CN105223411A - 过电流检测电路及电源供应系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种过电流检测电路及电源供应系统，该过电流检测电路串接在一电源供应电路与一负载电路之间，用于检测自该电源供应电路流至该负载电路的一负载电流，该过电流检测电路包括一转换电阻、一差动放大电路及一比较电路。当该负载电流大于一临界电流值时，该比较电路所输出的输出信号由一第一电位转变成为一第二电位。该电源供应系统包括该过电流检测电路。本发明的过电流检测电路可精准地检测负载电流的过电流情形，使过电流保护的精确度不受电源供应电路的晶体管及电感的阻抗公差所影响，以避免高规格仪器设备存在过温现象甚至烧毁的风险。
Description
技术领域
本发明涉及一种过电流检测电路及电源供应系统，尤指一种可精确检测过电流现象的过电流检测电路及电源供应系统。
背景技术
在电源管理技术中，过电流保护机制均存在于电源管理芯片中。然而，熟知的过电流保护机制为观察脉冲宽度调制(PulseWidthModulation，PWM)芯片外的金氧半场效晶体管(MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor，MOSFET)或是电感的电压变化推测输出电流变化。换句话说，熟知的过电流保护机制受MOSFET及电感的阻抗所影响。然而，MOSFET及电感的阻抗因制程因素存在一定程度的误差或公差，使熟知的过电流保护机制的精确度受到MOSFET及电感的制造公差所影响，若将熟知的过电流保护机制应用在高规格仪器设备上，过电流的保护范围可能过于宽松，导致高规格仪器设备可能存在过温现象甚至烧毁的风险。
举例来说，在熟知电源供应电路中，晶体管的导通电阻的制造公差大约在10％左右，电感的直流阻抗的制造公差大约在5～7％，上述公差范围对于高规格仪器设备而言仍不够精准，因无可避免的制造公差使高规格仪器设备存在过温现象甚至烧毁的风险。
因此，提供一种精确检测过电流现象的过电流检测电路，已成为业界所努力的目标之一。
发明内容
因此，本发明提供一种过电流检测电路，可精确检测过电流现象，以避免高规格仪器设备存在过温现象甚至烧毁的风险。
本发明提供一种过电流检测电路，串接在一电源供应电路与一负载电路之间，用于检测自该电源供应电路流至该负载电路的一负载电流是否大于一临界电流值，该过电流检测电路包括一转换电阻，该转换电阻包括一第一端及一第二端，该第一端耦接于该电源供应电路，该第二端耦接于该负载电路，该转换电阻用于根据该负载电流产生一量测电压；一差动放大电路，包括一第一输入端、一第二输入端及一输出端，该第一输入端耦接于该转换电阻的该第一端，该第二输入端耦接于该转换电阻的该第二端，该第一输入端与该第二输入端用于接收该量测电压，该差动放大电路用于根据该量测电压产生一检验电压至该输出端；以及一比较电路，包括一输入端及一输出端，该比较电路耦接于该差动放大电路的该输出端，用于接收该检验电压，该比较电路包括：一参考电压产生器，用于产生一参考电压；一比较器，包括一第一输入端、一第二输入端，该比较器的该第一输入端用于接收该检验电压，该比较器的该第二输入端用于接收该参考电压，该比较器用于根据该检验电压与该参考电压产生一输出信号至该比较电路的该输出端；其中，当该负载电流大于该临界电流值时，该比较电路的该比较器所输出的该输出信号由一第一电位转变成为一第二电位。
本发明另外提供一种电源供应系统，包括一电源供应电路，该电源供应电路包括一输出端；一负载电路，该负载电路包括一输入端；一过电流检测电路，串接在该电源供应电路的该输出端与该负载电路的该输入端之间，用于检测自该电源供应电路流至该负载电路的一负载电流是否大于一临界电流值，该过电流检测电路包括一转换电阻，该转换电阻包括一第一端及一第二端，该第一端耦接于该电源供应电路，该第二端耦接于该负载电路，该转换电阻用于根据该负载电流产生一量测电压；一差动放大电路，包括一第一输入端、一第二输入端及一输出端，该第一输入端耦接于该转换电阻的该第一端，该第二输入端耦接于该转换电阻的该第二端，该第一输入端与该第二输入端用于接收该量测电压，该差动放大电路用于根据该量测电压产生一检验电压至该输出端；以及一比较电路，该比较电路包括一输入端及一输出端，该比较电路耦接于该差动放大电路的该输出端，用于接收该检验电压，该比较电路包括一参考电压产生器，用于产生一参考电压；一比较器，包括一第一输入端、一第二输入端，该比较器的第一输入端用于接收该检验电压，该比较器的第二输入端用于接收该参考电压，该比较器用于根据该检验电压与该参考电压产生一输出信号至该比较电路的该输出端；当该负载电流大于该临界电流值时，该比较电路的该比较器所输出的该输出信号由一第一电位转变成为一第二电位。
本发明中的过电流检测电路可精准地检测负载电流的过电流情形，使过电流保护的精确度不受电源供应电路的晶体管及电感的阻抗公差所影响，以避免高规格仪器设备存在过温现象甚至烧毁的风险。
附图说明
图1为本发明实施例一电源供应电路的示意图。
图2为本发明实施例另一电源供应系统的示意图。
其中，附图标记说明如下：
1、2电源供应系统
10电源供应电路
12过电流检测电路
14负载电路
100脉冲宽度调制模块
120差动放大电路
122比较电路
1220参考电压产生器
R_p转换电阻
I_L负载电流
I_th临界电流值
V_M量测电压
V_T检验电压
Vout输出信号
Vcc1、Vcc2电压源
V_REF参考电压
GND系统接地端
N1、N2端点
R1～R7电阻
C电容
OPAMP运算放大器
COMP比较器
具体实施方式
请参考图1，图1为本发明实施例一电源供应系统1的示意图。电源供应系统1可用于向各种电子装置中提供直流电压，其包括一电源供应电路10、一过电流检测电路12及一负载电路14。电源供应电路10可产生一稳定直流电源至负载电路14，以驱动负载电路14进行特定功能。过电流检测电路12耦接于电源供应电路10与负载电路14之间，用于检测自电源供应电路10流至负载电路14的一负载电流I_L是否大于一临界电流值I_th。
详细来说，过电流检测电路12包括一转换电阻R_p、一差动放大电路120及一比较电路122。转换电阻R_p为一低阻值的精密电阻，其制造公差依目前制程可有0.5％、1％及2％的精确度，可根据成本及实际需求选用不同精确度的精密电阻。需注意的是，相较于电源供应电路10中晶体管及电感的阻抗公差(前者约10％，后者约5～7％)，转换电阻R_p的阻抗公差较为精准。因此，转换电阻R_p可精准地将负载电流I_L转换为一量测电压V_M，而差动放大电路120则可将量测电压V_M放大一特定倍数以产生一检验电压V_T。差动放大电路120包括一运算放大器OPAMP及电阻R1～R4，电阻R1耦接于转换电阻R_p的一端点N1与运算放大器OPAMP的负输入端之间，电阻R2耦接于运算放大器OPAMP的负输入端与输出端之间，电阻R3耦接于转换电阻R_p的一端点N2与运算放大器OPAMP的正输入端之间，电阻R4耦接于运算放大器OPAMP的正输入端与一接地端GND之间。其中，电阻R2与电阻R1阻值的比值等于电阻R4与电阻R3阻值的比值，此比值即为差动放大电路120的放大倍数。举例来说，若电阻R1与电阻R3的阻值均为一千欧姆(KΩ)，而电阻R2与电阻R4阻值均为50KΩ时，则运算放大器OPAMP的放大倍率为50，即检验电压V_T的电压值为量测电压V_M电压值的50倍。将量测电压V_M放大为检验电压V_T后，比较电路122将可更精准判断负载电流I_L是否大于临界电流值I_th。
比较电路122包括一参考电压产生器1220以及一比较器COMP。参考电压产生器1220包括一电压源Vcc2及电阻R5、R6，电压源Vcc2经由电阻R5、R6的分压后，产生一参考电压V_REF至比较器COMP的正输入端，而比较器COMP的负输入端用于接收检验电压V_T。因此，比较器COMP可根据检验电压V_T与参考电压V_REF的大小关系输出一输出信号Vout；更精确来说，当检验电压V_T小于参考电压V_REF时，比较器COMP所输出的输出信号Vout为一高电位V_H，当检验电压V_T大于参考电压V_REF时，比较器COMP所输出的输出信号Vout为一低电位V_L，以指示后端电路启动相关过电流保护动作。
考虑功率损耗等因素，转换电阻R_p较佳地选用低阻值的转换电阻R_p。例如，转换电阻R_p可为1毫欧姆(mΩ)的精密电阻。以负载电流I_L为20安培为例，流经转换电阻R_p的量测电压V_M仅20毫伏特(mV)，而不致影响电源供应电路10提供的稳定直流电源(如3～5伏特，视实际需要而定)。然而，由于量测电压V_M的电压值很小，容易受到外界噪声的干扰，而失去量测负载电流I_L应有的精确度。因此，本发明实施例通过差动放大电路120将量测电压V_M放大特定倍数，产生检验电压V_T，使比较电路122可精确判断。
如前所述，比较电路122利用比较器COMP比较检验电压V_T与参考电压V_REF的大小关系，以判断负载电流I_L是否大于临界电流值I_th。其中，参考电压V_REF的电压值可相关于临界电流值I_th。举例来说，参考电压V_REF的电压值可为临界电流I_th的电流值乘上转换电阻R_p的阻值，再乘上差动放大器120的放大倍数。例如，若临界电流I_th为20安培，转换电阻R_p的阻值为1mΩ，差动放大电路120的放大倍数为50倍时，则应调整参考电压产生器1220中电压源Vcc2的电压值及电阻R5、R6的阻值，使得参考电压产生器1220输出的参考电压V_REF的电压值为1伏特。在此情形下，可设计Vcc2的电压值为3.3伏特，电阻R5的阻值为2.3KΩ，电阻R6的阻值为1KΩ，即可使参考电压V_REF的电压值为1伏特。根据上例，当负载电流I_L小于电流值为20安培的临界电流值I_th时，量测电压V_M小于20毫伏特，经过差动放大器120放大50倍的检验电压V_T小于电压值为1伏特的参考电压V_REF，比较器COMP所输出的输出信号Vout为高电位V_H；反之，当负载电流I_L大于电流值为20安培的临界电流值I_th时，量测电压V_M大于20毫伏特，经过差动放大器120放大50倍的检验电压V_T大于电压值为1伏特的参考电压V_REF，比较器COMP所输出的输出信号Vout转变为低电位V_L。
由上述可知，过电流检测电路12可精准地检测负载电流I_L的过电流情形，使过电流保护的精确度不受电源供应电路10的晶体管及电感的阻抗公差所影响，以避免高规格仪器设备存在过温现象甚至烧毁的风险。
另外，为了进一步提升过电流检测的精确度与稳定度，可另增加组件至电源供应系统1。举例来说，请参考图2，图2为本发明实施例另一电源供应系统2的示意图。电源供应系统2与电源供应系统1结构类似，故相同组件沿用相同符号表示。如图2所示，相较于电源供应系统1，电源供应系统2在端点N1、N2之间另耦接一电容C，以滤除不必要的噪声，使得输入至差动放大器120的量测电压V_M不受噪声干扰。另外，相较于电源供应系统1，电源供应系统2另包含一电阻R7，耦接于电压源Vcc2与比较器COMP的输出端之间，以维持输出信号Vout在负载电流I_L未大于临界电流值I_th时为高电位V_H。增加组件以提升过电流检测的精确度与稳定度的方式不限于此，可根据实际需求予以变化或修饰。
综上所述，因制程因素导致晶体管及电感的阻抗公差较高时，熟知的过电流保护机制的保护范围过于宽松，导致高规格仪器设备可能存在过温现象甚至烧毁的风险。相较之下，本发明的过电流检测电路利用精密电阻精准地量测负载电流，经由适当转换及放大后，可精准地判断负载电流是否大于临界电流值，免除高规格仪器设备存在过温现象甚至烧毁的风险。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡是根据本发明权利要求所做的等同变化与修饰，均应属本发明的涵盖范围。
Claims (12)
1.一种过电流检测电路，耦接于一电源供应电路与一负载电路之间，用于检测自该电源供应电路流至该负载电路的一负载电流，该过电流检测电路包括：
一转换电阻，耦接于该电源供应电路与该负载电路之间，用于根据该负载电流产生一量测电压；
一差动放大电路，包含有一第一输入端、一第二输入端及一输出端，该第一输入端耦接于该转换电阻与该电源供应电路之间，该第二输入端耦接于该转换电阻与该负载电路之间，该差动放大电路用于根据该第一输入端及该第二输入端间的该量测电压，通过该输出端产生一检验电压；以及
一比较电路，包括：
一参考电压产生器，用于产生一参考电压；以及
一比较器，耦接于该参考电压产生器及该差动放大电路的该输出端，用于比较该检验电压及该参考电压，以产生一输出信号；
其中，当该负载电流大于一临界电流值时，该比较器所输出的该输出信号由一第一电位转变成为一第二电位。
2.如权利要求1所述的过电流检测电路，其中该差动放大电路将该量测电压放大至一特定倍数，以产生该检验电压。
3.如权利要求1所述的过电流检测电路，其中该差动放大电路包括：
一运算放大器，包括一正输入端、一负输入端及一第一输出端；
一第一电阻，耦接于该差动放大电路的该第二输入端与该运算放大器的该负输入端之间；
一第二电阻，耦接于该运算放大器的该负输入端与该运算放大器的该第一输出端之间；
一第三电阻，耦接于该差动放大电路的该第一输入端与该运算放大器的该正输入端之间；以及
一第四电阻，耦接于该运算放大器的该正输入端与一系统接地端之间。
4.如权利要求1所述的过电流检测电路，其中当该负载电流小于该临界电流值时，该检验电压小于该参考电压，使得该比较电路的该比较器所产生的该输出信号为该第一电位。
5.如权利要求1所述的过电流检测电路，其中当该负载电流大于该临界电流值时，该检验电压大于该参考电压，使得该比较电路的该比较器所产生的该输出信号为该第二电位。
6.如权利要求1所述的过电流检测电路，该过电流检测电路还包括一电容，该电容耦接于该差动放大电路的该第一输入端与该差动放大电路的该第二输入端之间，用于滤除该差动放大电路的该第一输入端与该差动放大电路的该第二输入端之间的噪声。
7.一种电源供应系统，包括：
一电源供应电路，用于产生一负载电流；
一负载电路，用于接收该负载电流；
一过电流检测电路，耦接于该一电源供应电路与该一负载电路之间，用于检测自该电源供应电路流至该负载电路的一负载电流，该过电流检测电路包括：
一转换电阻，耦接于该电源供应电路与该负载电路之间，用于根据该负载电流产生一量测电压；
一差动放大电路，包含有一第一输入端、一第二输入端及一输出端，该第一输入端耦接于该转换电阻与该电源供应电路之间，该第二输入端耦接于该转换电阻与该负载电路之间，该差动放大电路用于根据该第一输入端及该第二输入端间的该量测电压，通过该输出端产生一检验电压；以及
一比较电路，包括：
一参考电压产生器，用于产生一参考电压；以及
一比较器，耦接于该参考电压产生器及该差动放大电路的该输出端，用于比较该检验电压及该参考电压，以产生一输出信号；
其中，当该负载电流大于一临界电流值时，该比较器所输出的该输出信号由一第一电位转变成为一第二电位。
8.如权利要求7所述的电源供应系统，其中该差动放大电路将该量测电压放大至一特定倍数，以产生该检验电压。
9.如权利要求7所述的电源供应系统，其中该差动放大电路包括：
一运算放大器，包括一正输入端、一负输入端及一第一输出端；
一第一电阻，耦接于该差动放大电路的该第二输入端与该运算放大器的该负输入端之间；
一第二电阻，耦接于该运算放大器的该负输入端与该运算放大器的该第一输出端之间；
一第三电阻，耦接于该差动放大电路的该第一输入端与该运算放大器的该正输入端之间；以及
一第四电阻，耦接于该运算放大器的该正输入端与一系统接地端之间。
10.如权利要求7所述的电源供应系统，其中当该负载电流小于该临界电流值时，该检验电压小于该参考电压，使得该比较电路的该比较器所产生的该输出信号为该第一电位。
11.如权利要求7所述的电源供应系统，其中当该负载电流大于该临界电流值时，该检验电压大于该参考电压，使得该比较电路的该比较器所产生的该输出信号为该第二电位。
12.如权利要求7所述的电源供应系统，该过电流检测电路还包括一电容，该电容耦接于该差动放大电路的该第一输入端与该差动放大电路的该第二输入端之间，用于滤除该差动放大电路的该第一输入端与该差动放大电路的该第二输入端之间的噪声。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20160106 |