升壓型電源轉換裝置的製作方法
2023-06-06 06:41:36
專利名稱：升壓型電源轉換裝置的製作方法
技術領域：
本發明是有關於一種升壓型電源轉換裝置，且特別是有關於一種升壓型電源轉換裝置的短路保護裝置。
背景技術：
請參照圖1，圖1繪示公知的升壓型電源轉換裝置100。電源轉換裝置100接收輸入電壓Vin並提供輸出信號Outl至負載130。其中，電源轉換裝置100由控制器101傳送控制信號來控制開關SWl的導通或關閉。並通過開關SWl的導通或關閉動作來使電感Ll 及電容Cl進行儲能的動作，並產生輸出信號Outl。而在公知的電源轉換裝置100中，常因為使用者操作上的不謹慎，或是負載 130(如發光二極體)因長期工作而燒毀而產生短路的現象。由於這個短路的現象會造成電源轉換裝置100、負載130或是其它相關外圍組件的燒毀，因此，設計者在電源轉換裝置 100接收輸入電壓Vin的路徑上串接了保險絲Fuse。使上述的短路現象發生時，可以先行燒毀保險絲而不至於損壞到電源轉換裝置100、負載130或是其它相關外圍組件。然而，這種利用保險絲Fuse來進行短路保護的方式最大的缺點是在當發生短路現象的肇因被排除後，仍必須將電源轉換裝置100送回工廠來進行保險絲的更換作業，在使用上甚不便利。
發明內容
本發明的目的是提供一種升壓型電源轉換裝置，在負載端產生短路現象時，有效關閉升壓型電源轉換裝置與負載所產生的電氣迴路。為實現上述目的，本發明提供的升壓型電源轉換裝置，包括升壓型電源轉換電路以及保護電路。升壓型電源轉換電路，具有輸出端。升壓型電源轉換電路接收輸入電壓並據以在其輸出端產生輸出信號至負載。保護電路串接在升壓型電源轉換電路與負載間並藉以形成電氣迴路，並依據輸出信號來導通或切斷電氣迴路。在本發明的一實施例中，上述的保護電路包括高端偵測電路以及開關模塊。高端偵測電路耦接至負載，用以接收輸出信號並依據輸出信號以產生控制信號。開關模塊串接在高端偵測電路與升壓型電源轉換電路的輸出端的耦接路徑上，依據控制信號而導通或關閉。在本發明的一實施例中，上述的保護電路包括高端偵測電路以及開關模塊。高端偵測電路耦接至負載與升壓型電源轉換電路，接收輸出信號並依據輸出信號以產生禁止信號。高端偵測電路並傳送禁止信號至升壓型電源轉換電路以關閉升壓型電源轉換電路中產生的脈寬調變信號。開關模塊串接在負載與接地電壓間並耦接升壓型電源轉換電路。開關模塊接收並依據脈寬調變信號而導通或關閉。在本發明的一實施例中，上述的保護電路包括低端偵測電路以及開關模塊。低端偵測電路耦接至負載與接地電壓，接收通過負載的輸出信號並依據輸出信號以產生禁止信號。低端偵測電路並傳送禁止信號至升壓型電源轉換電路以關閉升壓型電源轉換電路中產生的脈寬調變信號。開關模塊串接在升壓型電源轉換電路與負載的耦接路徑上，依據脈寬調變信號而導通或關閉。在本發明的一實施例中，上述的保護電路包括低端偵測電路以及開關模塊。低端偵測電路耦接至負載與接地電壓。低端偵測電路接收通過負載的輸出信號並依據輸出信號以產生禁止信號。低端偵測電路並傳送禁止信號至升壓型電源轉換電路以關閉升壓型電源轉換電路中產生的脈寬調變信號。開關模塊串接在升壓型電源轉換電路與負載的耦接路徑上，依據脈寬調變信號而導通或關閉。基於上述，本發明在升壓型的電源轉換電路與負載間，串接可以偵測負載端(升壓型電源轉換電路的輸出端)產生短路狀態的保護電路。並在負載端發生短路現象時，切斷升壓型的電源轉換電路與負載所形成的電氣迴路，進而保護電源轉換電路與負載以避免被燒毀。為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合附圖作詳細說明如下。
圖1繪示公知的升壓型電源轉換裝置100。圖2繪示本發明的一實施例的升壓型電源轉換裝置210的示意圖。圖3A繪示本發明實施例的升壓型電源轉換裝置210的一實施方式。圖;3B繪示圖3A的升壓型電源轉換裝置210實施方式的電路示意圖。圖3C繪示圖3A的升壓型電源轉換裝置210實施方式的另一電路示意圖。圖4A繪示本發明實施例的升壓型電源轉換裝置210的另一實施方式。圖4B繪示圖4A的升壓型電源轉換裝置210實施方式的一電路示意圖。圖5A繪示本發明實施例的升壓型電源轉換裝置210的再一實施方式。圖5B繪示圖5A的升壓型電源轉換裝置210實施方式的一電路示意圖。圖6A繪示本發明實施例的升壓型電源轉換裝置210的更一實施方式。圖6B繪示圖6A的升壓型電源轉換裝置210實施方式的一電路示意圖。附圖中主要組件符號說明100,210電源轉換裝置，101控制器，130、220負載，211升壓型電源轉換電路， 212保護電路，313、413高端偵測電路，320脈寬調變信號禁止電路，410、510、610控制器，513、613低端偵測電路，SWl開關，SW2開關模塊，Outl、Out 1_1輸出信號，Vin輸入電壓，Fuse保險絲，OT輸出端，CNT控制信號，R6 R15電阻，D3 D4 二極體，Ql、Q2、Q3、 Q4電晶體，C7、C8電容，Vd分壓信號，GND接地電壓，STP禁止信號，PWMS脈寬調變信號， CNR連接器。
具體實施例方式首先請參照圖2，圖2繪示本發明的一實施例的升壓型電源轉換裝置210的示意圖。升壓型電源轉換裝置210用以通過保險絲Fuse接收輸入電壓Vin並產生輸出信號Outl 至負載220。升壓型電源轉換裝置210包括升壓型電源轉換電路211以及保護電路212。升壓型電源轉換電路211具有輸出端0T，升壓型電源轉換電路211接收輸入電壓Vin並據以在其輸出端OT產生輸出信號Outl，並通過保護電路212傳送輸出信號0utl_l至負載220。 保護電路212串接在升壓型電源轉換電路211與負載220間並形成一個電氣迴路。保護電路212依據輸出信號Outl來導通或切斷這個電氣迴路。簡單的說，當連接負載220的負載端發生短路的現象時，輸出信號Out 1_1(例如為電壓格式時)的電壓準位會因為短路的現象而急劇的下降。此時，保護電路212偵測到這個輸出信號0utl_l的電壓準位急劇下降的狀況，並實時切斷由升壓型電源轉換電路211與負載220間所形成的電氣迴路。也就是說，當負載端的短路現象發生時，升壓型電源轉換電路211會因為上述的電氣迴路被切斷而停止供應輸出信號0utl_l。如此一來，上述的電氣迴路間將不會有瞬間大電流現象的發生，有效保護升壓型電源轉換電路211、負載220或與的相連接的外圍電路(未繪示)。更重要的是，保護電路212可以設計為當偵測到短路現象發生時，在切斷電氣迴路外，還拴鎖住這個切斷的狀態而不改變。如此一來，在使用者針對短路現象進行狀況排除被有效完成前，電氣迴路都不會重新被導通而有另一次的組件燒毀的危機。更重要的是，在當使用者完成短路現象的狀況排除後，只需要針對升壓型電源轉換裝置210進行關閉並重新啟動電源的動作，保護電路212就會釋放掉先前拴鎖住的電氣迴路的切斷狀態，使升壓型電源轉換電路211與負載220間所形成的電氣迴路重新導通並正常工作，並不需要進行保險絲Fuse的更替。接著請參照圖3A，圖3A繪示本發明實施例的升壓型電源轉換裝置210的一實施方式。其中的保護電路212包括高端偵測電路313以及開關模塊SW2。高端偵測電路313耦接至負載220，並依據輸出信號Outl以產生控制信號CNT。開關模塊SW2串接在高端偵測電路313與升壓型電源轉換電路211的輸出端OTl的耦接路徑上，並依據控制信號CNT導通或關閉。進一步來說明，就是當輸出信號Outl被短路到接地電壓GND時，輸出信號Outl會急速下降。高端偵測電路213偵測到，輸出信號Outl急速下降的狀態時，發送出控制信號 CNT來切斷開關模塊SW2，並進而切斷升壓型電源轉換電路211與負載212間並形成電氣迴路。為使本領域技術人員能更輕易的了解圖3A繪示的升壓型電源轉換裝置210實施方式的動作細節，以下提出兩種不同的電路實施方式來加以說明。請先參照圖3B，圖;3B繪示圖3A的升壓型電源轉換裝置210實施方式的電路示意圖。升壓型電源轉換電路接收由連接器CNR傳輸來的輸入電壓Vin。而保護電路212包括由電晶體Q2、電阻R6、R9、R10、R13以及二極體D3所建構的高端偵測電路以及由電晶體Ql 所建構的開關模塊。其中的電阻R6以及R9形成分壓電路並耦接在升壓型電源轉換電路 211的輸出端OT與接地電壓GND間，電阻R13耦接在電晶體Q2的第一端與升壓型電源轉換電路211的輸出端OT間，電容C7耦接在電阻R13與RlO間。電阻RlO串接在電容C7與電晶體Q2的控制端間。電阻R6由耦接至負載220的端點接收輸出信號Outl，並利用電阻R6、R9所形成的分壓電路對輸出信號Outl進行分壓，而分壓後產生的分壓信號Vd被傳送至電晶體Q2的控制端(也就是電晶體Q2的柵極)。在正常動作時(未發生短路現象)，輸出信號Outl的電壓值為高電壓，開關組件Q2(其中開關組件可為金屬氧化物半導體場效應電晶體、電晶體以及集成電路組件，本實施例以N型金屬氧化物半導體場效應電晶體作為說明)通過接收高電壓的分壓信號Vd而導通。因此，接地電壓GND通過電晶體Q2傳送至開關組件Ql (其中開關組件可為金屬氧化物半導體場效應電晶體、電晶體以及集成電路組件，本實施例以P型金屬氧化物半導體場效應電晶體作為說明)的控制端(也就是電晶體Ql的柵極)並導通電晶體Q1。當輸出信號Outl因短路現象而急速下降時，電晶體Q2受控於隨著輸出信號Outl 而下降的分壓信號Vd而關閉。此時，電晶體Ql的控制端不再接收接地電壓GND而變更為由電阻R13來拉高(pull high)到高電壓，並進一步關閉電晶體Ql以切斷電氣迴路。另外， 電容C7被充電並提供高電壓至電晶體Ql的控制端以切斷電氣迴路。接著請參照圖3C，圖3C繪示圖3A的升壓型電源轉換裝置210實施方式的另一電路示意圖。在圖3C的繪示中，升壓型電源轉換電路接收由連接器CNR傳輸來的輸入電壓 Vin0而保護電路212還包括脈寬調變信號禁止電路320。脈寬調變信號禁止電路320耦接負載220及升壓型電源轉換電路211，依據輸出信號Outl以產生禁止信號STP並傳送禁止信號STP至升壓型電源轉換電路211以關閉升壓型電源轉換電路中產生的脈寬調變信號。 其中，脈寬調變信號禁止電路320包括電晶體Q3、電阻R15、R14以及電容C9。當短路現象發生時，電晶體Q3 (為N型金屬氧化物半導體場效應電晶體)因控制端通過電阻R15接收到低電壓而關閉。電容C9通過電阻R14被充電，並使得禁止信號STP為高準位。控制器310 則接收高準位的禁止信號STP，並據以關閉控制器310中所產生的脈寬調變信號。上述動作的目的在於當短路現象發生時，且電氣迴路已被切斷的同時，升壓型電源轉換電路211中的脈寬調變信號的發生則將會因為電氣迴路的被切斷而造成沒有回授電流來進行判斷，而產生誤動作的現象。因此，利用脈寬調變信號禁止電路320來在電氣迴路被切斷的同時，也關閉掉脈寬調變信號，可以消除上述的誤動作現象的發生。請參照圖4A，圖4A繪示本發明實施例的升壓型電源轉換裝置210的另一實施方式。其中的保護電路212包括高端偵測電路413以及開關模塊SW2。前一實施方式不相同的是，開關模塊SW2耦接在負載220與接地電壓GND間，當短路現象發生時，開關模塊SW2 依據升壓型電源轉換電路211所傳送的脈寬調變信號而關閉，並進以切斷電氣迴路。同樣的，為使本領域技術人員能更輕易的了解圖4A繪示的升壓型電源轉換裝置 210實施方式的動作細節，以下另提出一種的電路實施方式來加以說明。請參照圖4B，圖4B繪示圖4A的升壓型電源轉換裝置210實施方式的一電路示意圖。其中，升壓型電源轉換電路接收由連接器CNR傳輸來的輸入電壓Vin。高端偵測電路 413包括電阻R12以及電晶體Q4。電晶體Q4的控制端(電晶體Q4的柵極)通過電阻R12 接收輸出信號Outl，其第一端產生禁止信號STP且其第二端耦接至接地電壓GND。開關模塊SW2則包括由電阻R7及電容C8所組成的延遲電路以及電晶體Q3。電阻R7的一端由升壓型電源轉換電路211接收脈寬調變信號PWMS，其另一端並耦接到電晶體Q3的控制端。在當正常動作時，脈寬調變信號PWMS正常動作，電容C8經二極體D6進行快速充電，但是電阻經R7進行放電，故放電速度較慢，利用充電快而放電慢的原理，電容C8即會充到高準位，也因此，電晶體Q3保持導通的狀態。而在當短路現象發生時，電晶體Q4會因為其控制端所接收到的輸出信號Outl急速下降而關閉，相對的禁止信號STP會被上拉至高準位，並使控制器410停止產生脈寬調變信號PWMS (使脈寬調變信號PWMS恆等於接低電壓GND)。在此同時，由於延遲電路恆定的接收到接地電壓GND，因此，電晶體Q3的控制端的的電壓也會隨的降至與接地電壓GND相同，進而被關閉(亦即切斷電氣迴路)。請參照圖5A，圖5A繪示本發明實施例的升壓型電源轉換裝置210的再一實施方式。其中的保護電路212包括低端偵測電路513以及開關模塊SW2。與前述實施方式不相同的是，本實施方式中，用來偵測短路現象的是低端偵測電路513。低端偵測電路513耦接在負載220與接地電壓GND間，是依據通過負載220的輸出信號0ut2來進行有無發生短路現象的偵測動作。低端偵測電路513在發生短路現象時由禁止信號STP來關閉升壓型電源轉換電路中產生的脈寬調變信號。而開關模塊SW2串接在升壓型電源轉換電路211與負載 220的耦接路徑上，並依據脈寬調變信號被關閉與與否來而分別被關閉或導通。簡單的說， 當脈寬調變信號被關閉時，開關模塊SW2對應被關閉，而當脈寬調變信號被啟動時，開關模塊SW2對應被導通。為使本領域具通常知識者都能更輕易的了解圖5A繪示的升壓型電源轉換裝置 210實施方式的動作細節，以下還提出一種的電路實施方式來加以說明。請參照圖5B，圖5B繪示圖5A的升壓型電源轉換裝置210實施方式的一電路示意圖。升壓型電源轉換電路接收由連接器CNR傳輸來的輸入電壓Vin。而低端偵測電路包括電阻R5、R6、RlO及二極體D4，其中，電阻R5、R6串接在負載220耦接接地電壓GND的路徑上，二極體D4與電阻R5、R6及負載220共同耦接並傳送禁止信號STP。開關模塊SW2則包括電晶體Q1、電阻R13、R9、電容C7以及二極體D3。其中，電晶體Ql的第一端耦接升壓型電源轉換電路211，其第二端耦接至負載220，電阻R13串接在電晶體Ql的第一端與控制端間，電阻R9與電容C7串接在電晶體Ql的控制端與接地電壓GND間，二極體D3的陽極耦接電阻R9與電容C7的耦接端。在當正常動作(未發生短路現象)時，電容C7通過二極體D3快速的放電而使得電晶體Ql的控制端的電壓處在低準位。也就是說，電晶體Ql保持導通的狀態。相反的，當發生短路現象時，在負載220上會產生一個很大的短路電流，這個短路電流流經電阻R5、R6 則會使得電阻R5、R6與負載220的耦接端上產生一個大電壓。這個電壓通過二極體D4以及電阻RlO而產生一個高電壓的禁止信號STP。在此同時，控制器510接收到高電壓的禁止信號STP則對應關閉升壓型電源轉換電路211中的脈寬調變信號，此時控制器510使得脈寬調變信號輸出高準位至二極體D3的陰極。相對的，電晶體Ql控制端上所接收的電壓便隨的上升，並使電晶體Ql關閉。請參照圖6A，圖6A繪示本發明實施例的升壓型電源轉換裝置210的又一實施方式。其中的保護電路212包括低端偵測電路613以及開關模塊SW2。與圖5A繪示的實施方式不相同的是，開關模塊SW2串接在負載220與接地電壓GND的耦接路徑上。而當短路現象發生時，開關模塊SW2關閉並進以切斷電氣迴路。同樣為使本領域技術人員都能更輕易的了解圖6A繪示的升壓型電源轉換裝置 210實施方式的動作細節，以下還提出一種的電路實施方式來加以說明。請參照圖6B，圖6B繪示圖6A的升壓型電源轉換裝置210實施方式的一電路示意圖。升壓型電源轉換電路接收由連接器CNR傳輸來的輸入電壓Vin。並且，低端偵測電路包括電阻Rl2、R6、二極體D4及電阻R11，電阻R12、R6分別串接在開關模塊與接地電壓GND 的耦接路徑上，二極體D4的陽極與電阻R12、R6及開關模塊共同耦接，其陰極產生禁止信號STP。開關模塊則包括電晶體Q3、二極體D5以及電阻R10，電晶體Q3的第一端耦接負載 220，其第二端耦接至R12及R6。二極體D5的陽極接收脈寬調變信號PWMS，其陰極耦接至電晶體Q3的控制端。電阻RlO則與二極體D5並連。在當正常動作(未發生短路現象)時，電容C8通過脈寬調變信號PWMS高電壓時 (正脈寬)快速建立高電壓準位，並通過二極體D5提供電晶體Q3的控制端高電壓。因此， 電晶體Q3被導通。而在當脈寬調變信號PWMS低電壓時，由於電阻RlO的值足夠大，因此電晶體Q3的控制端的高電壓並不會立刻消失。也就是說，電晶體Q3可以維持導通的狀態。 而在發生短路現象時，電阻R12、R6與負載220的耦接端的電壓會因為大的短路電流而上升。這個上升的高電壓則會通過二極體D4及電阻Rll而產生高電壓的禁止信號STP。控制器610接收到高電壓的禁止信號STP後，則對應關閉脈寬調變信號PWMS (使脈寬調變信號 PWMS等於接地電壓GND)。在此同時，電容C8將會被放電而降低電壓，也就是說，電晶體Q3 的控制端所接收的電壓將會下降。電晶體Q3也因此被關閉。綜上所述，本發明依據偵測負載端的短路現象發生與否，來切斷升壓型的電源轉換裝置與負載所形成的電氣迴路。有效達到自動偵測電源轉換裝置所產生的過電壓或過電流的狀態，並進以保護其間的電路組件。雖然本發明已以實施例描述如上，然其並非用以限定本發明，本領域技術人員在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍應當以申請的權利要求範圍所界定的內容為準。
權利要求
1.一種升壓型電源轉換裝置，包括一升壓型電源轉換電路，具有輸出端，接收一輸入電壓並據以在其輸出端產生一輸出信號至一負載；以及一保護電路，串接在該升壓型電源轉換電路與該負載間並形成一電氣迴路，依據該輸出信號來導通或切斷該電氣迴路。
2.如權利要求1所述的電源轉換裝置，其中，該保護電路包括一高端偵測電路，耦接至該負載，用以接收該輸出信號並依據該輸出信號以產生一控制信號；以及一開關模塊，串接在該高端偵測電路與該升壓型電源轉換電路的輸出端的耦接路徑上，依據該控制信號導通或關閉。
3.如權利要求2所述的電源轉換裝置，其中該高端偵測電路包括一分壓電路，耦接在該升壓型電源轉換電路的輸出端與一接地電壓間，依據該輸出信號進行分壓，並產生一分壓信號；一第一電晶體，其控制端接收該分壓信號，其第一端耦接至該開關模塊的控制端，其第二端接收該接地電壓；一第一電阻，耦接在該第一電晶體的第一端與該升壓型電源轉換電路的輸出端間；一第二電阻，其一端耦接至該第一電晶體的控制端；以及一電容，串接在該升壓型電源轉換電路的輸出端與該第二電阻的另一端間。
4.如權利要求3所述的電源轉換裝置，其中該開關模塊包括一第二電晶體，該第二電晶體的第一端耦接至該升壓型電源轉換電路，其第二端耦接至該高端偵測電路。
5.如權利要求2所述的電源轉換裝置，其中該保護電路包括一脈寬調變信號禁止電路，耦接該負載及該升壓型電源轉換電路，依據該輸出信號以產生一禁止信號並傳送該禁止信號至該升壓型電源轉換電路以關閉該升壓型電源轉換電路中產生的一脈寬調變信號。
6.如權利要求1所述的電源轉換裝置，其中該保護電路包括一高端偵測電路，耦接至該負載與該升壓型電源轉換電路，接收該輸出信號並依據該輸出信號以產生一禁止信號，並傳送該禁止信號至該升壓型電源轉換電路以關閉該升壓型電源轉換電路中產生的一脈寬調變信號；以及一開關模塊，串接在該負載與一接地電壓間並耦接該升壓型電源轉換電路，接收並依據該脈寬調變信號而導通或關閉。
7.如權利要求6所述的電源轉換裝置，其中高端偵測電路包括一第一電晶體，其控制端接收該輸出信號，其第一端產生該禁止信號且其第二端耦接至該接地電壓。
8.如權利要求7所述的電源轉換裝置，其中開關模塊包括一延遲電路，其輸入端耦接該升壓型電源轉換電路並接收該脈寬調變信號；以及一第二電晶體，其控制端耦接該延遲電路的輸出端，其第一端耦接至該負載，其第一端耦接至該接地電壓。
9.如權利要求1所述的電源轉換裝置，其中該保護電路包括一低端偵測電路，耦接至該負載與一接地電壓，接收通過該負載的該輸出信號並依據該輸出信號以產生一禁止信號，該低端偵測電路並傳送該禁止信號至該升壓型電源轉換電路以關閉該升壓型電源轉換電路中產生的一脈寬調變信號；以及 一開關模塊，串接在該升壓型電源轉換電路與該負載的耦接路徑上，依據該脈寬調變信號而導通或關閉。
10.如權利要求9所述的電源轉換裝置，其中該低端偵測電路包括 一第一電阻，串接在該負載耦接該接地電壓的路徑上；以及一第一二極體，其陽極耦接該接地電壓，其陰極與該第一電阻及該負載共同耦接並傳送該禁止信號。
11.如權利要求10所述的電源轉換裝置，其中該開關模塊包括 一電晶體，其第一端耦接該升壓型電源轉換電路，其第二端耦接至該負載； 一第二電阻，串接在該電晶體的第一端與控制端間；一第三電阻，其一端耦接該電晶體的控制端；一第二二極體，其陽極耦接該第三電阻的另一端，其陰極產生該禁止信號；以及一電容，串接在該第三電阻的另一端與該接地電壓間。
全文摘要
一種升壓型電源轉換裝置，包括升壓型電源轉換電路以及保護電路。升壓型電源轉換電路具有輸出端。升壓型電源轉換電路接收輸入電壓並據以在其輸出端產生輸出信號至負載。保護電路串接在升壓型電源轉換電路與負載間並形成電氣迴路，並依據輸出信號與來導通或切斷電氣迴路。
文檔編號H02H7/10GK102157919SQ20101011574
公開日2011年8月17日 申請日期2010年2月12日 優先權日2010年2月12日
發明者林久淵, 洪建邦 申請人:碩頡科技股份有限公司