CN105098718A - 电源供应装置与过电压保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电源供应装置与过电压保护方法。电源供应装置包含储能单元、第一开关、第二开关以及驱动模块。储能单元根据供应电压产生驱动电压。第一开关根据第一驱动信号选择性地传送供应电压至储能单元。第二开关根据第二驱动信号选择性地导通，以调整驱动电压。驱动模块在供应电压上升到第一预定值时导通第二开关，并在供应电压上升到第二预定值后产生第一驱动信号与第二驱动信号，其中第一预定值低于第二预定值。本发明的电源供应装置可在系统开机过程中提供有效的过电压保护，并在系统正常运作后提供更进一步的过电压保护操作。

Description

电源供应装置与过电压保护方法

技术领域

本发明涉及一种电源供应装置，且特别涉及一种具有过电压保护的电源供应装置。

背景技术

在现有的消费性电子产品中，经常需要电源供应装置产生正确的驱动电压，以提供电子产品进行运作。为了避免电子产品因电源不稳定而造成损坏，在电源供应装置上会加入各种保护机制。过电压保护是一种常见的保护机制。

一般而言，电源供应装置会利用多个功率开关对驱动电压进行调节，以在系统操作时提供稳定的驱动电压。然而，若多个功率开关在电子产品未开机前已经出现损坏的情形，当电子产品刚开机时，过电压保护机制尚未启动，外部供应电压可能会直接输入至电子产品中的其他电路，而对电子产品造成永久性的损坏。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种电源供应装置与过电压保护方法，其可在系统开机过程中提供有效的过电压保护，并在系统正常运作后提供更进一步的过电压保护操作。

本发明的电源供应装置包含储能单元、第一开关、第二开关以及驱动模块。储能单元用以根据供应电压产生驱动电压至负载电路。第一开关用以根据第一驱动信号选择性地传送供应电压至储能单元。第二开关用以根据第二驱动信号选择性地导通，以调整驱动电压。驱动模块用以在供应电压上升到第一预定值时导通第二开关，并在供应电压上升到第二预定值后，驱动模块产生第一驱动信号与第二驱动信号，且第一预定值低于第二预定值。

本发明的过电压保护方法适用于电源供应装置，其中电源供应装置包含第一开关与第二开关。第一开关的第一端用以接收供应电压，且第二开关电性耦接于第一开关的第二端与地之间。过电压保护方法包含下列步骤：在供应电压上升到第一预定值时，导通第二开关；以及在供应电压上升到第二预定值时，经由脉波宽度调变控制器产生脉波宽度调变信号至驱动器，以使驱动器根据脉波宽度调变信号驱动第一开关与第二开关，其中第一预定值低于第二预定值。

综上所述，通过应用所述的实施例，电源供应装置可在系统开机过程中提供有效的过电压保护，并在系统正常运作后提供更进一步的过电压保护操作。如此一来，负载电路的可靠度与操作安全性得以改善。

为让本发明的所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1A是依照本发明的一实施例所示的电源供应装置的示意图。

图1B是依照本发明的一实施例所示的过电压保护方法的流程图。

图2是依照本发明的一实施例所示图1A的电源供应装置的配置示意图。

图3A是依照本发明的一实施例所示图2中的电源供应装置的正常操作波形图。

图3B是依照本发明的一实施例所示图2中的电源供应装置的开关M1损坏后开机时的操作波形图。

图3C是依照本发明的一实施例所示图2中的电源供应装置的开关损坏后且供应电压处于待机电压的操作波形图。

图4A是依照本发明一实施例所示的电源供应装置的示意图。

图4B是依照本发明的一实施例所示图4A中的电源供应装置的开机后开关出现损坏的操作波形图。

图5是依照本发明的一实施例所示图2中的电源供应装置的开关M1损坏后在开机时的操作波形图。

具体实施方式

图1A是依照本发明的一实施例所示的电源供应装置100的示意图。电源供应装置100包含储能单元120、开关M1、开关M2以及驱动模块140。开关M1的第一端用以接收供应电压VCC，开关M1的第二端电性耦接储能单元120，且开关M1的控制端用以接收驱动信号VC1。开关M2的第一端电性耦接开关M1的第二端，开关M2的第二端电性耦接至地，且开关M2的控制端用以接收驱动信号VC2。如此，开关M1能够根据驱动信号VC1而选择性地导通，以将供应电压VCC传递至储能单元120进行储能，进而产生驱动电压VOUT。而开关M2能够根据驱动信号VC2而选择性地导通，以调节驱动电压VOUT。在各个实施例中，开关M1与开关M2包含各类型的功率晶体管。驱动模块140电性耦接开关M1与开关M2，并经由供应电压VCC所驱动。

图1B是依照本发明的一实施例所示的过电压保护方法100b的流程图。为了方便说明，请一并参照图1A与图1B，图1A的电源供应装置100的具体操作将与过电压保护方法100b一并说明。如图1B所示，过电压保护方法100b包含步骤S160与步骤S162。

在步骤S160中，当系统开机时，供应电压VCC上升到预定值A，驱动模块140设置以将驱动信号VC2切换至致能状态(例如为高准位电压)，以导通开关M2。如此，若开关M1因故障发生短路时，供应电压VCC可经由开关M2旁路至地。

在步骤S162中，供应电压VCC上升到足以让驱动模块140能够正常工作的最低电压值(以下称预定值B)后，驱动模块140可根据脉波宽度调变信号(如后图2中的脉波宽度调变信号PWM)开始产生所述的驱动信号VC1与驱动信号VC2，以驱动开关M1与开关M2，借此输出驱动电压VOUT以驱动负载电路100a，其中预定值A低于预定值B。

也就是说，若开关M1已经出现损坏，当系统开机时，驱动模块140能够在电源供应装置100开始完整运作前(亦即供应电压VCC上升至预定值B前)强制导通开关M2，以将供应电压VCC传送至地，借此避免供应电压VCC直接输入至储能单元120而产生错误的驱动电压VOUT。通过所述的设置方式，可为后端负载电路100a提供更完善的电压保护，而改善整体系统的可靠度。

本发明以下段落将提出多个实施例，可用以实现电源供应装置100的功能与操作，但本发明并不以下列的实施例为限。

图2是依照本发明的一实施例所示图1A的电源供应装置100的配置示意图。如图2所示，储能单元120包含电感L与电容C。电感L的第一端电性耦接开关M1的第二端，电感L的第二端电性耦接负载电路100a。电容C电性耦接于电感L的第二端与地之间。

此外，驱动模块140包含脉波宽度调变控制器142与驱动器144。脉波宽度调变控制器142用以在供应电压VCC上升到预定值B后，产生脉波宽度调变信号PWM至驱动器144。驱动器144电性耦接脉波宽度调变控制器142，并根据脉波宽度调变信号PWM产生驱动信号VC1与驱动信号VC2来驱动开关M1与开关M2，以调整驱动电压VOUT。

再者，在此实施例中，驱动器144包含预过电压保护单元144a。预过电压保护单元144a用以在供应电压VCC上升至预定值A时调整驱动信号VC2，以导通开关M2。换言之，预过电压保护单元144a是设置在低于预定值B的操作电压下(例如为前述的预定值A)即可进行工作，使电源供应装置100开始完整运作前预先导通开关M2，并且使供应电压VCC在开关M1发生短路的情况下可通过开关M2旁路至地。如此，可在系统启动瞬间，对负载电路100a进行初步的过电压保护的操作。

在一些实施例中，驱动模块140为控制芯片，且其脉波宽度调变控制器142亦可使用脉波频率调变等技术实施，本领域技术人员可视实际需求相应置换。

在一些实施例中，负载电路100a例如为中央处理单元(CentralProcessingUnit，CPU)，但不以此为限。预过电压保护单元144a接收控制信号EN，并在控制信号EN切换至致能状态时，停止调整驱动信号VC2。具体而言，如图2所示，控制信号EN经由控制单元200a所发送，控制单元200a为相应于所述中央处理单元的电路板或主板上的控制器。当供应电压VCC已稳定上升至预定值B，代表驱动器144的电源开启并重置(power-onreset)操作已经完成，此时控制单元200a传送具有致能状态的控制信号EN至预过电压保护单元144a，以停止预过电压保护单元144a继续调整控制信号VC2，并且使驱动器144开始根据脉波宽度调变信号PWM继续运作。

下面将搭配多个波形图对电源供应装置100的具体操作进行说明。图3A是依据本发明的一实施例所示图2中的电源供应装置100的正常操作波形图。

请一并参照图2与图3A，当系统开机时，外部提供的供应电压VCC逐步上升。在时间T1时，供应电压VCC上升至预定值A，预过电压保护单元144a开始运作，以将驱动信号VC2(请参照波形301)切换至高准位电压(亦即进入致能状态TA)，借此导通开关M2。如此，若当开关M1因故障出现短路时，供应电压VCC可经由开关M2旁路至地。

或者，在另一些实施例中，预过电压保护单元144a能够在供应电压VCC上升至预定值A时，产生具有连续脉波P的驱动信号VC2(请参照波形302)，以使开关M2在一定时间内交替地导通。如此，若当开关M1出现短路时，可使供应电压VCC无法持续对储能单元120进行充电，而避免产生过高的驱动电压VOUT。

在时间T2时，供应电压VCC上升至预定值B后，并持续上升至一稳定电压值，控制单元200a将控制信号EN切换至致能状态，以使预过电压保护单元144a停止对驱动信号VC2进行调整，而使驱动器144根据脉波宽度调变信号PWM开始运作(图未示)。

图3B是依据本发明的一实施例所示图2中的电源供应装置100的开关M1损坏后在开机时的操作波形图。如图3B所示，若开关M1在系统开机前已经出现损坏，供应电压VCC可能会经由开关M1直接输入至储能单元120，而使驱动电压VOUT不正确地上升。

同样地，在时间T1时，当供应电压VCC上升至预定值A，预过电压保护单元144a开始运作，而将驱动信号VC2切换至致能状态TA，以使开关M2导通。如此，当开关M1因损坏而发生短路时，供应电压VCC可经由开关M2旁路至地，储能单元120所储存的电能亦可经由开关M2进行放电，而使驱动电压VOUT跟着下降，以避免驱动电压VOUT持续上升而对后方的负载电路100a造成损坏。

图3C是依据本发明的一实施例所示图2中的电源供应装置100的开关M1损坏后且供应电压VCC处于待机电压的操作波形图。在一些实施例中，前述的预定值B可设置为待机(standby)电压VSB，以使电源供应装置100进入待机模式后亦可维持相同的电压保护操作。

在此实施例中，当供应电压VCC切换至待机电压VSB时，预过电压保护单元144a设置以将驱动信号VC2切换至高准位电压，以导通开关M2。通过此种设置方式，尽管开关M1在待机模式时已经损坏，仍可避免驱动电压VOUT不正确地上升，以对负载电路100a进行保护。

图4A是依据本发明一实施例所示的电源供应装置400的示意图。相较于图2的电源供应装置100，图4A中的脉波宽度调变控制器142还包含感应电路142a与过电压保护单元142b。

感应电路142a用以监测驱动电压VOUT，并与参考电压VREF进行比较而产生感应信号VS。在正常操作时，感应电路142a输出具有高准位电压的感应信号VS。而当驱动电压VOUT高于参考电压VREF时，感应电路142a输出具有低准位电压的感应信号VS。过电压保护单元142b根据感应信号VS而输出调整信号VA至驱动器144，借此将控制信号EN切换至禁能状态(亦即低准位电压)。通过上述设置，当系统开始运作时，当驱动电压VOUT出现异常而高于参考电压VREF时，能够使预过电压保护单元144a再次将驱动信号VC2切换至高准位电压，以强迫开关M2导通而实时地将供应电压VCC旁路至地，借此为负载电路100a提供更进一步的保护。上述仅为示例，本发明并不以此为限，感应电路142a亦可设置于脉波宽度调变控制器142外，本领域技术人员可视实际应用弹性设置。

图4B是依据本发明的一实施例所示图4A中的电源供应装置400的开机后开关M1出现损坏的操作波形图。请一并参照图4A与图4B，在时间T1前，电源供应装置400已可输出稳定的驱动电压VOUT，因此控制信号EN与感应信号VS在正常操作下皆为高准位电压。

在时间T1时，开关M1突然损坏，使得驱动电压VOUT异常地上升而超过参考电压VREF，感应电路142a据此将感应信号VS切换至低准位电压，而使驱动器144将控制信号EN切换至禁能状态，以让预过电压保护单元144a将驱动信号VC2切换至高准位电压而使开关M2导通。如此，储能单元120的电能可经由开关M2传输至地，而使驱动电压VOUT逐渐下降。

同时，若开关M1发生短路，由于此时开关M2已为导通，供应电压VCC会经由开关M2传输至地而逐渐下降。或者，当开关M1出现损坏，而使得开关M1与开关M2之间流经过大的电流时，供应电压VCC会经由过流保护电路(图未示)拉低而开始下降。

在时间T2时，供应电压VCC下降至低于预定值B，预过电压保护单元144a停止运作，驱动信号VC2因此切换至低准位电压。

通过上述的设置方式，电源供应装置400能够在系统启动并正常运作后提供进一步地过电压保护操作。当驱动模块140正常运作后，若开关M1出现损坏时，电源供应装置400可实时地开启开关M2，以为负载电路100a提供更完善的过电压保护。

图5是依据本发明的一实施例所示图2中的电源供应装置100的开关M1损坏后在开机时的操作波形图。在一些实施例中，感应电路142a的功能亦可整合至驱动器144。换句话说，驱动器144亦可设置以监测驱动电压VOUT，以比较驱动电压VOUT与参考电压VREF。举例而言，如图5所示，若开关M1已经损坏，系统开机时，当驱动器144监测到驱动电压VOUT高于参考电压VREF，预过电压保护单元144a会强制将驱动信号VC2切换至高准位电压，使开关M2导通，借此拉低驱动电压VOUT。

综上所述，通过应用上述的实施例，电源供应装置可在系统开机过程中提供有效的过电压保护，并在系统正常运作后提供更进一步的过电压保护操作。如此一来，负载电路的可靠度与操作安全性得以改善。

虽然本发明已经以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的变动与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (10)

1.一种电源供应装置，其特征是，包含：

储能单元，其用以根据供应电压产生驱动电压至负载电路；

第一开关，其用以根据第一驱动信号选择性地传送所述供应电压至所述储能单元；

第二开关，其用以根据第二驱动信号选择性地导通，以调整所述驱动电压；以及

驱动模块，其用以在所述供应电压上升到第一预定值时导通所述第二开关，并在所述供应电压上升到第二预定值后产生所述第一驱动信号与所述第二驱动信号，其中所述第一预定值低于所述第二预定值。

2.如权利要求1所述的电源供应装置，其特征是，所述驱动模块包含：

脉波宽度调变控制器，其用以在所述供应电压上升到所述第二预定值时产生脉波宽度调变信号；

驱动器，其用以根据所述脉波宽度调变信号产生所述第一驱动信号与所述第二驱动信号，其中所述驱动器包含：

预过电压保护单元，其用以在所述供应电压上升到所述第一预定值时调整所述第二驱动信号，以使所述供应电压经由所述第二开关传送至地。

3.如权利要求2所述的电源供应装置，其特征是，所述预过电压保护单元在所述供应电压上升到所述第一预定值时，将所述第二驱动信号切换至高准位电压，以导通所述第二开关。

4.如权利要求2所述的电源供应装置，其特征是，所述预过电压保护单元在所述供应电压上升到所述第一预定值时，将所述第二驱动信号切换至具有连续脉波的信号，以交替地导通所述第二开关。

5.如权利要求2所述的电源供应装置，其特征是，所述预过电压保护单元还用以从控制单元接收控制信号，并在所述控制信号切换至致能状态时，停止调整所述第二驱动信号。

6.如权利要求5所述的电源供应装置，其特征是，所述脉波宽度调变控制器还包含：

感应电路，其用以在驱动电压高于参考电压时输出感应信号；以及

过电压保护单元，其用以根据所述感应信号输出调整信号至所述驱动器，以将所述控制信号切换至禁能状态。

7.如权利要求5所述的电源供应装置，其特征是，所述驱动器还用以在所述供应电压上升到所述第二预定值后，比较参考电压与所述驱动电压，以在所述驱动电压高于所述参考电压时，导通所述第二开关。

8.一种过电压保护方法，其用于电源供应装置，其特征是，所述电源供应装置包含第一开关与第二开关，所述第一开关的第一端用以接收供应电压，且所述第二开关电性耦接于所述第一开关的第二端与地之间，所述过电压保护方法包含：

在所述供应电压上升到第一预定值时，导通所述第二开关；以及

在所述供应电压上升到第二预定值时，经由脉波宽度调变控制器产生脉波宽度调变信号至驱动器，以使所述驱动器根据所述脉波宽度调变信号驱动所述第一开关与所述第二开关，其中所述第一预定值低于所述第二预定值。

9.如权利要求8所述的过电压保护方法，其特征是，在所述供应电压上升至所述第一预定值时，提供具有连续脉波的驱动信号至所述第二开关的控制端。

10.如权利要求8所述的过电压保护方法，其特征是，所述第一开关与所述第二开关经由所述驱动器而调整驱动电压，所述过电压保护方法还包含：

比较所述驱动电压与参考电压；以及

在所述驱动电压高于所述参考电压时，导通所述第二开关。