TW475320B - Electronic circuits with wide dynamic range of on/off delay time and method therefor - Google Patents
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Description
475320 五、發明說明(1) 發明背景 本發明大致上關於電子電路,及更特別關於具有可調延 遲時間之電子電路用以開或關一應用裝置電子負載。此等 電路可能用於過負載保護應用。 在典型之過負載保護電路中,使用一例如一正溫度係數 (ptc)裝i之可重置保險絲。當有一情況良好之變化時, 類似一負載之發生.,PTC裝置則跳閘且變成一極大電阻, 因而限制電流流動及提供過負載保護。當新情況消失時, PTC裝置之電阻則減少至其正常值,即一低電阻值,及應 用電路及恢復其正常運作。 在許多情形下,可能值得在開或關一應用裝置或一電子 負載時提供一延遲時間。再可能,值得在情況良好一有變化 時,像是一過負載或過熱之發生時提供一可調遲時間。 又,當一電動馬達停止運轉或一電子負載因意外而短路時 故障情況就可能發生。此一情況變化亦可能有意地產生作 為輸入信號以提供使一應用裝置或一電子負載斷開或接通 之一較長延遲時間。 發明概要 本發明提供一種具有可調延遲時間之電子電路用以開或 關一應用裝置或一電子負載。根據本發明之電子電路包括 一開關元件用以控制施加於一負載之電源;及一耦合於開 關元件之起動元件用以起動開關元件以控制施加於負載之 電源。起動元件包括一感測器用以感測是否有一情況良好 之變化及用以在一感測情況良好之變化時藉開關元件之起
第5頁 475320 五、發明說明(2) 動元件來延遲起動。 在本發明之一具體實例中,感測器包括一正溫度係數. (PTC )元件;開關元件包括一全氧半導體場效電晶體 (M0SFET);及起動元件再包括一電容器及一開關。情況良 好之變化包括一過負載及環境溫度之增加。 與本餐明之更詳盡瞭解之其他目的及成就將可藉參考下 列敘述及申請專利範圍連同附圖來明瞭與認識。 圖示簡述 在圖示中相同參考號碼: 圖1 A顯示根據本發明之一第一具體實例; 圖1 B顯示兩個例示在不同情況下第一具體實例之運作之 曲線; 圖2 A顯示根據本發明之一第二具體實例; 圖2 B顯示兩個例示在不同情況下第二具體實例之運作之 曲線; 圖3 A顯示根據本發明之一第三具體實例; 圖3 B顯示兩個例示在不同情況下第三具體實例之運作之 曲線; 圖4 A顯示根據本發明之一第四具體實例;及 圖4 B顯示兩個例示在不同情況下第四具體實例之運作之 曲線。 較佳具體實例詳述
圖1顯示根據本發明之一第一具體實例。圖1 B顯示兩個 例示在不同情況下之第一具體實例之運作之曲線。如圖1 A
第6頁 475320 五、發明說明(3) 中所示,一電容器C 1係耦合一電壓源V D D及亦係經由一開 關SW1予以耦合於一正溫度係數(PTC)裝置Rpi。Rpl係耦合 於一 η -溝道增強型MOSFET Q1之一閘極。一負載Rpl係耦合 於電壓源VDD及電晶體Q1之一汲極之間。電晶體Q1具有其 搞合於地之源極。 在此真體實例中,當電力係予以施加時(即當SW 1係被閉 合時),電晶體Q1係被接連及然後在一預定接通持續時間 以後被斷開。如果有一情況良好之變化時’像是由R p 1處 熱感測之過負載或過熱之發生,接通持續時間將較長,即 斷開時間將較正常情況下為遲,且將在以下予以詳述之。 在時間t = 0時,S W 1係予以閉合及電流則流至C 1,而S W 1 則最初作用為一短路。因此,閘,極電壓V g 1係等於V D D,此 電壓則接通電晶體Q1,使輸出電流1〇1以VDD/RL1之一最大 位準流至負載RL1。換言之,當開關SW1開始閉合時,負載 RL 1則以滿功率運作直至如圖1 Β中曲線1所例示之時間 t二Rpl · Cl,RC時間常數以後。 因電容器C 1逐漸予以充電,故閘極電壓V g 1乃減少,使 電流I ο 1逐漸減少。最後,在R p 1 · C 1之一時限後,當電容 器C 1係予以完全充電時,Vg 1變成等於接地電位,使電晶 體Q 1斷開。結果,無電流在負載RL 1中流動,即輸出電流 為零。 然而,在當開關SW1閉合時t二0,如果有一由Rpl所感測 之過負載或過熱之發生因其可能由例如環境溫度所引起, PTC裝置將變成一大電阻Rp 1 ’。在這樣情形下,關於
第7頁 475320 五、發明說明(4) R P 1 ’· C 1則要花較長時限以使電容器C1充分地充電及負載 RL 1則以滿功率運作直至如圖1 B中曲線2所例示之時間 t = Rpl · C1以後。因此,自Rpl · C1至Rpl’ * C1乃有一時 間延遲使電晶體Q 1斷開。 作為一實例,如果Rp 1係一聚合物PTC電阻器,像是由加 州,Menlo Park, Raychem公司所製造之 PolySwitch ⑱裝 置,其電阻數值可能自例如2 5 °C時之1歐姆變動至1 5 0 °C時 之100 Μ歐姆,一數量8級變化。又,如果C1等於Ι/zF時, 時間常數t = Rpl · C1將自1 // s變到1 00 s,一極寬動態範 圍,亦可使用其他型式PTC裝置。 圖2 A顯示一根據本發明之第二具體實例。此第二具體實 例係圖1 A中第一具體實例之變化。其運作係同樣地由圖2 β 中之兩曲線予以例示。如圖2 Α中所示,一負載RL2具有一 端被耦合於一開關SW2及另一端被耦合於加強型MOSFET Q2 之一 η -溝道之一汲極。開關s W 2係耦合於電壓源V D D。一電 容器C2係耦合於電晶體Q2之汲極與閘極之間。一 PTC裝置 Rp2係耦合於電晶體Q2之閘極與地之間。電晶體Q2具有其 麵合於地之源極。 在時間t = 0,SW2係予以閉合及電流流至C2,而SW2最初 作用為一短路。因此,閘極電壓V g 2係等於V D D,此電壓則 接通電晶體Q 2,如圖2 B中之曲線3所例示,使輸出電流I 〇 2 以VDD/RL2之最大位準流至負載RL2。當電容器(^逐漸充電 時,閘極電壓Vg2則減少,使電流I 〇2逐漸減少。最後,在 Rp2 · C2之時限以後,當電容器C2係予以充分充電時,Vg2
475320 五、發明說明(5) 變成等於接i也電位,使電晶體Q 2斷開。結果,無電流在負 載R L 2中流動,即輸出電流I 〇 2為零。 在當開關SW2係予以閉合時t = 0,如果有一過負載或過熱 之發生因其评能由例如環境溫度所引起,PTC裝置將跳閘 及變成二大電阻Rp2,。在這樣情形下,關於RP2,· C2則要 花較長時限以使電容器C2充分充電及負載RL1則最初以滿 功率運作直至如圖2 B中曲線4所例示之時間t = Rp 2,· C 2以 後。因此’乃自Rp2 · C2至Rp2,· C2有一時間延遲使電晶 體Q 2斷開。 作為一實例,如RP2係一聚合物PTC電阻器,像是由加 州 ’Menlo Park, Raychem公司所製造之 p〇lySwitch ⑧裝 置’其電阻數值可能自例如2 5 °C,時之1歐姆變動至1 5 0 °C時 之1 0 0 Μ歐姆,一數量8級變化。又,如果c 2等於1 // F時, 時間常數t = Rp2 · C 2將自1 " s變動到1 〇 〇 s,一極寬之動態 範圍’亦可使用其他型式PTC裝置。 圖3 A顯示一根據本發明之第三具體實例。圖3 b顯示兩曲 線在不同情況下例示第三具體實例之運作。如圖3A中所 示,一 PTC裝置係耦合於電壓源VDD及一開關SW3之間,該 開關係搞合於加強型Μ 0 S F E T Q 3之一 n —溝道之一閘極電 極。一電容器C 3係耦合於電晶體Q 3之閘極電極及地之間。 一負載RL3係耦合於電壓源VDD及電晶體Q3之一汲極電極。 電晶體Q 3之一源極電極係耦合於地。 在第三具體實例,當電力係被施加時(即SW 3係予以閉 合),電晶體Q3係被斷開及然後在一預定接通持續時間以
第9頁
47532U 五、發明說明(6) ' 後被接通。如果有一情況良好之變化時,像是一過負荷或 一過熱之發生,接通持續時間將較長,即接通時間將較正 常情況下為遲,且係在以下予以詳述之。 田在時間t = 0 ’ SW3係予以閉合及電流流至及C3,SW3則 取初作用為一短路。因此,閘極電壓Vg3 = 〇,此電壓則使 $曰曰體Q3斷開。為此,無電流在負載RL3中流動及輪出電 饥I 〇3為零,直至如圖3B中曲線5所例示之時間t = 3 · C3,RC時間常數以後。 、因電容器C3逐漸充電,故閘極電壓Vg3增加,使電流1〇3 逐漸^加。最後,在Rp3 · C3之一時限後,當電容器㈡係 予以充分電時,Vg3則變成等於VDd。結果,在負載RL3中 版動之輸出電流則如由圖3B中曲線5所例示者係在v⑽ 之一最大位準上。 、然而,在當開關SW3係予以閉合時t = 〇,如果有一過負載 或過熱之發生因其可由環境或負載溫度數值所引起,pTc 裝置電阻將增加及變成一較大電阻Rp3。在此情形下,關 於Rp3 · C3則花費時間以充分地使電容器C3充電及負載 RL3將僅在由如圖3B中之曲線6所示之時間t = · C3以後 以滿功率運作。因此乃自Rp3 ·㈡至Rp3,· c3,有一時間延 遲使電晶體Q 3接通。 作為 R例’如果Rp3係一聚合物ptc電阻器,像是由加 川Menl〇Park, Raychem公司所製造之p〇lySwitch⑱裝 置,其電阻數值例如可自2 5 t時之i歐姆變動至丄5 〇它時之 1 〇 〇 M區人姆’ 一數量8級變化。又,如果C 3等於1 // F時,時
第10頁 475320 五、發明說明(7) -- 間常數t = R p 3 · C 3將自1 # s變動到1 〇 〇 s,一極寬之動離範 圍,亦可使用其他型式之PTC裝置。 圖4 A顯示一根據本發明之第四具體實例。此具體實例传 圖3A中第三具體實例之一變化。其運作係同樣地由圖4β中 兩曲線予以例示。如圖4中所示,一負載Ru係耦合於一開 關SW4及MOSFET Q4,n—溝道加強型之一汲極電極之間。開 關SW4係搞合於電壓源VDD。一 PTC裝置Rp4係耦合於一負& R L 4及電晶體Q 4之閑極電極之間。一電容器c 4係耦合在電 晶體Q4之汲極及閘極電極之間。電晶體q4之源極電極係^馬 合於地。 在時間t = 0,SW4係閉合及電流流至RP4及C4,此開關初 期則作用為一短路。因此,閘極電壓Vg4係等於地,此電 壓則使電晶體Q4斷開。為此,如圖4B中曲線7所示,無電 流在負載RL4中流動及輸出電流ι〇4為零。因電容器C4逐漸 充電’故閘極電壓V g 4增加,使電流I 〇 4逐漸增加。最後, 在Rp4*C4之一時限後,當電容器C4係予以充分充電時, Vg4則變成等於VDD。結果,電流在負載RL4中流動,即, 如圖4B中曲線8所例示,ι〇4係VDD/RL4之最大位準上。 在當開關SW4閉合時t = 〇,如果有一過負載或過熱之發生 因其可能由環境或負載溫度所引起,pTC裝置係跳閘及變 成一大電阻Rp4’。在此情形下,關於Rp4,· c4則花費時限 以充分=電容器C4充電及負載R“將在如圖4β中曲線8所 例不之時間t = Rp4,· C4以怂 二 A谈以滿功率運作。因此乃自
Rp4.C4 至 Rp4 *C4 有一時 P 曰 „ h間延遲使電晶體Q4接通。
第11頁 475320 五、發明說明(8) 作為一實例,如果Rp4係一聚合物PTC電阻器,像是由加 州,Menlo Park, Raychem公司所製造之 PolySwitch ⑧裝 置,其電阻數位例如可自例如2 5 °C時之1歐姆變動至1 5 0 °C 時之1 0 0 Μ歐姆,一數量8級變化。又,如果C 4等於1 // F 時,時間常數t = Rp4 · C4將自1 // s變到1 00 s,一極寬之動 態範圍,亦可使用其他型式之PTC裝置。 在以上四個具體實例中,與最初在一正常狀態中及稍後 變成一大電阻之PTC裝置之一情況有關之各種運作均業已 予以敘述。如果PTC裝置最初因一大電阻值而過熱及猶後 冷卻下來時,所例示之曲線將向反方向變動。例如,在第 一具體實例中,當PTC裝置Rp 1自一熱狀態變至一冷卻狀態 時,運作曲線則自曲線2變至曲線1。 雖然本發明業已連同數個特別具體實例予以敘述,但根 據以上敘述,許多另外可能選擇,修正,應用及變化將明 白,這乃是精於本技藝之人員可見之明顯的事情。例如, 一電阻器亦可與第一及第二具體實例中之PTC裝置成串聯 連接用以調節電晶體之接通持續時間範圍。又,一負溫度 係數(NTC)裝置可用來代替具有在極性之適當變化之PTC裝 置。因此本文中所述之本發明意在包括像可能屬於所附之 申請專利範圍之精神及範疇以内之所有這些可能選擇,修 正,應用及變化。
第12頁
Claims (1)
- 475320 年月日 案號 88113804 修正 六、申請專利範圍 1 . 一種具有寬廣 括: 開/關延遲動態範圍之電子電路,包 一開關元件 一被耦合於 以控制供至負 測是否有一情 變化時藉該開 2 ·如申請專 其中該開關 (MOSFET);及 其中該啟動 3.如申請專 其中MOSFET 用以 該開 載之 況良 關之 利範 元件 控制被供至一負載之電源;及 關元件之啟動元件用以啟動該開 電源,該啟動元件包括一感測器 好之變化及用以在一感測一情況 該起動之元件來延遲起動。 圍第1項之電路, 包括一全氧半導體場效電晶體 關元件 用以感 良好之 元件另包括一電容器及一開關。 利範圍第2項之電路, 係屬於加強型及包括一没極電極,一閘極電 而源極電極係耦合至接地電位; 合於一電源及MOSFET之源極電極之間; 合於電源及該啟動元件之開關之間; 之開關係耦合於電容器及MOSFET之閘極 極及一源極電極, 其中負載係被耦 其中電容器係耦 其中該啟動元件 電極之間;及 其中該感測器係耦合於該開關元件之閘極電極及接地電 位之間。 4 ·如申請專利範 其中MOSFET係屬 圍第2項之電路, 於加強型及包括一沒極電極, 極及一源極電極,而源極電極係耦合至接地電位; 其中該啟動元件之開關具有第一及第二端,而第一端係 閘極電O:\59\59563.ptc 第1頁 2001.02. 23.014 475320 _案號88113804 年 > 月>>日 修正_ 六、申請專利範圍 耦合於電源; 其中負載係被耦合在該啟動元件之開關之第二端及 Μ 0 S F E T之汲極電極之間; 其中電容器係耦合在該開關元件之汲極及閘極電極之 間;及 其中該感測器係耦合在該開關元件之閘極電極及接地電 位之間。 5.如申請專利範圍第2項之電路, 其中Μ 0 S F Ε Τ係屬於加強型及包括一沒極電極,一閘極電 極及一源極電極,而源極係被耦合於一接地電位; 其中負載係被耦合在電源及MOSFET之汲極電極之間; 其中電容器係耦合在Μ 0 S電晶體之閘極電極及接地電位 之間; 其中該啟動元件之開關係耦合於該感測器及MOSFET之閘 極電極之間;及 其中該感測器係耦合在電源及該啟動元件之開關之間。 6 .如申請專利範圍第1項或第5項之電路,其中情況良好 之變化包括一負載。 7. 如申請專利範圍第1項或第5項之電路,其中情況良好 之變化包括環境溫度之增加。 8. 如申請專利範圍第2項之電路, 其中Μ 0 S F E T係屬於加強型及包括一汲極電極,一閘極電 極及一源極電極,而源極電極係搞合於一接地電位; 其中該啟動元件之開關具有第一及第二端,而第一端係O:\59\59563.ptc 第2頁 2001.02. 23.015 475320 _案號88113804 f °年 >月>^日 修正_ 六、申請專利範圍 搞合一電源; 其中負載係被耦合於該啟動元件之開關之第二端及 Μ 0 S F E T之汲極電極之間; 其中電容器係耦合於該開關元件之閘極電極及一接地電 位之間;及 其中該感測器係耦合於MOSFET之汲極及閘極電極之間。 9 ·如申請專利範圍第3、4、5或8項之電路,其中該感測 器包括一正溫度係數(PTC)元件。 1 0. —種用於具有寬廣開/關延遲動態範圍之電子電路之 方法,包括下列步驟: 切換以控制被供至一負載之電源; 控制供至負載之電源之切換; 感測是否有一情況良好之變化;及 一感測到一情況良好之變化時,延遲供至負載之電源之 切換; 其中情況良好之變化包括一過負載及環境溫度之增加。O:\59\59563.ptc 第3頁 2001.02. 23.016
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