TW475320B - Electronic circuits with wide dynamic range of on/off delay time and method therefor - Google Patents

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

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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。

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Claims (1)

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。

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