CN114069551A - 多阶层过电流保护电路 - Google Patents

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Abstract

多阶层过电流保护电路，耦接至一电源供应器，该多阶层过电流保护电路包括：一信号放大电路，接收一组检测信号并输出一第一信号；一比较电路，耦接该信号放大电路，并分别将该第一信号与一第一参考信号及一第二参考信号进行比较，且该第一参考信号的值小于该第二参考信号的值；以及一延迟时间计数电路，耦接该比较电路。

Description

多阶层过电流保护电路
技术领域
本发明是有关于一种多阶层过电流保护电路。
背景技术
以传统电源供应器而言，在任何负载条件下，输出不得连续提供过高能量，以符合安全规范。近年来，中央处理器(CPU)的瞬时动态负载有逐年增长的趋势，为了符合安全规范，CPU的输出需进行分流。对于传统系统监控电路而言，目前仅能针对单组输出设定单点电流保护以及单一延迟保护时间。在多组输出情况下，目前做法已无法因应时势所趋。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种多阶层过电流保护电路，可以在多组输出情况下，仍能设定适应的电流保护和延迟保护时间
为了实现上述目的，本发明提供了一种多阶层过电流保护电路，耦接至一电源供应器，该多阶层过电流保护电路包括：一信号放大电路，接收一组检测信号并输出一第一信号；一比较电路，耦接该信号放大电路，并分别将该第一信号与一第一参考信号及一第二参考信号进行比较，且该第一参考信号的值小于该第二参考信号的值；以及一延迟时间计数电路，耦接该比较电路。当该第一信号的值大于或等于该第一参考信号的值，并小于该第二参考信号的值，该延迟时间计数电路调整一第一计数值，且当该第一计数值到达一第一保护延迟时间，该延迟时间计数电路启动一保护模式。当该第一信号的值大于或等于该第二参考信号的值，该延迟时间计数电路调整一第二计数值，且当该第二计数值到达一第二保护延迟时间，该延迟时间计数电路启动该保护模式。该第一保护延迟时间大于该第二保护延迟时间。
本发明的有益功效在于：该多阶层过电流保护电路可以在多组输出情况下，仍能设定适应的电流保护和延迟保护时间。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为根据本发明一实施例的多阶层过电流保护电路的功能方块图。
图2显示根据本发明一实施例的参考信号与保护延迟时间的关系图。
图3显示根据本发明一实施例的信号时序图。
图4显示根据本发明一实施例的信号放大电路、比较电路与延迟时间计数电路的电路架构图。
其中，附图标记：
110:电源供应器
120_1～120_2:电流分流器
130:多阶层过电流保护电路
131:信号放大电路
133:比较电路
133_1～133_n:比较单元
135:延迟时间计数电路
135_1～135_n:延迟时间计数单元
OC1～OCn:参考信号
S1:第一信号
+12VIS、+12VA、+12VB：检测信号
ΔT1～ΔTn:保护延迟时间
T1～T6:时序
OP1～OP2:操作放大器
R1～R14:电阻
C1～C4:电容
D1～D3:二极管
SQ1:肖特基二极管
Q1～Q2:晶体管
具体实施方式
本说明书的技术用语参照本技术领域的习惯用语，如本说明书对部分用语有加以说明或定义，该部分用语的解释以本说明书的说明或定义为准。本发明的各个实施例分别具有一或多个技术特征。在可能实施的前提下，本技术领域具有通常知识者可选择性地实施任一实施例中部分或全部的技术特征，或者选择性地将这些实施例中部分或全部的技术特征加以组合。
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
请参照图1，其为根据本发明一实施例的多阶层过电流保护电路的功能方块图。图2显示根据本发明一实施例的参考信号与保护延迟时间的关系图。
当设定条件达到时，本发明一实施例的多阶层过电流保护电路130可以启动保护模式。
多阶层过电流保护电路130耦接至电源供应器110。多阶层过电流保护电路130包括：信号放大电路131，接收一组检测信号并输出第一信号S1；比较电路133，耦接信号放大电路131，并分别将第一信号S1与第一参考信号(OC1)及第二参考信号(OC2)进行比较，且第一参考信号(OC1)的值小于第二参考信号(OC2)的值；以及延迟时间计数电路135，耦接比较电路133。
当第一信号S1的值大于或等于第一参考信号OC1的值，并小于该第二参考信号OC2的值，延迟时间计数电路135调整第一计数值，且当第一计数值到达第一保护延迟时间(如图2的ΔT1)，延迟时间计数电路135启动一保护模式。
当第一信号S1的值大于或等于第二参考信号OC2的值，延迟时间计数电路135调整第二计数值，且该第二计数值到达第二保护延迟时间(如图2的ΔT2)，延迟时间计数电路135启动该保护模式。
第一保护延迟时间(如图2的ΔT1)大于第二保护延迟时间(如图2的ΔT2)。
比较电路133还将第一信号S1与第三参考信号(OC3)进行比较，当第一信号S1的值大于或等于第三参考信号OC3的值，延迟时间计数电路135调整第三计数值，且当第三计数值到达第三保护延迟时间(如图2的ΔT3)，延迟时间计数电路135启动保护模式，其中，第二参考信号OC2的值小于该第三参考信号OC3的值，第二保护延迟时间大于第三保护延迟时间。
细言之，比较电路133包括n个(n为正整数)比较单元133_1～133_n。该些比较单元133_1～133_n皆耦接信号放大电路131。该些比较单元133_1～133_n分别将第一信号S1与第一参考信号(OC1)至第n参考信号(OCn)进行比较，其中，从参考信号的值大小来看，OC1<OC2<…<OCn。
细言之，延迟时间计数电路135包括n个延迟时间计数单元135_1～135_n。延迟时间计数单元135_1～135_n耦接该些比较单元133_1～133_n。
当第一信号S1的值大于或等于第一参考信号OC1的值，并小于该第二参考信号OC2的值，回应于比较电路133的输出信号，延迟时间计数电路135的延迟时间计数单元135_1调整(例如是增加)第一计数值，且当第一计数值到达第一保护延迟时间(如图2的ΔT1)，延迟时间计数电路135的延迟时间计数单元135_1启动保护模式。
当第一信号S1的值大于或等于第二参考信号OC2的值，回应于比较电路133的输出信号，延迟时间计数电路135的延迟时间计数单元135_2调整第二计数值，且该第二计数值到达第二保护延迟时间(如图2的ΔT2)，延迟时间计数电路135的延迟时间计数单元135_2启动该保护模式。
当第一信号S1的值小于第一参考信号OC1的值，该延迟时间计数电路的延迟时间计数单元135_1调整第一计数值归零。
当第一信号S1的值小于第二参考信号OC2的值，延迟时间计数电路的延迟时间计数单元135_2调整第二计数值归零。
多阶层过电流保护电路130还包括第一电流分流器120_1及第二电流分流器120_2。第一电流分流器120_1的第一端耦接第二电流分流器120_2的第一端、电源供应器110及信号放大电路131。第一电流分流器120_1的第二端及第二电流分流器120_2的第二端耦接信号放大电路131。
电源供应器110提供第一检测信号+12VIS至第一电流分流器120_1的第一端、第二电流分流器120_2的第一端及信号放大电路131。第一电流分流器120_1的第二端输出第二检测信号+12VA至信号放大电路131。第二电流分流器120_2的第二端输出第三检测信号+12VB至信号放大电路131。
第一检测信号+12VIS、第二检测信号+12VA及第三检测信号+12VB构成该组检测信号，该组检测信号输入至信号放大电路131。
现请参照图2，其显示根据本发明一实施例的参考信号OC1～OCn的值与保护延迟时间ΔT1～ΔTn的关系图。如图2所示，在参考信号OC1～OCn的值中，OC1<OC2<…<OCn；在保护延迟时间ΔT1～ΔTn中，ΔT1>ΔT2>…>ΔTn。亦即，该些参考信号的值呈递增，而该些保护延迟时间呈递减。
图3显示根据本发明一实施例的信号时序图。于时序T1时，第一信号S1小于参考信号OCi，所以，延迟时间计数电路135_i未触发计数。
于时序T2、T3与T4时，第一信号S1大于参考信号OCi，所以，延迟时间计数电路135_i触发计数，但由于计数值未能大于保护延迟时间ΔTi，所以，延迟时间计数电路135_i未启动保护模式。也就是说，第一信号S1大于参考信号OCi的持续时间未大于保护延迟时间ΔTi的话，则无需触发保护(信号CTL为逻辑低)。
于时序T5时，第一信号S1大于参考信号OCi，所以，延迟时间计数电路135_i触发计数；当计数值大于或等于保护延迟时间ΔTi时(如T6所示)，延迟时间计数电路135_i启动保护模式。也就是说，当第一信号S1大于参考信号OCi的持续时间大于或等于保护延迟时间ΔTi时，则需触发保护(信号CTL为逻辑高)，以保护电源供应器110。
图4显示根据本发明一实施例的信号放大电路131、比较电路133与延迟时间计数电路135的电路架构图。为方便了解，图4中只显示比较电路133的一个比较单元133_i与延迟时间计数电路135的一个延迟时间计数单元135_i。如图4所示，信号放大电路131包括：操作放大器OP1、电阻R1～R6与电容C1～C2。比较单元133_i包括：操作放大器OP2、电阻R7～R8与二极管D1。延迟时间计数单元135_i包括：电阻R9～R14、电容C3～C4、二极管D2～D3、肖特基二极管SQ1与晶体管Q1～Q2。图4的电路架构乃是用于说明本发明的一种可能实施例，本发明并不受限于此。其他种可能的信号放大电路、比较电路与延迟时间计数电路的电路架构仍在本发明所属范围内。
在信号放大电路131中，电阻R1与R2并联于第一检测信号+12VIS与操作放大器OP1的第一输入端之间。电阻R3耦接于第二检测信号+12VA与操作放大器OP1的第二输入端之间。电阻R4耦接于第三检测信号+12VB与操作放大器OP1的第二输入端之间。电阻R5耦接于接地端与操作放大器OP1的第一输入端之间。电阻R6耦接于操作放大器OP1的第二输入端与输出端之间。电容C1耦接于接地端与操作放大器OP1的第一输入端之间。电容C2耦接于操作放大器OP1的第一输入端与第二输入端之间。操作放大器OP1包括：第一输入端，接收第一检测信号+12VIS；第二输入端，接收第二检测信号+12VA与第三检测信号+12VB；以及输出端通过电阻R7而输出第一信号S1至比较单元133_i的操作放大器OP2的第一输入端。
比较电路133的第一比较单元(例如是133_1)具有第一输入端、第二输入端及第一输出端，其中第一输入端接收该第一信号S1，第二输入端接收第一参考信号OC1，第一比较单元133_1依据第一信号S1及第一参考信号OC1通过第一输出端来输出第一操作信号OCP1至延迟时间计数电路135的延迟时间计数单元135_1，且延迟时间计数电路135的延迟时间计数单元135_1依据第一操作信号OCP1调整第一计数值。
比较电路133的第二比较单元(例如是133_2)具有第三输入端、第四输入端及第二输出端，其中第三输入端接收第一信号S1，第四输入端接收第二参考信号OC2，第二比较单元133_2依据第一信号S1及第二参考信号OC2通过第二输出端来输出第二操作信号(OCP2)至延迟时间计数电路135的延迟时间计数单元135_2，且延迟时间计数电路135的延迟时间计数单元135_2依据第二操作信号(OCP2)调整该第二计数值。
细言之，在比较单元133_i中，操作放大器OP2包括：第一输入端，通过电阻R7而接收操作放大器OP1的第一信号S1；第二输入端，接收参考信号OCi；以及输出端，将操作信号OCPi输出至延迟时间计数单元135_i。电阻R7耦接于操作放大器OP1的输出端与操作放大器OP2的第一输入端之间。电阻R8耦接于操作放大器OP2的第一输入端与输出端之间。二极管D1用以提供操作电压VCC给操作放大器OP2。
在延迟时间计数单元135_i中，电阻R9耦接于操作放大器OP2的输出端与节点N1之间。电阻R10与二极管D2串联于节点N1与操作放大器OP2的输出端之间。电阻R11与二极管D3串联于肖特基二极管SQ1的阴极与+12VA之间。电阻R12耦接于晶体管Q1的漏极与节点N1之间。电阻R13与电容C4并联于晶体管Q1的源极与栅极之间。电阻R14耦接于晶体管Q2的漏极与操作电压VCC之间。电容C3耦接于节点N1与接地端之间。肖特基二极管SQ1包括：阳极，耦接至接地端；以及阴极，耦接至电阻R11。晶体管Q1包括：源极，耦接至接地端；漏极，耦接至电阻R12；以及栅极，耦接至晶体管Q2的漏极。晶体管Q2包括：源极，耦接至接地端；漏极，耦接至晶体管Q1的栅极；以及栅极，接收操作信号OCPi。
比较单元133_i的操作信号OCPi耦接延迟时间计数单元135_i的晶体管Q2的栅极。比较单元133_i的操作信号OCPi可以导通或截止延迟时间计数单元135_i的晶体管Q2。
另外，在本发明实施例中，当延迟时间计数单元135_i的肖特基二极管SQ1被导通时，第一检测信号+12VIS将被拉至低电位，并启动保护，使得第一电流分流器120_1输出低电位的第二检测信号+12VA至信号放大电路131，并使得第二电流分流器120_2输出低电位的第三检测信号+12VB至信号放大电路131。
在本发明上述实施例中，定义过电流保护阶层(参考信号OC1、OC2、OC3、…OCn)以及保护延迟时间ΔT1、ΔT2、ΔT3、…ΔTn。当然，保护阶层的数量(亦即n值)可视情况而调整，而参考信号OC1、OC2、OC3、…OCn的值以及/或保护延迟时间ΔT1、ΔT2、ΔT3、…ΔTn的值也可视情况调整，此皆在本发明所属范围内。
随着动态负载条件变化，不同负载条件下所需要的延迟保护时间将会有所不同。这是因为单一保护层已无法满足现今的趋势。本发明实施例可借由控制单元(未示出)来调整过电流保护点(即(参考信号OC1、OC2、OC3、…OCn))以及延迟保护时间(ΔT1、ΔT2、ΔT3、…ΔTn)。除此之外，控制单元还可依照动态负载的条件数量增设多阶保护点借以达到最佳化设计。
本发明实施例提出多阶层过电流保护电路，可调整延迟触发时间(亦即，改变ΔT1、ΔT2、ΔT3、…ΔTn的值)。
本发明实施例的多阶层过电流保护技术适用于检测过电流保护以及具有时间延迟保护。当第一信号大于参考信号时，则启动时间计数。当设定条件达成时(亦即，当计数到达保护延迟时间)，多阶层过电流保护电路启动保护模式。本发明实施例可依照瞬时动态负载调整过电流保护点。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种多阶层过电流保护电路，耦接至一电源供应器，其特征在于，该多阶层过电流保护电路包括：
一信号放大电路，接收一组检测信号并输出一第一信号；
一比较电路，耦接该信号放大电路，并分别将该第一信号与一第一参考信号及一第二参考信号进行比较，且该第一参考信号的值小于该第二参考信号的值；以及
一延迟时间计数电路，耦接该比较电路，
其中，当该第一信号的值大于或等于该第一参考信号的值，并小于该第二参考信号的值，该延迟时间计数电路调整一第一计数值，且当该第一计数值到达一第一保护延迟时间，该延迟时间计数电路启动一保护模式，
当该第一信号的值大于或等于该第二参考信号的值，该延迟时间计数电路调整一第二计数值，且当该第二计数值到达一第二保护延迟时间，该延迟时间计数电路启动该保护模式，
其中，该第一保护延迟时间大于该第二保护延迟时间。
2.如权利要求1所述的多阶层过电流保护电路，其特征在于，该比较电路还将该第一信号与一第三参考信号进行比较，当该第一信号的值大于或等于该第三参考信号的值，该延迟时间计数电路调整一第三计数值，且当该第三计数值到达一第三保护延迟时间，该延迟时间计数电路启动该保护模式，该第二参考信号的值小于该第三参考信号的值，该第二保护延迟时间大于该第三保护延迟时间。
3.如权利要求1所述的多阶层过电流保护电路，其特征在于，当该第一信号的值小于该第一参考信号的值，该延迟时间计数电路调整该第一计数值归零。
4.如权利要求1所述的多阶层过电流保护电路，其特征在于，当该第一信号的值小于该第二参考信号的值，该延迟时间计数电路调整该第二计数值归零。
5.如权利要求1所述的多阶层过电流保护电路，其特征在于，还包括一第一电流分流器及一第二电流分流器，该第一电流分流器的一第一端耦接该第二电流分流器的一第一端、该电源供应器及该信号放大电路，该第一电流分流器的一第二端及该第二电流分流器的一第二端耦接该信号放大电路。
6.如权利要求5所述的多阶层过电流保护电路，其特征在于，该电源供应器提供一第一检测信号至该第一电流分流器的该第一端、该第二电流分流器的该第一端及该信号放大电路，该第一电流分流器的该第二端输出一第二检测信号至该信号放大电路，该第二电流分流器的该第二端输出一第三检测信号至该信号放大电路。
7.如权利要求5所述的多阶层过电流保护电路，其特征在于，该第一检测信号、该第二检测信号及该第三检测信号构成该组检测信号。
8.如权利要求1所述的多阶层过电流保护电路，其特征在于，该比较电路包括：
一第一比较单元，具有一第一输入端、一第二输入端及一第一输出端，其中该第一输入端接收该第一信号，该第二输入端接收该第一参考信号，该第一比较单元依据该第一信号及该第一参考信号而通过该第一输出端以输出一第一操作信号至该延迟时间计数电路，且该延迟时间计数电路依据该第一操作信号调整该第一计数值；以及
一第二比较单元，具有一第三输入端、一第四输入端及一第二输出端，其中该第三输入端接收该第一信号，该第四输入端接收该第二参考信号，该第二比较单元依据该第一信号及该第二参考信号而通过该第二输出端以输出一第二操作信号至该延迟时间计数电路，且该延迟时间计数电路依据该第二操作信号调整该第二计数值。
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