TWI501546B - 輸出級電路及其過電流保護方法與音頻放大系統 - Google Patents

Description

輸出級電路及其過電流保護方法與音頻放大系統

本發明乃是關於一種輸出級電路，特別是指一種輸出級電路之過電流保護方法。

近年來，在半導體技術日漸成熟，可攜式消費電子設備普及情況下，如何設計音頻放大器已是目前重要的研究課題。一般而言，音頻放大器之輸出級電路由高側輸出驅動器與低側輸出驅動器所組成，為了使喇叭不出現喀嚓聲，高側輸出驅動器與低側輸出驅動器會分別連接至基極選擇器以避免喀嚓聲，其中高側輸出驅動器為一高側P型功率電晶體，低側輸出驅動器為一低側N型功率電晶體。喀嚓聲產生原因及防制，可參考美國專利公開號US7265614之揭露內容。

一般而言，音頻放大器利用輸出級電路來推動一負載，例如揚聲器。一旦流經之電流過大超過了高側P型功率電晶體或低側N型功率電晶體能承受的額定值，就會產生過電流故障，其中導致過電流故障的原因很多，例如短路或突波等。這些故障會永久或嚴重損害高側P型功率電晶體或低側N型功率電晶體，造成整個音頻電路受損。例如，於先前技術中，當輸出電流經由高側P型功率電晶體流入一基極選擇器以釋放輸出電流時，會因為高側P型功率電晶體內之本體二極體與該基極選擇器而使得輸出電壓之電壓突 波(voltage spiking)過高，另一方面，當輸出電流經由低側N型功率電晶體流入另一基極選擇器以釋放輸出電流時，亦會因為低側N型功率電晶體內之本體二極體與該基極選擇器而使得輸出電壓之電壓突波過低。

因此，如何避免突然產生之過電流危害到電路元件，即成為音頻電路設計時必須先考慮到之問題。

本發明實施例提供一種輸出級電路，所述輸出級電路包括高側輸出驅動器、第一基極選擇器、低側輸出驅動器、第二基極選擇器與電感。高側輸出驅動器電性連接系統電壓與第一控制信號。第一基極選擇器電性連接高側輸出驅動器，所述第一基極選擇器接收第一參考電壓與系統電壓。低側輸出驅動器電性連接接地電壓與第二控制信號，其中高側輸出驅動器直接連接至低側輸出驅動器之處產生輸出電壓。第二基極選擇器電性連接低側輸出驅動器，所述第二基極選擇器接收第二參考電壓與接地電壓。電感之一端電性連接至輸出電壓，電感之另一端電性連接第三參考電壓，並且具有輸出電流流經電感。當輸出電流之電流值大於電流門檻值而使得低側輸出驅動器過電流時，則禁能受控於第二控制信號之低側輸出驅動器，並且致能受控於第一控制信號之高側輸出驅動器以建立一低阻抗輸出端至系統電壓之第一電流通道進，避免電流流經高側輸出驅動器之基極，藉此降低低側輸出驅動器過電流保護啟動後所造成的輸出電壓突波；當輸出電流之電流值超過電流門檻值而使得高側輸出驅動器過電流時，則禁能受控於第一控制信號之高側輸出驅動器，並且致能受控於第二控制信號之高低側輸出驅動器以建立低阻抗輸出端至地電壓之第二電流通道進而改變輸出電流之電流路徑，避免電流流經高側輸出驅 動器之基極，藉此降低高側輸出驅動器過電流保護啟動後所造成的輸出電壓突波輸出電流之電流值與輸出電壓之電壓突波。

在本發明其中一個實施例中，當輸出電流下降至零電流時，則禁能受控於第一控制信號之高側輸出驅動器以關閉第一電流通道，其中第一電流通道相較於第一基極選擇器具有較低阻抗之特性。

在本發明其中一個實施例中，當輸出電流下降至零電流時，則禁能受控於第二控制信號之低側輸出驅動器以關閉第二電流通道，其中第二電流通道相較於第二基極選擇器具有較低阻抗之特性。

在本發明其中一個實施例中，輸出級電路更包括偵測器與控制器。偵測器用以偵測輸出電流是否大於電流門檻值或為零電流，並據此傳送偵測結果。控制器電性連接偵測器，並根據所接收之偵測結果分別傳送第一及第二控制信號至對應的高側輸出驅動器與低側輸出驅動器，以控制其禁能或致能狀態。

在本發明其中一個實施例中，第三參考電壓為系統電壓或接地電壓。

在本發明其中一個實施例中，高側輸出驅動器包括第一P型電晶體，並且低側輸出驅動器包括第一N型電晶體，其中第一P型電晶體，具有第一本體二極體，其閘極接收第一控制信號並據此決定導通或關閉狀態，其源極連接系統電壓，其汲極輸出輸出電壓，其基極連接第一基極選擇器，並且第一N型電晶體，具有第二本體二極體，其閘極接收第二控制信號並據此決定導通或關閉狀態，其源極連接接地電壓，其汲極連接第一P型電晶體之汲極，其基極連接第二基極選擇器，其中當輸出電流之電流值大於電流門檻值而使得第一N型電晶體過電流時，則禁能受控於第二控制信號之第一N型電晶體，並且致能受控於第一控制信號之第一P型電晶體以 建立第一電流通道，藉此降低輸出電流之電流值與輸出電壓之電壓突波，其中第一電流通道為第一P型電晶體之汲源極間之通道。

在本發明其中一個實施例中，當輸出電流之電流值大於電流門檻值而使得第一P型電晶體過電流時，則禁能受控於第一控制信號之第一P型電晶體，並且致能受控於第二控制信號之第一N型電晶體以建立第二電流通道，藉此降低輸出電流之電流值與輸出電壓之電壓突波，其中第二電流通道為第一N型電晶體之汲源極間之通道。

在本發明其中一個實施例中，高側輸出驅動器更包括第二P型電晶體，並且低側輸出驅動器更包括第二N型電晶體，其中第二P型電晶體，具有第三本體二極體，其源極連接第一P型電晶體之汲極，其閘極接收第三控制信號並據此決定導通或關閉狀態，並且第二N型電晶體，具有第四本體二極體，其汲極連接第二P型電晶體之汲極且輸出輸出電壓，其閘極接收第四控制信號並據此決定導通或關閉狀態，其源極連接第一N型電晶體之汲極。

本發明實施例另提供一種輸出級電路之過電流保護方法，輸出級電路包括高側輸出驅動器、第一基極選擇器、低側輸出驅動器、第二基極選擇器與一電感，其中高側輸出驅動器電性連接系統電壓與第一控制信號，所述第一基極選擇器電性連接高側輸出驅動器，且接收第一參考電壓與系統電壓，所述低側輸出驅動器電性連接接地電壓與第二控制信號，而高側輸出驅動器直接連接至低側輸出驅動器之處產生輸出電壓，第二基極選擇器電性連接低側輸出驅動器且接收第二參考電壓與接地電壓，電感之一端電性連接至輸出電壓，其另一端電性連接第三參考電壓，並且具有輸出電流流經電感。過電流保護方法包括以下步驟：偵測輸出電流之電流值；判斷高側輸出驅動器或低側輸出驅動器是否過電流；當輸出電流之電流值大於電流門檻值而使得低側輸出驅動器過電流時，則禁能低側輸出驅動器且致能高側輸出驅動器以建立 第一電流通道，藉此以降低輸出電流之電流值與輸出電壓之電壓突波；當輸出電流之電流值大於電流門檻值而使得高側輸出驅動器過電流時，則禁能高側輸出驅動器且致能低側輸出驅動器以建立第二電流通道，藉此以降低輸出電流之電流值與輸出電壓之電壓突波。

本發明實施例再提供一種音頻放大系統，所述音頻放大系統包括前級放大器、輸出級電路與負載。前級放大器接收且放大輸入訊號。輸出級電路電性連接前級放大器。負載電性連接輸出級電路。

綜上所述，本發明實施例所提出之輸出級電路及其過電流保護方法與音頻放大系統，利用偵測輸出電流是否過電流來引導輸出電流至第一電流通道或第二電流通道以降低輸出電流之電流值，並且能夠降低輸出電壓之電壓突波，以避免損害或擊穿連接至輸出電壓之相關電子元件。

為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。

100、200、400、600‧‧‧輸出級電路

110‧‧‧高側輸出驅動器

120‧‧‧第一基極選擇器

130‧‧‧低側輸出驅動器

140‧‧‧第二基極選擇器

150‧‧‧偵測器

160‧‧‧控制器

800‧‧‧音頻放大系統

810‧‧‧前級放大器

820‧‧‧輸出級電路

830‧‧‧負載

A、B、A’、B’‧‧‧電流路徑

CS1‧‧‧第一控制信號

CS2‧‧‧第二控制信號

CS3‧‧‧第三控制信號

CS4‧‧‧第四控制信號

D1、D2、D3、D4‧‧‧本體二極體

GND‧‧‧接地電壓

MP1‧‧‧第一P型電晶體

MP2‧‧‧第二P型電晶體

MN1‧‧‧第一N型電晶體

MN2‧‧‧第二N型電晶體

L‧‧‧電感

IN‧‧‧輸入信號

IOUT‧‧‧輸出電流

RS‧‧‧偵測結果

S710、S720、S730、S740‧‧‧步驟

t11、t12、t13、t21、t22、t23‧‧‧時間

VCC‧‧‧系統電壓

VOUT‧‧‧輸出電壓

VOUT’‧‧‧輸出信號

VREF1‧‧‧第一參考電壓

VREF2‧‧‧第二參考電壓

VREF3‧‧‧第三參考電壓

圖1為根據本發明實施例之輸出級電路之電路區塊示意圖。

圖2為根據本發明實施例之輸出級電路之細部電路示意圖。

圖3為對應圖2所繪示之輸出級電路之驅動波形圖。

圖4為根據本發明之輸出級電路之細部電路圖。

圖5為對應圖4所繪示之輸出級電路之驅動波形圖。

圖6為根據本發明再一實施例之輸出級電路之細部電路示意圖。

圖7為根據本發明實施例輸出級電路之過電流保護方法之流程圖。

圖8為根據本發明實施例之音頻放大系統之電路區塊圖。

在下文將參看隨附圖式更充分地描述各種例示性實施例，在隨附圖式中展示一些例示性實施例。然而，本發明概念可能以許多不同形式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例示性實施例。確切而言，提供此等例示性實施例使得本發明將為詳盡且完整，且將向熟習此項技術者充分傳達本發明概念的範疇。在諸圖式中，可為了清楚而誇示層及區之大小及相對大小。類似數字始終指示類似元件。

應理解，雖然本文中可能使用術語第一、第二、第三等來描述各種元件，但此等元件不應受此等術語限制。此等術語乃用以區分一元件與另一元件。因此，下文論述之第一元件可稱為第二元件而不偏離本發明概念之教示。如本文中所使用，術語「及/或」包括相關聯之列出項目中之任一者及一或多者之所有組合。

〔輸出級電路的實施例〕

請參照圖1，圖1為根據本發明實施例之輸出級電路之電路區塊示意圖。如圖1所示，輸出級電路100包括高側輸出驅動器110、第一基極選擇器120、低側輸出驅動器130、第二基極選擇器140與電感L。高側輸出驅動器110電性連接系統電壓VCC與第一控制信號CS1。第一基極選擇器120電性連接高側輸出驅動器110。低側輸出驅動器130電性連接接地電壓GND與第二控制信號CS2且直接連接至高側輸出驅動器110。第二基極選擇器140電性連接低側輸出驅動器130。電感之一端電性連接至高側輸出驅動器110與低側輸出驅動器130之間且產生一輸出電壓VOUT。電感L之另一端電性連接第三參考電壓VREF3，並且具有一輸出電流IOUT流經電感L。

在本實施例中，輸出級電路100更包括偵測器150與控制器160。控制器160電性連接偵測器150。首先，本揭露內容利用偵測器150來偵測流經電感L上之輸出電流IOUT是否大於電流門檻值或輸出電流是否為零電流(zero current)，並據此傳送偵測結果RS至控制器160。接著，控制器160根據所接收之偵測結果RS分別傳送第一控制信號CS1及第二控制信號CS2至對應的高側輸出驅動器110與低側輸出驅動器130，以控制其禁能或致能狀態。

於先前技術中，當輸出電流IOUT經由高側輸出驅動器110流入第一基極選擇器120以釋放輸出電流IOUT時，會使得輸出電壓VOUT之電壓突波(voltage spiking)過高，另一方面，當輸出電流IOUT經由低側輸出驅動器130流入第二基極選擇器140以釋放輸出電流IOUT時，亦會使得輸出電壓VOUT之電壓突波過低。因此，本揭露內容提出一種改變輸出電流IOUT之電流釋放路徑，以避免輸出電壓VOUT之電壓突波過高進而損害輸出電壓VOUT端點之周圍電子元件與造成電路之誤動作，其中此一電流釋放路徑相較於第一基極選擇器120或第二基極選擇器140具有較低之阻抗特性。

接下來要教示的，是進一步說明輸出級電路100的工作原理。

在本實施例中，於第三參考電壓VREF3為系統電壓時，當偵測器150偵測到輸出電流IOUT之電流值大於所述電流門檻值時(亦即低側輸出驅動器130可能即將發生過電流之情形)，則會傳送此一偵測結果RS至控制器160。接著，控制器160會根據所接收到之偵測結果RS傳送第一控制信號CS1至高側輸出驅動器110以致能高側輸出驅動器110以建立第一電流通道(first current channel)，並且同時傳送第二控制信號CS2至低側輸出驅動器130以禁能低側輸出驅動器130進而改變輸出電流IOUT之電流路徑，藉此以將輸出電流IOUT引導至高側輸出驅動器110內之第一電流通道(first current channel)以釋放輸出電流IOUT至系統電壓VCC之一端。由於第一電 流通道相較於第一基極選擇器120具有低阻抗之特性，因此在釋放輸出電流IOUT之暫態期間時，輸出電壓VOUT之電壓突波不會抖動過高，進而能夠保護與輸出電壓VOUT電性連接之相關電子元件。須注意的是，在本實施例中，在釋放輸出電流IOUT之暫態期間，偵測器150亦會不斷地偵測輸出電流IOUT之電流值變化，當偵測器150偵測到輸出電流IOUT之電流值下降至零電流時，則偵測器150會傳送此一偵測結果RS至控制器160。接著，控制器160會根據此一偵測結果RS傳送第一控制信號CS1至高側輸出驅動器110以禁能高側輸出驅動器110以避免高側輸出驅動器110發生過電流之情形。之後輸出電壓VOUT與系統電壓VCC處於相同之電壓準位。

另一方面，於第三參考電壓VREF3為接地電壓時，當偵測器150偵測到輸出電流IOUT大於所述電流門檻值時(亦即，高側輸出驅動器110可能即將發生過電流之情形)，則會傳送此一偵測結果RS至控制器160。接著，控制器160會根據所接收到之偵測結果RS傳送第一控制信號CS1至高側輸出驅動器110以禁能高側輸出驅動器110，並且同時傳送第二控制信號CS2至低側輸出驅動器130以致能低側輸出驅動器130以建立第二電流通道(second current channel)進而改變輸出電流IOUT之電流路徑，藉此以將輸出電流IOUT引導至低側輸出驅動器110內之第二電流通道以釋放輸出電流IOUT至接地電壓GND。由於，第二電流通道相較於第二基極選擇器140具有低阻抗之特性，因此在釋放輸出電流IOUT之暫態期間時，輸出電壓VOUT之電壓突波不會抖動過低，進而能夠保護與輸出電壓VOUT電性連接之相關電子元件。須注意的是，在本實施例中，在釋放輸出電流IOUT之暫態期間，偵測器150亦會不斷地偵測輸出電流IOUT之電流值變化，當偵測器150偵測到輸出電流IOUT之電流值下降至零電流時，則偵測器150會傳送此一偵測結果RS至控制器160。接著，控制器160會根據此一偵測結果RS傳送第二控制信號CS2至低側輸出驅動器130以禁能低側輸出驅動器130以避免低側 輸出驅動器130發生過電流之情形。之後輸出電壓VOUT與接地電壓GND處於相同之電壓準位。

為了更詳細地說明本發明所述之輸出級電路100的運作流程，以下將舉多個實施例中至少之一來作更進一步的說明。

在接下來的多個實施例中，將描述不同於上述圖1實施例之部分，且其餘省略部分與上述圖1實施例之部分相同。此外，為說明便利起見，相似之參考數字或標號指示相似之元件。

〔輸出級電路的另一實施例〕

請參照圖2，圖2為根據本發明實施例之輸出級電路之細部電路示意圖。如圖2所示，與上述圖1實施例不同的是，在本實施例中，高側輸出驅動器110包括第一P型電晶體MP1，並且低側輸出驅動器130包括第一N型電晶體MN1。第一P型電晶體MP1具有一第一本體二極體D1，第一P型電晶體MP1之閘極接收第一控制信號CS1並據此決定導通或關閉狀態，第一P型電晶體MP1之源極連接系統電壓VCC，第一P型電晶體MP1之汲極輸出所述輸出電壓VOUT，第一P型電晶體MP1之基極連接第一基極選擇器120。第一N型電晶體MN1具有第二本體二極體D2，第一N型電晶體MN1之閘極接收第二控制信號CS2並據此決定導通或關閉狀態，第一N型電晶體MN1之源極連接接地電壓GND，第一N型電晶體MN1之汲極連接第一P型電晶體MP1之汲極，第一N型電晶體MN1之基極連接第二基極選擇器140。

接下來要教示的，是進一步說明輸出級電路200的工作原理，以更清楚瞭解本揭露內容。

請同時參照圖1~圖3，圖3為對應圖2所繪示之輸出級電路之驅動波形圖。在本實施例中之輸出級電路200，於電感L之另一端電性連接至第三參考電壓VREF3為系統電壓VCC時，同樣地，在時間t11到時間t12之間，輸出電壓VOUT不斷地往系統電壓VCC之電壓準位上升並且輸出電流IOUT亦不斷地上升，其中輸出電流 IOUT之電流路徑為符號A所示。當在時間t12時，偵測器150偵測到流經電感L上之輸出電流IOUT之電流值大於所述電流門檻值時(亦即第一N型電晶體MN1可能即將發生過電流之情形)，則會傳送此一偵測結果RS至控制器160，其中設計者可以依照實際電路應用需求來進一步設計電流門檻值。接著，控制器160會根據所接收到之偵測結果RS會將高電壓準位之第一控制信號CS1轉態至低電壓準位並且傳送第一控制信號CS1至第一P型電晶體MP1以導通第一P型電晶體MP1且建立第一電流通道(first current channel)，其中具有低阻抗特性之第一電流通道為第一P型電晶體MP1之汲源極間之P型通道(p-channel)，並且同時將高電壓準位之第二控制信號CS2轉態至低電壓準位並且傳送第二控制信號CS2至第一N型電晶體MN1以關閉第一N型電晶體MN1進而改變輸出電流IOUT之電流路徑，藉此以將輸出電流IOUT引導至第一P型電晶體MP1內之第一電流通道(first current channel)以釋放輸出電流IOUT至系統電壓VCC之一端，其中輸出電流IOUT之電流路徑為符號B所示，且其電流量開始呈現下降之趨勢。由於，輸出電流IOUT流經第一電流通道之電流路徑相較於輸出電流IOUT流經第一本體二極體D1與第一基極選擇器120之電流路徑具有低阻抗之特性，故於時間t12~時間t13時，亦即在釋放輸出電流IOUT之暫態期間，輸出電壓VOUT之電壓突波不會抖動過高，亦即輸出電壓VOUT之電壓最大抖動並不會高於系統電壓VCC太多，因此進而能夠保護與輸出電壓VOUT電性連接之相關電子元件。須注意的是，在本實施例中，在釋放輸出電流IOUT之暫態期間(亦即時間t12~時間t13)，偵測器150亦會不斷地偵測輸出電流IOUT之電流值變化，當在時間t13時，偵測器150偵測到輸出電流IOUT之電流值下降至零電流時，偵測器150會傳送此一偵測結果RS至控制器160。接著，控制器160會根據此一偵測結果RS將低電壓準位之第一控制信號CS1轉態至高電壓準位並且傳送第一控制信號CS1至第一P型電晶體MP1以關 閉第一P型電晶體MP1以避免第一P型電晶體MP1發生過電流之情形。之後輸出電壓VOUT與系統電壓VCC處於相同之電壓準位。

另一方面，請同時參照圖1、圖4與圖5，圖4為根據本發明之輸出級電路之細部電路圖。圖5為對應圖4所繪示之輸出級電路之驅動波形圖。在進行下述說明前，須先說明的是，相較於圖2之輸出級電路200，圖4之輸出級電路400之相異處在於電流路徑之不同，如電流路徑A對應於電流路徑A’，電流路徑B對應於電流路徑B’。

在本實施例中，於輸出級電路400內之電感L之另一端電性連接至第三參考電壓VREF3為接地電壓GND時，在時間t21到時間t22之間，輸出電壓VOUT不斷地往接地電壓GND之電壓準位下降，並且輸出電流IOUT不斷地上升，其中輸出電流IOUT之電流路徑為符號A’所示。當在時間t22時，偵測器150偵測到流經電感L上之輸出電流IOUT之電流值大於所述電流門檻值時(亦即第一P型電晶體MP1可能即將發生過電流之情形)，則會傳送此一偵測結果RS至控制器160，其中設計者可以依照實際電路應用需求來進一步設計電流門檻值。接著，控制器160會根據所接收到之偵測結果RS會將低電壓準位之第二控制信號CS2轉態至高電壓準位並且傳送第二控制信號CS2至第一N型電晶體MN1以導通第一N型電晶體MN1且建立第二電流通道(second current channel)，其中具有低阻抗特性之第二電流通道為第一N型電晶體MN1之汲源極間之N型通道(n-channel)，並且同時將低電壓準位之第一控制信號CS1轉態至高電壓準位並且傳送第一控制信號CS1至第一P型電晶體MP1以關閉第一P型電晶體MP1進而改變輸出電流IOUT之電流路徑，藉此以將輸出電流IOUT引導至第一N型電晶體MN1內之第二電流通道(second current channel)以釋放輸出電流IOUT至接地電壓GND之一端，其中此時之輸出電流IOUT之電流路徑如符號B’所示，且其電流量開始呈現下降之趨勢。由於，輸出電流IOUT流經第二電流 通道之電流路徑相較於輸出電流IOUT流經第二本體二極體D2與第二基極選擇器140之電流路徑具有低阻抗之特性，故於時間t22~時間t23時，亦即在釋放輸出電流IOUT之暫態期間，輸出電壓VOUT之電壓突波不會抖動過低，亦即輸出電壓VOUT之電壓最大抖動並不會低於接地電壓GND太多，因此進而能夠保護與輸出電壓VOUT電性連接之相關電子元件。須注意的是，在本實施例中，在釋放輸出電流IOUT之暫態期間(亦即時間t22~時間t23)，偵測器150亦會不斷地偵測輸出電流IOUT之電流值變化，當在時間t23時，偵測器150偵測到輸出電流IOUT之電流值下降至零電流時，偵測器150會傳送此一偵測結果RS至控制器160。接著，控制器160會根據此一偵測結果RS將高電壓準位之第二控制信號CS2轉態至低電壓準位並且傳送第二控制信號CS2至第一N型電晶體MN1以關閉第一N型電晶體MN1而進入穩態期間，以避免第一N型電晶體MN1發生過電流之情形。之後，當進入穩態期間時，輸出電壓VOUT會被穩定在與接地電壓GND相同之電壓準位。

在接下來的多個實施例中，將描述不同於上述圖4實施例之部分，且其餘省略部分與上述圖4實施例之部分相同。此外，為說明便利起見，相似之參考數字或標號指示相似之元件。

〔輸出級電路的再一實施例〕

請參照圖6，圖6為根據本發明再一實施例之輸出級電路之細部電路示意圖。與上述圖4實施例不同的是，高側輸出驅動器110更包括第二P型電晶體MP2，並且低側輸出驅動器130更包括第二N型電晶體MN2。第二P型電晶體MP2具有第三本體二極體D3，第二P型電晶體MP2之源極連接第一P型電晶體MP1之汲極，第二P型電晶體MP2之閘極接收第三控制信號CS3並據此決定導通或關閉狀態，並且第二N型電晶體MN2具有第四本體二極體D4，第二N型電晶體MN2之汲極連接第二P型電晶體MP2之汲極且輸出所述輸出電壓VOUT，第二N型電晶體MN2之閘極接收第四控制信號CS4並 據此決定導通或關閉狀態，第二N型電晶體MN2之源極連接第一N型電晶體MN1之汲極。簡單來說，本實施例是以電晶體疊接(cascode)方式來建構輸出級電路600，因此只要不脫離以電晶體疊接(cascode)方式來建構輸出級電路之精神內，皆屬於本實施例所要揭露之範圍內。

如有必要時，接下來之揭露內容，請同時參照圖3之驅動波形圖以更了解本實施例，其中第三控制信號CS3之波形相同於第一控制信號CS1，第四控制信號CS4之波形相同於第二控制信號CS2。在本實施例中之輸出級電路600，於電感L之另一端電性連接至第三參考電壓VREF3為系統電壓VCC時，同樣地，輸出電壓VOUT不斷地往系統電壓VCC之電壓準位上升並且輸出電流IOUT亦不斷地上升。當偵測器150偵測到流經電感L上之輸出電流IOUT之電流值大於所述電流門檻值時(亦即第一N型電晶體MN1或第二N型電晶體MN2可能即將發生過電流之情形)，則會傳送此一偵測結果RS至控制器160，其中設計者亦可以依照實際電路應用需求來進一步設計電流門檻值。接著，控制器160會根據所接收到之偵測結果RS會將高電壓準位之第一控制信號CS1與第三控制信號CS3轉態至低電壓準位並且傳送第一及第三控制信號CS1、CS3至對應的第一及第二P型電晶體MP1、MP2以導通第一及第三P型電晶體MP1、MP2且建立第一電流通道及第三電流通道，其中具有低阻抗特性之第一電流通道及第三電流通道分別為第一及第二P型電晶體MP1、MP2之汲源極間之P型通道(p-channel)，並且控制器160同時將高電壓準位之第二及第四控制信號CS2、CS4轉態至低電壓準位並且將第二及第四控制信號CS2、CS4傳送至第一及第二N型電晶體MN1、MN2以關閉第一及第二N型電晶體MN1、MN2進而改變輸出電流IOUT之電流路徑，藉此以將輸出電流IOUT引導至第一及第二P型電晶體MP1、MP2內之第一及第三電流通道以釋放輸出電流IOUT至系統電壓VCC之一端，此時輸出電流IOUT之電流值開始呈 現下降之趨勢。由於，輸出電流IOUT流經第一及第三電流通道之電流路徑相較於輸出電流IOUT流經第一及第三本體二極體D1、D3與第一基極選擇器120之電流路徑具有低阻抗之特性，故在釋放輸出電流IOUT之暫態期間，輸出電壓VOUT之電壓突波不會抖動過高，亦即輸出電壓VOUT之電壓最大抖動並不會高於系統電壓VCC太多，據此能夠保護與輸出電壓VOUT電性連接之相關電子元件。須注意的是，在本實施例中，在釋放輸出電流IOUT之暫態期間，偵測器150亦會不斷地偵測輸出電流IOUT之電流值變化，當偵測器150偵測到輸出電流IOUT之電流值下降至零電流時，偵測器150會傳送此一偵測結果RS至控制器160。接著，控制器160會根據此一偵測結果RS將低電壓準位之第一及第三控制信號CS1、CS3轉態至高電壓準位並且將第一及第三控制信號CS1、CS3傳送至對應的第一及第二P型電晶體MP1、MP2以關閉第一及第二P型電晶體MP1、MP2以避免第一及第二P型電晶體MP1、MP2發生過電流之情形。之後輸出電壓VOUT與系統電壓VCC處於相同之電壓準位。

另一方面，請繼續參照圖6且如有必要時，接下來之揭露內容，請同時參照圖5之驅動波形圖以更了解本實施例，其中第三控制信號CS3之波形相同於第一控制信號CS1，第四控制信號CS4之波形相同於第二控制信號CS2。於電感L之另一端電性連接至第三參考電壓VREF3為接地電壓GND時，輸出電壓VOUT不斷地往接地電壓GND之電壓準位下降並且輸出電流IOUT亦不斷地上升。同樣地，當偵測器150偵測到流經電感L上之輸出電流IOUT之電流值大於所述電流門檻值時(亦即第一P型電晶體MP1或第二P型電晶體MP2可能即將發生過電流之情形)，則會傳送此一偵測結果RS至控制器160，其中設計者亦可以依照實際電路應用需求來進一步設計電流門檻值。接著，控制器160會根據所接收到之偵測結果RS會將低電壓準位之第二控制信號CS2與第四控制信號CS4轉態至高電壓準位並且傳送第二及第四控制信號CS2、CS4至對應的第一及第 二N型電晶體MN1、MN2以導通第一及第二N型電晶體MN1、MN2且建立第二電流通道及第四電流通道，其中具有低阻抗特性之第二電流通道及第四電流通道分別為第一及第二N型電晶體MN1、MN2之汲源極間之n型通道(n-channel)，並且控制器160同時將低電壓準位之第一及第三控制信號CS1、CS3轉態至高電壓準位並且將第一及第三控制信號CS1、CS3傳送至第一及第二P型電晶體MP1、MP2以關閉第一及第二P型電晶體MP1、MP2進而改變輸出電流IOUT之電流路徑，藉此以將輸出電流IOUT引導至第一及第二N型電晶體MN1、MN2內之第二及第四電流通道以釋放輸出電流IOUT至接地電壓GND之一端，此時輸出電流IOUT之電流值亦開始呈現下降之趨勢。由於，輸出電流IOUT流經第二及第四電流通道之電流路徑相較於輸出電流IOUT流經第二及第四本體二極體D2、D4與第二基極選擇器140之電流路徑具有低阻抗之特性，故在釋放輸出電流IOUT之暫態期間，輸出電壓VOUT之電壓突波不會抖動過低，亦即輸出電壓VOUT之電壓最大抖動並不會低於接地電壓GND太多，據此能夠保護與輸出電壓VOUT電性連接之相關電子元件。須注意的是，在本實施例中，在釋放輸出電流IOUT之暫態期間，偵測器150亦會不斷地偵測輸出電流IOUT之電流值變化，當偵測器150偵測到輸出電流IOUT之電流值下降至零電流時，偵測器150會傳送此一偵測結果RS至控制器160。接著，控制器160會根據此一偵測結果RS將高電壓準位之第二及第四控制信號CS2、CS4轉態至低電壓準位並且將第二及第四控制信號CS2、CS4傳送至對應的第一及第二N型電晶體MN1、MN2以關閉第一及第二N型電晶體MN1、MN2而進入穩態期間，以避免第一及第二N型電晶體MN1、MN2發生過電流之情形。之後輸出電壓VOUT與接地電壓GND處於相同之電壓準位。

〔輸出級電路之過電流保護方法的一實施例〕

請參照圖7，圖7為根據本發明實施例輸出級電路之過電流保護方法之流程圖。本例所述的方法可以在圖1、圖2、圖4與圖6所示輸出級電路上執行，因此請一併照圖1至圖3以利理解。在本實施例中，輸出級電路之過電流保護方法包括以下步驟：偵測一輸出電流之電流值(步驟S710)。判斷高側輸出驅動器或低側輸出驅動器是否過電流(步驟S720)。當輸出電流之電流值大於電流門檻值而使得低側輸出驅動器過電流時，則禁能低側輸出驅動器且致能高側輸出驅動器以開啟第一電流通道，藉此以降低輸出電流之電流值與輸出電壓之電壓突波，且當輸出電流下降至零後，禁能高側輸出驅動器。(步驟S730)。當輸出電流之電流值大於電流門檻值而使得高側輸出驅動器過電流時，則禁能高側輸出驅動器且致能低側輸出驅動器以開啟第二電流通道，藉此以降低輸出電流之電流值與輸出電壓之電壓突波，且當輸出電流下降至0後，禁能低側輸出驅動器。(步驟S740)。簡單來說，輸出級電路之過電流保護方法在不脫離為當偵測輸出電流大於電流門檻值時，則改變輸出電流之電流路徑至較低阻抗之電流通道，以釋放輸出電流，藉此以避免輸出電壓之電壓突波過大而損害鄰接之電子元件之精神下，皆屬於本發明之技術思想所要揭露的範圍內。

關於輸出級電路之過電流保護方法之各步驟的相關細節在上述圖1~圖6實施例已詳細說明，在此恕不贅述。在此須說明的是，圖7實施例之各步驟僅為方便說明之須要，本發明實施例並不以各步驟彼此間的順序作為實施本發明各個實施例的限制條件。

〔音頻放大系統的一實施例〕

請參照圖8，圖8為根據本發明實施例之音頻放大系統之電路區塊圖。音頻放大系統800包括前級放大器810、輸出級電路820與負載830。在本實施例中，前級放大器810接收且放大一輸入訊號IN，輸出級電路820電性連接前級放大器820，以接收一輸出信號 VOUT’，並且傳送一輸出電壓VOUT至一負載830。輸出級電路820可以是上述實施例輸出級電路100、200、400與600的其中之一。

〔實施例的可能功效〕

綜上所述，本發明實施例所提出之輸出級電路及其過電流保護方法與音頻放大系統，利用偵測輸出電流是否大於電流門檻值來決定是否改變輸出電流之電流路徑，亦即引導輸出電流至第一電流通道或第二電流通道以降低輸出電流之電流值，並且能夠降低輸出電壓之電壓突波，以避免損害或擊穿連接至輸出電壓之相關電子元件。

以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。

200‧‧‧輸出級電路

110‧‧‧高側輸出驅動器

120‧‧‧第一基極選擇器

130‧‧‧低側輸出驅動器

140‧‧‧第二基極選擇器

A、B‧‧‧電流路徑

CS1‧‧‧第一控制信號

CS2‧‧‧第二控制信號

D1、D2‧‧‧本體二極體

GND‧‧‧接地電壓

MP1‧‧‧第一P型電晶體

MN1‧‧‧第一N型電晶體

L‧‧‧電感

IOUT‧‧‧輸出電流

VCC‧‧‧系統電壓

VOUT‧‧‧輸出電壓

VREF1‧‧‧第一參考電壓

VREF2‧‧‧第二參考電壓

Claims (13)

1. 一種輸出級電路，包括：一高側輸出驅動器，電性連接一系統電壓與一第一控制信號；一第一基極選擇器，電性連接該高側輸出驅動器，接收一第一參考電壓與該系統電壓；一低側輸出驅動器，電性連接一接地電壓與一第二控制信號，其中該高側輸出驅動器直接連接至該低側輸出驅動器之處產生一輸出電壓；一第二基極選擇器，電性連接該低側輸出驅動器，接收一第二參考電壓與該接地電壓；以及一電感，其一端電性連接至該輸出電壓，其另一端電性連接一第三參考電壓，並且具有一輸出電流流經該電感，當該輸出電流之電流值大於一電流門檻值而使得該低側輸出驅動器過電流時，則禁能受控於該第二控制信號之該低側輸出驅動器，並且致能受控於該第一控制信號之該高側輸出驅動器以建立一第一電流通道進而改變該輸出電流之電流路徑，藉此降低該輸出電流之電流值與該輸出電壓之電壓突波，當該輸出電流之電流值超過該電流門檻值而使得該高側輸出驅動器過電流時，則禁能受控於該第一控制信號之該高側輸出驅動器，並且致能受控於該第二控制信號之該高側輸出驅動器以建立一第二電流通道進而改變該輸出電流之電流路徑，藉此降低該輸出電流之電流值與該輸出電壓之電壓突波。
2. 如申請專利範圍第1項所述之輸出級電路，其中當該輸出電流下降至零電流時，則禁能受控於該第一控制信號之該高側輸出驅動器以關閉該第一電流通道，其中該第一電流通道相較於該第一基極選擇器具有較低阻抗之特性。
3. 如申請專利範圍第1項所述之輸出級電路，其中當該輸出電流下降至零電流時，則禁能受控於該第二控制信號之該低側輸出驅動器以關閉該第二電流通道，其中該第二電流通道相較於該第二基極選擇器具有較低阻抗之特性。
4. 如申請專利範圍第1項所述之輸出級電路，更包括：一偵測器，用以偵測該輸出電流是否大於該電流門檻值或為零電流，並據此傳送一偵測結果；以及一控制器，電性連接該偵測器，並根據所接收之該偵測結果分別傳送該第一及該第二控制信號至對應的該高側輸出驅動器與該低側輸出驅動器，以控制其禁能或致能狀態。
5. 如申請專利範圍第1項所述之輸出級電路，其中該第三參考電壓為該系統電壓或該接地電壓。
6. 如申請專利範圍第1項所述之輸出級電路，其中該高側輸出驅動器包括一第一P型電晶體，並且該低側輸出驅動器包括一第一N型電晶體，其中該第一P型電晶體，具有一第一本體二極體，其閘極接收該第一控制信號並據此決定導通或關閉狀態，其源極連接該系統電壓，其汲極輸出該輸出電壓，其基極連接該第一基極選擇器，並且該第一N型電晶體，具有一第二本體二極體，其閘極接收該第二控制信號並據此決定導通或關閉狀態，其源極連接該接地電壓，其汲極連接該第一P型電晶體之汲極，其基極連接該第二基極選擇器，其中當該輸出電流之電流值大於一電流門檻值而使得該第一N型電晶體過電流時，則禁能受控於該第二控制信號之該第一N型電晶體，並且致能受控於該第一控制信號之該第一P型電晶體以建立該第一電流通道，藉此降低該輸出電流之電流值與該輸出電壓之電壓突波，其中該第一電流通道為該第一P型電晶體之汲源極間之通道。
7. 如申請專利範圍第6項所述之輸出級電路，其中當該輸出電流之電流值大於一電流門檻值而使得該第一P型電晶體過電流 時，則禁能受控於該第一控制信號之該第一P型電晶體，並且致能受控於該第二控制信號之該第一N型電晶體以建立該第二電流通道，藉此降低該輸出電流之電流值與該輸出電壓之電壓突波，其中該第二電流通道為該第一N型電晶體之汲源極間之通道。
8. 如申請專利範圍第6項所述之輸出級電路，其中該高側輸出驅動器更包括一第二P型電晶體，並且該低側輸出驅動器更包括一第二N型電晶體，其中該第二P型電晶體，具有一第三本體二極體，其源極連接該第一P型電晶體之汲極，其閘極接收一第三控制信號並據此決定導通或關閉狀態，並且該第二N型電晶體，具有一第四本體二極體，其汲極連接該第二P型電晶體之汲極且輸出該輸出電壓，其閘極接收一第四控制信號並據此決定導通或關閉狀態，其源極連接該第一N型電晶體之汲極。
9. 一種輸出級電路之過電流保護方法，該輸出級電路包括一高側輸出驅動器、一第一基極選擇器、一低側輸出驅動器、一第二基極選擇器與一電感，其中該高側輸出驅動器電性連接一系統電壓與一第一控制信號，該第一基極選擇器電性連接該高側輸出驅動器，且接收一第一參考電壓與該系統電壓，該低側輸出驅動器電性連接一接地電壓與一第二控制信號，而該高側輸出驅動器直接連接至該低側輸出驅動器之處產生一輸出電壓，該第二基極選擇器電性連接該低側輸出驅動器且接收一第二參考電壓與該接地電壓，該電感之一端電性連接至該輸出電壓，其另一端電性連接一第三參考電壓，並且具有一輸出電流流經該電感，該過電流保護方法包括：偵測一輸出電流之電流值；判斷該高側輸出驅動器或該低側輸出驅動器是否過電流；當該輸出電流之電流值大於一電流門檻值而使得該低側輸出驅動器過電流時，則禁能該低側輸出驅動器且致能該高側 輸出驅動器以建立一第一電流通道，藉此以降低該輸出電流之電流值與該輸出電壓之電壓突波；以及當該輸出電流之電流值大於一電流門檻值而使得該高側輸出驅動器過電流時，則禁能該高側輸出驅動器且致能該低側輸出驅動器以建立一第二電流通道，藉此以降低該輸出電流之電流值與該輸出電壓之電壓突波。
10. 如申請專利範圍第9項所述之過電流保護方法，更包括：當該輸出電流下降至零電流時，則禁能受控於該第一控制信號之該高側輸出驅動器以關閉該第一電流通道，其中該第一電流通道相較於該第一基極選擇器具有較低阻抗之特性。
11. 如申請專利範圍第9項所述之過電流保護方法，更包括：當該輸出電流下降至零電流時，則禁能受控於該第二控制信號之該低側輸出驅動器以關閉該第二電流通道，其中該第二電流通道相較於該第二基極選擇器具有較低阻抗之特性。
12. 如申請專利範圍第9項所述之過電流保護方法，其中該輸出級電路更包括：一偵測器，用以偵測該輸出電流是否大於該電流門檻值或為零電流，並據此傳送一偵測結果；以及一控制器，電性連接該偵測器，並根據所接收之該偵測結果分別傳送該第一及該第二控制信號至對應的該高側輸出驅動器與該低側輸出驅動器，以控制其禁能或致能狀態。
13. 一種音頻放大系統，包括：一前級放大器，接收且放大一輸入訊號；一如申請專利範圍第1項所述之輸出級電路，電性連接該前級放大器；以及一負載，電性連接該輸出級電路，其中該音頻放大系統利用如申請專利範圍第9項所述之過電流保護方法，以降低該輸出電流之電流值與該輸出電壓之電 壓突波。