使能高侧输出驱动器110以建立第一电流通道（first current channel），并且同时传送第二控制信号CS2至低侧输出驱动器130以禁能低侧输出驱动器130进而改变输出电流IOUT的电流路径，藉此以将输出电流IOUT引导至高侧输出驱动器110内的第一电流通道（first current channel）以释放输出电流IOUT至系统电压VCC的一端。由于第一电流通道相较于第一基极选择器120具有低阻抗的特性，因此在释放输出电流IOUT的瞬时期间时，输出电压VOUT的电压突波不会抖动过高，进而能够保护与输出电压VOUT电性连接的相关电子元件。须注意的是，在本实施例中，在释放输出电流IOUT的瞬时期间，检测器150也会不断地检测输出电流IOUT的电流值变化，当检测器150检测到输出电流IOUT的电流值下降至零电流时，则检测器150会传送此一检测结果RS至控制器160。接着，控制器160会根据此一检测结果RS传送第一控制信号CS1至高侧输出驱动器110以禁能高侧输出驱动器110以避免高侧输出驱动器110发生过电流的情形。之后输出电压VOUT与系统电压VCC处于相同的电压电平。

另一方面，于第三参考电压VREF3为接地电压时，当检测器150检测到输出电流IOUT大于所述电流门坎值时（也即，高侧输出驱动器110可能即将发生过电流的情形），则会传送此一检测结果RS至控制器160。接着，控制器160会根据所接收到的检测结果RS传送第一控制信号CS1至高侧输出驱动器110以禁能高侧输出驱动器110，并且同时传送第二控制信号CS2至低侧输出驱动器130以使能低侧输出驱动器130以建立第二电流通道（second current channel）进而改变输出电流IOUT的电流路径，藉此以将输出电流IOUT引导至低侧输出驱动器110内的第二电流通道以释放输出电流IOUT至接地电压GND。由于，第二电流通道相较于第二基极选择器140具有低阻抗的特性，因此在释放输出电流IOUT的瞬时期间时，输出电压VOUT的电压突波不会抖动过低，进而能够保护与输出电压VOUT电性连接的相关电子元件。须注意的是，在本实施例中，在释放输出电流IOUT的瞬时期间，检测器150也会不断地检测输出电流IOUT的电流值变化，当检测器150检测到输出电流IOUT的电流值下降至零电流时，则检测器150会传送此一检测结果RS至控制器160。接着，控制器160会根据此一检测结果RS传送第二控制信号CS2至低侧输出驱动器130以禁能低侧输出驱动器130以避免低侧输出驱动器130发生过电流的情形。之后输出电压VOUT与接地电压GND处于相同的电压电平。

为了更详细地说明本发明所述的输出级电路100的运作流程，以下将举多个实施例中至少之一来作更进一步地说明。

在接下来的多个实施例中，将描述不同于上述图1实施例的部分，且其余省略部分与上述图1实施例的部分相同。此外，为说明便利起见，相似的参考数字或标号指示相似的元件。

〔输出级电路的另一实施例〕

请参照图2，图2为根据本发明实施例的输出级电路的细部电路示意图。如图2所示，与上述图1实施例不同的是，在本实施例中，高侧输出驱动器110包括第一P型晶体管MP1，并且低侧输出驱动器130包括第一N型晶体管MN1。第一P型晶体管MP1具有一第一本体二极管D1，第一P型晶体管MP1的栅极接收第一控制信号CS1并据此决定导通或关闭状态，第一P型晶体管MP1的源极连接系统电压VCC，第一P型晶体管MP1的漏极输出所述输出电压VOUT，第一P型晶体管MP1的基极连接第一基极选择器120。第一N型晶体管MN1具有第二本体二极管D2，第一N型晶体管MN1的栅极接收第二控制信号CS2并据此决定导通或关闭状态，第一N型晶体管MN1的源极连接接地电压GND，第一N型晶体管MN1的漏极连接第一P型晶体管MP1的漏极，第一N型晶体管MN1的基极连接第二基极选择器140。

接下来要教示的，是进一步说明输出级电路200的工作原理，以更清楚了解本披露内容。

请同时参照图1～图3，图3为对应图2所示的输出级电路的驱动波形图。在本实施例中的输出级电路200，于电感L的另一端电性连接至第三参考电压VREF3为系统电压VCC时，同样地，在时间t11到时间t12之间，输出电压VOUT不断地往系统电压VCC的电压电平上升并且输出电流IOUT也不断地上升，其中输出电流IOUT的电流路径为符号A所示。当在时间t12时，检测器150检测到流经电感L上的输出电流IOUT的电流值大于所述电流门坎值时（也即第一N型晶体管MN1可能即将发生过电流的情形），则会传送此一检测结果RS至控制器160，其中设计者可以依照实际电路应用需求来进一步设计电流门坎值。接着，控制器160会根据所接收到的检测结果RS会将高电压电平的第一控制信号CS1转态至低电压电平并且传送第一控制信号CS1至第一P型晶体管MP1以导通第一P型晶体管MP1且建立第一电流通道（first current channel），其中具有低阻抗特性的第一电流通道为第一P型晶体管MP1的漏源极间的P型通道（p-channel），并且同时将高电压电平的第二控制信号CS2转态至低电压电平并且传送第二控制信号CS2至第一N型晶体管MN1以关闭第一N型晶体管MN1进而改变输出电流IOUT的电流路径，藉此以将输出电流IOUT引导至第一P型晶体管MP1内的第一电流通道（first current channel）以释放输出电流IOUT至系统电压VCC的一端，其中输出电流IOUT的电流路径为符号B所示，且其电流量开始呈现下降的趋势。由于，输出电流IOUT流经第一电流通道的电流路径相较于输出电流IOUT流经第一本体二极管D1与第一基极选择器120的电流路径具有低阻抗的特性，故于时间t12～时间t13时，也即在释放输出电流IOUT的瞬时期间，输出电压VOUT的电压突波不会抖动过高，也即输出电压VOUT的电压最大抖动并不会高于系统电压VCC太多，因此进而能够保护与输出电压VOUT电性连接的相关电子元件。须注意的是，在本实施例中，在释放输出电流IOUT的瞬时期间（也即时间t12～时间t13），检测器150也会不断地检测输出电流IOUT的电流值变化，当在时间t13时，检测器150检测到输出电流IOUT的电流值下降至零电流时，检测器150会传送此一检测结果RS至控制器160。接着，控制器160会根据此一检测结果RS将低电压电平的第一控制信号CS1转态至高电压电平并且传送第一控制信号CS1至第一P型晶体管MP1以关闭第一P型晶体管MP1以避免第一P型晶体管MP1发生过电流的情形。之后输出电压VOUT与系统电压VCC处于相同的电压电平。

另一方面，请同时参照图1、图4与图5，图4为根据本发明的输出级电路的细部电路图。图5为对应图4所示的输出级电路的驱动波形图。在进行下述说明前，须先说明的是，相较于图2的输出级电路200，图4的输出级电路400的相异处在于电流路径的不同，如电流路径A对应于电流路径A’，电流路径B对应于电流路径B’。

在本实施例中，于输出级电路400内的电感L的另一端电性连接至第三参考电压VREF3为接地电压GND时，在时间t21到时间t22之间，输出电压VOUT不断地往接地电压GND的电压电平下降，并且输出电流IOUT不断地上升，其中输出电流IOUT的电流路径为符号A’所示。当在时间t22时，检测器150检测到流经电感L上的输出电流IOUT的电流值大于所述电流门坎值时（也即第一P型晶体管MP1可能即将发生过电流的情形），则会传送此一检测结果RS至控制器160，其中设计者可以依照实际电路应用需求来进一步设计电流门坎值。接着，控制器160会根据所接收到的检测结果RS会将低电压电平的第二控制信号CS2转态至高电压电平并且传送第二控制信号CS2至第一N型晶体管MN1以导通第一N型晶体管MN1且建立第二电流通道（second current channel），其中具有低阻抗特性的第二电流通道为第一N型晶体管MN1的漏源极间的N型通道（n-channel），并且同时将低电压电平的第一控制信号CS1转态至高电压电平并且传送第一控制信号CS1至第一P型晶体管MP1以关闭第一P型晶体管MP1进而改变输出电流IOUT的电流路径，藉此以将输出电流IOUT引导至第一N型晶体管MN1内的第二电流通道（second currentchannel）以释放输出电流IOUT至接地电压GND的一端，其中此时的输出电流IOUT的电流路径如符号B’所示，且其电流量开始呈现下降的趋势。由于，输出电流IOUT流经第二电流通道的电流路径相较于输出电流IOUT流经第二本体二极管D2与第二基极选择器140的电流路径具有低阻抗的特性，故于时间t22～时间t23时，也即在释放输出电流IOUT的瞬时期间，输出电压VOUT的电压突波不会抖动过低，也即输出电压VOUT的电压最大抖动并不会低于接地电压GND太多，因此进而能够保护与输出电压VOUT电性连接的相关电子元件。须注意的是，在本实施例中，在释放输出电流IOUT的瞬时期间（也即时间t22～时间t23），检测器150也会不断地检测输出电流IOUT的电流值变化，当在时间t23时，检测器150检测到输出电流IOUT的电流值下降至零电流时，检测器150会传送此一检测结果RS至控制器160。接着，控制器160会根据此一检测结果RS将高电压电平的第二控制信号CS2转态至低电压电平并且传送第二控制信号CS2至第一N型晶体管MN1以关闭第一N型晶体管MN1而进入稳态期间，以避免第一N型晶体管MN1发生过电流的情形。之后，当进入稳态期间时，输出电压VOUT会被稳定在与接地电压GND相同的电压电平。

在接下来的多个实施例中，将描述不同于上述图4实施例的部分，且其余省略部分与上述图4实施例的部分相同。此外，为说明便利起见，相似的参考数字或标号指示相似的元件。

〔输出级电路的再一实施例〕

请参照图6，图6为根据本发明再一实施例的输出级电路的细部电路示意图。与上述图4实施例不同的是，高侧输出驱动器110还包括第二P型晶体管MP2，并且低侧输出驱动器130还包括第二N型晶体管MN2。第二P型晶体管MP2具有第三本体二极管D3，第二P型晶体管MP2的源极连接第一P型晶体管MP1的漏极，第二P型晶体管MP2的栅极接收第三控制信号CS3并据此决定导通或关闭状态，并且第二N型晶体管MN2具有第四本体二极管D4，第二N型晶体管MN2的漏极连接第二P型晶体管MP2的漏极且输出所述输出电压VOUT，第二N型晶体管MN2的栅极接收第四控制信号CS4并据此决定导通或关闭状态，第二N型晶体管MN2的源极连接第一N型晶体管MN1的漏极。简单来说，本实施例是以晶体管叠接（cascode）方式来建构输出级电路600，因此只要不脱离以晶体管叠接（cascode）方式来建构输出级电路的精神内，皆属于本实施例所要披露的范围内。

如有必要时，接下来的披露内容，请同时参照图3的驱动波形图以更了解本实施例，其中第三控制信号CS3的波形相同于第一控制信号CS1，第四控制信号CS4的波形相同于第二控制信号CS2。在本实施例中的输出级电路600，于电感L的另一端电性连接至第三参考电压VREF3为系统电压VCC时，同样地，输出电压VOUT不断地往系统电压VCC的电压电平上升并且输出电流IOUT也不断地上升。当检测器150检测到流经电感L上的输出电流IOUT的电流值大于所述电流门坎值时（也即第一N型晶体管MN1或第二N型晶体管MN2可能即将发生过电流的情形），则会传送此一检测结果RS至控制器160，其中设计者也可以依照实际电路应用需求来进一步设计电流门坎值。接着，控制器160会根据所接收到的检测结果RS会将高电压电平的第一控制信号CS1与第三控制信号CS3转态至低电压电平并且传送第一及第三控制信号CS1、CS3至对应的第一及第二P型晶体管MP1、MP2以导通第一及第三P型晶体管MP1、MP2且建立第一电流通道及第三电流通道，其中具有低阻抗特性的第一电流通道及第三电流通道分别为第一及第二P型晶体管MP1、MP2的漏源极间的P型通道（p-channel），并且控制器160同时将高电压电平的第二及第四控制信号CS2、CS4转态至低电压电平并且将第二及第四控制信号CS2、CS4传送至第一及第二N型晶体管MN1、MN2以关闭第一及第二N型晶体管MN1、MN2进而改变输出电流IOUT的电流路径，藉此以将输出电流IOUT引导至第一及第二P型晶体管MP1、MP2内的第一及第三电流通道以释放输出电流IOUT至系统电压VCC的一端，此时输出电流IOUT的电流值开始呈现下降的趋势。由于，输出电流IOUT流经第一及第三电流通道的电流路径相较于输出电流IOUT流经第一及第三本体二极管D1、D3与第一基极选择器120的电流路径具有低阻抗的特性，故在释放输出电流IOUT的瞬时期间，输出电压VOUT的电压突波不会抖动过高，也即输出电压VOUT的电压最大抖动并不会高于系统电压VCC太多，据此能够保护与输出电压VOUT电性连接的相关电子元件。须注意的是，在本实施例中，在释放输出电流IOUT的瞬时期间，检测器150也会不断地检测输出电流IOUT的电流值变化，当检测器150检测到输出电流IOUT的电流值下降至零电流时，检测器150会传送此一检测结果RS至控制器160。接着，控制器160会根据此一检测结果RS将低电压电平的第一及第三控制信号CS1、CS3转态至高电压电平并且将第一及第三控制信号CS1、CS3传送至对应的第一及第二P型晶体管MP1、MP2以关闭第一及第二P型晶体管MP1、MP2以避免第一及第二P型晶体管MP1、MP2发生过电流的情形。的后输出电压VOUT与系统电压VCC处于相同的电压电平。

另一方面，请继续参照图6且如有必要时，接下来的披露内容，请同时参照图5的驱动波形图以更了解本实施例，其中第三控制信号CS3的波形相同于第一控制信号CS1，第四控制信号CS4的波形相同于第二控制信号CS2。于电感L的另一端电性连接至第三参考电压VREF3为接地电压GND时，输出电压VOUT不断地往接地电压GND的电压电平下降并且输出电流IOUT也不断地上升。同样地，当检测器150检测到流经电感L上的输出电流IOUT的电流值大于所述电流门坎值时（也即第一P型晶体管MP1或第二P型晶体管MP2可能即将发生过电流的情形），则会传送此一检测结果RS至控制器160，其中设计者也可以依照实际电路应用需求来进一步设计电流门坎值。接着，控制器160会根据所接收到的检测结果RS会将低电压电平的第二控制信号CS2与第四控制信号CS4转态至高电压电平并且传送第二及第四控制信号CS2、CS4至对应的第一及第二N型晶体管MN1、MN2，以导通第一及第二N型晶体管MN1、MN2且建立第二电流通道及第四电流通道，其中具有低阻抗特性的第二电流通道及第四电流通道分别为第一及第二N型晶体管MN1、MN2的漏源极间的n型通道（n-channel），并且控制器160同时将低电压电平的第一及第三控制信号CS1、CS3转态至高电压电平并且将第一及第三控制信号CS1、CS3传送至第一及第二P型晶体管MP1、MP2以关闭第一及第二P型晶体管MP1、MP2进而改变输出电流IOUT的电流路径，藉此以将输出电流IOUT引导至第一及第二N型晶体管MN1、MN2内的第二及第四电流通道以释放输出电流IOUT至接地电压GND的一端，此时输出电流IOUT的电流值也开始呈现下降的趋势。由于，输出电流IOUT流经第二及第四电流通道的电流路径相较于输出电流IOUT流经第二及第四本体二极管D2、D4与第二基极选择器140的电流路径具有低阻抗的特性，故在释放输出电流IOUT的瞬时期间，输出电压VOUT的电压突波不会抖动过低，也即输出电压VOUT的电压最大抖动并不会低于接地电压GND太多，据此能够保护与输出电压VOUT电性连接的相关电子元件。须注意的是，在本实施例中，在释放输出电流IOUT的瞬时期间，检测器150也会不断地检测输出电流IOUT的电流值变化，当检测器150检测到输出电流IOUT的电流值下降至零电流时，检测器150会传送此一检测结果RS至控制器160。接着，控制器160会根据此一检测结果RS将高电压电平的第二及第四控制信号CS2、CS4转态至低电压电平并且将第二及第四控制信号CS2、CS4传送至对应的第一及第二N型晶体管MN1、MN2以关闭第一及第二N型晶体管MN1、MN2而进入稳态期间，以避免第一及第二N型晶体管MN1、MN2发生过电流的情形。之后输出电压VOUT与接地电压GND处于相同的电压电平。

〔输出级电路的过电流保护方法的一实施例〕

请参照图7，图7为根据本发明实施例输出级电路的过电流保护方法的流程图。本例所述的方法可以在图1、图2、图4与图6所示输出级电路上执行,因此请一并照图1至图3以利理解。在本实施例中，输出级电路的过电流保护方法包括以下步骤：检测一输出电流的电流值（步骤S710）。判断高侧输出驱动器或低侧输出驱动器是否过电流（步骤S720）。当输出电流的电流值大于电流门坎值而使得低侧输出驱动器过电流时，则禁能低侧输出驱动器且使能高侧输出驱动器以开启第一电流通道，藉此以降低输出电流的电流值与输出电压的电压突波，且当输出电流下降至零后，禁能高侧输出驱动器。（步骤S730）。当输出电流的电流值大于电流门坎值而使得高侧输出驱动器过电流时，则禁能高侧输出驱动器且使能低侧输出驱动器以开启第二电流通道，藉此以降低输出电流的电流值与输出电压的电压突波，且当输出电流下降至0后，禁能低侧输出驱动器。（步骤S740）。简单来说，输出级电路的过电流保护方法在不脱离为当检测输出电流大于电流门坎值时，则改变输出电流的电流路径至较低阻抗的电流通道，以释放输出电流，藉此以避免输出电压的电压突波过大而损害邻接的电子元件的精神下，皆属于本发明的技术思想所要披露的范围内。

关于输出级电路的过电流保护方法的各步骤的相关细节在上述图1～图6实施例已详细说明，在此恕不赘述。在此须说明的是，图7实施例的各步骤仅为方便说明的须要，本发明实施例并不以各步骤彼此间的顺序作为实施本发明各个实施例的限制条件。

〔音频放大系统的一实施例〕

请参照图8，图8为根据本发明实施例的音频放大系统的电路区块图。音频放大系统800包括前级放大器810、输出级电路820与负载830。在本实施例中，前级放大器810接收且放大一输入信号IN，输出级电路820电性连接前级放大器810，以接收一输出信号VOUT’，并且传送一输出电压VOUT至一负载830。输出级电路820可以是上述实施例输出级电路100、200、400与600的其中之一。

〔实施例的可能效果〕

综上所述，本发明实施例所提出的输出级电路及其过电流保护方法与音频放大系统，利用检测输出电流是否大于电流门坎值来决定是否改变输出电流的电流路径，也即引导输出电流至第一电流通道或第二电流通道以降低输出电流的电流值，并且能够降低输出电压的电压突波，以避免损害或击穿连接至输出电压的相关电子元件。

以上所述仅为本发明的实施例，其并非用以局限本发明的专利范围。

Claims (13)

1.一种输出级电路，其特征在于，所述输出级电路包括：

高侧输出驱动器，电性连接于系统电压与第一控制信号；

第一基极选择器，电性连接于所述高侧输出驱动器，接收第一参考电压与所述系统电压；

低侧输出驱动器，电性连接于接地电压与第二控制信号，其中所述高侧输出驱动器的直接连接至所述低侧输出驱动器之处产生输出电压；

第二基极选择器，电性连接于所述低侧输出驱动器，接收第二参考电压与所述接地电压；以及

电感，所述电感的一端电性连接至所述输出电压，所述电感的另一端电性连接于第三参考电压，并且具有输出电流流经所述电感，

当所述输出电流的电流值大于电流门坎值而使得所述低侧输出驱动器过电流时，则禁能受控于所述第二控制信号的所述低侧输出驱动器，并且使能受控于所述第一控制信号的所述高侧输出驱动器以建立第一电流通道，进而改变所述输出电流的电流路径，藉此降低所述输出电流的电流值与所述输出电压的电压突波，

当所述输出电流的电流值超过所述电流门坎值而使得所述高侧输出驱动器过电流时，则禁能受控于所述第一控制信号的所述高侧输出驱动器，并且使能受控于所述第二控制信号的所述高侧输出驱动器以建立第二电流通道，进而改变所述输出电流的电流路径，藉此降低所述输出电流的电流值与所述输出电压的电压突波。

2.根据权利要求1所述的输出级电路，其特征在于，当所述输出电流下降至零电流时，则禁能受控于所述第一控制信号的所述高侧输出驱动器以关闭所述第一电流通道，其中所述第一电流通道相较于所述第一基极选择器具有较低阻抗的特性。

3.根据权利要求1所述的输出级电路，其特征在于，当所述输出电流下降至零电流时，则禁能受控于所述第二控制信号的所述低侧输出驱动器以关闭所述第二电流通道，其中所述第二电流通道相较于所述第二基极选择器具有较低阻抗的特性。

4.根据权利要求1所述的输出级电路，其特征在于，所述输出级电路还包括：

检测器，用以检测所述输出电流是否大于所述电流门坎值或为零电流，并据此传送检测结果；以及

控制器，电性连接于所述检测器，并根据所接收的所述检测结果分别传送所述第一控制信号与所述第二控制信号至对应的所述高侧输出驱动器与所述低侧输出驱动器，以控制所述高侧输出驱动器与所述低侧输出驱动器禁能或使能状态。

5.根据权利要求1所述的输出级电路，其特征在于，所述第三参考电压为所述系统电压或所述接地电压。

6.根据权利要求1所述的输出级电路，其特征在于，所述高侧输出驱动器包括第一P型晶体管，并且所述低侧输出驱动器包括第一N型晶体管，其中所述第一P型晶体管具有第一本体二极管，所述第一P型晶体管的栅极接收所述第一控制信号并据此决定导通或关闭状态，所述第一P型晶体管的源极连接所述系统电压，所述第一P型晶体管的漏极输出所述输出电压，所述第一P型晶体管的基极连接所述第一基极选择器，并且所述第一N型晶体管具有第二本体二极管，所述第一N型晶体管的栅极接收所述第二控制信号并据此决定导通或关闭状态，所述第一N型晶体管的源极连接所述接地电压，所述第一N型晶体管的漏极连接所述第一P型晶体管的漏极，所述第一N型晶体管的基极连接所述第二基极选择器，其中当所述输出电流的电流值大于所述电流门坎值而使得所述第一N型晶体管过电流时，则禁能受控于所述第二控制信号的所述第一N型晶体管，并且使能受控于所述第一控制信号的所述第一P型晶体管以建立所述第一电流通道，藉此降低所述输出电流的电流值与所述输出电压的电压突波，其中所述第一电流通道为所述第一P型晶体管的漏源极间的通道。

7.根据权利要求6所述的输出级电路，其特征在于，当所述输出电流的电流值大于所述电流门坎值而使得所述第一P型晶体管过电流时，则禁能受控于所述第一控制信号的所述第一P型晶体管，并且使能受控于所述第二控制信号的所述第一N型晶体管以建立所述第二电流通道，藉此降低所述输出电流的电流值与所述输出电压的电压突波，其中所述第二电流通道为所述第一N型晶体管的漏源极间的通道。

8.根据权利要求6所述的输出级电路，其特征在于，所述高侧输出驱动器还包括第二P型晶体管，并且所述低侧输出驱动器还包括第二N型晶体管，其中所述第二P型晶体管具有第三本体二极管，所述第二P型晶体管的源极连接所述第一P型晶体管的漏极，所述第二P型晶体管的栅极接收第三控制信号并据此决定导通或关闭状态，并且所述第二N型晶体管具有第四本体二极管，所述第二N型晶体管的漏极连接所述第二P型晶体管的漏极且输出所述输出电压，所述第二N型晶体管的栅极接收第四控制信号并据此决定导通或关闭状态，所述第二N型晶体管的源极连接所述第一N型晶体管的漏极。

9.一种输出级电路的过电流保护方法，所述输出级电路包括高侧输出驱动器、第一基极选择器、低侧输出驱动器、第二基极选择器与电感，其中所述高侧输出驱动器电性连接于系统电压与第一控制信号，所述第一基极选择器电性连接于所述高侧输出驱动器，且接收第一参考电压与所述系统电压，所述低侧输出驱动器电性连接于接地电压与第二控制信号，而所述高侧输出驱动器的直接连接至所述低侧输出驱动器之处产生输出电压，所述第二基极选择器电性连接于所述低侧输出驱动器且接收第二参考电压与所述接地电压，所述电感的一端电性连接至所述输出电压，所述电感的另一端电性连接于第三参考电压，并且具有输出电流流经所述电感，其特征在于，所述过电流保护方法包括：

检测所述输出电流的电流值；

判断所述高侧输出驱动器或所述低侧输出驱动器是否过电流；

当所述输出电流的电流值大于电流门坎值而使得所述低侧输出驱动器过电流时，则禁能所述低侧输出驱动器且使能所述高侧输出驱动器以建立第一电流通道，藉此以降低所述输出电流的电流值与所述输出电压的电压突波；以及

当所述输出电流的电流值大于所述电流门坎值而使得所述高侧输出驱动器过电流时，则禁能所述高侧输出驱动器且使能所述低侧输出驱动器以建立第二电流通道，藉此以降低所述输出电流的电流值与所述输出电压的电压突波。

10.根据权利要求9所述的输出级电路的过电流保护方法，其特征在于，所述过电流保护方法还包括：

当所述输出电流下降至零电流时，则禁能受控于所述第一控制信号的所述高侧输出驱动器以关闭所述第一电流通道，其中所述第一电流通道相较于所述第一基极选择器具有较低阻抗的特性。

11.根据权利要求9所述的输出级电路的过电流保护方法，其特征在于，所述输出级电路的过电流保护方法还包括：

当所述输出电流下降至零电流时，则禁能受控于所述第二控制信号的所述低侧输出驱动器以关闭所述第二电流通道，其中所述第二电流通道相较于所述第二基极选择器具有较低阻抗的特性。

12.根据权利要求9所述的输出级电路的过电流保护方法，其特征在于，所述输出级电路还包括：

检测器，用以检测所述输出电流是否大于所述电流门坎值或为零电流，并据此传送检测结果；以及

控制器，电性连接于所述检测器，并根据所接收的所述检测结果分别传送所述第一控制信号与所述第二控制信号至对应的所述高侧输出驱动器与所述低侧输出驱动器，以控制所述高侧输出驱动器与所述低侧输出驱动器禁能或使能状态。

13.一种音频放大系统，其特征在于，所述音频放大系统包括：

前级放大器，接收且放大输入信号；

根据权利要求1所述的输出级电路，电性连接于所述前级放大器；以及

负载，电性连接于所述输出级电路，

其中所述音频放大系统利用根据权利要求9所述的过电流保护方法，以降低所述输出电流的电流值与所述输出电压的电压突波。