TWI352473B - Switching regulator - Google Patents

Description

1352473 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關在半導體積體電路裝置中具有短路保護 電路的切換式調整器。 【先前技術】 具有切換式調整器做爲電源之電子系統被廣泛使用。 φ 當由於某些原因，由過多的負載連接到切換式調整器的輸 出端而造成短路狀態時，導致過多的電流流經切換式調整 器而使切換式調整器故障。爲了防止短路，切換式調整器 係設置有短路保護電路，用以保護短路故障。 在切換式調整器中所造成的短路狀態持續一段預定的 時刻之後，切換式調整器的短路保護電路輸出短路訊號， 預定的時刻爲防止由於雜訊而導致故障（例如，系統的停 止）所需要的延遲時間。 φ 圖2顯示習知切換式調整器的短路保護電路，此的短 路保護電路包含定電流電路101、電容器102、NMOS電 晶體1 〇3、比較器1 04、短路狀態偵測電路1 07、鎖存器 電路〗08、及基準電壓源1〇9。 短路狀態偵測電路1 0 7被設計而使得當施加於切換式 調整器的負載係正常時，亦即，切換式調整器係處於非短 路狀態中，偵測訊號“高”被輸出。因此，NMOS電晶體 1 03保持ON狀態，並且在比較器1 04之非反相端處的電 壓位準爲“低”。因此，來自比較器1 04之輸出訊號的位準 -4 - (2) (2)1352473 被保持在“低”，並且鎖存器電路1 ο 8被重設爲位準“低”。 當切換式調整器變成短路狀態時，短路狀態偵測電路 107輸出訊號“低”，而因此，NMOS電晶體103被關閉。 當比較器1 04之非反相端處的電壓位準逐漸自“低”增加， 且在經過一段根據定電流電路101和電容器102所決定的 延遲時間之後超過基準電壓時，來自比較器104之輸出訊 號的位準從“低”變成“高”。然後，鎖存器電路108被設定 於位準“高”，以輸出短路訊號。切換式調整器的輸出電流 限制電路（未顯示出）依據該短路訊號而被啓動，藉以防 止切換式調整器的短路故障。注意，當短路狀態結束時， 鎖存器電路108依據重設訊號（未顯示出）而被重設爲位 準“低”，且短路訊號消失（參照JP 200 1 -94407Α)。 但是，在習知切換式調整器的短路保護電路中，當在 以電來對電容器102充電之後，反相訊號被輸入至比較器 1 04的時間點被當做是當短路訊號被產生的時間點。因此 ，爲了取得長的延遲時間，必須增加電容器1 02的容量。 因爲在半導體積體電路中難以建立具有大容量的電容器， 所以需要外側的電容器以取得預定的延遲時間，這是此系 統之小型化的障礙。 【發明內容】 爲了解決上述問題，一脈波產生電路和一用來計算來 自脈波產生電路之脈波數目的計數器電路被插在比較器與 鎖存器電路之間，而在脈波產生電路中，在以電來對電容 -5- (3) (3)1352473 器102充電之後，反相訊號被用作觸發訊號》 更明確地說，依據本發明，提供有一具有短路保護電 路的切換式調整器，而短路保護電路包含一延遲電路、一 鎖存器電路、及一短路狀態偵測電路。該短路保護電路另 包含一脈波產生電路及一計數器電路，其中，延遲電路係 根據來自短路狀態偵測電路之訊號而被啓動：在經過預定 的時段之後，延遲電路啓動脈波產生電路，以致使脈波產 生電路將脈波訊號輸出至計數器電路；以及當滿足預定的 計數時，計數器電路將訊號輸出至鎖存器電路，並且鎖存 器電路輸出短路訊號。 除此之外，延遲電路包含一定電流電路、一連接至定 電流電路之電容器、及一比較器，用來接收基準電壓和電 容器之電壓做爲其輸入，以比較電容器之電壓與基準電壓 。累積在電容器中之電荷係依據來自短路保護電路之訊號 來予以放電的，並且接著，致使電流從定電流電路流到電 容器。比較器偵測到電容器的電壓已經到達基準電壓，而 且啓動脈波產生電路。 計算具有藉由利用具有小容量之電容器所獲得到之短 周期的脈波訊號數目，藉以讓所想要之長的延遲時間能夠 被產生。因此，用來控制切換式調整器之1C的單晶片小 型化變成可能。 【實施方式】 第一實施例 -6- (4) 1352473 圖1爲一電路圖，部分以方塊表示，顯示依 第一實施例之切換式調整器之短路保護電路的組 保護電路包含一定電流電路101、一電容器 NMOS電晶體103、一比較器104、及一基準電壓 它們構成一延遲電路、一 OR閘105、一短路狀 路107、一鎖存器電路108、一脈波產生電路1 計數器電路Π1。 φ OR閘105接收來自短路狀態偵測電路107 號和來自脈波產生電路110之輸出訊號做爲其輸 產生電路11 〇被重設爲位準“低”，並且僅當其係 較器104之反相訊號來予以觸發時，輸出具有 Tp的正脈波，計數器電路1 1 1被重設爲位準“低” 其計算正脈波的數目且滿足預定數目的脈波時， “高”。其他的構成元件具有和圖2所示之習知切 器之短路保護電路之構成元件的功能相同的功能 φ 當被施加於切換式調整器之負載係正常，且 式調整器係處於非短路狀態時，用來接收來自短 測電路1 〇 7之輸出訊號和來自脈波產生電路1 1 〇 號做爲其輸入的OR閘105輸出輸出訊號“高” NMOS電晶體103保持ON狀態，並且在比較器 反相端處的電壓爲〇 V。結果，來自鎖存器電路 出訊號被重設爲位準“低”。 當切換式調整器變成短路狀態時，因爲來自 偵測電路1 07之輸出訊號的位準走到“低”，且 據本發明 態。短路 102、一 丨源109 ， 態偵測電 10、及一 之輸出訊 入，脈波 以來自比 脈波寬度 ，並且當 輸出訊號 換式調整 〇 因此切換 路狀態偵 之輸出訊 。因此， 1 0 4之非 1 08之輸 短路狀態 因此來自 (5) (5)1352473 OR閘105之輸出訊號的位準走到“高”，所以NMOS電晶 體103被關閉。當在比較器104之非反相輸入端處的電壓 從位準“低”上升，且在經過一段根據定電流電路101和電 容器102所決定的延遲時間之後超過基準電壓時，來自比 較器1 04之輸出訊號的位準從“低”變成“高”。脈波產生電 路1 1 0係以位準“高”之輸出電壓來予以觸發的，這被稱爲 第一觸發。 計數器電路111將來自脈波產生電路110之正脈波計 數爲一個脈波，此時，來自脈波產生電路110之正脈波經 由OR閘105來打開NMOS電晶體103。因此，在電容器 102上所累積之電荷損失，且來自比較器104之輸出訊號 的位準走到“低”，這被稱爲第一返回。 從偵測訊號的出現到第一返回之時段爲脈波產生電路 1 1 〇的脈波周期T。除此之外，正脈波的脈波寬度τρ被設 定爲等於或長於時段Tr，直到來自比較器104之輸出訊 號的位準返回到“低”爲止。當切換式調整器在第一返回之 後亦持續短路狀態時，來自短路狀態偵測電路1 07之輸出 訊號的位準走到“低”，且因此，此操作經過第二觸發而變 成第二返回。當此操作的重複次數N到達在計數器電路 111中所決定的係數値時，鎖存器電路108被設定於位準 “高”處，以輸出短路訊號。依據短路訊號來啓動切換式調 整器的輸出電流限制電路（未顯示出），藉以防止切換式 調整器的短路故障。注意，當短路狀態結束時，鎖存器電 路108依據重設訊號（未顯示出）而被重設爲位準“低，，， -8- (6) 1352473 且短路訊號消失。注意，在計數器電路111中， 脈波產生電路110的脈波周期τ和計數次數N， 所想要的延遲時間。 圖3爲顯示短路狀態偵測電路1 07實施例之 路圖。短路狀態偵測電路107包含分壓比（divi )設定電阻器301及302、一比較器303、及一 電路3 04。在短路狀態偵測電路1 07中，比較器 由透過分壓比設定電阻器301及302而從切換式 出輸出電壓所獲得到的分壓Vb與基準電壓電路 準電壓vr做比較。當分壓Vb變成低於基準電I 短路狀態偵測電路1 07輸出短路訊號。 第二實施例 圖4爲一電路圖，部分以方塊表示，顯示依 第二實施例之切換式調整器之短路保護電路的組 第二實施例和第一實施例之不同在於短路狀 路107係組構有最大工作（duty)偵測電路40 1 在脈波工作控制下，切換式調整器對應於負 變而爲線圈（未顯示出）增加或減少驅動脈波（ )的工作，當負載改變而輸出預定之定電壓輸出 ，當負載改變成輕負載時，工作變小，而當負載 負載時，工作變大，藉以供應所想要的定電壓輸 是說，當造成短路狀態時，輸出電壓減少。因此 有最大工作的驅動脈波，以便輸出預定的定電壓 藉由決定 能夠實現 .組態的電 sion ratio •基準電壓 303將藉 調整器分 3 04的基 g Vr 時， 據本發明 態。 態偵測電 3 載上的改 未顯示出 時。通常 改變成重 出。也就 ，輸出具 輸出。 -9- (7) 1352473 因此，在脈波工作控制下的切換式調整器中，最大工 作偵測電路40 1偵測一狀態，其中，操作在最大工作時持 續一固定時段，藉以讓操作狀態能夠被偵測爲短路狀態。 在使用於切換式調整器中之本發明的短路保護電路已 經被敘述到如此之程度的同時，本發明的短路保護電路並 不想要僅限於使用在切換式調整器中。也就是說，甚至當 本發明的短路保護電路被使用在調整器中，例如，串聯調 φ 整器，有可能充分地提供本發明的優點。 【圖式簡單說明】 在伴隨之圖形中： 圖1係一電路圖，部分以方塊表示，顯示依據本發明 第一實施例之切換式調整器之短路保護電路的組態； 圖2係一電路圖，部分以方塊表示，顯示習知切換式 調整器之短路保護電路的組態； • 圖3係顯示本發明之短路保護電路之短路狀態偵測電 路實施例的組態；以及 圖4係一電路圖’部分以方塊表示，顯示依據本發明 第二實施例之切換式調整器之短路保護電路的組態。 【主要元件符號說明】 10 1 定電流電路 102 電容器 103 NMOS電晶體 -10- 1352473 (8) 104 比 較 器 105 OR閘 107 短 路 狀 態 偵 測 電 路 108 鎖 存 器 電 路 109 基 準 電 壓 源 110 脈 波 產 生 電 路 111 計 數 器 電 路 3 0 1 設 定 電 阻 器 3 02 設 定 電 阻 器 3 03 比 較 器 3 04 基 準 電 壓 電 路 40 1 最 大 工 作 偵 測 電 路 -11

Claims (1)

1352473 第0941 15962號專利申請案中文申請專利範圍修正本 民國1〇〇年7月21日修正 十、申請專利範圍 1. 一種具有短路保護電路之切換式調整器，該短路保 護電路包括= 短路狀態偵測電路； 延遲電路，用以接收來自該短路狀態偵測電路之訊號 ，並且在延遲時間後輸出該訊號； 脈波產生電路，用以接收來自該延遲電路之該訊號， 並且輸出脈波；以及 計數器電路，用以接收該脈波，計算來自該脈波產生 電路之脈波的數目，並且當到達預定的計數時輸出短路訊 號； 該切換式調整器之特徵在於： 該延遲電路具有用來計算該延遲時間的電容器，該電 容器根據該脈波而被放電，並且在連續接收該短路狀態偵 測電路之該訊號的期間讓該電容器被放電，而後在該延遲 時間之後輸出該訊號。 2. 如申請專利範圍第1項之具有短路保護電路之切換 式調整器，其中，該延遲電路係設有定電流電路；連接至 該定電流電路之該電容器；及用以比較該電容器之電壓與 基準電壓的比較器， 該延遲電路接收來自該短路保護電路之訊號， 該比較器藉由該定電流電路之電流來予以充電，以及 1352473 該比較器偵測該電容器之電壓已經到達該基準電壓， 以便啓動該脈波產生電路。 3. 如申請專利範圍第1或2項之具有短路保護電路之 切換式調整器，其中，該短路狀態偵測電路輸出訊號於當 輸出電壓低於預定電壓時。 4. 如申請專利範圍第1或2項之具有短路保護電路之 切換式調整器，其中，該短路保護電路另包括OR閘及 MOS電晶體’該MOS電晶體和該電容器並聯連接，來自 該脈波產生電路之訊號和來自該短路狀態偵測電路之訊號 被輸入至該OR閘，並且將該OR閘的輸出送至該MOS電 晶體得閘極。 5. 如申請專利範圍第1或2項之具有短路保護電路之 切換式調整器，其中，該短路狀態偵測電路偵測該切換式 調整器之最大工作狀態。 -2-