TWI501520B - 關聯於直流電壓轉換且具有短路保護功能的電源供應裝置 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種電源轉換技術,且特別是有關於一種關聯於直流電壓轉換且具有短路保護功能的電源供應裝置。
傳統採取脈寬調變控制機制(PWM-based control mechanism)的直流-直流轉換器(DC-DC converter)在輸出端(負載)短路時,若沒有採取任何額外的短路保護措施,直流-直流轉換器會持續地產生/輸出異常的大電流以流經短路的負載。如此一來,將有可能會導致直流-直流轉換器本身或負載內部之元件溫度的異常上升,從而增加直流-直流轉換器本身或負載內部之元件損毀的風險。
有鑒於此,為了要解決先前技術所述及的問題,本發明之一示範性實施例提供一種電源供應裝置,其包括:電源轉換線
路、具有軟啟動功能的控制晶片,以及短路保護線路。其中,電源轉換線路經配置以反應於一輸出脈寬調變訊號而提供一直流輸出電壓給負載。具有軟啟動功能的控制晶片耦接電源轉換線路。而且,控制晶片操作在一直流輸入電壓下,且其經配置以產生所述輸出脈寬調變訊號來控制電源轉換線路的運作。短路保護線路耦接控制晶片,且其經配置以反應於負載的短路而拉低控制晶片之一軟啟動腳位(soft-start pin)的準位,藉以大幅地降低所述輸出脈寬調變訊號的頻率與責任週期,進而大幅地降低流經短路之負載的電流。
於本發明的一示範性實施例中,控制晶片更可以具有一輸出腳位(output pin)以輸出所產生的輸出脈寬調變訊號。在此條件下,短路保護線路可以包括:PNP型雙載子接面電晶體、第一與第二電容,以及第一與第二電阻。PNP型雙載子接面電晶體的射極耦接控制晶片的軟啟動腳位,而PNP型雙載子接面電晶體的集極則耦接至一接地電位。第一電容的第一端用以接收所述直流輸入電壓,而第一電容的第二端則耦接PNP型雙載子接面電晶體的基極。第一電阻的第一端耦接PNP型雙載子接面電晶體的基極,而第一電阻的第二端則耦接至所述接地電位。第二電容與第一電阻並接。第二電阻的第一端耦接PNP型雙載子接面電晶體的基極,而第二電阻的第二端則耦接控制晶片的輸出腳位。
於本發明的一示範性實施例中,短路保護線路更可以包括:第三電容,其跨接在PNP型雙載子接面電晶體的射極與集極
之間。
於本發明的一示範性實施例中,在短路保護線路包括有PNP型雙載子接面電晶體、第一至第三電容,以及第一與第二電阻的條件下,短路保護線路更可以包括:二極體與第三電阻。基此,1)二極體的陽極可以耦接控制晶片的輸出腳位,二極體的陰極可以耦接第二電阻的第二端,第三電阻的第一端可以耦接第一電容的第二端,而第三電阻的第二端則可以耦接PNP型雙載子接面電晶體的基極。或者(alternatively),2)第三電阻的第一端可以耦接PNP型雙載子接面電晶體的基極,二極體的陽極可以耦接第三電阻的第二端,而二極體的陰極可以耦接控制晶片的輸出腳位。
於本發明的一示範性實施例中,控制晶片更可以具有一電源腳位以接收操作所需的直流輸入電壓;以及控制晶片更可以具有一接地腳位以耦接至所述接地電位。
於本發明的一示範性實施例中,所提之電源供應裝置更可以包括:旁路電容,其耦接於控制晶片的電源腳位與接地腳位之間,且經配置以降低輸入至控制晶片的電源雜訊。
於本發明的一示範性實施例中,控制晶片更可以具有一自舉腳位(bootstrap pin)。在此條件下,所提之電源供應裝置更可以包括:自舉電容,其耦接於控制晶片的自舉腳位與輸出腳位之間,且經配置以提升控制晶片內部之耦接於電源腳位與輸出腳位之間的高壓側N型電晶體的驅動電壓。
於本發明的一示範性實施例中,控制晶片更可以具有一晶片致能腳位。在此條件下,所提之電源供應裝置更可以包括:上拉電阻,其耦接於控制晶片的電源腳位與晶片致能腳位之間,且經配置以啟動控制晶片。
於本發明的一示範性實施例中,控制晶片更可以具有一補償腳位。在此條件下,所提之電源供應裝置更可以包括:電阻電容網路,其耦接於控制晶片的補償腳位與接地電位之間,且其經配置以對電源供應裝置的系統頻率響應進行補償,藉以穩定電源供應裝置的運作。
於本發明的一示範性實施例中,控制晶片更可以具有一回授腳位。在此條件下,所提之電源供應裝置更可以包括:輸出回授線路,其耦接於所述直流輸出電壓與所述接地電位之間,且經配置以提供關聯於所述直流輸出電壓的一回授電壓至控制晶片的回授腳位,藉以致使控制晶片調整所產生的輸出脈寬調變訊號,從而調節並穩定電源轉換線路所提供的直流輸出電壓。
於本發明的一示範性實施例中,所提的電源供應裝置更可以包括:設定電容,其耦接於控制晶片的軟啟動腳位與接地腳位之間,且經配置以設定電源供應裝置的軟啟動時間。
於本發明的一示範性實施例中,電源轉換線路的拓撲型態至少包括降壓式電源轉換拓撲、升壓式電源轉換拓撲、升降壓式電源轉換拓撲、反馳式電源轉換拓撲、順向式電源轉換拓撲或其之間的組合。
基於上述,本發明係提出一種關聯於直流電壓轉換且具有短路保護功能的電源供應裝置。當負載短路時,基於所設置的短路保護線路,控制晶片之軟啟動腳位的準位會被拉低至地。在此條件下,控制晶片所產生的輸出脈寬調變訊號的頻率與責任週期將會被大幅地降低,從而大幅地降低流經短路之負載的電流,進而大幅地降低電源供應裝置本身或負載內部之元件在負載短路時的溫度以及損毀的風險。
應瞭解的是,上述一般描述及以下具體實施方式僅為例示性及闡釋性的,其並不能限制本發明所欲主張之範圍。
10‧‧‧電源供應裝置
20‧‧‧負載
101‧‧‧電源轉換線路
103‧‧‧控制晶片
105‧‧‧短路保護線路
107‧‧‧電阻電容網路
109‧‧‧輸出回授線路
CBY‧‧‧旁路電容
CBS‧‧‧自舉電容
RPU‧‧‧上拉電阻
CSET‧‧‧設定電容
CP1、CP2‧‧‧補償電容
RF1、RF2‧‧‧回授電阻
RP1‧‧‧補償電阻
R1~R3‧‧‧電阻
C1~C3‧‧‧電容
D1‧‧‧二極體
B1‧‧‧PNP型雙載子接面電晶體
MN‧‧‧N型電晶體
DC_IN‧‧‧直流輸入電壓
DC_OUT‧‧‧直流輸出電壓
VFB‧‧‧回授電壓
Vgs‧‧‧閘源極電壓
PWM_O‧‧‧輸出脈寬調變訊號
IN‧‧‧控制晶片的電源腳位
GND‧‧‧控制晶片的接地腳位
EN‧‧‧控制晶片的晶片致能腳位
SS‧‧‧控制晶片的軟啟動腳位
BS‧‧‧控制晶片的自舉腳位
SW‧‧‧控制晶片的輸出腳位
FB‧‧‧控制晶片的回授腳位
COMP‧‧‧控制晶片的補償腳位
下面的所附圖式是本揭露的說明書的一部分,繪示了本揭露的示例實施例,所附圖式與說明書的描述一起說明本揭露的原理。
圖1繪示為本發明一示範性實施例之電源供應裝置(power supply apparatus)10的示意圖。
圖2繪示為圖1之自舉電容CBS的用途解說示意圖。
圖3繪示為本發明一示範性實施例之短路保護線路105的實施示意圖。
圖4繪示為本發明另一示範性實施例之短路保護線路105的實施示意圖。
圖5繪示為本發明再一示範性實施例之短路保護線路105的
實施示意圖。
現將詳細參考本發明之示範性實施例,在附圖中說明所述示範性實施例之實例。另外,凡可能之處,在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件代表相同或類似部分。
圖1繪示為本發明一示範性實施例之電源供應裝置(power supply apparatus)10的示意圖。請參閱圖1,電源供應裝置10的架構可以為直流電壓轉換架構(DC voltage conversion configuration),而且電源供應裝置10具有短路保護功能(short protection function)。
於本示範性實施例中,電源供應裝置10包括:電源轉換線路(power conversion circuit)101、具有軟啟動功能的控制晶片(control chip with soft-start function)103、短路保護線路(short protection circuit)105、電阻電容網路(RC network)107、輸出回授線路(output feedback circuit)109、旁路電容(bypass capacitor)CBY、自舉電容(bootstrap capacitor)CBS、上拉電阻(pull-up resistor)RPU,以及設定電容(setting capacitor)CSET。
電源轉換線路101經配置以反應於來自控制晶片103的輸出脈寬調變訊號(output pulse-width-modulation(PWM)signal)PWM_O而提供直流輸出電壓(DC output voltage)DC_OUT給負載(load,例如電子裝置,但並不限制於此)20。於本示範性實施
例中,電源轉換線路101的拓撲型態(topology)可以視實際設計/應用需求而為降壓式(buck)電源轉換拓撲、升壓式(boost)電源轉換拓撲、升降壓式(boost-buck)電源轉換拓撲、反馳式(flyback)電源轉換拓撲、順向式(forward)電源轉換拓撲或其之間的組合,但並不限制於此。
具有軟啟動功能的控制晶片103可以具有多只腳位(pins),例如:例如:電源腳位(power pin)IN、接地腳位(ground pin)GND、晶片致能腳位(chip enable pin)EN、軟啟動腳位(soft-start pin)SS、自舉腳位(bootstrap pin)BS、輸出腳位(output pin)SW、回授腳位(feedback pin)FB,以及補償腳位(compensation pin)COMP。當然,基於實際設計/應用需求,可以對控制晶片103增設其他的功能腳位(過電壓偵測腳位、過電流偵測腳位…等,但並不限制於此),或者刪除控制晶片103既有的功能腳位。
基本上,為了要讓控制晶片103得以正常地運作,控制晶片103會透過電源腳位IN以接收其操作所需的直流輸入電壓DC_IN,並且透過接地腳位GND以耦接至接地電位(0V)。換言之,控制晶片103係操作在直流輸入電壓DC_IN下。如此一來,控制晶片103內部所設置的電壓調節器(voltage regulator,未繪示)就可對所接收的直流輸入電壓DC_IN進行調節(例如:升/降壓),藉以產生/獲得控制晶片103內部之各功能電路(internal functional circuit)所需的工作電壓(working voltage)。
另外,旁路電容CBY係耦接於控制晶片103的電源腳位
IN與接地腳位GND之間,且其經配置以降低輸入至控制晶片103的電源雜訊(power noise),從而穩定控制晶片103的運作。當然,旁路電容CBY為可選用的/非必要的(optional)。
再者,為了要啟動(activate)控制晶片103,可以將上拉電阻RPU耦接於控制晶片103的電源腳位IN與晶片致能腳位EN之間。上拉電阻RPU係經配置以啟動控制晶片103。換言之,若輸入一個持續維持在高準位的訊號至控制晶片103之晶片致能腳位EN的話,則可以啟動控制晶片103,藉以使得控制晶片103處於運作的狀態;反之,若輸入一個持續維持在低準位的訊號至控制晶片103之晶片致能腳位EN的話,則可以關閉(shutdown)控制晶片103,藉以使得控制晶片103處於關閉/待機的狀態。
於本示範性實施例中,控制晶片103耦接電源轉換線路101,且其經配置以產生輸出脈寬調變訊號PWM_O,並且透過輸出腳位SW以輸出所產生的輸出脈寬調變訊號PWM_O來控制電源轉換線路101的運作。在此值得一提的是,在電源供應裝置10處於正常運作的情況下,控制晶片103所產生的輸出脈寬調變訊號PWM_O之責任週期(duty cycle)可以維持約在70.4%,且控制晶片103所產生的輸出脈寬調變訊號PWM_O之頻率(frequency)可以維持約在370KHz,但並不限制於此。
另外,為了要讓輸出脈寬調變訊號PWM_O的高準位(high level)盡量地接近/逼近直流輸入電壓DC_IN,可以將自舉電容CBS耦接於控制晶片103的自舉腳位BS與輸出腳位SW之
間。自舉電容CBS係經配置以提升控制晶片103內部之耦接於電源腳位IN與輸出腳位SW之間的高壓側N型電晶體(high-side N-type transistor,如圖2所示)MN的驅動電壓(即,閘源極電壓Vgs)。換言之,設置自舉電容CBS於控制晶片103的自舉腳位BS與輸出腳位SW之間的目的乃是為了要讓控制晶片103能夠順利地產生輸出脈寬調變訊號PWM_O。
另外,為了要穩定電源供應裝置10的運作,可以將電阻電容網路107耦接於控制晶片103的補償腳位COMP與接地電位(0V)之間。電阻電容網路107係經配置以對電源供應裝置10的系統頻率響(system frequency response)應進行補償。於本示範性實施例中,電阻電容網路107可以由補償電容(CP1,CP2)以及電阻RP1所組成。其中,補償電容CP1與補償電阻RP1係串接在控制晶片103的補償腳位COMP與接地電位(0V)之間,而補償電容CP2則與串接的電容-電阻(CP1,RP1)並接。在此值得一提的是,補償電容CP2為可選用的/非必要的(optional)。
再者,為了要穩定電源轉換線路101所提供的直流輸出電壓DC_OUT,可以將輸出回授線路109耦接於直流輸出電壓DC_OUT與接地電位(0V)之間。輸出回授線路109係經配置以提供關聯於直流輸出電壓DC_OUT的回授電壓(feedback voltage)VFB至控制晶片103的回授腳位FB,藉以致使控制晶片103據以調整其所產生的輸出脈寬調變訊號PWM_O(例如:調整輸出脈寬調變訊號PWM_O的責任週期),從而調節並穩定電源轉換線路
101所提供的直流輸出電壓DC_OUT。於本示範性實施例中,輸出回授線路109可以由串接於直流輸出電壓DC_OUT與接地電位(0V)之間的回授電阻(RF1,RF2)所組成,但並不限制於此。在此條件下,回授電壓VFB可以視為直流輸出電壓DC_OUT的分壓訊號(voltage-dividing signal),亦即:VFB=DC_OUT*(RF2/(RF1+RF2))。
除此之外,由於控制晶片103具備有軟啟動功能,藉以防止對後級負載20的電路產生衝擊。在此條件下,可以將設定電容CSET耦接於控制晶片103的軟啟動腳位SS與接地腳位GND之間。設定電容CSET係經配置以設定電源供應裝置10的軟啟動時間(soft-start time,亦即直流輸出電壓DC_OUT從零伏(0V)慢慢升高至額定電壓的過程)。在此值得一提的是,只要藉由改變設定電容CSET的容值,就可對應地決定電源供應裝置10的軟啟動時間,但若不啟動控制晶片103之軟啟動功能的話,則可以懸空控制晶片103的軟啟動腳位SS。另外,設定電容CSET的容值在設定上必須低於控制晶片103完成軟啟動功能的預設上限時間(predetermined upper-limit time)。
於此回顧先前技術所揭示的內容可知,傳統採取脈寬調變控制機制(PWM-based control mechanism)的直流-直流轉換器(DC-DC converter)在輸出端(負載)短路時,若沒有採取任何額外的短路保護措施,直流-直流轉換器會持續地產生/輸出異常的大電流以流經短路的負載。如此一來,將有可能會導致直流-直流
轉換器本身或負載內部之元件溫度的異常上升,從而增加直流-直流轉換器本身或負載內部之元件損毀的風險。
為了要解決先前技術所述及的問題,本示範性實施例係透過短路保護線路105來大幅地降低電源供應裝置10本身或負載20內部之元件在負載20短路時的溫度以及損毀的風險。更清楚來說,短路保護線路105耦接控制晶片103,且其經配置以反應於負載20的短路而拉低控制晶片103之軟啟動腳位SS的準位(例如拉低至地,但並不限制於此),藉以大幅地降低輸出脈寬調變訊號PWM_O的頻率與責任週期,進而大幅地降低流經短路之負載20的電流。
如圖3所示,其繪示為本發明一示範性實施例之短路保護線路105的實施示意圖。請合併參閱圖1與圖3,短路保護線路105包括:PNP型雙載子接面電晶體(PNP-type bipolar junction transistor(BJT))B1、電容C1~C3、電阻R1~R3,以及二極體(diode)D1。
於本示範性實施例中,PNP型雙載子接面電晶體B1的射極(emitter)耦接控制晶片103的軟啟動腳位SS,而PNP型雙載子接面電晶體B1的集極(collector)則耦接至接地電位(0V)。電容C1的第一端用以接收直流輸入電壓DC_IN,而電容C1的第二端則耦接PNP型雙載子接面電晶體B1的基極(base)。電阻R1的第一端耦接PNP型雙載子接面電晶體B1的基極,而電阻R1的第二端則耦接至接地電位(0V)。電容C2與電阻R1並接。電阻
R2的第一端耦接PNP型雙載子接面電晶體B1的基極,而電阻R2的第二端則耦接控制晶片103的輸出腳位SW。
電容C3跨接在PNP型雙載子接面電晶體B1的射極與集極之間。在此值得一提的是,電容C3為可選用的/非必要的(optional)。電阻R3的第一端耦接PNP型雙載子接面電晶體B1的基極,二極體D1的陽極(anode)耦接電阻R3的第二端,而二極體D1的陰極則耦接控制晶片103的輸出腳位SW。
基於上述,在電源供應裝置10處於正常運作的情況下(例如:負載20並未短路),則控制晶片103可以產生責任週期約為70.4%且頻率約為370KHz的輸出脈寬調變訊號PWM_O來控制電源轉換線路101的運作,藉以致使電源轉換線路101穩定地提供直流輸出電壓DC_OUT給負載20。與此同時,流經負載20的電流(即,電源供應裝置10的輸出電流)例如可以為預期設計的輸出電流(例如,1.8A,但並不限制於此)。在此條件下,由於在電源供應裝置10處於正常運作的情況下(即,負載20並未短路),控制晶片103之軟啟動腳位SS的準位大約為1.5~2.0V(但並不限制於此),而電阻R1或電容C2的跨壓係約為3~4V。因此,PNP型雙載子接面電晶體B1將會處於關閉(turn-off)的狀態。換言之,在電源供應裝置10處於正常運作的情況下(即,負載20並未短路),短路保護線路105會處於未啟動(inactivated)的狀態。
另一方面,一旦負載20發生短路的話,則控制晶片103之輸出腳位SW的準位會大幅地降低,以至於電阻R1或電容C2
的跨壓也會跟著大幅地降低。與此同時,短路保護線路105內的PNP型雙載子接面電晶體B1將會反應於負載20的短路而暫態導通(turn-on)(亦即,在負載20短路時,短路保護線路105會處於啟動(activated)的狀態),進而將控制晶片103之軟啟動腳位SS的準位拉低至地。在此條件下,依據控制晶片103本身的特性,控制晶片103所產生的輸出脈寬調變訊號PWM_O的頻率與責任週期將會被大幅地降低(例如:責任週期會從原先的70.4%降至3.5%,而頻率會從原先的370KHz降至44KHz,但並不限制於此),從而大幅地降低流經短路之負載20的電流(例如,0.8~0.94A,但並不限制於此)。相較於未設置短路保護線路105的情況下,電源供應裝置10可能會持續地輸出大約4.64A的短路電流。顯然地,設置有短路保護線路105的電源供應裝置10可以大幅地降低電源供應裝置10本身或負載20內部之元件在負載20短路時的溫度以及損毀的風險。
在實際應用上,若電源轉換線路101的電源拓撲型態為降壓式電源轉換拓撲的話,則直流輸入電壓DC_IN可以假設為18V,且直流輸出電壓DC_OUT可以假設為12V。在此條件下,在圖3所示的短路保護線路105中,電容C1的容值可以選用104PF、電容C2的容值可以選用474PF、電容C3的容值可以選用473PF、電阻R1的阻值可以選用150KΩ、電阻R2的阻值可以選用270KΩ、電阻R3的阻值可以選用91KΩ,而二極體D1可以選用編號為IN4148的二極體元件。當然,在圖3所示的短路保護線
路105中,電容C1~C3的容值以及電阻R1~R3的阻值可視實際設計/應用需求而調整。而且,根據不同於降壓式電源拓撲型態的其它類型電源轉換拓撲,在圖3所示的短路保護線路105中,電容C1~C3的容值以及電阻R1~R3的阻值亦可視實際設計/應用需求而調整。
在此值得一提的是,本發明設置/應用在電源供應裝置10內之短路保護線路105的實施態樣並不以圖3所示的實施態樣為限制。更清楚來說,圖4繪示為本發明另一示範性實施例之短路保護線路105的實施示意圖。請合併參閱圖3與圖4,圖4所示之短路保護線路105的實施態樣相異於圖3之處僅在於:1)二極體D1的陽極改為耦接至控制晶片103的輸出腳位SW;2)二極體D1的陰極改為耦接至電阻R2的第二端;以及3)電阻R3改為耦接於電容C1的第二端與PNP型雙載子接面電晶體B1的基極之間。然而,圖4所示的短路保護線路105可以實現與圖3所示之短路保護線路105類似的技術功效。
在實際應用上,若電源轉換線路101的電源拓撲型態為降壓式電源轉換拓撲的話,則直流輸入電壓DC_IN可以假設為18V,且直流輸出電壓DC_OUT可以假設為12V。在此條件下,在圖4所示的短路保護線路105中,電容C1的容值可以選用105PF、電容C2的容值可以選用474PF、電容C3的容值可以選用473PF、電阻R1的阻值可以選用330KΩ、電阻R2的阻值可以選用1MΩ、電阻R3的阻值可以選用330KΩ,而二極體D1可以選
用編號為IN4148的二極體元件。相似地,在圖4所示的短路保護線路105中,電容C1~C3的容值以及電阻R1~R3的阻值可視實際設計/應用需求而調整。而且,根據不同於降壓式電源拓撲型態的其它類型電源轉換拓撲,在圖4所示的短路保護線路105中,電容C1~C3的容值以及電阻R1~R3的阻值亦可視實際設計/應用需求而調整。
除此之外,圖5繪示為本發明再一示範性實施例之短路保護線路105的實施示意圖。請合併參閱圖4與圖5,圖5所示之短路保護線路105的實施態樣相異於圖4之處僅在於:省略電阻R3與二極體D1。換言之,在圖5所示的短路保護線路105中,電容C1的第二端改為耦接至PNP型雙載子接面電晶體B1的基極,而電阻R2的第二端則改為耦接至控制晶片103的輸出腳位SW。然而,圖5所示的短路保護線路105可以實現與圖4所示之短路保護線路105類似的技術功效。
在實際應用上,若電源轉換線路101的電源拓撲型態為降壓式電源轉換拓撲的話,則直流輸入電壓DC_IN可以假設為18V,且直流輸出電壓DC_OUT可以假設為12V。在此條件下,在圖5所示的短路保護線路105中,電容C1的容值可以選用104PF、電容C2的容值可以選用474PF、電容C3的容值可以選用473PF、電阻R1的阻值可以選用330KΩ,而電阻R2的阻值可以選用1MΩ。相似地,在圖5所示的短路保護線路105中,電容C1~C3的容值以及電阻(R1,R2)的阻值可視實際設計/應用需求
而調整。而且,根據不同於降壓式電源拓撲型態的其它類型電源轉換拓撲,在圖5所示的短路保護線路105中,電容C1~C3的容值以及電阻(R1,R2)的阻值亦可視實際設計/應用需求而調整。
在此值得一提的是,在圖5所示的短路保護線路105中,省略圖4之電阻R3以及將圖4之電容C1之容值改為選用104PF的原因是為了要提升控制晶片103完成軟啟動功能的時間;另外,省略圖4之二極體D1的原因是為了要降低電阻R1在負載20短路時的跨壓,藉以降低控制晶片103所產生之輸出脈寬調變訊號PWM_O的責任週期,進而降低電源供應裝置10在負載20短路時所輸出的短路電流。
另外,圖3~圖5中之電容C1與C2的容值的選用原則為:在負載20短路時,在電阻R1的跨壓以及控制晶片103完成軟啟動功能的時間之間取得可接受的平衡即可。換言之,在負載20短路時,只要電阻R1的跨壓不過衝(over-shoot),且控制晶片103能夠在預設上限時間內完成軟啟動功能即可。
再者,圖3~圖5所示的短路保護線路105特別適用於具有軟啟動功能以及輸出為非栓鎖(non-latch)類型的控制晶片。其中,所謂的「輸出為非栓鎖類型」的意思為:當負載短路時,控制晶片仍會持續地產生具有一定責任週期與頻率的輸出脈寬調變訊號。
甚至,雖然上述示範性實施例係藉由拉低控制晶片103之軟啟動腳位SS的準位以進而降低輸出脈寬調變訊號PWM_O之
責任週期的例子來做說明,但是本發明並不限制於此。更清楚來說,只要控制晶片103中具備有與軟啟動腳位SS相似特性(亦即,拉低腳位準位以進而降低輸出脈寬調變訊號PWM_O之責任週期)的其它功能腳位都可以適用,一切端視實際設計/應用需求而論。
綜上所述,本發明係提出一種關聯於直流電壓轉換且具有短路保護功能的電源供應裝置10。當負載20短路時,基於所設置的短路保護線路105,控制晶片103之軟啟動腳位SS的準位會被拉低至地。在此條件下,控制晶片103所產生的輸出脈寬調變訊號PWM_O的頻率與責任週期將會被大幅地降低,從而大幅地降低流經短路之負載20的電流,進而大幅地降低電源供應裝置10本身或負載20內部之元件在負載20短路時的溫度以及損毀的風險。
雖然本發明已以實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何所屬技術領域中具有通常知識者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可作些許之更動與潤飾,故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。
另外,本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外,摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用,並非用來限制本發明之權利範圍。
10‧‧‧電源供應裝置
20‧‧‧負載
101‧‧‧電源轉換線路
103‧‧‧控制晶片
105‧‧‧短路保護線路
107‧‧‧電阻電容網路
109‧‧‧輸出回授線路
CBY‧‧‧旁路電容
CBS‧‧‧自舉電容
RPU‧‧‧上拉電阻
CSET‧‧‧設定電容
CP1、CP2‧‧‧補償電容
RF1、RF2‧‧‧回授電阻
RP1‧‧‧補償電阻
DC_IN‧‧‧直流輸入電壓
DC_OUT‧‧‧直流輸出電壓
VFB‧‧‧回授電壓
PWM_O‧‧‧輸出脈寬調變訊號
IN‧‧‧控制晶片的電源腳位
GND‧‧‧控制晶片的接地腳位
EN‧‧‧控制晶片的晶片致能腳位
SS‧‧‧控制晶片的軟啟動腳位
BS‧‧‧控制晶片的自舉腳位
SW‧‧‧控制晶片的輸出腳位
FB‧‧‧控制晶片的回授腳位
COMP‧‧‧控制晶片的補償腳位
Claims (13)
- 一種電源供應裝置,包括:一電源轉換線路,其經配置以反應於一輸出脈寬調變訊號而提供一直流輸出電壓給一負載;一具有軟啟動功能的控制晶片,耦接該電源轉換線路,該控制晶片操作在一直流輸入電壓下,且其經配置以產生該輸出脈寬調變訊號來控制該電源轉換線路的運作;以及一短路保護線路,耦接該控制晶片,且其經配置以反應於該負載的短路而拉低該控制晶片之一軟啟動腳位(soft-start pin)的準位,藉以大幅地降低該輸出脈寬調變訊號的頻率與責任週期,進而大幅地降低流經該短路之負載的電流。
- 如申請專利範圍第1項所述之電源供應裝置,其中該控制晶片更具有一輸出腳位(output pin)以輸出該所產生的輸出脈寬調變訊號,而該短路保護線路包括:一PNP型雙載子接面電晶體,其射極耦接該軟啟動腳位,而其集極則耦接至一接地電位;一第一電容,其第一端用以接收該直流輸入電壓,而其第二端則耦接該PNP型雙載子接面電晶體的基極;一第一電阻,其第一端耦接該PNP型雙載子接面電晶體的基極,而其第二端則耦接至該接地電位;一第二電容,與該第一電阻並接;以及一第二電阻,其第一端耦接該PNP型雙載子接面電晶體的基 極,而其第二端則耦接該輸出腳位。
- 如申請專利範圍第2項所述之電源供應裝置,其中該短路保護線路更包括:一第三電容,跨接在該PNP型雙載子接面電晶體的射極與集極之間。
- 如申請專利範圍第3項所述之電源供應裝置,其中該短路保護線路更包括:一二極體,其陽極耦接該輸出腳位,而其陰極則耦接該第二電阻的第二端;以及一第三電阻,其第一端耦接該第一電容的第二端,而其第二端則耦接該PNP型雙載子接面電晶體的基極。
- 如申請專利範圍第3項所述之電源供應裝置,其中該短路保護線路更包括:一第三電阻,其第一端耦接該PNP型雙載子接面電晶體的基極;以及一二極體,其陽極耦接該第三電阻的第二端,而其陰極則耦接該輸出腳位。
- 如申請專利範圍第2項所述之電源供應裝置,其中:該控制晶片更具有一電源腳位以接收操作所需的該直流輸入電壓;以及該控制晶片更具有一接地腳位以耦接至該接地電位。
- 如申請專利範圍第6項所述之電源供應裝置,更包括: 一旁路電容,耦接於該電源腳位與該接地腳位之間,且其經配置以降低輸入至該控制晶片的電源雜訊。
- 如申請專利範圍第6項所述之電源供應裝置,其中該控制晶片更具有一自舉腳位(bootstrap pin),且該電源供應裝置更包括:一自舉電容,耦接於該自舉腳位與該輸出腳位之間,且其經配置以提升該控制晶片內部之耦接於該電源腳位與該輸出腳位之間的一高壓側N型電晶體的驅動電壓。
- 如申請專利範圍第6項所述之電源供應裝置,其中該控制晶片更具有一晶片致能腳位,且該電源供應裝置更包括:一上拉電阻,耦接於該電源腳位與該晶片致能腳位之間,且其經配置以啟動該控制晶片。
- 如申請專利範圍第6項所述之電源供應裝置,其中該控制晶片更具有一補償腳位,且該電源供應裝置更包括:一電阻電容網路,耦接於該補償腳位與該接地電位之間,且其經配置以對該電源供應裝置的一系統頻率響應進行補償,藉以穩定該電源供應裝置的運作。
- 如申請專利範圍第6項所述之電源供應裝置,其中該控制晶片更具有一回授腳位,且該電源供應裝置更包括:一輸出回授線路,耦接於該直流輸出電壓與該接地電位之間,且其經配置以提供關聯於該直流輸出電壓的一回授電壓至該回授腳位,藉以致使該控制晶片調整該輸出脈寬調變訊號,從而 調節並穩定該電源轉換線路所提供的該直流輸出電壓。
- 如申請專利範圍第6項所述之電源供應裝置,更包括:一設定電容,耦接於該軟啟動腳位與該接地腳位之間,且其經配置以設定該電源供應裝置的一軟啟動時間。
- 如申請專利範圍第1項所述之電源供應裝置,其中該電源轉換線路的拓撲型態至少包括一降壓式電源轉換拓撲、一升壓式電源轉換拓撲、一升降壓式電源轉換拓撲、一反馳式電源轉換拓撲、一順向式電源轉換拓撲或其之間的組合。
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