TWI258909B - Overcurrent protection device - Google Patents

Description

1258909 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本’"月是有關於一種過電流保護裝 3 可適時限吿I + 4、， X置，4寸別是指一種 才哏制電流亚避免雙迴路耦合之 禋 【先前技術】 电*保護裝置。 習知的回授控制電路是—種根據一 杈毛屡'電流等電性參數來控制 =生之回 電流，使得回授的電性來數達“〜置的電塵或 :《广 /数建到一預設值的雷路，甘、士 e 泛應用於如溫度控制 /、被廣 吉4 + 控制、馬達控制、光源抻制4、 直极％源供應器等電力杵 /、t制或 π甩刀ί工制乐統中。但在 於環境的不可預知，純粹由回在^應用中，由 造成輪出過大，使得”” 制輸出有可能會 x使传叉控裝置超過負荷 多電流控制裝置中都具有一 ^ .....纟’ 6午 護機制。 有肖以適時限制電流之過電流保 如圖1所示，是翌立 带、* 種用以控制受控裝置1之輸出 电"丨L以保護受控裝置丨 义黾流保護裳置1，其主要包含 回授控制電路u及一pp 4 δ 之㈣ &限〜電路12。且受控裝置2包括串接 之一負載2 1及一供鹿一鈐山 晶體22。 〜別兒、級Iout給負載21之輸出電 回授控制電路11奴< 士 、、工由一回授網路13與受控裝置2之負 載21連接，以根據—由 竿月』出毛流lout產生之回授訊號，產 生一控制訊號經由電W3控制輸出電晶體。，使產生輸出 電流lout供給1韵？ 1 ^ ^ …、 ’猎此回授控制輸出電流lout，使回 授訊號達到一預設值。 1258909 仰:制屯路12包括—谓測單元121及一比較器122 ^ 1 2 1與輛出電晶體22連接，其以一偵測電阻

Rsen偵測輪屮+ 出lout，亚對應產生一偵測電壓Vsen，比 ^ 122 [運算放大器，其正輪入端連接-限流設定電

負知入埏連接偵測電壓Vsen，輸出端經由一二極 :m連接電阻R3、電晶體22之基極及一偏壓電流源… 虽偵測：壓Vsen小於限流設定電壓vci時，表示輸出電流 I〇Ut不超過—限流設定值(即限流設定電壓Vc"(放大倍率k 偵測电阻Rsen))，比較器122輸出⑼點）呈高準位，二 極體D!不導通，回授控制電路】！可以正常動作，其輸出 =影響。當4貞測電《 Vsen不小於（即大於或等於）限流設 疋电壓Vcl時(表示輸出電流I〇m超過或等於限流設定值)， 比較器122輸出（M點）呈低準位，使回授控制路路n進入 餘合而失去作用，並使電晶體22之基極呈低阻抗，此時限 流：路]2形成封閉迴路，控制電晶體22之輸出電流^ 為定電流，而達到保護電路的作用。 但由於回授控制電路u與限流電路12經由電阻们耦 接，在輸出電流接近限流設定值時，會使比較器、i22輸出 忽高忽低而產生振盪’使得輸出電流無法達到穩定控制盘 電流保護。 因此，如圖2所7F，是習知另一種過電流保護裝置^， ，其中限流電路，之比較單元122，係以電晶體對qi, 及電流源123之組成來取代圖〗之比較器122，其中電晶體 Q]之基極連接限流設定電壓Vd，而電晶體q2之基極則與 6 1258909 偵測早兀12]輸出之偵測電壓連接，並且以電晶體】$取代 圖1之二極體D1。如此，當輪入電晶體Q2之偵測電壓 η〗、方；連接在電晶體Q1之基極的限流預設電壓vc】時， 電晶體15不導通（N點呈高準位），回授控制電路可以正 吊動作，而當偵測電壓Vsen不小於限流預設電壓Vc】時， 電晶體15將導通（N點呈低準位），使輸出電晶體22之基極 呈低阻抗，而將輸出電流Iout控制在定電流，並藉此改善 輸出電壓不穩定的問題。 •但是，由於上述之回授控制電路η肖限流電路12(或 12’)之間的切換係由電壓切換方式，改變二極冑⑴或電晶 體15的導通狀態，以致於產生過大的電廢擺幅而降低：ΐ 流保護的速度’並在限流電4 12作動時產生過大的暫態輸 出電流。此外，由於回授控制迴路u與限流電路12之間存 在一搞合電阻R3，使得限户兩狄，0 付限机甩路12的動作會影響到回授控 制電路1 1的動作，而θ ;、n a 力作而且兩迴路無法獨立進行頻率補儅^ 【發明内容】 T料補仏 因此，本發明之目的 ，、在楗仏一種可適時隔離兩控 制迴路，以消除過大暫能耠 B 9心知出電流之過電流保護裝置。 於是，本發明之過雷泠 w 爪保纟又衣置，用以限制流經一受 控裝置之一輪出電流，白4 ^ ^ P 一回授控制電路、一限流電路 及一卩同硪毛路。該回授控吿 制包路根據該受控裝置之一回授 訊唬，控制該受控裝置之輪 葙-Mt。a + ^出毛训·，使該回授訊號達到一 預σ又值該限/爪毛路與該受押裝署、查姑 ^ ^ ^ ^ 工衣置連接，用以偵測該輸出 電流，亚於該輸出電流不小 、限級預设值時，將該輸出 1258909 電流限制在一卞 該限流，值。該隔離電路連接在該回授控制電路、 預設值時，# =控裝置之間’㈣輪出電流小於該限流 路與該受心Γ電路較該隔離電路導接該回授控制電 該限流電路對^以輸出電流不小於該限流預設值時， 路將該回授控^裝置進行限流動作，並驅使該隔離電 【實施方式】*路與6彡限流電路及該回授裝置相隔離。 以下之前述及其他技術内容、特點與功效，在 楚的呈現;《式之-較佳實施例的詳細說明中，將可清 參閱圖3 W θ 所不，疋本發明過電流保護裝置的一較佳實 = ::，過電流保護裝…括-—^ 3丨及限流電路二/:離電路33。其中由於回授控制 電路相同之^ 圖2之限流 述。 貞測早兀321及比較單元322)，於此不再重 曰姊而本發明之特徵主要在於以隔離電路33取代圖2之電 晶體15 ’在本實施例中’隔離電路33是由四個二極體：ι 、〇2、出及D4橋接形成，其中上橋是由二極體⑴及叻 以P極反向串接形成，下橋由二極體〇2及〇4以〇極反向 串接形成’且上、下橋之—接點與回授控制電路31之電阻 R3連接，其另一接點與受控裝置2之輸出電晶體Μ的:極 連接’又上橋之兩二極體D]與D3之接點更與—偏壓電流 1258909 ^ 源34及限流電路32之比較單元322的第二電晶體Q2的集 極連接，而下橋之兩二極體D2與D4之接點與限流電路32 之比較單元322的第一電晶體Q1的集極連接。而且在本實 施例中’更設定電流源12 3的電流是偏壓電流源3 4的兩倍 ，以避免回授控制電路3 1與限流電路32互相耦合，以下 將進行詳細說明。 如圖4所示，當輸出電晶體22之輸出電流lout小於一 限流設定值時，偵測單元321輸出之偵測電壓Vsen小於限 • 流設定電壓Vcl，第二電晶體Q2處於關閉狀態，且第一電 晶體Q1處於導通狀態，使隔離電路33的四個二極體 D1〜D4皆導通，而將回授控制電路31與受控裝置2導接， 使回授控制電路31可正常工作並形成一封閉迴路，且因為 . 電流源12 3的電流21為偏壓電流源3 4的電流I的兩倍’因 此回授控制電路3 1的輸出電流必須為偏壓電流I加上輸出 電晶體22的基極電流lout/万，其中/3為輸出電晶體22的 電流增益值。 • 再參見圖5所示，當輸出電晶體22之輸出電流lout不 小於（即大於或等於）P艮流設定值時，偵測單元32輸出之偵 測電壓Vsen將大於限流設定電壓Vcl，而將第二電晶體Q2 導通，但因為弟二電晶體Q2導通之電流等於偏壓電流源34 之電流I減去輸出電晶體22之基極電流lout/ /5，不滿足電 流源123之電流21需求，因此第一電晶體Q1亦處於導通 狀態，使得回授控制電路31必需提供1 +lout/冷之電流給 第一電晶體Q1，以與偏壓電流源34共同提供21之電流給 ^58909 电流源123，並使得隔離 ，二極F D2月w 之—極體D1及D4不導通 2及限她32之Γ二而將回授控制電路31與受控裝置 心法對受控裝置:產 輪出電流不致受“ 亚且使回授控制電路31之 且限流電路32將因^ L甩路32的影響而產生太大的波動， 封門、口牧 因弟二電晶體⑽及二極體D3導通形成一 对閉迴路，而將雷曰雕 取 。 日日虹 之輸出電流lout限制在—定值 由上述說明可知，當 ，限流-路V 4出“L 10时小於限流設定值時 J 不作動’回授控制電路31可以正常工作， 即= =°Ut大於或等於限流設定值時，限流編 "隔:開來：：二:與受控裝置2及第二電晶 通第二電晶體Q2 : 電路31停止作用，並藉由導 一_—L二裝V進行限流， 電路31盘第+ R ”在限流過程中，由於回授控制 3匕弟二笔晶體Q2相隔離，因此回 輸出電流不會受到第二電晶體⑽的影響產生過大；；皮^ 影響整、體電路的穩定性，而且兩個迴路的交替動作自動且 連、π有不確定的狀g，因此每個迴路的反應時 獨=設計而達到最速化與最佳化，因而消除過大的暫態輸 出电流，充分保障整體電路的安全。 、此夕曰卜’雖然上述實施例是針對正向輸出電流，亦即電 抓方向疋由正電源流經負載，再經由電晶體輪出，但 於例如直流馬達及麵、+三 σ ^ ^ 逐夂粍電子致冷為之致冷致熱等必須輪出 10 1258909 負電流的情況，本實施例亦可應用於負電流輸出，即如圖6 所示，只需將受控裝置2’的輸出電晶體22’，以及過電流保 護裝置3’的限流電路32’之比較單元322’中的電晶體對Q1 - 、Q2由NPN型改為PNP型（若使用場效電晶體，則需將η型 通道改為ρ型通道），並改變電流源123’與偏壓電流源34’ 之電流流向，令隔離電路33’之二極體D1〜D4的極性與圖3 中所示相反，且將限流設定電壓Vc 1改為負值即可，而限 流設定值即為限流設定電壓Vcl/(運算放大器之放大倍率k φ •偵測電阻Rsen)的絕對值。 惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不 能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利 . 範圍及發明說明内容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍 - 屬本發明專利涵蓋之範圍内。 【圖式簡單說明】 圖1是習知一種過電流保護裝置之電路圖； 圖2是習知另一種過電流保護裝置之電路圖； • 圖3是本發明之過電流保護裝置的一較佳實施例之電 路圖； 圖4顯示本實施例在輸出電流小於限流預設值時之電 路狀態圖； 圖5顯示本實施例在輸出電流大於或等於限流預設值 時之電路狀態圖；及 圖6是本實施例之另一實施態樣。 1258909 【主要元件符號說明】 2 受控裝置 3 過電流保護裝置 21 負載 22 輸出電晶體 31 回授控制電路 32 限流電路 33 隔離電路 34 偏壓電流源 123 電流源 321 偵測單元 322 比較單元 D1〜D 4二極體 Vcl 限流設定電壓 Vref參考電壓 Vsen偵測電壓 Q1 第一電晶體 Q2 第二電晶體 lout輸出電流 Rsen彳貞測電阻 C1 電容 R1、 R2、R3電阻 12

Claims (1)

1258909 十、申請專利範圍： [一種過電流保護裝置，用以限制流經—受控裝置之一幹 出電流，該裝置包括： W 一回授控制電路’係根據該受控裝置之—回授訊號， 控制該受控裳置之輸出電流，使該回授訊號達到一預設值 泣7限流電路，與該受控裝置連接，用以侦'測該輸出電 流，亚於該輸出電流不小於一限流預設值時，將 流限制在一定值；及 山兒 離電路，連接在該回授控制電路 及該受控裝置之門米4 β限机電路 間，“玄輸出電流小於該限流預設值時， ϋ亥限 >爪笔路驅使兮女p5鱼佳+ 裝置，當該輪出ΙΓ不 制電路與該受控 對該受μ置/該限流預設值時，該限流電路 二、、仃限流動作，並驅使該隔離電路 控制電路與該限产ώ 电峪將^玄回授 奴电路及該回授裝置相隔離。 2 ·依據申請專利範圍 弟1項所述之過電流保護裝置，复中 该限流電路包拉— “ τ 偵測單元及一比較單元，該偵一 與該受控裝置連技 ^ /俏劂早凡 ㈣電壓，妾’用峨該輸出電流並對應產生— ，用以比較該伯：早兀與該摘測單元及該隔離電路連接 電壓小於或不小於4 士 万、。玄偵冽 ,,ra ^ 该限流預設電壓時，使該隔離電路$ 作用或作用。 ％ %不 丨·依據申清專利範图μ 系2項所述之過電流保護裝置，其巾 该受控裝置包技一 /、甲 一負載及一提供該輪出電流給該負裁之 13 1258909 輸出電晶體。 • 4.依據申請專利範圍第3項所述之過電流保護裝置，其中 該隔離電路包括四個以橋式排列連接之二極體，其中上 橋由兩個以p極反向串接之二極體組成，下橋由另兩個 以η極反向串接之二極體組成，且上、下橋之一接點與 回授控制電路連接，其另一接點與該輸出電晶體之基極 連接，又上橋之兩二極體之接點更連接一偏壓電流源。 5. 依據申請專利範圍第4項所述之過電流保護裝置，其中 # 該比較單元包括一第一電晶體及一第二電晶體，該第一 電晶體之集極與下橋之兩二極體之接點連接，其基極連 接該限流預設電壓，其射極連接一電流源；該第二電晶 - 體之集極與上橋之兩二極體之接點連接，其基極與該偵 * 測單元連接，其射極與第一電晶體之射極連接；當該偵 測電壓小於該限流預設電壓時，該第一電晶體導通，該 第二電晶體不導通，使得該等二極體導通而導接該回授 控制電路及該受控裝置，而當該偵測電壓不小於該限流 I 預設電壓時，該第一及第二電晶體皆導通，使該第二電 晶體對該受控裝置進行限流動作，並使得與該回授控制 電路連接之一上橋二極體及與該受控裝置連接之一下橋 二極體不導通，而將該回授控制電路與該第二電晶體及 該受控裝置隔離。 6. 依據申請專利範圍第5項所述之過電流保護裝置，其中 該電流源之電流係邊偏壓電流源之電流的兩倍。 14