TWI672884B - 限流電路結構及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一種限流電路結構及其控制方法。限流電路結構包括電流輸入端、電流輸出端、開關模組、差動放大器、第一電阻及第一電容。開關模組之訊號輸入端係連接電流輸入端，訊號輸出端係連接電流輸出端。差動放大器之正輸入端係連接至開關模組之訊號輸出端，負輸入端係連接至電流輸出端，放大輸出端係連接至開關模組之控制端。第一電阻之一端係連接開關模組之訊號輸出端及正輸入端，第一電阻之另一端係連接負輸入端及電流輸出端。第一電容之一端係連接第一電阻及電流輸出端之間，第一電容之另一端係連接至接地端。

Description

限流電路結構及其控制方法

本發明係關於一種限流電路結構及其控制方法，特別是一種能夠抑制瞬間大電流的限流電路結構及其控制方法。

於先前技術之電源線路運作中，當負載端瞬間需要消耗一個大電流時，就容易造成負載電壓及來源電壓的不穩，輸出雜訊變大，嚴重時會影響系統端的整體效能。例如當電源提供給WIFI線路使用的情況下，當系統在閒置狀態要發送一個beacon偵測訊號時，負載就會瞬間消耗大電流。此時的電流就會跳動幅度(Dynamic Load)很大。如此一來，輸入端的電源功率設計必須足夠 大，而不至於啟動過功率保護(Over Power Protection，OPP)，造成輸出電壓不穩定。在高功率無線傳輸的電子產品，容易有此應用狀況產生。如無線AP、無線電收發器、收音機等。

於先前技術中為了解決這種問題通常會使用一組更大感量的電感或更大容值的電容的濾波器以過濾抑制瞬間大電流，或是選用較高規格的輸入電源供應器。如此一來會增加的設計成本與空間，也不符合經濟成本

因此，有必要發明一種新的限流電路結構及其控制方法，以解決先前技術的缺失。

本發明之主要目的係在提供一種限流電路結構，其具有可至至瞬間大電流的效果。

本發明之另一主要目的係在提供一種用於上述結構的控制方法。

為達成上述之目的，本發明之限流電路結構包括電流輸入端、電流輸出端、開關模組、差動放大器、第一電阻及第一電容。開關模組具有訊號輸入端、訊號輸出端及控制端，訊號輸入端係電性連接電流輸入端，訊號輸出端係電性連接電流輸出端。 差動放大器具有正輸入端、負輸入端及放大輸出端，其中正輸入端係電性連接至開關模組之訊號輸出端，負輸入端係電性連接至電流輸出端，放大輸出端係電性連接至開關模組之控制端。第一電阻之一端係電性連接開關模組之訊號輸出端及正輸入端，第一電阻之另一端係電性連接負輸入端及電流輸出端。第一電容之一端係電性連接第一電阻及電流輸出端之間，第一電容之另一端係連接至接地端。

本發明之限流電路控制之方法包括以下步驟：藉由電流輸入端輸入初始電流訊號，以流經第一電阻之兩端產生電壓差；藉由差動放大器根據電壓差以輸出控制訊號；比較控制訊號之電壓是否小於截止電壓；當控制訊號之電壓小於截止電壓時，使開關模組保持導通以使電流輸出端輸出初始電流訊號；藉由初始電流訊號對第一電容充電；當控制訊號之電壓大於截止電壓時，使開關模組截止以使電流輸出端不輸出初始電流訊號；以及自第一電容放電以經由電流輸出端輸出放電電流訊號。

1‧‧‧限流電路結構

10‧‧‧電流輸入端

20‧‧‧電流輸出端

30‧‧‧開關模組

31‧‧‧訊號輸入端

32‧‧‧訊號輸出端

33‧‧‧控制端

40‧‧‧差動放大器

41‧‧‧正輸入端

42‧‧‧負輸入端

43‧‧‧放大輸出端

50‧‧‧負載

C1‧‧‧第一電容

C2‧‧‧第二電容

C3‧‧‧第三電容

G‧‧‧接地端

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

Vcc‧‧‧電源供應端

圖1係本發明之限流電路結構之架構示意圖。

圖2係本發明之限流電路控制之方法之步驟流程圖。

為能讓 貴審查委員能更瞭解本發明之技術內容，特舉較佳具體實施例說明如下。

以下請先參考圖1係本發明之限流電路結構之架構示意圖。

於本發明之實施例中，限流電路結構1用以確保能輸出穩定功率。限流電路結構1包括電流輸入端10、電流輸出端20、開關模組30、差動放大器40、第一電阻R1及第一電容C1。電流輸入端10用以輸入初始電流訊號，電流輸出端20則用以輸出電流訊號到負載50。開關模組30具有訊號輸入端31、訊號輸出端32及控制端33。於本發明之一實施方式中，開關模組30為一P型場效電晶體(MOSFET)，但本發明並不限於此。因此開關模組30的源極為訊號輸入端31，汲極為訊號輸出端32，閘極為控制端33。訊號輸入端31係電性連接電流輸入端10，訊號輸出端32係電性連接電流輸出端20。開關模組30具有截止電壓，當控制端 33輸入之訊號電壓超過截止電壓時，就能使場效電晶體作動而截止訊號輸入端31及訊號輸出端32之間之訊號傳輸。

差動放大器40具有正輸入端41、負輸入端42及放大輸出端43，其中正輸入端41係電性連接至開關模組30之訊號輸出端32，負輸入端42係電性連接至電流輸出端20，放大輸出端43係電性連接至開關模組30之控制端33。差動放大器40為軌對軌(Rail-to-rail)放大器，係接收電源供應端Vcc供應之電源訊號而作動。因此在最佳情況下，電源供應端Vcc輸入之電源訊號之電壓可以全數經由放大輸出端43輸出，所以與開關模組30之間不需要再供應額外的電源或其他的IC。第一電阻R1之一端係電性連接開關模組30之訊號輸出端32及正輸入端41，第一電阻R1之另一端係電性連接負輸入端42及電流輸出端20，亦即第一電阻R1係連接於正輸入端41與負輸入端42之間。第一電容C1之一端係電性連接第一電阻R1及電流輸出端20之間，第一電容C1之另一端係連接至接地端G。第一電容C1可為100微法拉，第一電阻R1之阻值可為10歐姆，但本發明並不限於此。

除了上述的元件外，差動放大器40之正輸入端41係經由第二電阻R2以連接至第一電阻R1，負輸入端42係經由第三電 阻R3以連接至第一電阻R1。且負輸入端42經由第四電阻R4以連接至該放大輸出端43，正輸入端41經由第五電阻R5以連接至接地端G。於本發明之實施例中，第二電阻R2與第三電阻R3之阻值相同，例如皆為1K歐姆，第四電阻R4與第五電阻R5之阻值相同，例如皆為91K歐姆，因此差動放大器40之放大倍率即相當於第二電阻R2除以第四電阻R4。且限流電路結構1更包括第二電容C2、第三電容C3及第六電阻R6，第二電容C2係與第一電阻R1並聯連接，第三電容C3係與第四電阻R4並聯連接，第六電阻R6則串聯連接於差動放大器40及開關模組30之間。第二電容C2及第三電容C3可為1000皮法拉，第六電阻R6可為0.1歐姆，但本發明並不限於此。由於限流電路結構1內其餘被動元件並非本發明改進之重點所在，故在此不再贅述。

本發明之電流輸入端10輸入初始電流訊號後，會經由開關模組30流至第一電阻R1之兩端，所以第一電阻R1之兩端會具有電壓差。差動放大器40之正輸入端41及負輸入端42係電性連接第一電阻R1之兩端，因此差動放大器40係根據電壓差以經由放大輸出端43輸出控制訊號至開關模組30的控制端33。當負載50需要較小電流時，初始電流訊號之電流值就會較小，讓放大 輸出端43輸出的控制訊號之電壓小於開關模組30的截止電壓，開關模組30仍會保持導通。如此一來，電流輸出端20就會持續輸出初始電流訊號到負載50，並同步對第一電容C1進行充電。而當負載50需要有瞬間大的電流時，初始電流訊號的電流值增加到超出原本電路能承載的電流值。此時第一電阻R1之兩端的電壓差也會增加，讓放大輸出端43輸出較大電壓的控制訊號。在放大輸出端43輸出的控制訊號之電壓大於開關模組30的截止電壓時，使開關模組30會切換以截止初始電流訊號的輸出。此時第一電容C1就會進行放電，以經由電流輸出端20輸出放電電流訊號到負載50，讓電流輸出端20仍能保持電流的輸出，不會因為負載50所需的瞬間大電流導致輸出電壓的不穩定。

接著請參考圖2係本發明之限流電路控制之方法之步驟流程圖。此處需注意的是，以下雖以上述限流電路結構1為例說明本發明之限流電路控制之方法，但本發明之限流電路控制之方法並不以使用在上述相同結構的限流電路結構1為限。

首先進行步驟201：藉由該電流輸入端輸入一初始電流訊號，以流經該第一電阻之兩端產生一電壓差。

首先電流輸入端10輸入初始電流訊號後，會流經至第一電阻R1之兩端，所以第一電阻R1之兩端會具有電壓差。

接著進行步驟202：藉由該差動放大器根據該電壓差以輸出一控制訊號。

接著差動放大器40之正輸入端41及負輸入端42係電性連接第一電阻R1之兩端，因此差動放大器40係根據電壓差以經由放大輸出端43輸出控制訊號。

接著進行步驟203：比較該控制電壓是否小於該截止電壓。

接著當開關模組30接收到控制訊號後，會自行比較控制訊號之電壓是否小於開關模組30本身的截止電壓。

當該控制訊號之電壓小於該截止電壓時，係進行步驟204：使該開關模組保持導通，以使該電流輸出端輸出該初始電流訊號。

當負載50需要較小電流時，初始電流訊號之電流值就會較小，讓放大輸出端43輸出的控制訊號之電壓小於開關模組30的截止電壓，使開關模組30保持導通。如此一來，電流輸出端20就會持續輸出初始電流訊號到負載50。

接著進行步驟205：藉由該初始電流訊號對該第一電容充電。

同時初始電流訊號會同步對第一電容C1進行充電。

當該控制訊號之電壓大於該截止電壓時，係執行步驟206：使該開關模組截止，以使該電流輸出端不輸出該初始電流訊號。

當負載50需要有瞬間大的電流時，初始電流訊號的電流值會增加，讓放大輸出端43輸出的控制訊號之電壓大於開關模組30的截止電壓，使開關模組30截止初始電流訊號的輸出。

最後進行步驟207：自該第一電容放電以經由該電流輸出端輸出一放電電流訊號。

最後第一電容C1就會進行放電，以經由電流輸出端20輸出放電電流訊號到負載50，讓電流輸出端20仍能保持電流的輸出。

此處需注意的是，本發明之限流電路控制之方法並不以上述之步驟次序為限，只要能達成本發明之目的，上述之步驟次序亦可加以改變。

藉此限流電路結構1即可避免因負載50需要瞬間大電流訊號而影響輸出電壓，也可以減少使用大的電容或電感元件而增加成本。

需注意的是，上述實施方式僅例示本發明之較佳實施例，為避免贅述，並未詳加記載所有可能的變化組合。然而，本領域之通常知識者應可理解，上述各模組或元件未必皆為必要。且為實施本發明，亦可能包含其他較細節之習知模組或元件。各模組或元件皆可能視需求加以省略或修改，且任兩模組間未必不存在其他模組或元件。只要不脫離本發明基本架構者，皆應為本專利所主張之權利範圍，而應以專利申請範圍為準。

Claims (11)

1. 一種限流電路結構，該限流電路結構包括：一電源供應端，用以供應一電源訊號；一電流輸入端；一電流輸出端；一開關模組，具有一訊號輸入端、一訊號輸出端及一控制端，該訊號輸入端係電性連接該電流輸入端，該訊號輸出端係電性連接該電流輸出端；一差動放大器，係接收該電源供應端供應之該電源訊號，該差動放大器具有一正輸入端、一負輸入端及一放大輸出端，其中該正輸入端係電性連接至該開關模組之該訊號輸出端，該負輸入端係電性連接至該電流輸出端，該放大輸出端係電性連接至該開關模組之該控制端；一第一電阻，該第一電阻之一端係電性連接該開關模組之該訊號輸出端及該正輸入端，該第一電阻之另一端係電性連接該負輸入端及該電流輸出端；以及 一第一電容，該第一電容之一端係電性連接該第一電阻及該電流輸出端之間，該第一電容之另一端係連接至一接地端。
2. 如申請專利範圍第1項所述之限流電路結構，其中該開關模組具有一截止電壓，該電流輸入端係輸入一初始電流訊號，以流經該開關模組至該第一電阻之兩端以形成一電壓差，該差動放大器係根據該電壓差以經由該放大輸出端輸出一控制訊號至該開關模組；其中當該控制訊號之電壓小於該截止電壓時，使該開關模組保持導通以使該電流輸出端輸出該初始電流訊號，並對該第一電容充電；當該控制訊號之電壓大於該截止電壓時，使該開關模組截止，並使該第一電容放電以經由該電流輸出端輸出一放電電流訊號。
3. 如申請專利範圍第1項所述之限流電路結構，更包括一第二電容，係與該第一電阻並聯連接。
4. 如申請專利範圍第1項所述之限流電路結構，其中該正輸入端經由一第二電阻以連接至該第一電阻，該負輸入端經由一第三電阻以連接至該第一電阻。
5. 如申請專利範圍第1項所述之限流電路結構，其中該負輸入端經由一第四電阻以連接至該放大輸出端，該正輸入端經由一第五電阻以連接至該接地端。
6. 如申請專利範圍第1到5項之任一項所述之限流電路結構，其中該開關模組係為一場效電晶體。
7. 如申請專利範圍第1到5項之任一項所述之限流電路結構，其中該差動放大器係為一軌對軌(Rail-to-rail)放大器。
8. 一種限流電路控制之方法，係用於一限流電路結構，該限流電路結構包括一電源供應端、一電流輸入端、一電流輸出端、一開關模組、一差動放大器、一第一電阻及一第一電容，其中該開關模組具有一截止電壓，該方法包括以下步驟：藉由該電流輸入端輸入一初始電流訊號，以流經該第一電阻之兩端產生一電壓差；該電源供應端提供一電源訊號，使該差動放大器作動；藉由該差動放大器根據該電壓差以輸出一控制訊號；比較該控制訊號之電壓是否小於該截止電壓；當該控制訊號之電壓小於該截止電壓時，使該開關模組保持導通以使該電流輸出端輸出該初始電流訊號； 藉由該初始電流訊號對該第一電容充電；當該控制訊號之電壓大於該截止電壓時，使該開關模組截止以使該電流輸出端不輸出該初始電流訊號；以及自該第一電容放電以經由該電流輸出端輸出一放電電流訊號。
9. 如申請專利範圍第8項所述之限流電路控制之方法，更包括設置一第二電容與該第一電阻並聯連接之步驟。
10. 如申請專利範圍第8項所述之限流電路控制之方法，更包括設置一第二電阻及一第三電阻之步驟，使該正輸入端經由該第二電阻以連接至該第一電阻，該負輸入端經由該第三電阻以連接至該第一電阻。
11. 如申請專利範圍第8項所述之限流電路控制之方法，更包括設置一第四電阻及一第五電阻之步驟，使該負輸入端經由該第四電阻以連接至該放大輸出端，該正輸入端經由該第五電阻以連接至該接地端。