TWI332739B - - Google Patents

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1332739 099年07月21日修正替換頁 六、發明說明： ， 【發明所屬之技術領域】 [0001] 本發明係關於一種電源保護電路，特別是關於一種電源 保護電路可適用於一車用充電器。 【先前技術】 [0002] 人們外出辦公時或外出旅遊所攜帶如PDA或是手機等此 類的電子產品常因為配置電池的電量有限，而讓使用者 無法繼續使用此類的產品，於是業者遂開發出一種車充 型充電器來解決上述之電量不足的問題。 [0003] 然而消費者對於車充型充電器的要求，不僅功能要多， 樣式要吸引人，安全性更是重要"且暴於安全考量，車 充型充電器在使用的充電電路上押^歲肴保護機制，以防 止車充型充電器因過負載、過電流或短路之情形發生。 [0004] 而習知車充型充電器所使用的電源保護機制大多採用至 少一種以上的電子元件來作為一保護電路。如在現有車 充型充電器之電源電路上採用突波抑制二極體（TVS Diode) 、 突波吸收器 （varist〇r) 或熱敏電阻 (thermistor)等元件。以突波抑制二極體之電性而言， 突波抑制二極體為箝制電壓抑制器，當電壓加在其兩端 時，突波抑制二極體將經由電阻之變化而提供一低阻抗 之路徑，一旦電壓移走’突波抑制二極體將回復到其高 維持電壓之阻抗。所以’採用突波抑制二極體則有快速 反應時間及適合低電壓之應用等優點。或選用熱敏電障 作為一保護電路時’當車充型充電器進行充電’此時’ 車充熱敏型充電器的電壓與電蕊溫度會不斷地升高’因 096107771 表單編號A0101 第3頁/共18頁 0993260848-0 1332739 099年07月21日修正替换頁 此可利用熱敏電阻檢測電子設備中的過熱現象，可防止 電路吸收過大電流，以停止充電及放電動作。 [0005] 雖然前述所提及的電子元件有諸多優點，但不幸的事， 車充型充電器之電源電路在進行充電時，若驅動源存有 一異常能量之電壓信號而超過前述所突波抑制二極體或 熱敏電阻所能承載的電氣規格（如時間過長或電流過大） ，則會使此類型電子元件的壽命降低。 【發明内容】 [0006] 因此本發明的目的在於提供一種電源保護電路，適用於 一車用充電器，在此電路包含如金氧半導體電晶體之一 切換開關、如雙載子接面電畢體之一偵測元件及一保護 電路，其中此保護電路係由多個電阻及所相應串聯及並 聯之稽納二極體所組成。於一實施例中，一直流電源對 車用充電器進行充電的期間（during charging)，偵測 元件如果偵測到的電壓高於一臨界電壓時，會令切換開 關呈關閉（off)狀態，藉此使電源保護電路與車用充電器 所形成的一充電迴路變成斷路，可避免異常的電壓或電 流造成車用充電器損害。而且，在本發明之電源保護電 路所使用的稽納二極體係可根據所搭配之材料規格而任 意設定保護之啟動電壓值以符合使用設備裝置之所需保 護電壓之方便性且可設定變換。 [0007] 根據上述之目的，本發明揭露一種電源保護電路，適用 於車用充電器，此車用充電器至少包含一驅動源，且驅 動源係輸出一電源之電壓至電源保護電路，此電路包含： 一切換開關、一偵測元件及一保護電路。切換開關，用 096107771 表單编號A0101 第4頁/共18頁 0993260848-0 1332739 099年07月21日核正替換頁 以導通（on)或關閉所接收之電源之電壓。偵測元件係連 接於切換開關，用於偵測電壓是否高於一臨界電壓而決 定是否導通或關閉切換開關。保護電路係連接於切換開 關及偵測元件，用於提供切換開關及偵測元件之電壓限 制保護。當車用充電器充電的過程期間，偵測元件如果 偵測到的電壓高於一臨界電壓時，會關閉切換開關，以 令切換開關呈一關閉狀態，藉此使電源保護電路與車用 充電器所形成的一充電迴路形成斷路。 【實施方式】 [0008] 以下詳細地討論目前較佳的實施例。然而應被理解的是 ，本發明提供許多可適用的發明.觀念，而這些觀念能被 ..丨 ( r »- 體現於很寬廣多樣的特定具體背章中》所討論的特定具 體的實施例僅是說明使用本發明的特定Μ構，而且不會 限制本發明的範圍。 [0009] 請參考第1圖所示，此圖為本發明之電源保護電路之方塊 示意圖，且此電源保護電路1適用於一車用充電器。其中 此車用充電器至少包含一具一輪入端111及一輸出端112 之驅動源11。而電源保護電路1包含：一切換開關12、一 债測元件13及一保護電路14(protection circuit)。 於本實施例中，驅動源11係採用一直流電源（DC)，以便 提供直流功率輸入至電源保護電路1。而切換開關12係接 收由驅動源11之輸入端111所輸入之一電壓，用以導通 (on )或關閉（〇f f )所接收之電源之電壓。偵測元件13係 連接於切換開關12，且於偵測前述電壓是否高於一臨界 電壓，用以控制切換開關12導通或關閉。保護電路14係 096107771 表單编號A0101 第5頁/共18頁 0993260848-0 1332739 099年07月21日修正替换頁 連接於切換開關1 2及偵測元件13 ’用以提供切換開關12 及偵測元件1 3之電壓限制保護，可避免異常的電壓或電 流而造成電源保護電路1損害。 [0010] 請參閱第2圖所示’此圖為本發明之電源保護電路之電路 示意圖。由圖中可知，此電源保護電路1更包含一電源線 15及一接地線16。而前述保護電路14係由一第一二極體 141與一第一電阻142所組成，且第，二極體141之一陰 極端1411 (cathode)連接至電源線15及第一二極體141 之一陽極端1412(anode)係連接至接地線16。而第一電 阻142係設置在電源線15上，且第一電阻142之一第一端 1421與第一二極體141之陰極端1411連接至電源線15之 一端點。於第1圖中所提及的偵測元件13與切換開關12， 在本圖中係分別使用雙載子接面電晶體13 (bip〇lar junction transistor)及金氧半導體電晶體12 (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor ’ M0SFET) ’在本實施例中雙載子接面電晶 體13亦為PNP電晶體或NPN電晶體兩者一，以本實施例， 以PNP電晶體13為代表例，以及金氧半導體電晶體12亦是 P-型的M0SFET，簡稱PM0S。且在此電源保護電路1之電 路尚包含有一具一第三端1431及一第四端1432之第二電 阻143、一具一第五端1441及一第六端1442之第三電阻 144、一具一第七端1451及一第八端1452之第四電阻145 、一具一第九端1461及一第十端1462之第五電阻146、 —具一第一端1471及一第二端1472之電容147以及用於 設定前述臨界電壓之一第二二極體148，以下為本電路之 096107771 表單編號A0101 第6頁/共18頁 0993260848-0 1332739 099年07月21日核正替換頁 各電子元件之較詳細說明。在第二電阻143、第三電阻 144、第四電阻145及第五電阻146之各端點中，第二電 阻143之第三端1431連接於雙載子接面電晶體13之基極 端132及第二電阻143之第四端1432連接第三電阻144之 第六端1442。而第三電阻144之第五端1441與第一電阻 142之第二端1422連結於電源線15之一端點。第四電阻 145之第七端1451及第八端1452係分別連接於第一二極 體141之陽極端1412及接地線16。第五電阻146之第九端 1461及第十端1462係分別連接於第三電阻144之第六端 1442及第二二極體148之一陰極端1481及第二二極體148 之一陽極端1482係連接至接地線16。電.容147之第一端 1471及一第二端1472係分別連接於雙載子接面電晶體13 之射極端131與基極端132。而金氧半導體電晶體12之源 極端121(source)、閘極端122(gate)及汲極端 123(drain)係分別連接雙載子接面電晶體13之集極端 133、第一電阻142之第二端1422及驅動源11之輸出端 112。其中前述第一二極體141及第二二極體148分別為 一第一稽納二極體141及一第二稽納二極體148 (zener diode) ° [0011] 請參閱第3圖所示，此圖係根據第2圖之電源保護電路於 充電過程之示意圖。於車用充電器充電時，直流電源之 電流（以下簡稱直流電流I )流向係流經電源保護電路1而 至驅動源11之輸出端112。且在車用充電器充電前，先由 第二稽納二極體148設定一臨界電壓，並由雙載子接面電 晶體13偵測所輸入的電壓是否高於臨界電壓而決定是否 096107771 表單編號A0101 第7頁/共18頁 0993260848-0 1332739 099年07月21日修正替换頁 導通或關閉切換開關12，如習知技術所知悉，雙載子接 面電晶體13可由基極端132的電流控制其集極端i 33與射 極端131間的電流導通程度。而在正常情況下（也就是直 流電源提供的直流功率其電壓值不超過前述設定臨界電 壓時）’所輸出電壓不會超過第—稽納二極體141的崩潰 電壓（breakdown voltage)，故第一稽納二極體141會 在逆偏但不導通的工作區。請注意，為能將金氧半導體 電晶體12導通，閘極端122與源極端121必須要傳遞足夠 的電流，因第一稽納二極體141處在不導通的工作區，所 以’流經雙載子接面電晶體13之射極端ι31之電流IE有較 大電流’使得雙載子接面電晶.體13之集極端丨33之電流j c 也有較大電流，換言之，此緣射極端131之電流IE與集極 端13 3之電流IC關係係滿足#氧半導體電晶體丨2導通之間 極端122與源極端121傳遞足夠的電流的要求。此時金氧 半導體電晶體12之閘極端122亦透過電源線15、第一電阻 142—直電連到的直流電源之輸入端lu，而金氧半導體 電晶體12之源極端121亦透過雙載子接面電晶體丨3之集極 端133、第四電阻145—直電連到接地線丨6，使得金氧半 導體電晶體1 2之閘極端1 22與源極端1 21間的電壓大於金 氧半導體電晶體12之啟始電壓而導通。 [0012] 由上述討論可知’在車用電充器於正常充電情況下，因 為本發明之電源保護電路1係以雙載子接面電晶體13控制 金氧半導體電晶體12，進而控制整個電源保護電路1的功 率傳輸功能。而如習知技術所熟知，金氧半導體電晶體 12為電壓控制型元件（v〇itage_c〇ntr〇lled)，其閘極 096107771 表單編號.A0101 第8頁/共18頁 0993260848-0 1332739 _ 099年07月21日核正替換頁 端122的阻抗非常大，.尤其在直流操作下，其閘極端122 漏電流幾乎等於零。所以本發明之電源保護電路1，於正 常充電情況下，係提供足夠的電流至金氧半導體電晶體 12之閘極端122與源極端121，以致導通金氧半導體電晶 體12。請注意，本發明之電源保護電路1在正常充電情況 下，因第一稽納二極體141不導通，使得第四電阻145沒 • 有電流流過，減少電源保護電路1的功率消耗。 [0013] 再者，本發明之電源保護電路1可防止錯誤的過電壓（即 超過由第二稽納二極體148設定的臨界電壓）。此直流電 源之直流功率其輸入電壓大於臨界電壓，會使第一稽納 二極體141逆偏超過崩潰電壓，而使第一稽納二極體141 導通。第一稽納二極體141導通後，直流.電流I會在第一 電阻142之第一端1421分流，換言之，會有部分電流會流 經第一稽納二極體141及第四電阻145。而為能將金氧半 導體電晶體12呈關閉狀態，只須將閘極端122與源極端 121間的電壓移去即可。此外，流經雙載子接面電晶體13 之射極端131之電流IE有較小電流，使得雙載子接面電晶 體13之集極端133之電流1C也有較小電流，此種射極端 131之電流IE電流與集極端133之電流1C的關係，遂使得 金氧半導體電晶體12之閘極端122與源極端121無法要傳 遞足夠的電流，進而無法導通金氧半導體電晶體12，因 而金氧半導體電晶體12呈關閉關閉狀態。 [0014] 相較於習知技術，本發明所提供的電源保護電路至少具 有一保護電路及一切換開關，可保護車用充電器避免受 到異常的電壓或電流的損害。其中當一反向直流電壓或 096107771 表單編號A0101 第9頁/共18頁 0993260848-0 1332739 剛年07月Z1日# 是一超過一臨界電壓之正向直流電壓經由電源插座之正 輸入端及接地端輸入時，此電源保護電路會關閉金氧半 導體電晶體，藉此使電源保護電路與車用充電器所形成 的一充電迴路變成斷路。而當一低於臨界電壓之正向直 流電壓經由電源插座之正輸入端及接地端輸入時，雙載 子接面電晶體所提供的電流則會導通金氧半導體電晶體 之閘極端與源極端，並進而使以使正向直流電壓得已經 由金氧半導體電晶體而輪入至車用充電器之内部電路。 [0015] 請注意，當車用充電器過度充電時，在第2圖中之電源保 護電路之第一電阻142亦能提供過電流之保護機制，及第 一稽納二極體141亦能提供雙載子接面電晶體丨3之射極端 131與集極端133 (Vce)的電壓限制保護與金氧半導體電 晶體12之閘極端122與源極端121 (VGS)的電壓限制保護 。再者，因PNP雙載子接面電晶體13為了能使電流更大， 通常在基極端132做得較薄，故電源保護電路亦在雙載子 接面電晶體13之基極端132連接一第二電阻143之第三端 1431 ’使得第二電阻143亦能保護pnp雙載子接面電晶體 13之基極端132與射極端131或PNP雙載子接面電晶體之 基極端132與集極端133避免被擊穿。 [0016] 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限 定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 和範圍内，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保 護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能 096107771 表單編號A0101 第10頁/共18頁 0993260848-0 [0017] 1332739 099年07月21日修正替换頁 [0018] [0019] [0020] [0021] [0022] [0023] [0024] [0025] [0026] [0027] [0028] [0029] [0030] [0031] [0032] [0033] [0034] 更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下： 第1圖係為本發明之電源保護電路之一方塊示意圖 第2圖係為本發明之電源保護電路之一電路示意圖 第3圖係為一直流電源應用於第2圖之電路示意圖。 【主要元件符號說明】 I :電源保護電路； II :驅動源； III :輸入端； 11 2 :輸出端； 12:切換開關、金氧半導體電晶體; 121 :源極端； 122:閘極端； 123:汲極端； 13:偵測元件、雙載子接面電晶體； 131:射極端； 1 32 :基極端； 133:集極端； 14 :保護電路； 141:第一二極體、第一稽納二極體； 1411 :陰極端； 以及 096107771 表單編號A0101 第11買/共18頁 0993260848-0 [0035] 1332739 [0036] 1412 :陽極端； [0037] 142 :第一電阻； [0038] 1421:第一端； [0039] 1422:第二端； [0040] 14 3 :第二電阻； [0041] 1431 :第三端； [0042] 1432 :第四端； [0043] 144:第三電阻； [0044] 1441 :第五端； [0045] 1442:第六端； [0046] 14 5 :第四電阻； [0047] 1451 :第七端； [0048] 1452 :第八端； [0049] 146:第五電阻； [0050] 1461 :第九端； [0051] 1462:第十端； [0052] 147:電容； [0053] 1471:第一端； [0054] 1472:第二端； 096107771 表單編號A0101 第12頁/共18頁 099年07月21日按正替換頁 0993260848-0 099年07月21日梭正替换頁 1332739 [0055] 148:第二二極體、第；稽納二極體； [0056] 1481:陰極端； [0057] 1482:陽極端； [0058] 1 5 :電源線； [0059] 16:接地線； [0060] I :直流電流； [0061] IE:電流；以及 [0062] IC :電流。 0993260848-0 096107771 表單編號A0101 第13頁/共18頁

Claims (1)

1332739 099年07月21日梭正替换頁 七、申請專利範圍： · 1 . 一種電源保護電路，適用於一車用充電器，該車用充電器 至少包含一驅動源，係輸出一電源之電壓至該電源保護電 路，該電源保護電路包含： 一切換開關，用以導通（on)或關閉（off)所接收之該電源 之電壓； 一偵測元件，係連接於該切換開關，且該偵測元件用於偵 測該電壓是否高於一臨界電壓，以控制該切換開關導通或 關閉；以及 一保護電路（protection circuit)，係連接於該切換 開關及該偵測元件，且該保護電路用於提供該切換開關及 該偵測元件之電壓限制保護，該保護電路係由一第一二極 體與一第一電阻所組成，該第一二極體之一陰極端 (cathode)連接至一電源線，該第一二極體之一陽極端 (anode)係連接至一接地線，及該第一電阻之一第一端與 該陰極端連接至該電源線之一端'點； 其中，當該車用充電器充電的過程中（during charg i ng)，該偵測元件如果偵測到該電壓高於該臨界電 壓時，控制該切換開關呈關閉狀態，藉此使該電源保護電 路與該車用充電器所形成的一充電迴路變成斷路。 2 .如申請專利範圍第1項所述之電源保護電路，其中該驅動 源係一直流電源。 3 .如申請專利範圍第1項所述之電源保護電路，其中該偵測 元件係為一雙載子接面電晶體（bipolar junct ion transistor) ° 096107771 表單編號A0101 第14頁/共18頁 0993260848-0 099年07月21日 如申請專利範圍第3項所述之電源保護電路，其中該雙載 子接面電晶體係為PNP雙載子接面電晶體。 如申請專利範圍第3項所述之電源保護電路，其中該雙載 子接面電晶體之一射極端係與該第一電阻之該第一端連接 〇 如申請專利範圍第5項所述之電源保護電路，其令該電源 保護電路更包含一第二二極體。 如申請專利範圍第6項所述之電源保護電路，其中該第二 二極體之一陰極端連接至該第一電阻之一第二端，且該第 二二極體之一陽極端係連接至該接地線。 如申請專利範圍第6項所述之電源保護霉咬，其中該臨界 電壓係由該第二二極體所設定。k .Ί: Ά'. Ί 如申請專利範圍第7項所述之電源保護電讀：，其中該電源 保護電路更包含一第二電阻。 如申請專利範圍第9項所述之電源保護電路，其中該第二 電阻之一第三端連接於該雙載子接面電晶體之一基極端及 該第二電阻之一第四端連接於該第二二極體之該陰極端。 如申請專利範圍第1項所述之電源保護電路，其中該第一 —極體係為一稽納二極體（zener diode)。 如申請專利範圍第6項所述之電源保護電路，其中該第二 —極體係為一稽納二極體。 如申請專利範圍第7項所述之電源保護電路，其中該切換 開關係為一金氧半導體電晶體 (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor ， MOSFET) » 如申請專利範圍第13項所述之電源保護電路，其中該金氧 表單編號A0101 第15頁/共18頁 nnnn 1332739 , 099年07月21日修正替换百 半導體電晶體之源極端（source)、閘極端（gate)及汲極 端（drain)係分別連接該雙載子接面電晶體之一集極端、 該第一電阻之該第二端及該驅動源之輸出端。 15 .如申請專利範圍第13項所述之電源保護電路，其中該金氧 半導體電晶體係為P-型的M0SFET。 096107771 表單編號.A0101 第16頁/共18頁 0993260848-0