TWI502837B

TWI502837B - 一種參考電壓為可調整之過電壓保護電路及其操作方法

Info

Publication number: TWI502837B
Application number: TW102133845A
Authority: TW
Inventors: Shih Ming Huang
Original assignee: Mean Well Entpr Co Ltd
Priority date: 2013-09-18
Filing date: 2013-09-18
Publication date: 2015-10-01
Also published as: TW201513512A

Description

一種參考電壓為可調整之過電壓保護電路及其操作方法

本發明是有關於一種參考電壓為可調整之過電壓保護電路，特別是指一種過電壓保護電路，參考電壓為可調整，來設計的過電壓保護電路。

在設計一般的電子產品時，會設計過電壓保護(Over Voltage Protection)單元。當電子產品輸出電壓在異常狀態下，或是電源供應器故障，產生過大電壓輸出，高於規格允許值，此時，過電壓保護單元可保護電子產品，降低電壓，避免損害負載端元件。

請參考第1圖，係示範習用過電壓保護電路，該習用過電壓保護電路應用於電源供應裝置。一般來說，電源供應裝置的工作電壓約在5V至48V左右，如果電力來源的電壓是110V，那就必須透過降壓電路C1，把電壓降壓至工作電壓，電源供應器才可安全工作，降壓電路C1所使用的降壓轉換電路為習知技術，在此就不贅述。降壓電路C1內通常包含一第一電晶體P1，如果降壓電路C1內的該第一電晶體P1故障，發生短路，降壓電路C1未將電力來源的電壓降壓至工作電壓，就直接輸出至電源供應器，電源供應器內的許多電子零件會由於電壓超過工作電壓，而發生故障，像是電容爆裂，或是處理器損壞等等。為了解決這個問題，習用技術開發了過電壓保護電路C2，以降低電壓，保護負載端元件。

接續上述，一般常見的過電壓保護電路C2，主要是包含一個比較器，用以比較一參考電壓V_fix 以及一供應器電壓V_supply ，其中，該參考電壓V_fix 的電壓值係固定不動，而該供應器電壓V_supply 係電源供應器的工作電壓；當該供應器電壓V_supply 高於該參考電壓V_fix 時，表示降壓電路可能已經故障，該第一電晶體P1可能損壞，因此，比較器係輸出電壓至脈寬調變控制器D1與驅動器D2等元件，迫使該供應器電壓V_supply 下降，避免過高的供應器電壓V_supply 傷害電源供應器，保護負載端元件。

上述過電壓保護電路C2理論上可以避免過高的電壓傷害電源供應器。當該供應器電壓V_supply 高於該參考電壓V_fix 時，第二電晶體P2也會被導通，如此，電力來源C3直接接地短路，導致電力來源C3的電壓被拉低。而當電力來源C3的電壓低於脈寬調變控制器D1的操作電壓時，脈寬調變控制器D1會無法運作，此時，第二電晶體P2會被關閉。然後，該供應器電壓V_supply 又會再度高於該參考電壓V_fix ，第二電晶體P2再度被開啟，接著，電力來源C3的電壓又低於脈寬調變控制器D1的操作電壓。如此周而復始造成的震盪電壓，對降壓電路的電子元件和電源供應器都產生傷害。

有鑑於此，由於習用過電壓保護電路仍有諸多缺點，本案之發明人係極力研究，嘗試不同的電子元件及搭配不同的電路，並進行一連串測試，終於研究出本發明一種參考電壓為可調整之過電壓保護電路。

本發明的主要目的，在於提供一種參考電壓為可調整之過電壓保護電路，當負載的電壓改變，只需同時調整參考電壓，即可求得特定電壓，進而保護負載端，避免被燒毀。

為了達到本發明的目的，本發明人係發明了一種參考電壓為可調整之過電壓保護電路，係連接一電源供應器，包括：一緩衝器，具有一第一輸入端、一第二輸入端以及一第一輸出端；其中，該第一輸入端係連接一參考電壓，該參考電壓之電壓係可調整；該第二輸入端則耦接於該第一輸出端；一第一比較器，具有一第三輸入端、一第四輸入端以及一第二輸出端；該第三輸入端與該第一輸出端連接，該第四輸入端係連接一工作電壓，其中，該工作電壓係該電源供應器之工作電壓；該第二輸出端係連接一電晶體，當該第二輸出端輸出一關閉信號時，該電晶體係關閉該電源供應器；一第二比較器，具有一第五輸入端、一第六輸入端以及一第三輸出端；該第三輸出端係連接一輸入電壓，該輸入電壓經過該電源供應器之變壓器之後即產生該工作電壓；該第六輸入端同時與該第一輸出端以及該第三輸入端連接；一第一電阻，一端連接該工作電壓，另一端連接該第五輸入端；以及一第二電阻，一端連接該第一電阻以及該第五輸入端，另一端接地，其中，該第一電阻以及該第二電阻可決定該工作電壓與該參考電壓的比例關係；一第三電阻，其一端耦接於該第一比較器之第四輸入端，另一端接收該工作電壓；一第四電阻，其一端耦接於該第一比較器之第四輸入端，另一端接地；如此，藉由該參考電壓、第三電阻以及第四電阻可求得一特定電壓，而當該工作電壓大於該特定電壓時，該第一比較器係自該第二輸出端輸出一關閉信號。

此外，本發明人還提供過電壓保護電路之保護方法，包括以下步驟：(S1)提供一參考電壓，並求得一特定電壓；(S2)第一比較器比較工作電壓與特定電壓的電壓值，是否工作電壓大於特定電壓的電壓值，以決定輸出一關閉信號至該電晶體，若是，則執行步驟(S3)，若否，則執行步驟(S4)；當工作電壓大於特定電壓的電壓值時，(S3)第一比較器輸出一關閉信號至該電晶體，停止供應電能至該電源供應器；當工作電壓小於特定電壓的電壓值時，(S4)繼續供應電能至該電源供應器，並執行步驟(S2)。

〔本發明〕

1‧‧‧過電壓保護電路

11‧‧‧緩衝器

111‧‧‧第一輸入端

112‧‧‧第二輸入端

113‧‧‧第一輸出端

12‧‧‧第一比較器

121‧‧‧第三輸入端

122‧‧‧第四輸入端

123‧‧‧第二輸出端

13‧‧‧第二比較器

131‧‧‧第五輸入端

132‧‧‧第六輸入端

133‧‧‧第三輸出端

14‧‧‧電晶體

2‧‧‧電源供應器

21‧‧‧第一電源端

22‧‧‧第二電源端

23‧‧‧隔離電路

C1‧‧‧降壓電路

C2‧‧‧過電壓保護電路

C3‧‧‧電力來源

D1‧‧‧第一二極體

D2‧‧‧第二二極體

R1‧‧‧第一電阻

R2‧‧‧第二電阻

R3‧‧‧第三電阻

R4‧‧‧第四電阻

R5‧‧‧第五電阻

R6‧‧‧第六電阻

V1‧‧‧工作電壓

V2‧‧‧參考電壓

V3‧‧‧輸入電壓

D1‧‧‧脈寬調變控制器

D2‧‧‧驅動器

P1‧‧‧第一電晶體

P2‧‧‧第二電晶體

V_supply ‧‧‧該供應器電壓

V_fix ‧‧‧參考電壓

步驟(S1)-步驟(S4)‧‧‧參考電壓為可調整之過電壓保護電路之保護方法流程

第1圖係示範習用過電壓保護電路；第2圖係本發明一種參考電壓為可調整之過電壓保護電路架構圖；第3圖係本發明過電壓保護電路連接變壓器之架構圖；第4圖係本發明一種參考電壓為可調整之過電壓保護電路之保護方法流程圖。

為了能夠更清楚地描述本發明所提出之一種參考電壓為可調整之過電壓保護電路及其操作方法，以下將配合圖式，詳盡說明本發明之較佳實施例。

請參考第2圖以及第3圖，其中，第2圖係本發明一種參考電壓為可調整之過電壓保護電路架構圖，第3圖係本發明過電壓保護電路連接變壓器之架構圖。如第2圖以及第3圖所示，本發明係一種參考電壓為可調整之過電壓保護電路1，係連接一電源供應器2，包括：一緩衝器11，具有一第一輸入端111、一第二輸入端112以及一第一輸出端113；其中，該第一輸入端111係連接一參考電壓V2，該參考電壓V2之電壓係可調整；該第二輸入端112則耦接於該第一輸出端113；一第一比較器12，具有一第三輸入端121、一第四輸入端122以及一第二輸出端123；該第三輸入端121與該第一輸出端113連接，該第四輸入端122係連接一工作電壓V1，其中，該工作電壓V1係該電源供應器2之工作電壓；該第二輸出端123係連接一電晶體14，當該第二輸出端123輸出一關閉信號時，該電晶體14係關閉該電源供應器2；一第二比較器13，具有一第五輸入端131、一第六輸入端132以及一第三輸出端133；該第三輸出端133係連接一輸入電壓V3，該輸入電壓V3經過該電源供應器2之變壓器之後即產生該工作電壓V1；該第六輸入端132同時與該第一輸出端113以及該第三輸入端121連接；一第一電阻R1，一端連接該工作電壓V1，另一端連接該第五輸入端131；以及一第二電阻R2，一端連接該第一電阻R1以及該第五輸入端131，另一端接地，其中，該第一電阻R1以及該第二電阻R2可決定該工作電壓V1與該參考電壓V2的比例關係；一第三電阻R3，其一端耦接於該第一比較器12之第四輸入端122，另一端接收該工作電壓V1；一第四電阻R4，其一端耦接於該第一比較器12之第四輸入端122，另一端接地，在本發明的實施例中，該第四電阻R4的電阻值係小於該第三電阻R3的電阻值；如此，藉由該參考電壓、第三電阻R3以及第四電阻R4可求得一特定電壓，而當該工作電壓V1大於該特定電壓時，該第一比較器12係自該第二輸出端123輸出一關閉信號。

接續上述，本發明還包括一第一二極體D1，其陰極耦接該第三輸出端133，而其陽極則耦接一個隔離電路23，再連接到該輸入電壓V3，該隔離電路23可為變壓器或是光耦合器，依照需求調整應用；一第二二極體D2，係基納二極體(Zener Diode)，其陽極耦接該電晶體14之源極以及該電源供應器2之第一電源端21，其陰極耦接於該電晶體14之汲極以及該電源供應器2之第二電源端22；一第五電阻R5，其一端耦接該緩衝器11之第一輸出端113，另一端耦接該第二比較器13之第六輸入端132；一第六電阻R6，其一端耦接該緩衝器11之第一輸出端113，另一端耦接該第一比較器12之第三輸入端121。

在本發明中，該電晶體14可為金氧半場效電晶體，由於金氧半場效電晶體製造成本低廉，體積小，因此本發明選用金氧半場效電晶體，然而，此僅為本發明之一實施方式，實際上，只要是電晶體，都可應用於本發明之過電壓保護電路。

如第2圖所示，本發明中所指的特定比例係依據該參考電壓V2的電壓值、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3以及第四電阻R4所決定，由於第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3以及第四電阻R4等電阻值係依照需求而設定，使用時，只需改變參考電壓V2的電壓值，就可決定該工作電壓V1的極限值，並關閉電源供應器2。

為說明本發明的操作方法，以下提供一範例。請繼續參考第2圖，首先，先定義工作電壓V1與參考電壓V2的關係，設定第一電阻R1的電阻值為47k，第二電阻R2的電阻值為5.46k，如此，當參考電壓V2為1伏特時，工作電壓V1為9.6伏特，當參考電壓V2為5伏特時，工作電壓V1為48伏特；接著，再以參考電壓V2電壓值乘上第三電阻R3與第四電阻R4的比值，就可以得出特定電壓；如此，當工作電壓V1超過該特定電壓時，透過本發明之過電壓保護電路，即可關閉電源供應器。由上述可知，第三電阻R3與第四電阻R4的比值可客製化預先設定，使用時，依照不同的參考電壓V2，特定電壓也會跟著調整，而能夠保護電源供應器或其他負載端。

請參考第4圖，係本發明一種參考電壓為可調整之過電壓保護電路之保護方法流程圖。如第4圖所示，本發明一種參考電壓為可調整之過電壓保護電路，係可以下列步驟保護：(S1)提供一參考電壓，並求得一特定電壓；(S2)第一比較器比較工作電壓與特定電壓的電壓值，是否工作電壓大於特定電壓的電壓值，以決定輸出一關閉信號至該電晶體，若是，則執行步驟(S3)，若否，則執行步驟(S4)；當工作電壓大於特定電壓的電壓值時，(S3)第一比較器輸出一關閉信號至該電晶體，停止供應電能至該電源供應器；當工作電壓小於特定電壓的電壓值時，(S4)繼續供應電能至該電源供應器，並執行步驟(S2)。

請繼續參考第2圖。在本發明中，該緩衝器11係以比較器來達到緩衝的目的，緩衝器(buffer)可視為一電子開關，使數位電路有能力輸送額外電流給負載。

本發明的過電壓保護電路可連接並保護電源供應器，主要的應用為直流電；實際上，並無限定應用電源供應器，本發明可以調整第一電阻、第二電阻、第三電阻以及第四電阻等的電阻值，來改變參考電壓與工作電壓的關係，接著，即可藉由調整參考電壓來改變特定電壓，因此，只要是直流電的電子設備，皆可應用本發明的過電壓保護電路。

經由上述詳細說明後，已清楚了解本發明的架構，總結上述，本發明具有以下優點：

(1)當負載的電壓改變，只需同時調整參考電壓，即可求得特定電壓，進而保護負載端，避免被燒毀。

(2)藉由基本的電子元件，即可達到保護的功能，能夠節省成本，同時顧及品質。

上述之詳細說明係針對本發明可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。