CN100533327C - 具有过电流保护的电压调节电路 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于具有过电流保护的电压调节电路，包括：一线性电压调节器、一电压控制器、及一过电流保护电路。线性电压调节器具有一转换器与一驱动器，转换器与一电压输入端及一电压输出端连接，驱动器的输出端与转换器连接，并控制转换器的动作。电压控制器分别与电压输出端、驱动器的输出端、驱动器的第一输入端连接，以提供回授电压。过电流保护电路与驱动器的输出端及线性电压调节器连接，过电流保护电路侦测驱动器的输出电压，并比较输出电压与一比较电压值，以便当输出电压大于比较电压值时，过电流保护电路控制该驱动器来关闭转换器。

Description

具有过电流保护的电压调节电路

技术领域

本发明是关于一种过电流保护电路，尤指一种适用于具有过电流保护的电压调节电路。

背景技术

已知的线性电压调节器(Linear Regulator)一般使用运算放大器及主动开关来构成降压转换电路，以将一输入电压降压并产生一输出电压。一般来说，线性电压调节器是将主动开关操作于线性区，以使得主动开关能作为一可变电阻，此外线性电压调节器并利用运算放大器及补偿电路作为控制回路，以维持输出电压的稳定。

然而上述电路结构中，由于主动开关工作于线性电阻区，因而主动开关常会产生许多热能。若输出负载或流经主动开关的电流超过一额定值，则将导致主动开关过热而烧毁。甚至因主动开关烧毁而产生短路现象，使得负载直接与输入电压端电性连接。如此，将会使得负载上的电压超过负载输入额定电压，而导致该负载烧毁或损害。针对此问题，已知技术使用一过压保护电路来保护该负载。然而，此种已知技术仅能在开关未损毁时保护该负载，而无法保护该主动开关，若主动开关烧毁而产生短路现象，亦会导致负载烧毁或损害。

针对上述问题，已知线性电压调节器使用一过电流保护电路来保护该主动开关。图1是一已知具有过电流保护电路的线性电压调节器的电路图，其由运算放大器110、齐纳二极管(Zener diode)120、过电流保护电路130、金氧半晶体管(MOS晶体管)140、及电阻R1、电阻R2及电阻R3所组成。过电流保护电路130侦测电阻R3上的电压Vη。由于流经金氧半晶体管140的电流ID亦流过电阻R3，故电流ID越大，电压Vη也越大。当电压Vη超过一特定值时，该过电流保护电路130则产生一讯号，以使得金氧半晶体管140关闭，以便能避免金氧半晶体管140损坏。

然而在图1的电路中，为了侦测金氧半晶体管140上是否产生过电流，金氧半晶体管140需串接一额外的电阻R3，但流经金氧半晶体管140的电流ID会持续流过电阻R3，并产生功率损耗。由于在线性电压调节器中，金氧半晶体管140已作为一可变电阻，使得线性电压调节器的整体操作效率比较低。若为了达成过电流保护，再增加额外电阻R3，将使得线性电压调节器的整体操作效率更低。

此外，传统的线性调节器与过电流保护电路通常封装在同一颗集成电路(IC)中。因此，对于同一颗IC而言，其仅能针对一特定的负载电流，若要流经更大的负载电流，则必须相对更换其它IC，如此将非常不方便。为了解决此一问题，已知技术是将线性调节器与过电流保护电路直接设置于印刷电路板上，然而，如此做法将会浪费印刷电路板的可用空间，且过电流保护电路实施在印刷电路板上仍然是一种复杂的做法。故已知的具有过流保护的降压转换电路仍有改进的必要。

发明内容

本发明的主要目的之一在于，提供一种具有过电流保护的电压调节电路，其是能保护其上的转换器，避免因过电流而烧毁，此外并能减低功率损耗与避免产生不必要的热能。通过侦测驱动器的输出电压，并比较该驱动器的输出电压与参考电压，由此来进行过电流保护，以提高线性电压调节电路的效率。

根据本发明的申请专利范围，是揭露一种具有过电流保护的电压调节电路，该具有过电流保护的电压调节电路包括：线性电压调节器、电压控制器、及过电流保护电路。线性电压调节器具有转换器与驱动器，转换器与电压输入端及电压输出端电性连接，驱动器的输出端与转换器电性连接，并控制转换器的动作；电压控制器分别与电压输出端、驱动器的输出端、驱动器的第一输入端电性连接，以提供一回授电压；过电流保护电路与驱动器电性连接，过电流保护电路侦测驱动器的一输出电压，并比较输出电压与一比较电压值，以便当输出电压大于比较电压值时，过电流保护电路控制驱动器来关闭该转换器。

根据本发明的申请专利范围，是揭露一种具有过电流保护的电压调节电路。该电压调节电路包括转换器、驱动器、电压控制器、及过电流保护电路。上述转换器分别与电压输入端及电压输出端电性连接。驱动器的输出端与转换器电性连接，并控制转换器的动作。电压控制器分别与线性电压调节器的电压输出端、驱动器的输出端、驱动器的第一输入端电性连接，以提供一回授电压。过电流保护电路与驱动器电性连接，过电流保护电路侦测驱动器的一输出电压，并比较输出电压与比较电压值，以便当输出电压大于比较电压值时，过电流保护电路控制驱动器来关闭转换器。

由本发明所提供的具有过电流保护的电压调节电路，是能保护其上的转换器，避免因过电流而烧毁，此外并能减低功率损耗与避免产生不必要的热能。

于本发明的一实施例中，驱动器可包括第一运算放大器及第一晶体管，第一运算放大器具有第一输入端与第二输入端，第一运算放大器的第一输入端接收参考电压(Vref)，且第一运算放大器的第二输入端与电压控制器电性连接。

于本发明的一实施例中，过电流保护电路包括具有一第一输入端与一第二输入端的第二运算放大器与电流源，第二运算放大器的第一输入端与第一运算放大器的输出端电性连接，第二运算放大器的第二输入端与电流源电性连接。

上述第二运算放大器的第二输入端并与一参考电阻电性连接，以供电流源所提供的电流流经参考电阻而提供一比较电压值。

上述第一运算放大器还具有一第一电源供应端，第二运算放大器还具有一输出端，且第二运算放大器的输出端通过第一晶体管与该第一运算放大器的第一电源供应端电性连接，以便当第一运算放大器的输出电压大于比较电压值时，第二运算放大器关闭第一晶体管，进而使得第一运算放大器停止操作，以关闭转换器，其中第一晶体管可为一P型场效应晶体管。

于本发明的一实施例中，转换器为主动开关。于本发明的一实施例中，主动开关可为场效应晶体管。在其它实施例中，主动开关亦可为双极性接面晶体管。另外，于本发明的一实施例中，电压控制器可为被动网路。

于本发明的一实施例中，第一运算放大器可具有第三输入端，第二运算放大器还具有一输出端，且第二运算放大器的输出端与第一运算放大器的第三输入端电性连接，以便当第一运算放大器的输出电压大于比较电压值时，第二运算放大器控制第一运算放大器输出低输出电压，以关闭转换器。

附图说明

为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中：

图1是一已知具有过电流保护电路的电压调节器的电路图。

图2是本发明较佳实施例具有过电流保护的电压调节电路的方块图。

图3是本发明较佳实施例具有过电流保护的电压调节电路的电路图。

图4是本发明另一实施例具有过电流保护的电压调节电路的电路图。

具体实施方式

图2是本发明一实施例具有过电流保护的电压调节电路的方块图。如图2所示，该电压调节电路包括线性电压调节器210、过电流保护电路240、及电压控制器250。线性电压调节器210具有转换器230与驱动器220，转换器230分别与电压输入端Vin及电压输出端Vout电性连接。驱动器220的输出端与转换器230电性连接，且驱动器220并能控制转换器230的动作。

电压控制器250分别与电压输出端Vout、驱动器220的输出端、驱动器220的一输入端电性连接，以提供一回授电压Vfbk。过电流保护电路240分别与驱动器220的输出端及线性电压调节器电210性连接。过电流保护电路240用以侦测驱动器220的输出电压，并比较驱动器220的输出电压与一比较电压值，以便当输出电压大于比较电压值时，过电流保护电路240控制驱动器220来关闭转换器230。

于本发明的一实施例中，驱动器220、过电流保护电路240、及电压控制器250可整合至同一颗集成电路(IC)。如此，则可依据不同的负载电流，更换具有不同额定负载电流的转换器230，使得电路设计上更加弹性。亦即，在设计具有过电流保护的电压调节电路时，面对不同的负载电流，仅需更换转换器230，无需像已知技术将线性调节器与过电流保护电路同时更换而增加电路设计成本。

图3是本发明较佳实施例的具有过电流保护的电压调节电路的电路图。如图3所示，驱动器220包括第一运算放大器221及第一晶体管222。于本实施例中，第一晶体管222为P型场效应晶体管。在其它实施例中，第一晶体管222亦可为其它类型的晶体管或主动开关，则此时第一晶体管222的连接方式亦会随的改变，对于业界熟习此项技术者应不为难，故不另赘述于此。

上述第一运算放大器221具有第一输入端(+)与第二输入端(-)。第一运算放大器221的第一输入端(+)接收一参考电压(Vref)，第一运算放大器221的第二输入端(-)与电压控制器250电性连接。

电压控制器250是一被动网路(passive network)，其一第一输入端连接至第一运算放大器221的输出端，其第二输入端连接至转换器230的输出端，藉此电压控制器250可依据第一运算放大器221的输出端电压及转换器220的输出端电压产生回授电压Vfbk。

上述过电流保护电路240包括具有第一输入端(+)与第二输入端(-)的第二运算放大器241、电流源242、参考电阻243、及缓冲器244。第二运算放大器241的第一输入端(+)经由缓冲器244与第一运算放大器221的输出端电性连接。第二运算放大器241的第二输入端(-)与电流源242电性连接。当然，在其它实施中，第二运算放大器241的第一输入端(+)亦可直接与第一运算放大器221的输出端电性连接。

第二运算放大器241的第二输入端(-)并与参考电阻243的一端电性连接，参考电阻243的另一端则连接至一低电位，其中该低电位为零伏特。由此，可让电流源242所提供的电流流经参考电阻243而在第二运算放大器241的第二输入端(-)处提供一比较电压值。

上述第一运算放大器221还具有第一电源供应端2211。第二运算放大器241还具有一输出端，且第二运算放大器241的输出端通过第一晶体管222与第一运算放大器221的第一电源供应端2211电性连接。当第一运算放大器221的输出电压大于比较电压值时，第二运算放大器241的输出端产生一高电位。由于第一晶体管222为一PMOS晶体管，故第二运算放大器241产生的高电位会关闭第一晶体管222。由于第一晶体管222被关闭，进而使得Vcc无法供应第一运算放大器221，故第一运算放大器221停止操作，以关闭该转换器230。

于本实施例中，转换器230为一主动开关，其可为场效应晶体管，例如于本实施例中，转换器230较佳为N型场效应晶体管。在其它实施例中，转换器230亦可为双极性接面晶体管，或者为其它类型的晶体管，当然此时的电路连接将会相对地改变，对于业界熟习此项技术者应不为难，故不另赘述于此。

图4是本发明另一较佳实施例的电路图。于图4中，驱动器220包括第一运算放大器223。第一运算放大器223还具有第三输入端(-)2232。第二运算放大器241还具有一输出端，且第二运算放大器241的输出端与第一运算放大器223的第三输入端(-)电性连接，以便当第一运算放大器223的输出电压大于比较电压值时，第二运算放大器241控制第一运算放大器23输出一低输出电压，以关闭该转换器230，其中低输出电压为负12伏或0伏。

由上述说明可知，本发明的较佳实施例通过侦测驱动器的输出电压，并比较该驱动器的输出电压与参考电压，由此来进行过电流保护，如此将可避免已知技术所采用的感测电阻R3所产生的功率损耗，以提高线性电压调节电路的效率。

上述实施例仅是为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以申请专利范围所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims (9)

1.一种具有过电流保护的电压调节电路，其特征在于，包括：

一线性电压调节器，具有一转换器与一驱动器，该转换器与一电压输入端及一电压输出端电性连接，该驱动器的一输出端与该转换器电性连接，并控制该转换器的动作，其中该驱动器包括一第一运算放大器及一第一晶体管，该第一运算放大器具有一第一输入端与一第二输入端，该第一运算放大器的第一输入端接收一参考电压；

一电压控制器，该电压控制器的一第一输入端与该驱动器的输出端电性连接、该电压控制器的一第二输入端与线性电压调节器的电压输出端电性连接、该电压控制器的输出端与该驱动器的一第一输入端电性连接，以提供一回授电压，该第一运算放大器的第二输入端与该电压控制器电性连接；以及

一过电流保护电路，与该驱动器电性连接，该过电流保护电路侦测该驱动器的一输出电压，并比较该输出电压与一比较电压值，以便当该输出电压大于该比较电压值时，该过电流保护电路使得该第一运算放大器停止操作，以关闭该转换器。

2.如权利要求1所述的具有过电流保护的电压调节电路，其特征在于，其中该过电流保护电路包括一具有一第一输入端与一第二输入端的第二运算放大器与一电流源，该第二运算放大器的第一输入端与该第一运算放大器的输出端电性连接，该第二运算放大器的第二输入端与该电流源电性连接。

3.如权利要求2所述的具有过电流保护的电压调节电路，其特征在于，其中该第二运算放大器的第二输入端并与一参考电阻电性连接，以供该电流源所提供的电流流经该参考电阻而提供一比较电压值。

4.如权利要求3所述的具有过电流保护的电压调节电路，其特征在于，其中该第一运算放大器还具有一第一电源供应端，该第二运算放大器还具有一输出端，且该第二运算放大器的输出端通过该第一晶体管与该第一运算放大器的第一电源供应端电性连接，以便当该第一运算放大器的输出电压大于该比较电压值时，该第二运算放大器关闭该第一晶体管，进而使得该第一运算放大器停止操作，以关闭该转换器。

5.如权利要求1所述的具有过电流保护的电压调节电路，其特征在于，其中该转换器为一主动开关。

6.如权利要求5所述的具有过电流保护的电压调节电路，其特征在于，其中，该主动开关为一场效应晶体管或双极性接面晶体管。

7.如权利要求1所述的具有过电流保护的电压调节电路，其特征在于，其中该电压控制器是一被动网路。

8.如权利要求3所述的具有过电流保护的电压调节电路，其特征在于，其中该第一运算放大器还具有一第三输入端，该第二运算放大器还具有一输出端，且该第二运算放大器的输出端与该第一运算放大器的第三输入端电性连接，以便当该第一运算放大器的输出电压大于该比较电压值时，该第二运算放大器控制该第一运算放大器输出一低输出电压，以关闭该转换器。

9.如权利要求1所述的具有过电流保护的电压调节电路，其特征在于，其中，该驱动器、该电压控制器及该过电流保护电路整合至一集成电路中。

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