TW201427212A - 過電流保護電路及其電源供應器 - Google Patents

Abstract

本發明實施例提供一種過電流保護電路及其電源供應器，所述過電流保護電路包括比流器、比例電阻元件以及輔助開關元件。比流器耦合主開關元件的電流傳輸路徑，依據電流傳輸路徑中的主電流，對應產生從電流。比例電阻元件電性連接於比流器，依據從電流而產生第一電壓信號。輔助開關元件電性連接比例電阻元件，受控於第一電壓信號，以選擇性地控制主開關元件導通或截止。據此，本發明快速關閉主開關元件以避免主開關元件的損壞。

Description

過電流保護電路及其電源供應器

本發明係關於一種過電流保護電路及其電源供應器，特別是關於一種應用於功率開關元件的過電流保護電路及其電源供應器。

傳統上，電源供應器中通常會具有若干的功率開關元件，藉由控制功率開關元件，從而可以選擇性地輸出電源供應器的電力。請參見圖1，圖1係繪示傳統的電源供應器示意圖。如圖1所示，橋式架構的電源供應器9可能具有4個功率開關元件SW1、SW2、SW3、SW4。電源供應器9可以切換導通功率開關元件SW1與SW4，或導通功率開關元件SW2與SW3，以供應電力給後端的負載R。

然而，當誤動作產生時，同臂的功率開關元件(例如功率開關元件SW1與SW2，或功率開關元件SW3與SW4)會同時導通。此時，電壓源Vin與接地端之間的電阻值極小，不可避免的會使流經各功率開關元件的電流快速上升。不僅功率開關元件會因過電壓、過電流或過功率而毀損，線路上的負載R或其他元件也會因為不可控之路徑而一併損毀。

據此，業界需要一種過電流保護電路及其電源供應器，能解決功率開關元件因過電流造成的損毀現象，減少產品回廠維修率。

有鑑於此，本發明在於提出一種過電流保護電路，可以取樣流經功率開關元件的電流，並直接將異常的電流轉換成電壓信號，快速關閉功率開關元件以避免功率開關元件的損壞。

本發明實施例提供一種過電流保護電路，所述過電流保護電路包括比流器、比例電阻元件以及輔助開關元件。比流器耦合主開關元件的電流傳輸路徑，依據電流傳輸路徑中的主電流，對應產生從電流。比例電阻元件電性連接於比流器，依據從電流而產生第一電壓信號。輔助開關元件電性連接比例電阻元件，受控於第一電壓信號，以選擇性地控制主開關元件導通或截止。

於本發明一示範實施例中，主閉關元件與輔助開關元件為功率電晶體，且輔助開關元件的控制端電性連接比例電阻元件，輔助開關元件的汲極端電性連接主開關元件的控制端，輔助開關元件的源極端電性連接主開關元件的源極端。此外，當第一電壓信號超過第一門限值時，輔助開關元件導通，且主開關元件的控制端經過輔助開關元件電性連接主開關元件的源極端。

本發明在於提出一種具有過電流保護電路的電源供應器，所述過電流保護電路可以取樣流經功率開關元件的電流，並直接將異常的電流轉換成電壓信號，快速關閉功率閉關元件以避免功率開關元件與電源供應器的損壞。

本發明實施例提供一種電源供應器，包括至少一個主開關元件及過電流保護電路，所述過電流保護電路包括比流器、比例電阻元件以及輔助開關元件。比流器耦 合主開關元件的電流傳輸路徑，依據電流傳輸路徑中的主電流，對應產生從電流。比例電阻元件電性連接於比流器，依據從電流而產生第一電壓信號。輔助開關元件電性連接比例電阻元件，受控於第一電壓信號，以選擇性地控制主開關元件導通或截止。

綜上所述，本發明實施例提供之過電流保護電路及其電源供應器，具有簡單的電路設計及即時的響應速度，並可以藉由取樣流經功率開關元件的電流，並直接將異常的電流轉換成電壓信號，從而可以利用所述電壓信號快速關閉功率開關元件以避免功率開關元件的損壞。

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。

請參見圖2，圖2係繪示依據本發明一示範實施例之過電流保護電路的功能方塊圖。如圖2所示，過電流保護電路1係用以偵測流經主開關元件Q1的電流，並利用簡單的電路判斷所述電流是否異常，據以產生對應的回授信號控制主開關元件Q1的導通或截止。在此，過電流保護電路1至少包括比流器(current transformer)10、比例電阻元件12以及輔助開關元件14。於一個例子中，比例電阻元件12與輔助開關元件14之間，更可電性連接有第一二極體16以及第一輔助 電阻18。此外，主開關元件Q1與輔助閉關元件14之間，更可電性連接有第二二極體20以及第二輔助電阻22。

比流器10耦合主開關元件Q1的電流傳輸路徑，依據電流傳輸路徑中的主電流，對應產生從電流。於實務上，主閉關元件Q1與輔助開關元件14可為功率開關、功率電晶體。所屬技術領域具通常知識者應可明白的是，主閉關元件Q1的電流傳輸路徑係指由主開關元件Q1的汲極端(drain)接收電流，再由源極端(source)輸出電流的線路。於圖2的例子中，比流器10可以被設置在與主開關元件Q1的源極端相連的線路上。當然，本發明不限制比流器10的設置位置，舉例來說，比流器10也可以被設置在與主開關元件Q1的汲極端相連的線路上。藉此，比流器10可以以一個特定比例將流經主開關元件Q1的主電流耦合出來，而產生一個相應的從電流，所述特定比例係可由所屬技術領域具通常知識者自行設計。

比例電阻元件12電性連接於比流器10，例如比例電阻元件12可並聯比流器10。於實務上，比例電阻元件12可以是一個有固定電阻值的被動元件，從而依據比流器10輸出從電流的電流值與所述電阻值的關係，比例電阻元件12會相應的產生第一電壓信號。

所述第一電壓信號係作為輔助開關元件14的控制端電壓。據此，輔助開關元件14電性連接該比例電阻元件12，受控於第一電壓信號以選擇性地控制主閉關元件Q1導通或截止。於實務上，當第一電壓信號超過第一門限值時，輔助開關元件14會受控而導通。所述第 一電壓信號可以是輔助開關元件14的臨界電壓(threshold voltage)，而輔助開關元件14導通時，會將主開關元件Q1的控制端與源極端的電壓差拉低，從而截止主開關元件Q1。據此，本實施例提出的過電流保護電路1具有極短的反應時間，只要輔助開關元件14因為主開關元件Q1的主電流異常而導通時，立即就會關閉主開關元件Q1，從而減少主開關元件Q1因電流過大而損毀的可能性。

請繼續參見圖2，第一二極體16以及第一輔助電阻18係為了防止輔助開關元件14不正常的動作(例如避免逆流)而設計的。所屬技術領域具通常知識者應可明白，在適當的電路設計之下，第一二極體16以及第一輔助電阻18不一定是必要元件。同樣的，第二二極體20以及第二輔助電阻22也是為了防止逆流而設計。在適當的電路設計之下，第二二極體20以及第二輔助電阻22也不一定是必要元件。

從實際操作的角度來看，主開關元件Q1一般是受控於外部饋入端A所饋入的信號，外部饋入端A大致上可視為經過電阻R1而連接主開關元件Q1的控制端。當輔助開關元件14處於截止的情況下，主開關元件Q1由外部饋入端A所饋入的信號控制。請注意，比流器10應是隨時會耦合流經主開關元件Q1的主電流，藉以輸出從電流。惟從電流在正常範圍內時，比例電阻元件12相應的產生第一電壓信號不會超過第一門限值(即不超過輔助開關元件14的臨界電壓)，因此輔助開關元件14截止。

相反的，若流經主開關元件Q1的主電流突然異常增大時，比例電阻元件12產生第一電壓信號將會同步地超過第一門限值，使得輔助開關元件14即時導通。從圖2可知，輔助開關元件14導通時，主開關元件Q1的控制端、第二二極體20、第二輔助電阻22以及輔助開關元件14會形成一個導通的電流路徑，而主閉關元件Q1的控制端與源極端大致上會有十分相近的電壓。藉此，在主閉關元件Q1的控制端與源極端的電壓差小於的臨界電壓的情況下，可以快速的截止主開關元件Q1。

值得注意的是，本實施例所描述的主開關元件Q1並不以n型功率電晶體為限。舉例來說，本實施例繪示的n型功率電晶體可替換成p型功率電晶體，於所屬技術領域具有通常知識者應能適當的更改電路連接關係，以將本實施例繪示的電路替換成其他具有等同功能的電路。

為了更清楚說明本發明的應用方式，請一併參見圖2與圖3，圖3係繪示依據本發明一示範實施例之電源供應器的功能方塊圖。如圖所示，電源供應器3具有多個功率閉關元件SW1~SW4以及圖2所繪示的過電流保護電路1。本實施例選擇其中一個開關元件SW4視為前一實施例中的主開關元件，而過電流保護電路1耦合於閉關元件SW4的電流傳輸路徑上。圖3所繪示的接地符號並非用以限制輔助開關元件14的源極端必須接地，只要輔助開關元件14導通後，可以直接控制開關元件SW4截止，都應屬本實施例公開之內容。據此，圖3所 繪示的輔助開關元件14的源極端不僅可以接地，也可以替換連接至具有特定電壓位準的接點。

如同前一實施例所述，過電流保護電路1係用以偵測流經功率開關元件SW4的電流(主電流)是否異常，並可以快速截止承受過大電流的功率開關元件SW4。一般來說，流經功率開關元件SW4的電流發生異常多半是雜訊引起的誤動作，使得同臂的功率開關元件SW3、SW4同時被導通，瞬間使電壓源Vin與接地端之間的電阻值趨近於零，造成電流過大的情況。若線路上的負載R(例如其他電子裝置)沒有過電流保護電路或其他防護電路，在誤動作發生時，功率開關元件SW3、SW4與負載R很有可能都遭受損害。在此，本實施例的過電流保護電路1係與圖2所繪示的過電流保護電路1相同，本實施例在此不予贅述。

綜上所述，本發明實施例提供之過電流保護電路及其電源供應器，具有簡單的電路設計及即時的響應速度，並可以藉由取樣流經功率開關元件的電流，並直接將異常的電流轉換成電壓信號，從而可以利用所述電壓信號快速關閉功率開關元件以避免功率開關元件的損壞。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

1‧‧‧過電流保護電路

10‧‧‧比流器

12‧‧‧比例電阻元件

14‧‧‧輔助開關元件

16‧‧‧第一二極體

18‧‧‧第一輔助電阻

20‧‧‧第二二極體

22‧‧‧第二輔助電阻

3‧‧‧電源供應器

9‧‧‧電源供應器

Q1‧‧‧主閉關元件

R1‧‧‧電阻

A‧‧‧外部饋入端

SW1~SW4‧‧‧功率開關元件

R‧‧‧負載

Vin‧‧‧電壓源

圖1係繪示傳統的電源供應器示意圖。

圖2係繪示依據本發明一示範實施例之過電流保護電路的功能方塊圖。

圖3係繪示依據本發明一示範實施例之電源供應器的功能方塊圖。

1‧‧‧過電流保護電路

10‧‧‧比流器

12‧‧‧比例電阻元件

14‧‧‧輔助開關元件

16‧‧‧第一二極體

18‧‧‧第一輔助電阻

20‧‧‧第二二極體

22‧‧‧第二輔助電阻

Q1‧‧‧主閉關元件

R1‧‧‧電阻

A‧‧‧外部饋入端

Claims (10)

1. 一種過電流保護電路，包括：一比流器，耦合一主開關元件的一電流傳輸路徑，依據該電流傳輸路徑中的一主電流，對應產生一從電流；一比例電阻元件，電性連接於該比流器，依據該從電流而產生一第一電壓信號；以及一輔助閉關元件，電性連接該比例電阻元件，受控於該第一電壓信號，以選擇性地控制該主開關元件導通或截止。
2. 如申請專利範圍第1項所述之過電流保護電路，其中該主開關元件與該輔助開關元件為功率電晶體，且該輔助開關元件的控制端電性連接該比例電阻元件，該輔助開關元件的汲極端電性連接該主開關元件的控制端，該輔助開關元件的源極端電性連接該主開關元件的源極端。
3. 如申請專利範圍第2項所述之過電流保護電路，其中當該第一電壓信號超過一第一門限值時，該輔助開關元件導通，且該主開關元件的控制端經過該輔助開關元件電性連接該主開關元件的源極端。
4. 如申請專利範圍第2項所述之過電流保護電路，其中該比流器的第一端電性連接該比例電阻元件的第一端與該輔助開關元件的控制端，該比流器的第二端、該比例電阻元件的第二端與該輔助開關元件的源極端電性連接該主開關元件的源極端。
5. 如申請專利範圍第4項所述之過電流保護電路，更包括一第 一二極體，該第一二極體的陽極端電性連接該比例電阻元件的第一端，該第一二極體的陰極端電性連接該輔助開關元件的控制端。
6. 如申請專利範圍第5項所述之過電流保護電路，更包括一第二二極體，該第二二極體的陽極端電性連接該主開關元件的控制端，該第二二極體的陰極端電性連接該輔助開關元件的汲極端。
7. 如申請專利範圍第6項所述之過電流保護電路，更包括一第一輔助電阻與一第二輔助電阻，該第一輔助電阻電性連接於該第一二極體的陰極端與該輔助開關元件的控制端之間，該第二輔助電阻電性連接於該第二二極體的陰極端與該輔助閉關元件的汲極端之間。
8. 一種電源供應器，包括：至少一主開關元件；以及一過電流保護電路，包括：一比流器，耦合該主開關元件的一電流傳輸路徑，依據該電流傳輸路徑中的一主電流，對應產生一從電流；一比例電阻元件，電性連接於該比流器，依據該從電流而產生一第一電壓信號；以及一輔助開關元件，電性連接該比例電阻元件，受控於該第一電壓信號，以選擇性地控制該主開關元件導通或截止。
9. 如申請專利範圍第8項所述之電源供應器，其中該主開關元 件與該輔助開關元件為功率電晶體，且該輔助開關元件的控制端電性連接該比例電阻元件，該輔助開關元件的汲極端電性連接該主開關元件的控制端，該輔助開關元件的源極端電性連接該主開關元件的源極端。
10. 如申請專利範圍第9項所述之電源供應器，其中當該第一電壓信號超過一第一門限值時，該輔助開關元件導通，且該主開關元件的控制端經過該輔助開關元件電性連接該主開關元件的源極端。