TW202040901A

TW202040901A - 過功率保護電路、充電器及過功率保護方法

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Publication number: TW202040901A
Application number: TW108113342A
Authority: TW
Inventors: 詹子增
Original assignee: 宏碁股份有限公司
Priority date: 2019-04-17
Filing date: 2019-04-17
Publication date: 2020-11-01
Also published as: TWI704737B

Abstract

一種過功率保護電路、充電器及過功率保護方法。所述過功率保護電路包括電源控制器與電壓提升電路。所述電壓提升電路用以偵測交流高壓訊號並根據所述交流高壓訊號將目標電壓訊號的電壓值從低於臨界值的第一電壓值提高至高於所述臨界值的第二電壓值。所述電源控制器用以響應於所述目標電壓訊號的所述電壓值高於所述臨界值而啟動過功率保護機制。

Description

過功率保護電路、充電器及過功率保護方法

本發明是有關於一種電路保護技術，且特別是有關於一種過功率保護電路、充電器及過功率保護方法。

一般來說，充電器之過功率保護是基於電源控制晶片的電流偵測腳位來決定是否啟動。當電流偵測腳位上的電壓之電壓值超過一臨界值時，電源控制晶片會啟動過功率保護而停止充電，以避免因充電電流及/或電壓過大而損壞內部電路。此過程即為充電器之過功率保護。

然而，當輸入的電源為高壓交流電時，此高壓交流電在上述電流偵測腳位上引起的電壓之電壓值可能較小(例如小於上述臨界值)，導致在發生過功率時上述過功率保護之機制無法自動啟動，從而造成充電安全相關問題。

本發明提供一種功率保護電路、充電器及過功率保護方法，可有效改善上述問題。

本發明的實施例提供一種過功率保護電路，其包括電源控制器與電壓提升電路。所述電壓提升電路耦接至所述電源控制器。所述電壓提升電路用以偵測交流高壓訊號並根據所述交流高壓訊號將目標電壓訊號的電壓值從低於臨界值的第一電壓值提高至高於所述臨界值的第二電壓值，並且所述電源控制器用以響應於所述目標電壓訊號的所述電壓值高於所述臨界值而啟動過功率保護機制。

本發明的實施例另提供一種充電器，其包括充電器模組與過功率保護電路。所述過功率保護電路耦接至所述充電器模組。所述過功率保護電路用以偵測交流高壓訊號並根據所述交流高壓訊號將目標電壓訊號的電壓值從低於臨界值的第一電壓值提高至高於所述臨界值的第二電壓值，並且所述過功率保護電路更用以響應於所述目標電壓訊號的所述電壓值高於所述臨界值而啟動過功率保護機制。

本發明的實施例另提供一種充電器的過功率保護方法，其包括：偵測交流高壓訊號；根據所述交流高壓訊號將目標電壓訊號的電壓值從低於臨界值的第一電壓值提高至高於所述臨界值的第二電壓值；以及響應於所述目標電壓訊號的所述電壓值高於所述臨界值而啟動過功率保護機制。

基於上述，本發明的實施例可偵測交流高壓訊號並根據所述交流高壓訊號將目標電壓訊號的電壓值從低於臨界值的第一電壓值提高至高於所述臨界值的第二電壓值。接著，響應於所述目標電壓訊號的電壓值高於所述臨界值，充電器的過功率保護機制可自動啟動，以提供充電器之過功率保護。藉此，可有效改善傳統上無法針對交流高壓訊號自動進行充電器之過功率保護的問題，有效提高充電器在使用上的安全性。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1是根據本發明的一實施例所繪示的充電器的功能方塊圖。請參照圖1，充電器10可設置於任意類型的電子裝置，以提供充電電源至此電子裝置。在本實施例中，是以返馳式充電器作為充電器10的範例。例如，充電器10可執行輸入訊號的交流-直流轉換及/或直流-直流轉換。然而，在另一實施例中，充電器10亦可以是其他類型的充電器，本發明不加以限制。

充電器10包括充電器模組11與過功率保護電路12。在本實施例中，充電器模組11是返馳式充電器模組，其具體電路結構如圖2所示，且充電器模組11的電路結構不限於此。充電器模組11可用以執行整流、輸入訊號的交流-直流轉換及/或直流-直流轉換等操作。過功率保護電路12耦接至充電器模組11。過功率保護電路12可偵測交流高壓訊號並根據此交流高壓訊號而自動啟動過功率保護機制。例如，在啟動過功率保護機制後，充電器模組11可停止充電，以保護充電器10中的電子電路並提高充電器10在使用上的安全性。

在本實施例中，過功率保護電路12包括電源控制器121與電壓提升電路122。電源控制器121耦接至充電器模組11與電壓提升電路122。電源控制器121亦稱為電源控制晶片。例如，電源控制器121可包括脈寬調變(Pulse Width Modulated, PWM)控制晶片。電源控制器121可用以控制充電器模組11以啟動或停止充電。

電壓提升電路122可用以偵測來自充電器模組11的電壓訊號V0。例如，電壓訊號V0可耦接至充電器模組11的輸入端。電壓訊號V0可反映充電器模組11的輸入電源是否為交流高壓訊號。當電壓訊號V0反映充電器模組11的輸入電源為交流高壓訊號時，電壓提升電路122可根據電壓訊號V0將電壓訊號VT(亦稱為目標電壓訊號)的電壓值從低於某一臨界值的電壓值(亦稱為第一電壓值)提高至高於此臨界值的另一電壓值(亦稱為第二電壓值)。在一實施例中，此臨界值亦稱為過功率電壓觸發值，其用以啟動過功率保護機制。響應於電壓訊號VT的電壓值高於此臨界值，電源控制器121可自動啟動過功率保護機制。另一方面，當充電器模組11的輸入電源不為交流高壓訊號時，電壓提升電路122可不主動提升電壓訊號VT的電壓值。

圖2是根據本發明的一實施例所繪示的充電器之內部電路結構的示意圖。請參照圖2，充電器模組11可包括電源輸入端AC-與AC+、橋式整流器BD、電容(亦稱為輸入電容)Cin、變壓器TR、二極體(亦稱為輸出二極體)Do、電容(亦稱為輸出電容)Co、二極體(亦稱為輔助二極體)Daux及電容(亦稱為輔助穩壓電容)Caux。交流輸入端AC-與AC+用以接收輸入訊號。橋式整流器BD用以對輸入訊號進行整流。經過電容Cin、變壓器TR、二極體Do、二極體Daux及電容Caux之協同運作後，電壓訊號Vo可被輸出作為充電電源。

電源控制器121可偵測電流偵測腳位CS上的電壓訊號VT並判斷電壓訊號VT的電壓值是否高於一臨界值。若電壓訊號VT的電壓值高於此臨界值，電源控制器121可調整控制腳位GD的輸出訊號以經由開關(亦稱為主開關)Q切斷變壓器TR(及/或充電器模組11中其餘電子元件)的輸出。在一實施例中，切斷變壓器TR(及/或充電器模組11中其餘電子元件)的輸出可視為啟動所述過功率保護機制。

例如，在一般情況下(即電壓訊號VT的電壓值不高於此臨界值時)，電源控制器121可將控制腳位GD的輸出訊號維持在邏輯高。當控制腳位GD的輸出訊號處於邏輯高時，開關Q可被導通且變壓器TR可正常輸出電壓訊號Vo。然而，在特殊情況下(即電壓訊號VT的電壓值高於此臨界值時)，電源控制器121可將控制腳位GD的輸出訊號調整為邏輯低。當控制腳位GD的輸出訊號處於邏輯低時，開關Q可被切斷使得變壓器TR無法正常輸出電壓訊號Vo。

傳統上，當充電器模組11的輸入訊號為交流高壓訊號(即充電器模組11的輸入訊號包含高壓交流電)時，流經開關Q的電流可能較小且電壓訊號VT的電壓值可能小於上述臨界值，從而導致過功率發生時所設定的過功率保護機制無法順利啟動，進而造成內部電路損壞及/或引起安全性問題。然而，在本實施例中，當充電器模組11的輸入訊號為交流高壓訊號時，電源控制器121之電流偵測腳位CS上的電壓訊號VT的電壓值可被主動提高至高於上述臨界值，以自動啟動所述過功率保護機制，從而有效改善上述安全性問題。

在一實施例中，圖1的電壓提升電路122可包括圖2的偵測電路(亦稱為交流高壓偵測電路)21、穩壓電路22及阻抗電路23。偵測電路21耦接至充電器模組11。偵測電路21可響應於電壓訊號V0而產生電壓訊號(亦稱為控制電壓訊號)V1。

穩壓電路22耦接至偵測電路21並可接收電壓訊號V1。當電壓訊號V0反映充電器模組11的輸入電源為交流高壓訊號時，穩壓電路22可響應於電壓訊號V1而產生電壓訊號(亦稱為基準電壓訊號)V2。此外，當電壓訊號V0反映充電器模組11的輸入電源非為交流高壓訊號時，穩壓電路22可不產生電壓訊號V2。

阻抗電路23耦接至穩壓電路22與電源控制器121。阻抗電路23可響應於電壓訊號V2而將電壓訊號VT的電壓值從第一電壓值提高至第二電壓值。例如，第一電壓值可反映變壓器TR輸出至開關Q之訊號的原始電壓值，而第二電壓值可反映此原始電壓值受到電壓訊號V2之影響而提升的電壓值。第一電壓值可低於上述臨界值，而第二電壓值可高於上述臨界值以啟動過功率保護機制。或者，從另一角度來看，第一電壓值與第二電壓值之間的差值可受電壓訊號V2的電壓值影響。例如，電壓訊號V2的電壓值越高，則第一電壓值與第二電壓值之間的差值可越大(即電壓訊號V2的電壓值可正相關於第一電壓值與第二電壓值之間的差值)。

在一實施例中，偵測電路21可包括二極體(亦稱為第一單向二極體)Din、阻抗元件(亦稱為第一阻抗元件)R1及阻抗元件(亦稱為第二阻抗元件)R2。二極體Din的第一端耦接至充電器模組11以偵測電壓訊號V0。阻抗元件R1與R2可分別包含一或多個電阻。阻抗元件R1的第一端耦接至二極體Din的第二端以接收電壓訊號V0。阻抗元件R1的第二端耦接至阻抗元件R2的第一端，且阻抗元件R2的第二端可接地。

在一實施例中，阻抗元件R1與R2可形成一個分壓電路。此分壓電路可經由二極體Din偵測電壓訊號V0並響應於電壓訊號V0而產生電壓訊號V1。例如，電壓訊號V1可產生於阻抗元件R1的第二端(或阻抗元件R1與R2之間)。

在一實施例中，穩壓電路22可包括開關(亦稱為輔助開關)Qaux、稽納二極體ZD及二極體(亦稱為第二單向二極體)Din2。開關Qaux耦接至偵測電路21以接收電壓訊號V1。當充電器模組11的輸入電源非為交流高壓訊號時，電壓訊號V1的電壓值不高於開關Qaux的導通電壓且開關Qaux不被導通。

須注意的是，當充電器模組11的輸入電源為交流高壓訊號時，電壓訊號V1的電壓值可高於開關Qaux的導通電壓以導通開關Qaux。當開關Qaux被導通時，充電器模組11(例如二極體Daux)與稽納二極體ZD之間的訊號路徑亦可被導通。稽納二極體ZD的第一端耦接至開關Qaux與二極體Din2。稽納二極體ZD的第二端可接地。稽納二極體ZD可響應於開關Qaux之導通而於其第一端產生電壓訊號V2。電壓訊號V2可經由二極體Din2而提供至阻抗電路23。

在一實施例中，電壓訊號V2可反映稽納二極體ZD的崩潰電壓。例如，假設稽納二極體ZD的崩潰電壓為1伏特(Volt)。響應於開關Qaux之導通，稽納二極體ZD可將電壓訊號V2的電壓值鎖定於1伏特(即稽納二極體ZD的崩潰電壓)。

在一實施例中，阻抗電路23包括阻抗元件(亦稱為第三阻抗元件)Rcs1與阻抗元件(亦稱為第四阻抗元件)Rcs2。阻抗元件Rcs1的第一端可耦接至阻抗元件Rcs2的第一端與穩壓電路22以接收電壓訊號V2。阻抗元件Rcs1的第二端可耦接至開關Q與電源控制器121。阻抗元件Rcs2的第二端可接地。電壓訊號VT是產生於阻抗元件Rcs1的第二端。從另一角度來看，阻抗元件Rcs1與Rcs2亦可形成一個分壓電路。此分壓電路可響應於電壓訊號V2而將電壓訊號VT的電壓值從第一電壓值提高至第二電壓值，使得電源控制器121啟動過功率保護機制。

在一實施例中，假設阻抗元件Rcs1與Rcs2分別提供500毫歐姆(mΩ)與10毫歐姆的阻抗，稽納二極體ZD的崩潰電壓為1伏特，且用來觸發過功率保護機制的臨界值為1.5伏特。當充電器模組11的輸入電源為交流低壓訊號(例如低壓交流電)時，開關Qaux不被導通，且電壓訊號V2不被產生。此時，基於交流低壓訊號之特性，通過開關Q之訊號的電流值可例如為3安培(A)且電壓訊號VT的電壓值可例如為1.53伏特(即3A×(500mΩ+10mΩ)=1.53V)。在此範例中，電壓訊號VT的電壓值(例如1.53伏特)高於所述臨界值(例如1.5伏特)，故電源控制器121可自動啟動過功率保護機制。

在一實施例中，當充電器模組11的輸入電源為交流高壓訊號(例如高壓交流電)時，電壓訊號V1的電壓值可高於開關Qaux的導通電壓。因此，開關Qaux可響應於電壓訊號V1而被導通，且電壓訊號V2可被產生。例如，電壓訊號V2的電壓值可為1伏特以反映稽納二極體ZD的崩潰電壓。此時，基於交流高壓訊號之特性，通過開關Q之訊號的電流值可例如為1安培且電壓訊號VT的電壓值可被從原始的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)。須注意的是，提升後的電壓訊號VT的電壓值(例如1.51伏特)可高於所述臨界值(例如1.5伏特)，故電源控制器121也可自動啟動過功率保護機制。

圖3是根據本發明的一實施例所繪示的過功率保護方法的流程圖。請參照圖3，在步驟S301中，偵測交流高壓訊號。在步驟S302中，根據所述交流高壓訊號將目標電壓訊號的電壓值從低於臨界值的第一電壓值提高至高於所述臨界值的第二電壓值。在步驟S303中，響應於所述目標電壓訊號的所述電壓值高於所述臨界值而啟動充電器的過功率保護機制。

圖3中各步驟已詳細說明如上，在此便不再贅述。值得注意的是，圖3中各步驟可以實作為多個程式碼或是電路，本發明不加以限制。此外，圖3的方法可以搭配以上範例實施例使用，也可以單獨使用，本發明不加以限制。

綜上所述，本發明的實施例可偵測交流高壓訊號並根據所述交流高壓訊號將目標電壓訊號的電壓值從低於臨界值的第一電壓值提高至高於所述臨界值的第二電壓值。接著，響應於所述目標電壓訊號的電壓值高於所述臨界值，充電器的過功率保護機制可自動啟動，以提供充電器之過功率保護。藉此，可有效改善傳統上無法針對交流高壓訊號自動進行充電器之過功率保護的問題，有效提高充電器在使用上的安全性。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

10:充電器 11:充電器模組 12:過功率保護電路 121:電源控制器 122:電壓提升電路 21:偵測電路 22:穩壓電路 23:阻抗電路 AC-、AC+:電源輸入端 BD:橋式整流器 Cin、Co、Caux:電容 TR:變壓器 Do、Daux、Din、Din2:二極體 R1、R2、Rcs1、Rcs2:阻抗元件 V0、V1、V2、VT、Vo:電壓訊號 Q、Qaux:開關 ZD:稽納二極體 GD:控制腳位 CS:電流偵測腳位 S301~S303:步驟

圖1是根據本發明的一實施例所繪示的充電器的功能方塊圖。圖2是根據本發明的一實施例所繪示的充電器之內部電路結構的示意圖。圖3是根據本發明的一實施例所繪示的過功率保護方法的流程圖。

10:充電器

11:充電器模組

12:過功率保護電路

121:電源控制器

122:電壓提升電路

V0、VT:電壓訊號

Claims

一種過功率保護電路，包括：一電源控制器；以及一電壓提升電路，耦接至該電源控制器，其中該電壓提升電路用以偵測一交流高壓訊號並根據該交流高壓訊號將一目標電壓訊號的一電壓值從低於一臨界值的一第一電壓值提高至高於該臨界值的一第二電壓值，並且該電源控制器用以響應於該目標電壓訊號的該電壓值高於該臨界值而啟動一過功率保護機制。
如申請專利範圍第1項所述的過功率保護電路，其中該電壓提升電路包括：一交流高壓偵測電路，耦接至該電源控制器；一穩壓電路，耦接至該交流高壓偵測電路；以及一阻抗電路，耦接至該穩壓電路與該電源控制器，其中該交流高壓偵測電路用以偵測該交流高壓訊號並響應於該交流高壓訊號而產生一控制電壓訊號，該穩壓電路用以響應於該控制電壓訊號而產生一基準電壓訊號，該阻抗電路用以響應於該基準電壓訊號而將該目標電壓訊號的該電壓值從該第一電壓值提高至該第二電壓值，並且該第一電壓值與該第二電壓值之間的差值受該基準電壓訊號的一電壓值影響。
如申請專利範圍第2項所述的過功率保護電路，其中該交流高壓偵測電路包括：一第一單向二極體；以及一分壓電路，耦接至該第一單向二極體，其中該分壓電路用以經由該第一單向二極體偵測該交流高壓訊號並響應於該交流高壓訊號而產生該控制電壓訊號。
如申請專利範圍第3項所述的過功率保護電路，其中該分壓電路包括：一第一阻抗元件；以及一第二阻抗元件，其中該第一阻抗元件的第一端耦接至該第一單向二極體，該第一阻抗元件的第二端耦接至該第二阻抗元件的第一端，且該控制電壓訊號是產生於該第一阻抗元件的該第二端。
如申請專利範圍第2項所述的過功率保護電路，其中該穩壓電路包括：一開關，耦接至該交流高壓偵測電路；一稽納二極體，耦接至該開關；以及一第二單向二極體，耦接至該開關、該稽納二極體及該阻抗電路，其中該開關用以響應於該控制電壓訊號而導通，並且該稽納二極體用以響應於該開關之導通而經由該第二單向二極體將該基準電壓訊號提供至該阻抗電路。
如申請專利範圍第5項所述的過功率保護電路，其中該基準電壓訊號反映該稽納二極體的一崩潰電壓。
如申請專利範圍第2項所述的過功率保護電路，其中該阻抗電路包括：一第三阻抗元件；以及一第四阻抗元件，其中該第三阻抗元件的第一端耦接至該穩壓電路與該第四阻抗元件的第一端並用以接收該基準電壓訊號，且該目標電壓訊號是產生於該第三阻抗元件的第二端。
一種充電器，包括：一充電器模組；以及一過功率保護電路，耦接至該充電器模組，其中該過功率保護電路用以偵測一交流高壓訊號並根據該交流高壓訊號將一目標電壓訊號的一電壓值從低於一臨界值的一第一電壓值提高至高於該臨界值的一第二電壓值，並且該過功率保護電路更用以響應於該目標電壓訊號的該電壓值高於該臨界值而啟動一過功率保護機制。
一種過功率保護方法，用於一充電器，且該過功率保護方法包括：偵測一交流高壓訊號；根據該交流高壓訊號將一目標電壓訊號的一電壓值從低於一臨界值的一第一電壓值提高至高於該臨界值的一第二電壓值；以及響應於該目標電壓訊號的該電壓值高於該臨界值而啟動一過功率保護機制。
如申請專利範圍第9項所述的過功率保護方法，其中根據該交流高壓訊號將該目標電壓訊號的該電壓值從低於該臨界值的該第一電壓值提高至高於該臨界值的該第二電壓值的步驟包括：響應於該交流高壓訊號而產生一控制電壓訊號；響應於該控制電壓訊號而產生一基準電壓訊號；以及響應於該基準電壓訊號而將該目標電壓訊號的該電壓值從該第一電壓值提高至該第二電壓值，其中該第一電壓值與該第二電壓值之間的差值受該基準電壓訊號的一電壓值影響。
如申請專利範圍第10項所述的過功率保護方法，其中響應於該交流高壓訊號而產生該控制電壓訊號的步驟包括：由一分壓電路響應於該交流高壓訊號而產生該控制電壓訊號。
如申請專利範圍第10項所述的過功率保護方法，其中響應於該控制電壓訊號而產生該基準電壓訊號的步驟包括：響應於該控制電壓訊號而導通一開關；以及由一稽納二極體響應於該開關之導通而產生該基準電壓訊號。
如申請專利範圍第12項所述的過功率保護方法，其中該基準電壓訊號反映該稽納二極體的一崩潰電壓。