CN111900783A

CN111900783A - 过功率保护电路、充电器及过功率保护方法

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Publication number: CN111900783A
Application number: CN201910367066.7A
Authority: CN
Inventors: 詹子增
Original assignee: Acer Inc
Current assignee: Acer Inc
Priority date: 2019-05-05
Filing date: 2019-05-05
Publication date: 2020-11-06
Anticipated expiration: 2039-05-05
Also published as: CN111900783B

Abstract

本发明提出一种过功率保护电路、充电器及过功率保护方法。所述过功率保护电路包括电源控制器与电压提升电路。所述电压提升电路用以检测交流高压信号并根据所述交流高压信号将目标电压信号的电压值从低于临界值的第一电压值提高至高于所述临界值的第二电压值。所述电源控制器用以响应于所述目标电压信号的所述电压值高于所述临界值而启动过功率保护机制。

Description

过功率保护电路、充电器及过功率保护方法

技术领域

本发明是有关于一种电路保护技术，且特别是有关于一种过功率保护电路、充电器及过功率保护方法。

背景技术

一般来说，充电器的过功率保护是基于电源控制芯片的电流检测脚位来决定是否启动。当电流检测脚位上的电压的电压值超过一临界值时，电源控制芯片会启动过功率保护而停止充电，以避免因充电电流及/或电压过大而损坏内部电路。此过程即为充电器的过功率保护。

然而，当输入的电源为高压交流电时，此高压交流电在上述电流检测脚位上引起的电压的电压值可能较小(例如小于上述临界值)，导致在发生过功率时上述过功率保护的机制无法自动启动，从而造成充电安全相关问题。

发明内容

本发明提供一种功率保护电路、充电器及过功率保护方法，可有效改善上述问题。

本发明的实施例提供一种过功率保护电路，其包括电源控制器与电压提升电路。所述电压提升电路耦接至所述电源控制器。所述电压提升电路用以检测交流高压信号并根据所述交流高压信号将目标电压信号的电压值从低于临界值的第一电压值提高至高于所述临界值的第二电压值，并且所述电源控制器用以响应于所述目标电压信号的所述电压值高于所述临界值而启动过功率保护机制。

本发明的实施例另提供一种充电器，其包括充电器模块与过功率保护电路。所述过功率保护电路耦接至所述充电器模块。所述过功率保护电路用以检测交流高压信号并根据所述交流高压信号将目标电压信号的电压值从低于临界值的第一电压值提高至高于所述临界值的第二电压值，并且所述过功率保护电路还用以响应于所述目标电压信号的所述电压值高于所述临界值而启动过功率保护机制。

本发明的实施例另提供一种充电器的过功率保护方法，其包括：检测交流高压信号；根据所述交流高压信号将目标电压信号的电压值从低于临界值的第一电压值提高至高于所述临界值的第二电压值；以及响应于所述目标电压信号的所述电压值高于所述临界值而启动过功率保护机制。

基于上述，本发明的实施例可检测交流高压信号并根据所述交流高压信号将目标电压信号的电压值从低于临界值的第一电压值提高至高于所述临界值的第二电压值。接着，响应于所述目标电压信号的电压值高于所述临界值，充电器的过功率保护机制可自动启动，以提供充电器的过功率保护。借此，可有效改善传统上无法针对交流高压信号自动进行充电器的过功率保护的问题，有效提高充电器在使用上的安全性。

附图说明

图1是根据本发明的一实施例所绘制的充电器的功能方块图。

图2是根据本发明的一实施例所绘制的充电器的内部电路结构的示意图。

图3是根据本发明的一实施例所绘制的过功率保护方法的流程图。

附图标记说明：

10：充电器；

11：充电器模块；

12：过功率保护电路；

121：电源控制器；

122：电压提升电路；

21：检测电路；

22：稳压电路；

23：阻抗电路；

AC-、AC+：电源输入端；

BD：桥式整流器；

Cin、Co、Caux：电容；

TR：变压器；

Do、Daux、Din、Din2：二极管；

R1、R2、Rcs1、Rcs2：阻抗组件；

V0、V1、V2、VT、Vo：电压信号；

Q、Qaux：开关；

ZD：稽纳二极管；

GD：控制脚位；

CS：电流检测脚位；

S301～S303：步骤。

具体实施方式

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，并配合所附图式作详细说明如下。

图1是根据本发明的一实施例所绘制的充电器的功能方块图。请参照图1，充电器10可设置于任意类型的电子装置，以提供充电电源至此电子装置。在本实施例中，是以返驰式充电器作为充电器10的范例。例如，充电器10可执行输入信号的交流-直流转换及/或直流-直流转换。然而，在另一实施例中，充电器10亦可以是其他类型的充电器，本发明不加以限制。

充电器10包括充电器模块11与过功率保护电路12。在本实施例中，充电器模块11是返驰式充电器模块，其具体电路结构如图2所示，且充电器模块11的电路结构不限于此。充电器模块11可用以执行整流、输入信号的交流-直流转换及/或直流-直流转换等操作。过功率保护电路12耦接至充电器模块11。过功率保护电路12可检测交流高压信号并根据此交流高压信号而自动启动过功率保护机制。例如，在启动过功率保护机制后，充电器模块11可停止充电，以保护充电器10中的电子电路并提高充电器10在使用上的安全性。

在本实施例中，过功率保护电路12包括电源控制器121与电压提升电路122。电源控制器121耦接至充电器模块11与电压提升电路122。电源控制器121亦称为电源控制芯片。例如，电源控制器121可包括脉宽调变(Pulse Width Modulated，PWM)控制芯片。电源控制器121可用以控制充电器模块11以启动或停止充电。

电压提升电路122可用以检测来自充电器模块11的电压信号V0。例如，电压信号V0可耦接至充电器模块11的输入端。电压信号V0可反映充电器模块11的输入电源是否为交流高压信号。当电压信号V0反映充电器模块11的输入电源为交流高压信号时，电压提升电路122可根据电压信号V0将电压信号VT(亦称为目标电压信号)的电压值从低于某一临界值的电压值(亦称为第一电压值)提高至高于此临界值的另一电压值(亦称为第二电压值)。在一实施例中，此临界值亦称为过功率电压触发值，其用以启动过功率保护机制。响应于电压信号VT的电压值高于此临界值，电源控制器121可自动启动过功率保护机制。另一方面，当充电器模块11的输入电源不为交流高压信号时，电压提升电路122可不主动提升电压信号VT的电压值。

图2是根据本发明的一实施例所绘制的充电器的内部电路结构的示意图。请参照图2，充电器模块11可包括电源输入端AC-与AC+、桥式整流器BD、电容(亦称为输入电容)Cin、变压器TR、二极管(亦称为输出二极管)Do、电容(亦称为输出电容)Co、二极管(亦称为辅助二极管)Daux及电容(亦称为辅助稳压电容)Caux。交流输入端AC-与AC+用以接收输入信号。桥式整流器BD用以对输入信号进行整流。经过电容Cin、变压器TR、二极管Do、二极管Daux及电容Caux的协同运作后，电压信号Vo可被输出作为充电电源。

电源控制器121可检测电流检测脚位CS上的电压信号VT并判断电压信号VT的电压值是否高于一临界值。若电压信号VT的电压值高于此临界值，电源控制器121可调整控制脚位GD的输出信号以经由开关(亦称为主开关)Q切断变压器TR(及/或充电器模块11中其余电子组件)的输出。在一实施例中，切断变压器TR(及/或充电器模块11中其余电子组件)的输出可视为启动所述过功率保护机制。

例如，在一般情况下(即电压信号VT的电压值不高于此临界值时)，电源控制器121可将控制脚位GD的输出信号维持在逻辑高。当控制脚位GD的输出信号处于逻辑高时，开关Q可被导通且变压器TR可正常输出电压信号Vo。然而，在特殊情况下(即电压信号VT的电压值高于此临界值时)，电源控制器121可将控制脚位GD的输出信号调整为逻辑低。当控制脚位GD的输出信号处于逻辑低时，开关Q可被切断使得变压器TR无法正常输出电压信号Vo。

传统上，当充电器模块11的输入信号为交流高压信号(即充电器模块11的输入信号包含高压交流电)时，流经开关Q的电流可能较小且电压信号VT的电压值可能小于上述临界值，从而导致过功率发生时所设定的过功率保护机制无法顺利启动，进而造成内部电路损坏及/或引起安全性问题。然而，在本实施例中，当充电器模块11的输入信号为交流高压信号时，电源控制器121的电流检测脚位CS上的电压信号VT的电压值可被主动提高至高于上述临界值，以自动启动所述过功率保护机制，从而有效改善上述安全性问题。

在一实施例中，图1的电压提升电路122可包括图2的检测电路(亦称为交流高压检测电路)21、稳压电路22及阻抗电路23。检测电路21耦接至充电器模块11。检测电路21可响应于电压信号V0而产生电压信号(亦称为控制电压信号)V1。

稳压电路22耦接至检测电路21并可接收电压信号V1。当电压信号V0反映充电器模块11的输入电源为交流高压信号时，稳压电路22可响应于电压信号V1而产生电压信号(亦称为基准电压信号)V2。此外，当电压信号V0反映充电器模块11的输入电源非为交流高压信号时，稳压电路22可不产生电压信号V2。

阻抗电路23耦接至稳压电路22与电源控制器121。阻抗电路23可响应于电压信号V2而将电压信号VT的电压值从第一电压值提高至第二电压值。例如，第一电压值可反映变压器TR输出至开关Q的信号的原始电压值，而第二电压值可反映此原始电压值受到电压信号V2的影响而提升的电压值。第一电压值可低于上述临界值，而第二电压值可高于上述临界值以启动过功率保护机制。或者，从另一角度来看，第一电压值与第二电压值之间的差值可受电压信号V2的电压值影响。例如，电压信号V2的电压值越高，则第一电压值与第二电压值之间的差值可越大(即电压信号V2的电压值可正相关于第一电压值与第二电压值之间的差值)。

在一实施例中，检测电路21可包括二极管(亦称为第一单向二极管)Din、阻抗组件(亦称为第一阻抗组件)R1及阻抗组件(亦称为第二阻抗组件)R2。二极管Din的第一端耦接至充电器模块11以检测电压信号V0。阻抗组件R1与R2可分别包含一或多个电阻。阻抗组件R1的第一端耦接至二极管Din的第二端以接收电压信号V0。阻抗组件R1的第二端耦接至阻抗组件R2的第一端，且阻抗组件R2的第二端可接地。

在一实施例中，阻抗组件R1与R2可形成一个分压电路。此分压电路可经由二极管Din检测电压信号V0并响应于电压信号V0而产生电压信号V1。例如，电压信号V1可产生于阻抗组件R1的第二端(或阻抗组件R1与R2之间)。

在一实施例中，稳压电路22可包括开关(亦称为辅助开关)Qaux、稽纳二极管ZD及二极管(亦称为第二单向二极管)Din2。开关Qaux耦接至检测电路21以接收电压信号V1。当充电器模块11的输入电源非为交流高压信号时，电压信号V1的电压值不高于开关Qaux的导通电压且开关Qaux不被导通。

须注意的是，当充电器模块11的输入电源为交流高压信号时，电压信号V1的电压值可高于开关Qaux的导通电压以导通开关Qaux。当开关Qaux被导通时，充电器模块11(例如二极管Daux)与稽纳二极管ZD之间的信号路径亦可被导通。稽纳二极管ZD的第一端耦接至开关Qaux与二极管Din2。稽纳二极管ZD的第二端可接地。稽纳二极管ZD可响应于开关Qaux的导通而于其第一端产生电压信号V2。电压信号V2可经由二极管Din2而提供至阻抗电路23。

在一实施例中，电压信号V2可反映稽纳二极管ZD的崩溃电压。例如，假设稽纳二极管ZD的崩溃电压为1伏特(Volt)。响应于开关Qaux的导通，稽纳二极管ZD可将电压信号V2的电压值锁定于1伏特(即稽纳二极管ZD的崩溃电压)。

在一实施例中，阻抗电路23包括阻抗组件(亦称为第三阻抗组件)Rcs1与阻抗组件(亦称为第四阻抗组件)Rcs2。阻抗组件Rcs1的第一端可耦接至阻抗组件Rcs2的第一端与稳压电路22以接收电压信号V2。阻抗组件Rcs1的第二端可耦接至开关Q与电源控制器121。阻抗组件Rcs2的第二端可接地。电压信号VT是产生于阻抗组件Rcs1的第二端。从另一角度来看，阻抗组件Rcs1与Rcs2亦可形成一个分压电路。此分压电路可响应于电压信号V2而将电压信号VT的电压值从第一电压值提高至第二电压值，使得电源控制器121启动过功率保护机制。

在一实施例中，假设阻抗组件Rcs1与Rcs2分别提供500毫欧姆(mΩ)与10毫欧姆的阻抗，稽纳二极管ZD的崩溃电压为1伏特，且用来触发过功率保护机制的临界值为1.5伏特。当充电器模块11的输入电源为交流低压信号(例如低压交流电)时，开关Qaux不被导通，且电压信号V2不被产生。此时，基于交流低压信号的特性，通过开关Q的信号的电流值可例如为3安培(A)且电压信号VT的电压值可例如为1.53伏特(即3A×(500mΩ+10mΩ)＝1.53V)。在此范例中，电压信号VT的电压值(例如1.53伏特)高于所述临界值(例如1.5伏特)，故电源控制器121可自动启动过功率保护机制。

在一实施例中，当充电器模块11的输入电源为交流高压信号(例如高压交流电)时，电压信号V1的电压值可高于开关Qaux的导通电压。因此，开关Qaux可响应于电压信号V1而被导通，且电压信号V2可被产生。例如，电压信号V2的电压值可为1伏特以反映稽纳二极管ZD的崩溃电压。此时，基于交流高压信号的特性，通过开关Q的信号的电流值可例如为1安培且电压信号VT的电压值可被从原始的0.51伏特(即1A×(500mΩ+10mΩ)＝0.51V)提升至例如1.51伏特(即1A×(500mΩ+10mΩ)+1V＝1.51V)。须注意的是，提升后的电压信号VT的电压值(例如1.51伏特)可高于所述临界值(例如1.5伏特)，故电源控制器121也可自动启动过功率保护机制。

图3是根据本发明的一实施例所绘制的过功率保护方法的流程图。请参照图3，在步骤S301中，检测交流高压信号。在步骤S302中，根据所述交流高压信号将目标电压信号的电压值从低于临界值的第一电压值提高至高于所述临界值的第二电压值。在步骤S303中，响应于所述目标电压信号的所述电压值高于所述临界值而启动充电器的过功率保护机制。

图3中各步骤已详细说明如上，在此便不再赘述。值得注意的是，图3中各步骤可以实作为多个程序代码或是电路，本发明不加以限制。此外，图3的方法可以搭配以上范例实施例使用，也可以单独使用，本发明不加以限制。

综上所述，本发明的实施例可检测交流高压信号并根据所述交流高压信号将目标电压信号的电压值从低于临界值的第一电压值提高至高于所述临界值的第二电压值。接着，响应于所述目标电压信号的电压值高于所述临界值，充电器的过功率保护机制可自动启动，以提供充电器的过功率保护。借此，可有效改善传统上无法针对交流高压信号自动进行充电器的过功率保护的问题，有效提高充电器在使用上的安全性。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中普通技术人员，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当视权利要求所界定者为准。

Claims

1.一种过功率保护电路，其特征在于，包括：

一电源控制器；以及

一电压提升电路，耦接至该电源控制器，

其中该电压提升电路用以检测一交流高压信号并根据该交流高压信号将一目标电压信号的一电压值从低于一临界值的一第一电压值提高至高于该临界值的一第二电压值，并且

该电源控制器用以响应于该目标电压信号的该电压值高于该临界值而启动一过功率保护机制。

2.如权利要求1所述的过功率保护电路，其特征在于，该电压提升电路包括：

一交流高压检测电路，耦接至该电源控制器；

一稳压电路，耦接至该交流高压检测电路；以及

一阻抗电路，耦接至该稳压电路与该电源控制器，

其中该交流高压检测电路用以检测该交流高压信号并响应于该交流高压信号而产生一控制电压信号，

该稳压电路用以响应于该控制电压信号而产生一基准电压信号，

该阻抗电路用以响应于该基准电压信号而将该目标电压信号的该电压值从该第一电压值提高至该第二电压值，并且

该第一电压值与该第二电压值之间的差值受该基准电压信号的一电压值影响。

3.如权利要求2所述的过功率保护电路，其特征在于，该交流高压检测电路包括：

一第一单向二极管；以及

一分压电路，耦接至该第一单向二极管，

其中该分压电路用以经由该第一单向二极管检测该交流高压信号并响应于该交流高压信号而产生该控制电压信号。

4.如权利要求3所述的过功率保护电路，其特征在于，该分压电路包括：

一第一阻抗元件；以及

一第二阻抗元件，

其中该第一阻抗元件的第一端耦接至该第一单向二极管，该第一阻抗元件的第二端耦接至该第二阻抗元件的第一端，且该控制电压信号是产生于该第一阻抗元件的该第二端。

5.如权利要求2所述的过功率保护电路，其特征在于，该稳压电路包括：

一开关，耦接至该交流高压检测电路；

一稽纳二极管，耦接至该开关；以及

一第二单向二极管，耦接至该开关、该稽纳二极管及该阻抗电路，

其中该开关用以响应于该控制电压信号而导通，并且

该稽纳二极管用以响应于该开关的导通而经由该第二单向二极管将该基准电压信号提供至该阻抗电路。

6.如权利要求5所述的过功率保护电路，其特征在于，该基准电压信号反映该稽纳二极管的一崩溃电压。

7.如权利要求2所述的过功率保护电路，其特征在于，该阻抗电路包括：

一第三阻抗元件；以及

一第四阻抗元件，

其中该第三阻抗元件的第一端耦接至该稳压电路与该第四阻抗元件的第一端并用以接收该基准电压信号，且该目标电压信号是产生于该第三阻抗元件的第二端。

8.一种充电器，其特征在于，包括：

一充电器模块；以及

一过功率保护电路，耦接至该充电器模块，

其中该过功率保护电路用以检测一交流高压信号并根据该交流高压信号将一目标电压信号的一电压值从低于一临界值的一第一电压值提高至高于该临界值的一第二电压值，并且该过功率保护电路更用以响应于该目标电压信号的该电压值高于该临界值而启动一过功率保护机制。

9.一种过功率保护方法，用于一充电器，其特征在于，该过功率保护方法包括：

检测一交流高压信号；

根据该交流高压信号将一目标电压信号的一电压值从低于一临界值的一第一电压值提高至高于该临界值的一第二电压值；以及

响应于该目标电压信号的该电压值高于该临界值而启动一过功率保护机制。

10.如权利要求9所述的过功率保护方法，其特征在于，根据该交流高压信号将该目标电压信号的该电压值从低于该临界值的该第一电压值提高至高于该临界值的该第二电压值的步骤包括：

响应于该交流高压信号而产生一控制电压信号；

响应于该控制电压信号而产生一基准电压信号；以及

响应于该基准电压信号而将该目标电压信号的该电压值从该第一电压值提高至该第二电压值，

其中该第一电压值与该第二电压值之间的差值受该基准电压信号的一电压值影响。

11.如权利要求10所述的过功率保护方法，其特征在于，响应于该交流高压信号而产生该控制电压信号的步骤包括：

由一分压电路响应于该交流高压信号而产生该控制电压信号。

12.如权利要求10所述的过功率保护方法，其特征在于，响应于该控制电压信号而产生该基准电压信号的步骤包括：

响应于该控制电压信号而导通一开关；以及

由一稽纳二极管响应于该开关的导通而产生该基准电压信号。

13.如权利要求12所述的过功率保护方法，其特征在于，该基准电压信号反映该稽纳二极管的一崩溃电压。