TW202007044A

TW202007044A - 過電流保護裝置及方法

Info

Publication number: TW202007044A
Application number: TW108123261A
Authority: TW
Inventors: 楊慧聰; 曾明志
Original assignee: 極創電子股份有限公司
Priority date: 2018-07-02
Filing date: 2019-07-02
Publication date: 2020-02-01
Also published as: TWI715096B; CN110690689B; CN110690689A; US11251729B2; US20220029566A1; US20200119673A1

Abstract

一種過電流保護裝置，包含有一第一接腳，用來接收一訊號；一偵測與控制模組，耦接於該第一接腳，用來偵測該訊號，並且判斷該訊號是否符合一預設條件，以於該訊號符合該預設條件時，輸出一控制訊號；以及一自動調整與記憶模組，耦接於該偵測與控制模組，用來接收來自該偵測與控制模組之該控制訊號，以執行對應的自動調整措施及儲存對應的調整資料。

Description

過電流保護裝置及方法

本發明係指一種過電流保護裝置及方法，尤指一種利用負載電流或負載電壓保護積體電路的過電流保護裝置及方法。

電源產生器用來供應電源至電子裝置，為了避免電源產生器提供過大電流至電子裝置，通常會於電源產生器設置一過電流保護裝置，以偵測負載電流，進而於負載電流過高時，通知電源產生器採取過電流保護措施。現有用於電源產生器的過電流保護裝置通常需要一特定的控制腳位以設定過電流保護裝置的開機、關機、過電流保護點或電流穩定輸出訊號（power good output，PGO）等功能。然而，由於新型態的電源產生器已移除特定的控制腳位，無法設定過電流保護裝置的開機、關機、過電流保護點或電流穩定輸出訊號等功能，而無法有效率的判斷負載電流是否過高。因此，習知技術確實有改進的必要。

因此，本發明的主要目的即在於提供一種過電流保護裝置及方法，不需透過額外的控制接腳以接收關於過電流保護裝置的狀態設定的訊號，以解決上述問題。

本發明揭露一種過電流保護裝置，包含有一第一接腳，用來接收一訊號；一偵測與控制模組，耦接於該第一接腳，用來偵測該訊號，並且判斷該訊號是否符合一預設條件，以於該訊號符合該預設條件時，輸出一控制訊號；以及一自動調整與記憶模組，耦接於該偵測與控制模組，用來接收來自該偵測與控制模組之該控制訊號，以執行對應的自動調整措施及儲存對應的調整資料。

本發明另揭露一種過電流保護方法，包含有接收一訊號；偵測該訊號之一電壓位準、一電壓波形、一電壓頻率、一電壓工作週期、一電流大小、一電流頻率或一電流變化週期，以判斷該訊號是否符合一預設條件；於該訊號符合該預設條件時，輸出一控制訊號；以及根據該控制訊號以執行對應的自動調整措施及儲存對應的調整資料。

第1圖為本發明實施例一過電流保護電路10之示意圖。過電流保護電路10用於一電源產生器PG，其包含一過電流保護裝置100及一負載訊號產生器12，其中電源產生器PG可以是一電源供應器，或者電源供應器包含電源產生器PG與過電流保護裝置100。負載訊號產生器12可以由一負載機（未繪示）及/或一訊號產生器（未繪示）所構成。負載機可以產生電流型態的訊號LS，訊號產生器可以產生電壓型態的訊號LS，因此，負載訊號產生器12所產生的訊號LS可以為電壓訊號及/或電流訊號。過電流保護裝置100可以是一過電流保護晶片，其包含有一第一接腳P1、一偵測與控制模組102、一自動調整與記憶模組104及一可變電流源CS。第一接腳P1用來接收由負載訊號產生器12所產生的訊號LS。偵測與控制模組102耦接於第一接腳P1，用來偵測訊號LS之一電壓位準、一電壓波形、一電壓頻率、一電壓工作週期、一電流大小、一電流頻率或一電流變化週期，並且判斷訊號LS是否符合一預設條件，以於訊號LS符合預設條件時，輸出一控制訊號cmd1。此外，偵測與控制模組102另可輸出一控制訊號cmd2以控制過電流保護電路10的內部其他電路（未繪示）。自動調整與記憶模組104耦接於偵測與控制模組102，用來接收來自偵測與控制模組102之控制訊號cmd1，並據以產生一調整資料d1以執行對應的自動調整措施。自動調整與記憶模組104包含一記憶單元（未繪示）用以儲存調整資料d1。可變電流源CS耦接於第一接腳P1、偵測與控制模組102與自動調整與記憶模組104，並依據調整資料d1調整一電流Ic。

在一實施例中，電源產生器PG包含有電阻Rs、Rc。負載訊號產生器12產生訊號LS，訊號LS經由電源產生器PG而產生訊號LS1，過電流保護裝置100的第一接腳P1接收訊號LS1，偵測與控制模組102偵測訊號LS1，並依據預設條件以產生對應於自動調整措施的控制訊號cmd1並傳送至自動調整與記憶模組104。其中，預設條件可以是訊號LS1的電壓位準、電壓波形、電壓頻率或電壓工作週期是否高於一預設值超過一特定區間。舉例來說，偵測與控制模組102可偵測訊號LS1之電壓位準是否高於一電壓VH，當偵測與控制模組102偵測到訊號LS1之電壓位準高於電壓VH超過一預定時間如：10毫秒（ms）、20ms或30ms時，可分別產生對應於自動調整措施的控制訊號cmd1，並傳送控制訊號cmd1至自動調整與記憶模組104。自動調整與記憶模組104根據控制訊號cmd1產生調整資料d1，並執行對應的自動調整與儲存調整資料d1。因此，本發明實施例的過電流保護裝置100僅需經由第一接腳P1即可偵測訊號LS1或LS的電壓位準、電壓波形、電壓頻率或電壓工作週期，而不需透過額外的接腳以接收過電流保護的命令或狀態設定資料，即可由偵測與控制模組102偵測訊號LS1或LS，並且由自動調整與記憶模組104執行對應的自動調整與儲存調整資料。在另一實施例中，過電流保護裝置100的第一接腳P1可以接收負載訊號產生器12產生的訊號LS，並且如同上述實施例，偵測與控制模組102根據訊號LS的預設條件以產生對應於自動調整措施的控制訊號cmd1，並傳送至自動調整與記憶模組104，以執行對應的自動調整與儲存調整資料。

請參考第2圖，第2圖為過電流保護裝置100之偵測與控制模組102之一實施例的電路圖。如第2圖所示，偵測與控制模組102可由一比較器206、電阻R1、R2及一參考電壓Vref所組成。在此實施例中，偵測與控制模組102耦接於第一接腳P1，電阻R1、R2的一分壓比例可用來量測訊號LS1的一高位準，因此，偵測與控制模組102可將接收的訊號LS1的電壓與參考電壓Vref比較，以偵測一電壓高點。換句話說，偵測與控制模組102可偵測來自負載訊號產生器12的訊號LS的電壓位準。

第3圖為過電流保護裝置100之偵測與控制模組102之另一實施例的電路圖。如第3圖所示，偵測與控制模組102可由比較器306、308及參考電壓Vref_H、Vref_L所組成。在此實施例中，偵測與控制模組102耦接於第一接腳P1，因此，偵測與控制模組102可將接收的訊號LS1的電壓分別與參考電壓Vref_H、Vref_L進行比較，以偵測電壓的高點與低點。因此，當偵測與控制模組102偵測到訊號LS1的電壓位準高於Vref_H或低於參考電壓Vref_L時，即可產生對應於自動調整措施的控制訊號cmd1，並傳送控制訊號cmd1至自動調整與記憶模組104，以執行對應的自動調整與儲存調整資料。

在另一實施例中，如第4圖所示，偵測與控制模組102可由一比較器406、一頻率計數電路408及一參考電壓Vref_M所組成。在此實施例中，偵測與控制模組102耦接於第一接腳P1，因此，偵測與控制模組102可將接收的訊號LS1的電壓波形與參考電壓Vref_M進行比較，並且經由頻率計數電路408以一頻率F0對電壓波形進行取樣，進而判斷電壓波形的電壓頻率與電壓工作週期。因此，當偵測與控制模組102偵測到不同電壓頻率或不同電壓工作週期的訊號時，即可產生對應於自動調整措施的控制訊號cmd1至自動調整與記憶模組104。

舉例來說，訊號LS1的電壓波形的一高電位與一低電位可分別解碼為數位信號1及數位信號0（即電壓波形可經由比較器406整形成為一方波，並輸入至頻率計數電路408以頻率F0進行取樣），因此，當偵測與控制模組102偵測訊號LS1的電壓波形並解碼為數位信號時，偵測與控制模組102根據數位信號產生對應於自動調整措施的控制訊號cmd1，並傳送控制訊號cmd1至自動調整與記憶模組104。值得注意的是，偵測與控制模組102也可偵測訊號LS1的電壓波形的頻率或電壓工作週期，以產生對應於自動調整措施的控制訊號cmd1。

第5圖為本發明實施例之一過電流保護電路50之示意圖。過電流保護電路50包含一負載訊號產生器12、電源產生器PG與一過電流保護裝置500。過電流保護裝置500包含有一第一接腳P1、一第二接腳P2、一偵測與控制模組502、一自動調整與記憶模組504及一可變電流源CS。過電流保護裝置500與第1圖中的過電流保護裝置100不同的地方在於，過電流保護裝置500另包含第二接腳P2，其耦接於偵測與控制模組102以接收訊號LS2。偵測與控制模組502根據利用第一接腳P1與第二接腳P2分別接收訊號LS1與LS2，以透過第一接腳P1與第二接腳P2的跨壓偵測訊號LS之一電流訊號。當訊號LS符合預設條件時，偵測與控制模組502輸出控制訊號cmd1至自動調整與記憶模組504。如第5圖所示，當負載訊號產生器12改變訊號LS的電流時，由於第一接腳P1與第二接腳P2之間具有一電壓差，偵測與控制模組502根據此電壓差判斷訊號LS之電流訊號。因此，當偵測與控制模組502偵測到電流訊號的一電流值高於一預設值超過一特定區間時，偵測與控制模組502產生對應於自動調整措施的控制訊號cmd1，並傳送至自動調整與記憶模組504以執行對應的自動調整與儲存調整資料。

值得注意的是，偵測與控制模組502也可偵測訊號LS的電流大小、電流頻率或電流變化週期，以產生對應於自動調整措施的控制訊號cmd1。第6圖為過電流保護裝置500之偵測與控制模組502之一實施例的電路圖。在第6圖中，偵測與控制模組502包含一差動比較器606、一多工器MUX、一電壓加法器608及一計數器610。其中，多工器MUX根據計數器610以選擇參考電壓V1～VN其中之一（例如參考電壓V1），電壓加法器608可輸出參考電壓V1與訊號LS1的加總電壓至差動比較器606，以比較與第一接腳P1之間的電壓差。計數器610依據一時脈CLK對差動比較器606的輸出訊號進行計數，在此實施例中，每當差動比較器606輸出高電位至計數器610時（即第二接腳P2的電壓高於第一接腳P1的電壓加上被選擇的參考電壓），多工器MUX即調整其參考電壓，例如自參考電壓V1調整至參考電壓V2，依此類推，直到差動比較器606輸出低電位（即第二接腳P2的電壓低於第一接腳P1的電壓加上被選擇的參考電壓）為止，因此偵測與控制模組502即可透過第一接腳P1與第二接腳P2的跨壓差，進而偵測訊號的電流值。

另一方面，如第7圖所示，第7圖為過電流保護裝置500之偵測與控制模組502之另一實施例的電路圖。偵測與控制模組502可由一差動比較器706、一多工器MUX及一電壓加法器708及一頻率計數電路710組成。在此實施例中，偵測與控制模組502耦接於第一接腳P1及第二接腳P2，偵測與控制模組502檢測第一接腳P1及第二接腳P2的訊號跨壓以偵測電流波形。偵測與控制模組502透過選定多工器MUX的參考電壓V1～VN其中之一（例如參考電壓V1），再經由電壓加法器708輸出參考電壓V1與訊號LS1的加總電壓，以與第二接腳P2的訊號LS2進行比較。接著，頻率計數電路710以一頻率F0對電流波形進行取樣，進而判斷電流波形的電流頻率或電流工作週期。因此，當偵測與控制模組502偵測到不同電流頻率或不同電流工作週期的訊號時，即可產生對應於不同自動調整措施的控制訊號至自動調整與記憶模組504。

由於本發明實施例的偵測與控制模組偵測到不同電壓頻率或不同電流工作週期的訊號時，可產生對應於自動調整措施的控制訊號cmd1至自動調整與記憶模組。或者，本發明實施例的偵測與控制模組可另輸出控制訊號cmd2以控制過電流保護電路10的內部其他電路。在一實施例中，當第4圖的比較器406及第7圖的差動比較器706的輸出訊號如第8圖的波形圖時，即當比較器406或差動比較器706的輸出訊號為高電位（HIGH）狀態時，頻率計數電路408、710偵測其輸出的波形寬度以決定對應的控制訊號。舉例來說，當輸出訊號處於高電位狀態的時間大於T1時間，頻率計數電路408、710可輸出控制訊號cmd1至自動調整與記憶模組。在另一例中，當輸出訊號處於高電位狀態的時間大於T2時間，頻率計數電路408、710可輸出控制訊號cmd2以控制過電流保護電路10的內部其他電路。值得注意的是，輸出訊號的實施例所對應的控制訊號並不限於上述範例，而可根據系統或使用者的需求加以調整，以不同的波形對應於不同的指令。

在另一實施例中，當比較器406或差動比較器706的輸出訊號為如第9圖所示的一波形時，頻率計數電路408、710可偵測其輸出訊號的波形的工作週期或頻率以決定對應的控制訊號。舉例來說，當輸出訊號為數位串列10101時，則頻率計數電路408、710可輸出控制訊號cmd1至自動調整與記憶模組。在另一例中，當輸出訊號為數位串列10111時（未繪示於圖），頻率計數電路408、710可控制訊號cmd2以控制過電流保護電路10的內部其他電路。值得注意的是，輸出訊號的實施例所對應的控制訊號並不限於上述範例，而可根據系統或使用者的需求，以不同的數位串列對應於不同的指令。

除此之外，請參考第10圖，第10圖為本發明實施例之一過電流保護電路10’之示意圖。過電流保護電路10’包含有一負載訊號產生器12、一過電流保護裝置1000，其中過電流保護裝置1000包含有一偵測與控制模組1002及一自動調整與記憶模組1004，以應用於具有複數個電源供應模組之電源產生器PG。在此實施例中，負載訊號產生器12可輸出訊號LS_A、LS_B及LS_C至對應的電源供應模組，偵測與控制模組1002可透過對應於不同電源供應模組的第一接腳P1A、P1B、P1C與第二接腳P2A、P2B、P2C接收包含多個電壓波形或電流波形的訊號，進而解碼並輸出控制訊號至多個電源供應模組，以決定電源供應模組之工作模式。值得注意的是，過電流保護裝置1000可用來同時控制包含有不同數量的電源供應模組，而不限於上述實施例。

進一步地，本發明之過電流保護裝置之運作方式可歸納為一過電流保護方法1100，如第11圖所示。過電流保護方法1100的步驟包含有：

步驟1102：開始。

步驟1104：接收訊號。

步驟1106：偵測訊號以判斷訊號是否符合預設條件。

步驟1108：於訊號符合預設條件時，輸出控制訊號。

步驟1110：根據控制訊號以執行對應的自動調整措施。

步驟1112：根據控制訊號以儲存對應的調整資料。

步驟1114：結束。

關於過電流保護方法1100的運作流程，可參考上述過電流保護裝置之實施例，在此不再贅述。

需注意的是，本領域具通常知識者可根據不同系統需求適當設計過電流保護裝置。舉例來說，偵測與控制模組的電路圖並不限於上述的實施例，只要能夠用來偵測訊號的電壓波形、電流波形、頻率、工作週期等電路，皆適用於本發明。或者，本發明實施例的第二接腳也可單獨地用來偵測訊號的電壓訊號，而不限於此，皆屬本發明之範疇。

綜上所述，本發明提供一種過電流保護裝置及方法，不需透過額外的控制接腳以接收關於過電流保護裝置的狀態設定的訊號，而利用改變負載電流與負載電壓以取得控制訊號，進而設定過電流保護裝置的工作模式。以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10、10’、50‧‧‧過電流保護電路 100、500、1000‧‧‧過電流保護裝置 102、502、1002‧‧‧偵測與控制模組 104、504、1004‧‧‧自動調整與記憶模組 12‧‧‧負載訊號產生器 206、306、308、406‧‧‧比較器 408、710‧‧‧頻率計數電路 606、706‧‧‧差動比較器 608、708‧‧‧電壓加法器 610‧‧‧計數器 1100‧‧‧過電流保護方法 1102、1104、1106、1108、1110、1112、1114‧‧‧步驟 cmd1、cmd2‧‧‧控制訊號 CLK‧‧‧時脈 CS‧‧‧可變電流源 d1‧‧‧調整資料 F0‧‧‧頻率 GND‧‧‧地電位 Ic、Ica、Icb、Icc‧‧‧電流 LS、LS1、LS2、LS_A、LS_B、LS_C‧‧‧訊號 MUX‧‧‧多工器 P1、P1A、P1B、P1C‧‧‧第一接腳 P2、P2A、P2B、P2C‧‧‧第二接腳 PG‧‧‧電源產生器 Rs、Rc、R1、R2‧‧‧電阻 T1、T2‧‧‧週期 V1、V2～VN‧‧‧參考電壓 VH‧‧‧電壓 Vref、Vref_H、Vref_L、Vref_M‧‧‧參考電壓

第1圖為本發明實施例一過電流保護電路之示意圖。第2圖至第4圖為第1圖之一過電流保護裝置之偵測與控制模組之一實施例的電路圖。第5圖為本發明實施例之另一過電流保護電路之示意圖。第6圖及第7圖為第5圖之一過電流保護裝置之偵測與控制模組之一實施例的電路圖。第8圖及第9圖為本發明實施例之一比較器之輸出訊號之示意圖。第10圖為本發明實施例之一過電流保護電路之示意圖。第11圖為本發明實施例一過電流保護方法的示意圖。

10‧‧‧過電流保護電路

100‧‧‧過電流保護裝置

102‧‧‧偵測與控制模組

104‧‧‧自動調整與記憶模組

12‧‧‧負載訊號產生器

cmd1、cmd2‧‧‧控制訊號

CS‧‧‧可變電流源

d1‧‧‧調整資料

GND‧‧‧地電位

Ic‧‧‧電流

LS、LS1‧‧‧訊號

P1‧‧‧第一接腳

PG‧‧‧電源產生器

Rs、Rc‧‧‧電阻

Claims

一種過電流保護裝置，包含有：一第一接腳，用來接收一訊號；一偵測與控制模組，耦接於該第一接腳，用來偵測該訊號，並且判斷該訊號是否符合一預設條件，以於該訊號符合該預設條件時，輸出一控制訊號；以及一自動調整與記憶模組，耦接於該偵測與控制模組，用來接收來自該偵測與控制模組之該控制訊號，以執行對應的自動調整措施及儲存對應的調整資料。
如請求項1所述之過電流保護裝置，其中該偵測與控制模組用來偵測該訊號之一電壓位準、一電壓波形、一電壓頻率、一電壓工作週期、一電流大小、一電流頻率或一電流變化週期。
如請求項2所述之過電流保護裝置，其中該自動調整與記憶模組另包含一記憶單元，用來儲存對應於該控制訊號的不同的自動調整措施。
如請求項3所述之過電流保護裝置，其另包含：一第二接腳，耦接於該偵測與控制模組，用來接收該訊號；其中，該偵測與控制模組根據該第一接腳與該第二接腳，偵測該訊號之一電流訊號，以於該訊號符合該預設條件時，輸出該控制訊號。
如請求項4所述之過電流保護裝置，其中該偵測與控制模組每間隔一預設時間偵測該訊號之該電壓位準、該電壓波形、該電壓頻率或該工作週期，以判斷該訊號是否符合該預設條件。
如請求項4所述之過電流保護裝置，其中該控制訊號係相關於該電源產生器之一工作模式，其中該工作模式係該電源產生器之開機、關機或過電流保護點設定。
如請求項4所述之過電流保護裝置，其中該第一接腳與該第二接腳根據該訊號之一電壓差判斷該訊號之該電流訊號。
如請求項1所述之過電流保護裝置，其中當該電源產生器具有複數個電源供應模組時，該偵測與控制模組輸出該控制訊號至該複數個電源供應模組，以決定該複數個電源供應模組之工作模式，其中該工作模式係該複數個電源供應模組之開機、關機或過電流保護點設定。
一種過電流保護方法，包含有：接收一訊號；偵測該訊號之一電壓位準、一電壓波形、一電壓頻率、一電壓工作週期、一電流大小、一電流頻率或一電流變化週期，以判斷該訊號是否符合一預設條件；於該訊號符合該預設條件時，輸出一控制訊號；以及根據該控制訊號以執行對應的自動調整措施及儲存對應的調整資料。
如請求項9所述之過電流保護方法，其另包含：偵測該訊號之一電流訊號，以於該訊號符合該預設條件時，輸出該控制訊號。
如請求項10所述之過電流保護方法，其另包含：每間隔一預設時間偵測該訊號之該電壓位準、該電壓波形、該電壓頻率或該工作週期，以判斷該訊號是否符合該預設條件。
如請求項9所述之過電流保護方法，其中該控制訊號係相關於該電源產生器之一工作模式，其中該工作模式係該電源產生器之開機、關機或過電流保護點設定。