TWI580160B

TWI580160B - 功率輸出保護電路及方法

Info

Publication number: TWI580160B
Application number: TW104138275A
Authority: TW
Inventors: Yeu Torng Yau; Tsung Liang Hung
Original assignee: Asian Power Devices Inc
Priority date: 2015-11-19
Filing date: 2015-11-19
Publication date: 2017-04-21
Also published as: TW201720027A

Description

功率輸出保護電路及方法

本發明是有關於一種功率輸出保護電路，尤其是有關於一種隨著輸出功率的改變而具有動態保護能力的功率輸出保護電路。

在傳統的輸出保護電路當中，以輸出電壓保護電路為例，一般會設定過電壓以及欠電壓兩個電壓準位，當輸出電壓的準位大於所設定的過電壓準位的時候，啟動過電壓保護模式，藉此避免電子裝置接收的電壓過大而損壞內部元件。類似地，當輸出電壓的準位小於所設定的欠電壓準位的時候，啟動欠電壓保護模式，藉此避免電子裝置接收的電壓過低而損壞內部元件。

然而，由於產品規格的不同，不同的電子裝置所需要的電壓值也會不同，而電源供應器或是充電器，有可能會設計來提供不同的電壓值給特定的電子裝置，這時候僅設定固定的過電壓以及欠電壓兩個電壓保護準位是不夠的，例如將過電壓保護準位設定為12V，對於需求電壓為5V的電子裝置來說便無法達成良好的保護效果，因為當輸出電壓超過5V而低於12V的時候，對於此電子裝置來說已經是過電壓狀態，但是過電壓保護模式卻無法及時啟動。

本發明提供一種功率輸出保護電路，其可用來解決上述的問題。

本發明另提供一種適用於上述功率輸出保護電路的功率輸出保護方法。

本發明提出的一種功率輸出保護電路，包括電源轉換單元、第一訊號控制單元、回授單元、第一比較單元以及保護控制單元。電源轉換單元用以接收電源並將其轉換後產生輸出訊號。第一訊號控制單元用以接收控制訊號並依據所接收的控制訊號而將輸出訊號轉換成第一預設值。回授單元用以將第一預設值處理後回授至電源轉換單元以控制輸出訊號的功率。第一比較單元用以將第一預設值以及第一參考值進行比較而產生第一比較結果。保護控制單元用以依據第一比較結果而決定是否輸出保護控制訊號並據此調整輸出訊號的功率。

本發明又提出的一種功率輸出保護方法，適用於上述的功率輸出保護電路，此方法包括下列步驟：接收電源並將所接收的電源轉換後產生輸出訊號；接收控制訊號並依據所接收的控制訊號而將輸出訊號轉換成預設值；將預設值處理後回授至電源轉換單元以控制輸出訊號的功率；將預設值以及參考值進行比較而產生比較結果；以及依據比較結果而決定是否輸出保護控制訊號並據此調整輸出訊號的功率。

本發明因採用第一訊號控制單元以及回授單元來控制電源轉換單元所輸出的功率，並且藉由第一比較單元來將第一訊號控制單元根據所接收的控制訊號以及所接收的輸出訊號而產生的第一預設值與第一參考值進行比較所產生的比較結果來判斷輸出訊號的功率是否異常，若輸出訊號的功率異常則藉由保護控制單元所輸出的保護控制訊號來調整輸出訊號的功率，或是重置電源轉換單元，因此可以隨著輸出功率的變動而具有動態的輸出功率保護功效。

100、200、300、400、500‧‧‧功率輸出保護電路

10‧‧‧電源轉換單元

11、32、41、42、52‧‧‧訊號控制單元

12‧‧‧回授單元

13、23、33、53‧‧‧比較單元

15‧‧‧保護控制單元

31、51‧‧‧感測單元

Vin‧‧‧輸入電源

Vout‧‧‧輸出訊號

Control‧‧‧控制訊號

V1、V2、V3、I1‧‧‧預設值

Vref1、Vref2、Iref‧‧‧參考值

Vres1、Vres2、Ires‧‧‧比較結果

Sp‧‧‧保護控制訊號

OVP‧‧‧過電壓保護值

UVP‧‧‧欠電壓保護值

S701~S705‧‧‧步驟

圖1為本發明一實施例的功率輸出保護電路的方塊圖；圖2為本發明另一實施例的功率輸出保護電路的方塊圖；圖3為本發明又一實施例的功率輸出保護電路的方塊圖；圖4為本發明再一實施例的功率輸出保護電路的方塊圖；圖5為本發明又再一實施例的功率輸出保護電路的方塊圖；圖6為本發明一實施例的功率輸出保護電路的波形示意圖；圖7為本發明一實施例的功率輸出保護方法的流程圖。

圖1為本發明一實施例的功率輸出保護電路的方塊圖。如圖1所示，功率輸出保護電路100包括電源轉換單元10、第一訊號控制單元11、回授單元12、第一比較單元13以及保護控制單元15。電源轉換單元10用以接收電源Vin並將其轉換後產生輸出訊號Vout。第一訊號控制單元11用以接收控制訊號Control並依據所接收的控制訊號Control而將輸出訊號Vout轉換成第一預設值V1。回授單元12用以將第一預設值V1處理後回授至電源轉換單元10以控制輸出訊號Vout的功率。第一比較單元13用以將第一預設值V1以及第一參考值Vref1進行比較而產生第一比較結果Vres1。保護控制單元15用以依據第一比較結果Vres1而決定是否輸出保護控制訊號Sp並據此調整輸出訊號Vout的功率。

承上述，在本實施例中，電源Vin例如是一個電壓電源，而輸出訊號Vout例如是一個輸出電壓，第一預設值V1以及第一參考值Vref1也都是電壓訊號，但本發明並不以此為限。此外，電源轉換單元10例如是一個交流轉直流或是直流轉直流的電源轉換器，而第一訊號控制單元11例如是包含串聯電阻而形成的可變電阻，藉由接收的控制訊號Control來改變其阻值並藉由分壓定理來產生第一預設值V1。回授單元12例如是一個負回授的閉迴路放大電路，其可將第一控制單元11產生的第一預設值V1進行放大或是縮小的訊號處理，接著搭配比較器進行脈寬調變(Power Width Modulation)而提升或是降低電源轉換單元10所產生的輸出訊號Vout，藉此得到所需要的輸出電壓。特別一提的是，由於負回授的閉迴路放大電路的正輸入端以及負輸入端實質上可視為虛接地(Virtual Ground)，因此當第一訊號控制單元11因應控制訊號Control而改變分壓的時候，在穩定狀態下的第一預設值V1會與閉迴路放大電路的正輸入端所接收的參考電壓實質上相同，因此第一預設值V1在穩定狀態下實質上會回到一個定值。然而，當輸入電源Vin不穩定的時候，第一預設值V1會也會跟著不穩定，因此只要將第一預設值V1與第一參考值Vref1做比較就可以從第一比較結果Vres1得知輸出訊號Vout是否處在過電壓或是欠電壓的狀態，當輸出訊號Vout有過電壓或是欠電壓的情況時，保護控制單元15便會對應地送出保護控制訊號Sp來控制回授單元12所輸出的脈寬(Power Width)以將輸出訊號Vout調整成正常值，或是重置電源轉換單元10以避免異常的輸出訊號Vout對後端裝置造成不良的影響。以下將根據與上述相同的原理而提出多個不同的實施例。

圖2為本發明另一實施例的功率輸出保護電路的方塊圖。圖2與圖1中相同的標號表示相同的元件或訊號，而圖2與圖1的差異在於，圖2的功率輸出保護電路200更包括第二比較單元23，用以將第一預設值V1以及第二參考值Vref2進行比較而產生第二比較結果Vres2。第一參考值Vref1與第二參考值Vref2不同，保護控制單元15依據第一比較結果Vres1以及第二比較結果Vres2至少其中之一而輸出保護控制訊號Sp。在本實施例中，第一比較結果Vres1是在第一預設值V1實質上大於第一參考值Vref1的時候產生，也就是用以偵測過電壓，而第二比較結果Vres2是在第一預設值V1實質上小於第二參考值Vref2的時候產生，也就是用以偵測欠電壓。

圖3為本發明又一實施例的功率輸出保護電路的方塊圖。圖3與圖2中相同的標號表示相同的元件或訊號，而圖3與圖2的差異在於，圖3的功率輸出保護電路300更包括感測單元31、第二訊號控制單元32以及電流值比較單元33。感測單元31用以接收輸出訊號Vout並感測輸出訊號Vout中的電流成分而對應地輸出電流訊號Iout。第二訊號控制單元32用以接收控制訊號Control並依據控制訊號Control而將電流訊號Iout轉換成電流預設值I1。電流值比較單元33用以將電流預設值I1以及電流參考值Iref進行比較而產生電流值比較結果Ires。保護控制單元15依據第一比較結果Vres1、第二比較結果Vres2或電流值比較結果Ires至少其中之一而決定是否輸出保護控制訊號Sp並據此調整輸出訊號Vout的功率。

圖4為本發明再一實施例的功率輸出保護電路的方塊圖。圖4與圖2中相同的標號表示相同的元件或訊號。圖4與圖2的差異在於，圖4的功率輸出保護電路400更包括第二訊號控制單元41以及第三訊號控制單元42。第二訊號控制單元41用以接收控制訊號Control並依據控制訊號Control而將輸出訊號Vout轉換成第二預設值V2。類似地，第三訊號控制單元42用以接收控制訊號Control並依據控制訊號Control而將輸出訊號Vout轉換成第三預設值V3。回授單元11用以將第一預設值V1處理後(如前面對圖1的說明所述)回授至電源轉換單元10以控制輸出訊號Vout的功率。與圖2不同的是，在圖4中，第一比較單元13用以將第二預設值V2以及第一參考值Vref1進行比較而產生比較結果，第二比較單元23用以將第三預設值V3以及第二參考值Vref2進行比較而產生比較結果，保護控制單元15則用以依據第一比較單元13以及第二比較單元23所產生的比較結果至少其中之一而決定是否輸出保護控制訊號Sp並據此調整輸出訊號Vout的功率。具體來說，圖4由於採用了第二訊號控制單元41以及第三訊號控制單元42來將輸出訊號Vout對應地轉換為第二預設值V2以及第三預設值V3，因此可以依據不同的使用需求而設定不同的過電壓以及欠電壓保護預設值，而不必如圖2一般侷限於固定的第一預設值V1。同樣地，圖4的功率輸出保護電路400當中的輸出訊號Vout、第一預設值V1、第二預設值V2、第三預設值V3、第一參考值Vref1以及第二參考值Vref2都是電壓訊號。

圖5為本發明又再一實施例的功率輸出保護電路的方塊圖。圖5與圖4中相同的標號表示相同的元件或訊號。圖5與圖4差異在於，圖5的功率輸出保護電路500更包括感測單元51、第四訊號控制單元52以及電流值比較單元53。感測單元51用以接收輸出訊號Vout並感測輸出訊號Vout中的電流成分而對應輸出電流訊號Iout。第四訊號控制單元52 用以接收控制訊號Control並依據控制訊號Control而將電流訊號Iout轉換成電流預設值I1。電流值比較單元53用以將電流預設值I1以及電流參考值Iref進行比較而產生電流值比較結果Ires。保護控制單元15依據第一比較結果Vres1、第二比較結果Vres2或電流值比較結果Ires至少其中之一而決定是否輸出保護控制訊號Sp並據此調整輸出訊號Vout的功率。

圖6為本發明一實施例的功率輸出保護電路的波形示意圖。如圖6所示，假設輸出訊號Vout根據不同的後端裝置(圖未示)而有5V、9V以及12V三種需求，應用本發明各個實施例中的功率輸出保護電路可以將過電壓保護值OVP設定為輸出訊號Vout的10%，又可以將欠電壓保護值UVP設定為輸出訊號Vout的-20%，但並不以此為限。此外，根據圖4所示的功率輸出保護電路400，可以更彈性地調整過電壓以及欠電壓的保護值，而不必在5V、9V以及12V的需求電壓之下都採用相同百分比的過電壓、欠電壓保護值，例如在需求電壓5V的過電壓保護值為10%，而在需求電壓12V的過電壓保護值則可以為5%，但並不以此為限。

圖7為本發明一實施例的功率輸出保護方法的流程圖。根據前面所述的實施例，可以將本發明歸納出如圖7所示的功率輸出保護方法，此方法包括步驟S701~S705。步驟S701：接收電源並將所接收的電源轉換後產生輸出訊號。步驟S702：接收控制訊號並依據所接收的控制訊號而將輸出訊號轉換成預設值。步驟S703：將預設值處理後回授至電源轉換單元以控制輸出訊號的功率。步驟S704：將預設值以及參考值進行比較而產生比較結果。步驟705：依據比較結果而決定是否輸出保護控制訊號並據此調整輸出訊號的功率。

綜上所述，本發明藉由訊號控制單元以及回授單元來控制電源轉換單元所輸出訊號的功率，並藉由比較單元來將訊號控制單元處理後所產生的預設值與參考值做比較，因此可以隨著輸出訊號而動態地調整過電壓以及欠電壓的保護值。

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內，當可作些許之更動與潤飾，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。

100‧‧‧功率輸出保護電路

10‧‧‧電源轉換單元

11‧‧‧訊號控制單元

12‧‧‧回授單元

13‧‧‧比較單元

15‧‧‧保護控制單元

Vin‧‧‧電源

Vout‧‧‧輸出訊號

V1‧‧‧預設值

Vref1‧‧‧參考值

Vres1‧‧‧比較結果

Sp‧‧‧保護控制訊號

Control‧‧‧控制訊號

Claims

一種功率輸出保護電路，包括：一電源轉換單元，用以接收一電源並將該電源轉換後產生一輸出訊號；一第一訊號控制單元，用以接收一控制訊號並依據所接收的控制訊號而將該輸出訊號轉換成一第一預設值；一回授單元，用以將該第一預設值處理後回授至該電源轉換單元以控制該輸出訊號的功率；一第一比較單元，用以將該第一預設值以及一第一參考值進行比較而產生一第一比較結果；以及一保護控制單元，用以依據該第一比較結果而決定是否輸出一保護控制訊號並據此調整該輸出訊號的功率。
如申請專利範圍第1項所述的功率輸出保護電路，其更包括一第二比較單元，其中該第二比較單元用以將該第一預設值以及一第二參考值進行比較而產生一第二比較結果，該第一參考值與該第二參考值不同，該保護控制單元依據該第一比較結果以及該第二比較結果至少其中之一而輸出該保護控制訊號，其中，該第一比較結果是在該第一預設值實質上大於該第一參考值的時候產生，而該第二比較結果是在該第一預設值實質上小於該第二參考值的時候產生。
如申請專利範圍第2項所述的功率輸出保護電路，其中該輸出訊號、該第一預設值、該第一參考值以及該第二參考值為電壓訊號。
如申請專利範圍第2項所述的功率輸出保護電路，其更包括：一感測單元，用以接收該輸出訊號並感測該輸出訊號中的電流成分而對應地輸出一電流訊號；一第二訊號控制單元，用以接收該控制訊號並依據該控制訊號而將該電流訊號轉換成一電流預設值；以及一電流值比較單元，用以將該電流預設值以及一電流參考值進行比較而產生一電流值比較結果；其中，該保護控制單元依據該第一比較結果、該第二比較結果或該電流值比較結果至少其中之一而決定是否輸出該保護控制訊號並據此調整該輸出訊號的功率。
一種功率輸出保護電路，包括：一電源轉換單元，用以接收一電源並將該電源轉換後產生一輸出訊號；一第一訊號控制單元，用以接收一控制訊號並依據該控制訊號而將該輸出訊號轉換成一第一預設值；一第二訊號控制單元，用以接收該控制訊號並依據該控制訊號而將該輸出訊號轉換成一第二預設值；一第三訊號控制單元，用以接收該控制訊號並依據該控制訊號而將該輸出訊號轉換成一第三預設值；一回授單元，用以將該第一預設值處理後回授至該電源轉換單元以控制該輸出訊號的功率；一第一比較單元，用以將該第二預設值以及一第一參考值進行比較而產生一第一比較結果；一第二比較單元，用以將該第三預設值以及一第二參考值進行比較而產生一第二比較結果；以及一保護控制單元，用以依據該第一比較結果或該第二比較結果至少其中之一而決定是否輸出一保護控制訊號並據此調整該輸出訊號的功率。
如申請專利範圍第5項所述的功率輸出保護電路，其中該輸出訊號、該第一預設值、該第二預設值、該第三預設值、該第一參考值以及該第二參考值為電壓訊號。
如申請專利範圍第5項所述的功率輸出保護電路，其更包括：一感測單元，用以接收該輸出訊號並感測該輸出訊號中的電流成分而對應輸出一電流訊號；一第四訊號控制單元，用以接收該控制訊號並依據該控制訊號而將該電流訊號轉換成一電流預設值；以及一電流值比較單元，用以將該電流預設值以及一電流參考值進行比較而產生一電流值比較結果；其中，該保護控制單元依據該第一比較結果、該第二比較結果或該電流值比較結果至少其中之一而決定是否輸出該保護控制訊號並據此調整該輸出訊號的功率。
一種功率輸出保護方法，適用於如申請專利範圍第1項所述的功率輸出保護電路，該方法包括：接收一電源並將該電源轉換後產生一輸出訊號；接收一控制訊號並依據該控制訊號而將該輸出訊號轉換成一預設值；將該預設值處理後回授至該電源轉換單元以控制該輸出訊號的功率；將該預設值以及一參考值進行比較而產生一比較結果；以及依據該比較結果而決定是否輸出一保護控制訊號並據此調整該輸出訊號的功率。