TW576008B - High-voltage side short-circuit protection apparatus and method for DC/DC converter - Google Patents

Description

576008 五、發明說明（1) 發明領域 本，明係有關一種直流對直流轉換器，特別是關於一 種具有局位側電路短路保護之直流對直流轉換器。 發明背景 直流對直流轉換器係用來將一高電壓電源轉換成較低 之電壓供應連接在該轉換器輸出端的電路或裝置，在轉換 器中係使用一控制器控制一驅動器以操縱轉換器中高位側 $，T $電晶體的切換。一般而言，控制器與驅動器係製 乍f = 一晶片上。然而，驅動器愈接近負載則效能愈好， 目土 ’控制器離負載愈近則愈容易受到雜訊干擾。 為解決上述的問題，另一種將控制器與·驅動器分別製 #八=ϋ晶片上的轉換器乃被提出。雖然將控制器與驅動 叙i在t ΐ決上述的問題’但是卻引入新的難題。由於驅 Ψ m ^壓操作，在轉換器的輸入電壓上升至預設的高 期pi μ :盟控制器不產生控制信號给驅動器，因此，在此 φ"的切換電晶體不能受控關閉。以圖一為例，當 ^ ^ f 轉換器的輸入電壓Vin從〇V上升到9V的這 二位二=败器及驅動器並不運作，假如在此期間轉換器的 = ί發生短路’將導致輸入電壓Vin直接連接到轉 或端，進而造成連接在轉換器輪出端的負載電路 乏ί f S t。換言之，習知的轉換器在非正常操作期間缺 乏问位側電路短路的保護措施。 因此，一種在直流對直流轉換器中具有高位側電路短

576008 發明說明（2) 路保護之驅動器乃為所冀

本發明的目的，在於提供一種直流對直流轉換器的高 位側電路短路保護裝置及方法。 根據本發明，在一直流對直流轉換器中’包括一高位 侧電晶體經一輸出節點串聯一低位側電晶體連接在一高電 壓電源及一參考電位之間，< 驅動器連接該高位側電晶 趙、低位側電晶體及高電壓電源，以及一控制器連接該驅 動器，該驅動器偵測該高位側電晶體的輸入電壓及該輸出 節點上的輸出電壓，在該輸入電壓上升至一電壓區間期 間，若該輸出電壓達到一預設的電壓，則該驅動器強迫等 通該低位側電晶體，同時切斷該高電壓電源，以避免連接 在該轉換器輸出端的電路造成損毁。 在一實施例中，該驅動器包括一電源切換電路債側該 輸入電壓以產生一第一偵測信號、一電壓偵測器偵測該輸 出電壓β以產生一第二偵測信號、一判斷電路接收該第一及 第二偵測信號，於該輸入電壓在該預設的電壓區間期間， 若該輸出電壓達到該預設值，則產生一短路信號，以及一 低壓邏輯控制電路接收該短路信號以導通該低位側電晶 體。在該輸入電壓超越一預設電壓時，該電源切換電路提 供一低電壓電源供應該低壓邏輯控制電路。 詳細說明

第5頁 576008 五、發明說明（3) 圖二係根據本發明之直流對直流轉換器實施例，一高 電壓電源40提供一輸入電壓Vin，一高位側電晶體32連接 在該高電壓電源4 0及一輸出節點3 6之間，一低位側電晶體 34連接在該輸出節點36及一參考電位之間、一驅動器1〇的 輸入1 0 1及丨06分別接收該輸入電壓vin及輸出電壓

Vphase，而輸出1〇2、108及110分別連接該高電壓電源 4 0、高位側電晶體3 2及低位側電晶體3 4，以及一控制器5 0 經一输出1 0 4控制該驅動器1 〇。在高電壓電源4 〇啟動時， 輸入電壓Vin將從〇V上升至12V，例如圖一所示，在輸入電 壓Vin到達9V之前，控制器50不會控制該驅動器1〇來切換 尚位側電晶體3 2及低位側電晶體3 4，在這段時間驅動器1 〇 偵測輸入電壓Vin及輸出電壓Vphase，在輸入電壓Vin高p 1 · 8 V且低於9 V時，若輸出電壓V p h a s e達到1 · 8 V，則可能為 高位側電路發生短路，因此，驅動器丨〇即導通低位側電晶 體34，使得輸出節點36接地，同時，由輸出端102輸出一 信號切斷高電壓電源40以保護連接在該轉換器輸出端的負 載電路或裝置。 ' 圖三係圖二中驅動器1 〇之實施例電路，其包括一電源 切換電路12，其輸入122連接該輸入電壓Vin並内建一低電 壓電源’ 一低壓邏輯控制電路1 4連接該電源切換電路丨2的 輸出126，一前級驅動電路2〇連接該低壓邏輯控制電路14 的輸出1 4 2以切換高位側電晶體3 2，一前級驅動電路2 2連 接該低壓邏輯控制電路1 4的輸出1 4 4以切換低位側電晶體 34，一電壓偵測器18的輸入182連接輸出節點36，以及一

頁 576008 五、發明說明（5) 時，’ S ULl間的連接。反之，當輸入電壓vin高於5v t ^ ^ ^ t ：Jl n l ΐ 1Vin ^ 該低 關 目的以例所作的敘述係為闡明之 上的教導或從本基於以 以各種實施例利用本發明在J J應γ::J:技術者 ;明的技術思想企圖由以下的“專利範圍：其；Li

576008 圖式簡單說明 對於熟習本技藝之人士而言，從以下所作的詳細敘述 配合伴隨的圖式，本發明將能夠更清楚地被瞭解，其上述 及其他目的及優點將會變得更明顯，其中： 圖一係表示電壓源啟動時輸入電壓V i η與時間之關係 圖，橫軸表示時間，縱轴表示電壓值； 圖二係根據本發明之直流對直流轉換器之方塊圖； 圖三係圖二中驅動器之實施例電路；以及 圖四係圖三中電源切換電路的實施例電路。. 圖式標號說明 10 驅 動 電 路 12 電 源 切 換 電 路 128 低 壓 電 源 供 應 器 130 開 關 132 開 關 134 電 源 偵 測 器 14 低 壓 邏 輯 控 制 器 16 AND閘 18 電 壓 偵 測 器 20 前 級 驅 動 電 路 22 前 級 驅 動 電 路 32 南 位 側 電 晶 體 34 低 位 側 電 晶 體 36 輸 出 節 點

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Claims (1)

1. 576008 六、申請粵利範圍 1. 一種在一高電壓電源所提供的一輸入電壓達到一第 一臨界電壓之前具有高位側電路短路保護之直流對直流轉 、 換器，包括： ： 一輸出節點，以輸出一輸出電壓； 一高位側電晶體，連接在該高電壓電源及輸出節點之 . 間； 一低位側電晶體，連接在該輸出節點及一參考電位之 間； 一驅動器，偵測該輸入及輸出電壓，在該輸入電壓高 於一第二臨界電壓且低於該第一臨界電壓期間， 若該輸出電壓達到一第三臨界電壓，則導通該低 φ 位側電晶體，並關閉該高電壓電源；以及 一控制器，在一正常操作期間控制該驅動器以切換該 高位側及低位側電晶體。 2·如申請專利範圍第1項之轉換器，其中該驅動器包 括· 二電源切換電路，偵側該輸入電壓以產生一第一偵測 信號； 一電壓偵測器，偵測該輸出電壓以產生一第二偵測信 就， 一判斷電路，接收該第一及第二偵測信號，在該輸入 電壓高於該第二臨界電壓且低於該第一臨界電壓鲁 期間，若該輸出電壓達到該第三臨界電壓，則產 生一短路信號；以及

   第11頁 576008 六、申請專利範圍 一低壓邏輯控制電路，接收該短路信號以導通該低位 側電晶趙。 · 電路3包ί申請專利範圍第2項之轉換器，其中該電源切換 一 f壓電源產生器，以供應一低電壓電源； 一開關，連接在該輸入電壓及低壓邏輯控制電路 之間； 第一開關，連接在該低電壓電源及低壓邏輯控制電 路之間；以及 一電=偵測器，偵測該輸入電廢以產生該第一偵 ί二及I ,源信號控制該第一及第二開關以連‘ 4 ^ Γ輸入電壓或低電壓電源到該低壓邏輯控制電。 4.如申請專利範圍第3項之轉換器，其巾 制電- 在該輸入電壓低於一笼κ谀器其中該電源信號 ,ΒΒ 座低於 第四心界電壓時，合兮笙 Ββ 打開該第二開關以毺垃兮銓人餘矿T w σ该第一開關並 技，而产^關連接輸電壓至該低壓邏輯柝制雪 一門關计^輸入電壓不小於該第四臨界電壓時，^門，签 輯控制電路。 * ♦低電壓電源至該低壓邏 5 ·如申請專利範圍第2項之轉換器，其中 係一及閘。 〃 τ碎判斷電路 請專利範圍第1項之轉換器，其中該第-臨π 電壓不大於該第三臨界電壓。 弟一L界 ^ t Γ種在直流對直流轉換器之高電壓電源所楹征认 j 一第一 δη»界電壓之刖的咼位側電路短路保護

   576008 六、申請專利範圍 方法，包括 在該轉 出 偵測該 偵測該 根據該 晶 8.如申 側電晶艘的 該低位側電 下列步驟： 換器的高位 節點產生一 輸入電壓以產生一第一偵測信號 輸出電壓以 9.如申 產生一 在該輸 到 . 該 輯 第一及第二 臨界電壓且 電壓達到一 體，並關閉 請專利範圍 步驟包括使 晶體。 請專利範圍 低電壓電源 入電壓低於 該低壓邏輯 第四臨界電 控制電路。 側電晶體及低位側電晶體之間的輸 輸出電壓； 產生一第二偵測信號；以及 偵測信號俾在該輸入電壓高於一第 低於該第一臨界電壓期間，若該輸 第三臨界電壓，則導通該低位側電 該高電壓電源。 第7項之方法，其中該導通該低位 用一低壓邏輯控制電路來強迫導通 第8項之方法，更包括下列步驟： :以及 一第四臨界電壓時連接該輸入電壓 控制電路，而在該輸入電壓不小於 壓時連接該低電壓電源到該低壓邏

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