專利名稱：降壓轉(zhuǎn)換器的輸出過(guò)電壓保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于開(kāi)關(guān)式電源供應(yīng)器的降壓轉(zhuǎn)換器(step-downconverter，或者稱為buck converter)，特別是涉及一種具有輸出過(guò)電壓保護(hù)裝置(overvoltage protection device)的降壓轉(zhuǎn)換器。
在電源設(shè)計(jì)的相關(guān)領(lǐng)域上，開(kāi)關(guān)式電源供應(yīng)器(switched mode power supply，SMPS)是被廣泛地應(yīng)用于一般以電池為電源的電子產(chǎn)品如手提式計(jì)算機(jī)上。而降壓轉(zhuǎn)換器(buck converter)是被使用在一般的開(kāi)關(guān)式電源供應(yīng)器中作為一基本的電壓調(diào)節(jié)器(voltage regulator)。降壓轉(zhuǎn)換器是接受自一直流的輸入電壓源如電池所提供的輸入電壓，而轉(zhuǎn)換成一較低的固定直流輸出電壓提供給一負(fù)載(load)。

圖1為一典型的降壓轉(zhuǎn)換器的電路方塊示意圖。如圖1所示，所用的降壓轉(zhuǎn)換器包含一脈沖寬度調(diào)變控制器(PWM控制器)101，如一3843與3844系列的集成電路芯片，用以作為開(kāi)關(guān)式電源供應(yīng)器的電源供應(yīng)控制電路。為了要正常地激活PWM控制器101本身所具有的控制功能，便需要一個(gè)激活電路100以提供足夠的電壓與電流給PWM控制器101。激活電路100接收一交流電壓(其未顯示)并將其整流為一直流電壓再經(jīng)過(guò)濾波處理后，經(jīng)由一激活電阻110提供激活PWM控制器101所須的電壓至PWM控制器101的輸入電壓接腳。PWM控制器101是利用一第一參考電壓Vref1與降壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓Vout(其是由輸出電壓端經(jīng)反饋電路108反饋至PWM控制器101)做比較，以產(chǎn)生一切換控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)晶體管開(kāi)關(guān)102與二極管開(kāi)關(guān)103而維持所需的輸出電壓基準(zhǔn)。晶體管開(kāi)關(guān)102是以一N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(N-channel MOSFET)所完成。晶體管開(kāi)關(guān)102的柵極是連接至PWM控制器101，而由PWM控制器101所發(fā)出的切換控制信號(hào)切換其導(dǎo)通與關(guān)閉的狀態(tài)。當(dāng)晶體管開(kāi)關(guān)102的柵極電壓高于其漏極電壓，晶體管開(kāi)關(guān)102便會(huì)完全的導(dǎo)通。降壓轉(zhuǎn)換器所輸出的電壓是由一電感1041與一電容1042所組成的輸出濾波器104提供給一負(fù)載107。
然而，在降壓轉(zhuǎn)換器的實(shí)際操作時(shí)，經(jīng)常會(huì)因?yàn)橐恍┤藶椴僮鞯囊蛩囟斐删w管開(kāi)關(guān)102短路。假如晶體管開(kāi)關(guān)102變成短路，則會(huì)導(dǎo)致降壓轉(zhuǎn)換器的輸入電壓端與輸出電壓端之間互相導(dǎo)通，輸入電壓端的輸入直流電壓Vin將無(wú)法被轉(zhuǎn)換而造成過(guò)高的直流電壓直接由輸出濾波器104輸出。因此，降壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓Vout會(huì)變得過(guò)高，導(dǎo)致電路板上許多組件被燒毀。
為了避免降壓轉(zhuǎn)換器因開(kāi)關(guān)組件短路而造成過(guò)電壓輸出的問(wèn)題發(fā)生，傳統(tǒng)上在降壓轉(zhuǎn)換器的電壓輸出端會(huì)設(shè)置一過(guò)電壓檢測(cè)電路106用以檢測(cè)降壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓Vout是否過(guò)高，以及一可控硅整流器(SCR)105耦合于降壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓端與過(guò)電壓檢測(cè)電路106之間。由于可控硅整流器105的導(dǎo)通電阻(onresistance)很小，因此當(dāng)降壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓Vout過(guò)高時(shí)，其可使得降壓轉(zhuǎn)換器的輸出短路，讓降壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓Vout不再往上升。與此同時(shí)，當(dāng)過(guò)電壓檢測(cè)電路106檢測(cè)到降壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓Vout過(guò)高時(shí)，其會(huì)產(chǎn)生一控制信號(hào)經(jīng)由反饋電路108傳送至PWM控制器101。PWM控制器101將會(huì)因該控制信號(hào)而被關(guān)閉。此外，在降壓轉(zhuǎn)換器的輸入電壓Vin與晶體管開(kāi)關(guān)102之間跨接一保險(xiǎn)絲(fuse)109，作為降壓轉(zhuǎn)換器的輸出過(guò)電壓保護(hù)裝置。因?yàn)榫w管開(kāi)關(guān)102短路時(shí)會(huì)產(chǎn)生極大的電流，使得保險(xiǎn)絲(fuse)109熔斷而將降壓轉(zhuǎn)換器與輸入電壓Vin隔開(kāi)，以切斷降壓轉(zhuǎn)換器的能量。
盡管如此，在已有降壓轉(zhuǎn)換器中，使用保險(xiǎn)絲作為保護(hù)降壓轉(zhuǎn)換器免于因開(kāi)關(guān)組件短路而造成輸出電壓過(guò)高的裝置的做法仍然具有以下的缺陷存在。首先，保險(xiǎn)絲并無(wú)法在降壓轉(zhuǎn)換器的電壓輸出過(guò)高發(fā)生的瞬間馬上熔斷來(lái)保護(hù)降壓轉(zhuǎn)換器，而是需要一段時(shí)間才會(huì)熔斷。因此在能量切斷速率的考量上面，使用保險(xiǎn)絲是無(wú)法實(shí)時(shí)地保護(hù)降壓轉(zhuǎn)換器免于輸出電壓過(guò)高所造成的損害發(fā)生。其次，在保險(xiǎn)絲熔斷后，需要更換保險(xiǎn)絲才能夠使降壓轉(zhuǎn)換器重新操作。因此在實(shí)際的應(yīng)用上面，使用保險(xiǎn)絲做為降壓轉(zhuǎn)換器的輸出過(guò)電壓保護(hù)裝置的做法并不是相當(dāng)完善的設(shè)計(jì)。
本發(fā)明是一種應(yīng)用于降壓轉(zhuǎn)換器的輸出過(guò)電壓保護(hù)裝置，其是應(yīng)用一晶體管開(kāi)關(guān)跨接于降壓轉(zhuǎn)換器的輸入電壓與降壓轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)組件之間，作為避免降壓轉(zhuǎn)換器因開(kāi)關(guān)組件短路而造成輸出電壓過(guò)高的保護(hù)裝置，而在降壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓端加設(shè)一電壓檢測(cè)電路，用以自動(dòng)檢測(cè)降壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓是否超過(guò)一預(yù)定電壓值而發(fā)出一控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)降壓轉(zhuǎn)換器的PWM控制器與輸出過(guò)電壓保護(hù)裝置在降壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓過(guò)高時(shí)，因該控制信號(hào)而關(guān)閉。
本發(fā)明的目的在于提供一種降壓轉(zhuǎn)換器的輸出過(guò)電壓保護(hù)裝置，其可在降壓轉(zhuǎn)換器因其中一開(kāi)關(guān)組件短路而造成輸出電壓過(guò)高時(shí)，受降壓轉(zhuǎn)換器所驅(qū)動(dòng)而隔開(kāi)降壓轉(zhuǎn)換器與其輸入電壓之間的連接。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種電壓調(diào)節(jié)器，其可自動(dòng)檢測(cè)其輸出電壓是否超過(guò)一預(yù)定的電壓基準(zhǔn)位，并且在電壓調(diào)節(jié)器的輸出電壓超過(guò)預(yù)定的電壓基準(zhǔn)位時(shí)，發(fā)出一控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)一晶體管開(kāi)關(guān)使得該電壓調(diào)節(jié)器自身的能量被切斷。
本發(fā)明的再一目的在于發(fā)展一種具有輸出過(guò)電壓保護(hù)裝置的降壓轉(zhuǎn)換器，其中輸出過(guò)電壓保護(hù)裝置是用以當(dāng)降壓轉(zhuǎn)換器因其開(kāi)關(guān)組件短路而產(chǎn)生過(guò)電壓輸出時(shí)，自動(dòng)且同步地切斷降壓轉(zhuǎn)換器的能量。
根據(jù)本發(fā)明的一典型的較佳實(shí)施例，本發(fā)明提供了一種輸出過(guò)電壓保護(hù)裝置，耦合于一輸入電壓與一降壓轉(zhuǎn)換器之間，用以在當(dāng)降壓轉(zhuǎn)換器因其中一開(kāi)關(guān)組件短路使得其輸出電壓高于一預(yù)定的電壓基準(zhǔn)位時(shí)，隔開(kāi)該輸入電壓與該降壓轉(zhuǎn)換器，其包含一電壓檢測(cè)電路，其是檢測(cè)該降壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓是否高于預(yù)定的電壓基準(zhǔn)位，而發(fā)出一控制信號(hào)，以及一晶體管開(kāi)關(guān)，較佳者為一N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(N-channel MOSFET)所組成，其串接于該輸入電壓與該降壓轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)組件之間，受該控制信號(hào)所驅(qū)動(dòng)，且因該控制信號(hào)的狀態(tài)改變而改變其狀態(tài)，用以當(dāng)該降壓轉(zhuǎn)換器因其開(kāi)關(guān)組件短路而造成其輸出電壓高于預(yù)定的電壓基準(zhǔn)位時(shí)，隔開(kāi)該降壓轉(zhuǎn)換器與該輸入電壓。
根據(jù)上述構(gòu)想，上述的電壓檢測(cè)電路包含一比較器，其是比較降壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓與一參考電壓，且因該降壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓與參考電壓的比較，輸出一電壓準(zhǔn)位信號(hào)，以及一門閂電路，用以閂鎖該電壓準(zhǔn)位信號(hào)且因該電壓準(zhǔn)位信號(hào)而發(fā)出控制信號(hào)以驅(qū)動(dòng)該晶體管開(kāi)關(guān)。
本發(fā)明的第二方面的構(gòu)想是為一電壓轉(zhuǎn)換器，用以轉(zhuǎn)換一輸入電壓至一較低的輸出電壓，其包含一輸出濾波器，用以提供該輸出電壓至一負(fù)載；一開(kāi)關(guān)組件，串接于該輸出濾波器與該輸入電壓之間；一控制器，其將該輸出電壓與一第一參考電壓做比較，且因該輸出電壓與第一參考電壓的比較，輸出一切換控制信號(hào)以控制該開(kāi)關(guān)組件的狀態(tài)切換而產(chǎn)生該輸出電壓；以及一輸出過(guò)電壓保護(hù)裝置，串接于該輸出電壓與該輸入電壓之間，用以檢測(cè)該輸出電壓是否高于一預(yù)定的電壓基準(zhǔn)位，當(dāng)該輸出電壓高于該預(yù)定的電壓技準(zhǔn)位時(shí)，隔開(kāi)該開(kāi)關(guān)組件與該輸入電壓。
該輸出濾波器是由一電感組件與一電容所組成，該開(kāi)關(guān)組件是一N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(N-channel MOSFET)。
根據(jù)上述構(gòu)想，該輸出過(guò)電壓保護(hù)裝置包含一電壓檢測(cè)電路，其檢測(cè)該輸出電壓是否高于預(yù)定的電壓基準(zhǔn)位，而發(fā)出一控制信號(hào)；以及一晶體管開(kāi)關(guān)，較佳者為一N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(N-channel MOSFET)，串接于該輸入電壓與該開(kāi)關(guān)組件之間，其受該控制信號(hào)所驅(qū)動(dòng)，而因該控制信號(hào)的狀態(tài)改變而改變其狀態(tài)，用以當(dāng)因該開(kāi)關(guān)組件短路而造成該輸出電壓高于預(yù)定的電壓基準(zhǔn)位時(shí)，隔開(kāi)該開(kāi)關(guān)組件與該輸入電壓。
該電壓檢測(cè)電路包含一比較器，其比較該輸出電壓與一第二參考電壓，而因該輸出電壓與該參考電壓的比較，輸出一電壓基準(zhǔn)位信號(hào)；以及一門閂電路，用以閂鎖該電壓基準(zhǔn)位信號(hào)，且因該電壓基準(zhǔn)位信號(hào)而發(fā)出該控制信號(hào)以驅(qū)動(dòng)該晶體管開(kāi)關(guān)。
本發(fā)明的電壓轉(zhuǎn)換器中還包含一反饋電路，用以將該輸出電壓自該輸出濾波器的一輸出端反饋至該控制器的一信號(hào)輸入端，以及一激活電路，用以經(jīng)由一激活電阻提供一直流電壓以激活該控制器。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面的構(gòu)想，本發(fā)明提供了一電壓調(diào)節(jié)器，用以轉(zhuǎn)換一輸入直流電壓至一較低的輸出直流電壓，其包含一輸出濾波器，用以提供該輸出電壓至一負(fù)載；一第一開(kāi)關(guān)組件，較佳者為一N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(N-channel MOSFET)，其是電耦合于該輸入直流電壓與該輸出濾波器之間；一第二開(kāi)關(guān)組件，較佳者為一二極管，其是電耦合于該第一晶體管開(kāi)關(guān)與一接地端之間；一控制器，其將該輸出電壓與一第一參考電壓做比較，且因該輸出電壓與一第一參考電壓的比較，輸出一切換控制信號(hào)以控制該第一開(kāi)關(guān)組件與該第二開(kāi)關(guān)組件的狀態(tài)切換而產(chǎn)生該輸出電壓；以及一輸出過(guò)電壓保護(hù)裝置，串接于輸出電壓與該輸入電壓之間，用以檢測(cè)該輸出電壓是否高于一預(yù)定的電壓基準(zhǔn)位，而于該輸出電壓高于預(yù)定的電壓基準(zhǔn)位時(shí)，隔開(kāi)該第一開(kāi)關(guān)組件與該輸入電壓的連接。
根據(jù)本發(fā)明，該輸出濾波器包含一電感組件與一電容。而上述的該輸出過(guò)電壓保護(hù)裝置包含一電壓檢測(cè)電路，其檢測(cè)該輸出電壓是否高于預(yù)定的電壓基準(zhǔn)位，而發(fā)出一控制信號(hào)；以及一晶體管開(kāi)關(guān)，串接于該輸入電壓與該第一開(kāi)關(guān)組件的間，其受該控制信號(hào)所驅(qū)動(dòng)，而因該控制信號(hào)的一狀態(tài)改變而改變其狀態(tài)，用以因該第一開(kāi)關(guān)組件短路而造成該輸出電壓高于預(yù)定的電壓基準(zhǔn)位時(shí)，隔開(kāi)該第一開(kāi)關(guān)組件與該輸入電壓。
根據(jù)上述，該電壓檢測(cè)電路包含一比較器，其比較該輸出電壓與一第二參考電壓，而因該輸出電壓與第二參考電壓的比較，輸出一電壓基準(zhǔn)位信號(hào)，以及一門閂電路，用以閂鎖該電壓基準(zhǔn)位信號(hào)，且因該電壓基準(zhǔn)位信號(hào)發(fā)出該控制信號(hào)以驅(qū)動(dòng)該晶體管開(kāi)關(guān)。
根據(jù)上述構(gòu)想，本案的電壓調(diào)節(jié)器還包含一反饋電路，用以將該輸出電壓自該輸出濾波器的一輸出端反饋至該控制器的一信號(hào)輸入端，以及一激活電路，用以經(jīng)由一激活電阻提供一直流電壓以激活該控制器。
為了進(jìn)一步理解本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與特征，下面結(jié)合實(shí)施例和附圖作詳細(xì)說(shuō)明。
圖1為已有的一開(kāi)關(guān)式電源供應(yīng)器的降壓轉(zhuǎn)換器的典型溝道電路方塊示意圖；圖2為本發(fā)明的一較佳實(shí)施例的電壓調(diào)節(jié)器的電路方塊示意圖。
本發(fā)明的降壓轉(zhuǎn)換器的一典型實(shí)施例是由圖2所示的電路方塊圖詳細(xì)說(shuō)明。值得注意的是，本發(fā)明的降壓轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計(jì)可由熟悉此技術(shù)者參照下面揭示實(shí)施例輕易完成的，然而，他們都應(yīng)屬于本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍。
請(qǐng)參見(jiàn)圖2，本發(fā)明的降壓轉(zhuǎn)換器是被應(yīng)用于轉(zhuǎn)換一輸入直流電壓Vin至一較低的輸出直流電壓Vout。根據(jù)本發(fā)明的一典型的較佳實(shí)施例，本發(fā)明的降壓轉(zhuǎn)換器包含一晶體管開(kāi)關(guān)202串接于輸入電壓Vin與輸出濾波器204之間。輸出濾波器204由一電感2041與一電容2042所組成，用以產(chǎn)生一輸出直流電壓Vout提供予負(fù)載205，并且該輸出直流電壓Vout經(jīng)由反饋電路206反饋至PWM控制器201的一信號(hào)輸入端。PWM控制器201將輸出直流電壓Vout與一第一參考電壓Vref1作比較，且因比較所得結(jié)果產(chǎn)生一切換控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)晶體管開(kāi)關(guān)202。PWM控制器201作為降壓轉(zhuǎn)換器的電源供應(yīng)控制電路，其為一3843與3844系列的集成電路芯片所完成。為了正常激活PWM控制器201本身所具有的控制功能，便需要一激活電路200提供激活PWM控制器201所需要的直流電壓與電流。激活電路200所提供的直流電壓與電流是通過(guò)由一激活電阻210提供給PWM控制器201以激活PWM控制器201的控制功能。
晶體管開(kāi)關(guān)202由一N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(N-channel MOSFET)所組成，其可被控制以連接與跳接(disconnect)輸入直流電壓Vin至輸出濾波器204以產(chǎn)生一輸出直流電壓Vout。晶體管開(kāi)關(guān)202的柵極連接至PWM控制器201，而PWM控制器201是用以將輸出直流電壓Vout與第一參考電壓Vref1作比較以輸出一切換控制信號(hào)控制晶體管開(kāi)關(guān)202。當(dāng)輸出直流電壓Vout低于第一參考電壓Vref1時(shí)，PWM控制器201便會(huì)驅(qū)動(dòng)晶體管開(kāi)關(guān)202使的導(dǎo)通(turn on)。當(dāng)輸出直流電壓Vout高于第一參考電壓Vref1時(shí)，PWM控制器201便會(huì)驅(qū)動(dòng)晶體管開(kāi)關(guān)202使的關(guān)閉(turnoff)。當(dāng)晶體管開(kāi)關(guān)202導(dǎo)通時(shí)，輸出濾波器204中的電容2042便會(huì)充電。當(dāng)晶體管開(kāi)關(guān)202關(guān)閉時(shí)，輸出濾波器204中的電容2042便會(huì)開(kāi)始放電，使得輸出濾波器204可持續(xù)提供一固定的直流輸出電壓至負(fù)載205。PWM控制器201系控制晶體管開(kāi)關(guān)202與二極管開(kāi)關(guān)203的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，以產(chǎn)生所需的輸出直流電壓Vout。
為了保護(hù)降壓轉(zhuǎn)換器在晶體管開(kāi)關(guān)202短路時(shí)導(dǎo)致過(guò)高的輸出直流電壓而對(duì)降壓轉(zhuǎn)換器的操作產(chǎn)生負(fù)面的影響，一輸出過(guò)電壓保護(hù)裝置209被加入以跨接于輸入電壓Vin與降壓轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)組件202之間。根據(jù)本發(fā)明的一較佳實(shí)施例，該輸出過(guò)電壓保護(hù)裝置209為一N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(N-channelMOSFET)所組成。
在降壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓端具有一電壓檢測(cè)電路，用以檢測(cè)降壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓是否超過(guò)一預(yù)定的電壓值。電壓檢測(cè)電路包含一比較器(comparator)207與一門閂電路208(latch circuit)。比較器207將降壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓Vout與一第二參考電壓Vref2做比較，以判斷降壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓是否高過(guò)預(yù)定的電壓基準(zhǔn)位值，依此檢測(cè)降壓轉(zhuǎn)換器是否進(jìn)入過(guò)電壓輸出的狀態(tài)。比較器207在比較降壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓Vout與第二參考電壓Vref2后產(chǎn)生一電壓基準(zhǔn)位信號(hào)(如二進(jìn)制的0或1)輸出，而該電壓基準(zhǔn)位信號(hào)的電壓基準(zhǔn)位由門閂電路208閂鎖住。
門閂電路208根據(jù)所閂鎖住的電壓基準(zhǔn)位以發(fā)出一控制信號(hào)至PWM控制器201與輸出過(guò)電壓保護(hù)裝置209。若降壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓過(guò)高，則門閂電路208所發(fā)出的控制信號(hào)的狀態(tài)便會(huì)改變。PWM控制器201接受該控制信號(hào)而因該控制信號(hào)的狀態(tài)改變而關(guān)閉。輸出過(guò)電壓保護(hù)裝置209由該門閂電路所發(fā)出的控制信號(hào)所驅(qū)動(dòng)，而在一般正常的工作條件下輸出過(guò)電壓保護(hù)裝置209是處于導(dǎo)通的狀態(tài)。若降壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓過(guò)高，門閂電路208所發(fā)出的控制信號(hào)的狀態(tài)改變，則輸出過(guò)電壓保護(hù)裝置209便會(huì)受到控制信號(hào)的狀態(tài)改變而關(guān)閉。一旦開(kāi)關(guān)組件209關(guān)閉，其作用如已有的降壓轉(zhuǎn)換器的保險(xiǎn)絲熔斷一般，降壓轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)組件202與輸入電壓Vin便會(huì)被隔開(kāi)，降壓轉(zhuǎn)換器的能量便會(huì)因此而被切斷。然而，本發(fā)明的輸出過(guò)電壓保護(hù)裝置209不象保險(xiǎn)絲需要一段時(shí)間才熔斷，其會(huì)實(shí)時(shí)地跳接輸入直流電壓Vin，避免降壓轉(zhuǎn)換器接收輸入直流電壓Vin而繼續(xù)進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換的運(yùn)作。在輸出過(guò)電壓的發(fā)生原因排除之后，輸出過(guò)電壓保護(hù)裝置209便會(huì)自動(dòng)回復(fù)至導(dǎo)通的狀態(tài)，而與輸入直流電壓Vin連接，降壓轉(zhuǎn)換器便可恢復(fù)正常的操作。
本發(fā)明的降壓轉(zhuǎn)換器的特征在于具有一由晶體管開(kāi)關(guān)所組成的輸出過(guò)電壓保護(hù)裝置，其可在降壓轉(zhuǎn)換器因其中一開(kāi)關(guān)組件短路而進(jìn)入過(guò)電壓輸出的狀態(tài)時(shí)產(chǎn)生作用。根據(jù)本發(fā)明的降壓轉(zhuǎn)換器的工作原理，降壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓經(jīng)由一電壓檢測(cè)電路偵測(cè)是否有過(guò)電壓輸出的情形發(fā)生。若降壓轉(zhuǎn)換器因其中的開(kāi)關(guān)組件短路而發(fā)生了過(guò)電壓輸出的問(wèn)題，電壓檢測(cè)電路并會(huì)檢測(cè)到降壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓過(guò)高而發(fā)出一控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)降壓轉(zhuǎn)換器的PWM控制器關(guān)閉與跨接于降壓轉(zhuǎn)換器的輸入電壓與降壓轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)組件之間的晶體管開(kāi)關(guān)進(jìn)入關(guān)閉(turn off)狀態(tài)。降壓轉(zhuǎn)換器的能量便會(huì)因此被切斷，保護(hù)降壓轉(zhuǎn)換器免于遭受過(guò)大電流承載的危險(xiǎn)。在本發(fā)明中，由于采用晶體管開(kāi)關(guān)取代常用的保險(xiǎn)絲來(lái)做為降壓轉(zhuǎn)換器的輸出過(guò)電壓保護(hù)裝置，本發(fā)明的降壓轉(zhuǎn)換器在進(jìn)入過(guò)電壓輸出狀態(tài)時(shí)，可以迅速且安全的切換其自身的能量狀態(tài)，而不會(huì)像保險(xiǎn)絲一樣需要經(jīng)歷一段時(shí)間才會(huì)被熔斷。此外，當(dāng)本發(fā)明的降壓轉(zhuǎn)換器離開(kāi)了過(guò)電壓輸出狀態(tài)后，晶體管開(kāi)關(guān)便會(huì)自動(dòng)導(dǎo)通，降壓轉(zhuǎn)換器便恢復(fù)回原來(lái)的工作模式，不需要像已有的降壓轉(zhuǎn)換器一般需更換保險(xiǎn)絲。因此，根據(jù)本發(fā)明的具有以晶體管開(kāi)關(guān)作為輸出過(guò)電壓保護(hù)裝置的降壓轉(zhuǎn)換器，其可在降壓轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生輸出過(guò)電壓時(shí)迅速而安全的保護(hù)自身的電路，更可在輸出過(guò)電壓的問(wèn)題解決后，自動(dòng)且安全地恢復(fù)至原來(lái)的工作模式，徹底地解決了已有降壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)上的缺失與不便。
權(quán)利要求
1.一種輸出過(guò)電壓保護(hù)裝置，耦合于一輸入電壓與一降壓轉(zhuǎn)換器之間，用以當(dāng)該降壓轉(zhuǎn)換器因其中一開(kāi)關(guān)組件短路而造成其輸出電壓高于一預(yù)定的電壓基準(zhǔn)位時(shí)，隔開(kāi)該輸入電壓與該降壓轉(zhuǎn)換器，其特征在于，它包含一電壓檢測(cè)電路，其是檢測(cè)該降壓轉(zhuǎn)換器的該輸出電壓是否高于該預(yù)定的電壓基準(zhǔn)位，并發(fā)出一控制信號(hào)；一晶體管開(kāi)關(guān)，串接于該輸入電壓與該降壓轉(zhuǎn)換器的一開(kāi)關(guān)組件之間，其受該控制信號(hào)所驅(qū)動(dòng)，而因該控制信號(hào)的一狀態(tài)改變而改變其狀態(tài)，用以因該開(kāi)關(guān)組件短路而造成該輸出電壓高于該預(yù)定的電壓基準(zhǔn)位時(shí)，隔開(kāi)該降壓轉(zhuǎn)換器與該輸入電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的輸出過(guò)電壓保護(hù)裝置，其特征在于，該電壓檢測(cè)電路包含一比較器，其比較該降壓轉(zhuǎn)換器的該輸出電壓與一參考電壓，而因該降壓轉(zhuǎn)換器的該輸出電壓與該參考電壓的比較，輸出一電壓基準(zhǔn)位信號(hào)；一門閂電路，用以閂鎖該電壓準(zhǔn)位信號(hào)，且因該電壓基準(zhǔn)位信號(hào)發(fā)出該控制信號(hào)以驅(qū)動(dòng)該晶體管開(kāi)關(guān)。
3.如權(quán)利要求1所述的輸出過(guò)電壓保護(hù)裝置，其特征在于該晶體管開(kāi)關(guān)包含一N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(N-channle MOSFET)。
4.一電壓轉(zhuǎn)換器，用以轉(zhuǎn)換一輸入電壓至一較低的輸出電壓，其特征在于包含一輸出濾波器，用以提供該輸出電壓至一負(fù)載；一開(kāi)關(guān)組件，串接于該輸出濾波器與該輸入電壓之間；一控制器，其將該輸出電壓與一第一參考電壓作比較，且因該輸出電壓與一第一參考電壓的比較，輸出一切換控制信號(hào)以控制該開(kāi)關(guān)組件的狀態(tài)切換而產(chǎn)生該輸出電壓；一輸出過(guò)電壓保護(hù)裝置，串接于該輸出電壓與該輸入電壓之間，用以檢測(cè)該輸出電壓是否高于一預(yù)定的電壓基準(zhǔn)位，當(dāng)該輸出電壓高于該預(yù)定的電壓準(zhǔn)位時(shí)，隔開(kāi)該開(kāi)關(guān)組件與該輸入電壓的連接。
5.如權(quán)利要求4所述的電壓轉(zhuǎn)換器，其特征在于該輸出濾波器包含一電感組件與一電容，而該開(kāi)關(guān)組件包含一N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(N-channel MOSFET)。
6.如權(quán)利要求4所述的電壓轉(zhuǎn)換器，其特征在于該輸出過(guò)電壓保護(hù)裝置包含一電壓檢測(cè)電路，其檢測(cè)該輸出電壓是否高于該預(yù)定的電壓基準(zhǔn)位，而發(fā)出一控制信號(hào)；一晶體管開(kāi)關(guān)，串接于該輸入電壓與該開(kāi)關(guān)組件之的間，其受該控制信號(hào)所驅(qū)動(dòng)，而因該控制信號(hào)的一狀態(tài)改變而改變其狀態(tài)，用以因該開(kāi)關(guān)組件短路而造成該輸出電壓高于該預(yù)定的電壓基準(zhǔn)位時(shí)，隔開(kāi)該開(kāi)關(guān)組件與該輸入電壓。
7.如權(quán)利要求6所述的電壓轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該電壓檢測(cè)電路包含一比較器，其比較該輸出電壓與一第二參考電壓，而因該輸出電壓與該參考電壓的比較，輸出一電壓基準(zhǔn)位信號(hào)；以及一門閂電路，用以閂鎖該電壓準(zhǔn)位信號(hào)，且因該電壓準(zhǔn)位信號(hào)發(fā)出該控制信號(hào)以驅(qū)動(dòng)該晶體管開(kāi)關(guān)。
8.如權(quán)利要求4所述的電壓轉(zhuǎn)換器，其特征在于，還包含一反饋電路，用以將該輸出電壓自該輸出濾波器的一輸出端反饋至該控制器的一信號(hào)輸入端。
9.如權(quán)利要求4所述的電壓轉(zhuǎn)換器，其特征在于，還包含一激活電路，用以經(jīng)由一激活電阻提供一直流電壓以激活該控制器。
10.一電壓調(diào)節(jié)器，用以轉(zhuǎn)換一輸入直流電壓至一較低的輸出直流電壓，其特征在于包含一輸出濾波器，用以提供該輸出電壓至一負(fù)載；一第一開(kāi)關(guān)組件，電耦合于該輸入直流電壓與該輸出濾波器之間；一第二開(kāi)關(guān)組件，電耦合于該第一晶體管開(kāi)關(guān)與一接地端之間；一控制器，其將該輸出電壓與一第一參考電壓作比較，且因該輸出電壓與一第一參考電壓的比較，輸出一切換控制信號(hào)以控制該第一開(kāi)關(guān)組件與該第二開(kāi)關(guān)組件的狀態(tài)切換而產(chǎn)生該輸出電壓；一輸出過(guò)電壓保護(hù)裝置，串接于輸出電壓與該輸入電壓之間，用以檢測(cè)該輸出電壓是否高于一預(yù)定的電壓基準(zhǔn)位，而當(dāng)該輸出電壓高于該預(yù)定的電壓準(zhǔn)位時(shí)，隔開(kāi)該第一開(kāi)關(guān)組件與該輸入電壓的連接。
11.如權(quán)利要求10所述的電壓調(diào)節(jié)器，其特征在于該輸出過(guò)電壓保護(hù)裝置包含一電壓檢測(cè)電路，其檢測(cè)該輸出電壓是否高于該預(yù)定的電壓基準(zhǔn)位，而發(fā)出一控制信號(hào)；一晶體管開(kāi)關(guān)，串接于該輸入電壓與該第一開(kāi)關(guān)組件之間，其受該控制信號(hào)所驅(qū)動(dòng)，而因該控制信號(hào)的一狀態(tài)改變而改變其狀態(tài)，用以因該第一開(kāi)關(guān)組件短路而造成該輸出電壓高于該預(yù)定的電壓基準(zhǔn)位時(shí)，隔開(kāi)該第一開(kāi)關(guān)組件與該輸入電壓。
12.如權(quán)利要求11所述的電壓調(diào)節(jié)器，其特征在于該電壓偵測(cè)電路包含一比較器，其比較該輸出電壓與一第二參考電壓，而因應(yīng)該輸出電壓與該參考電壓的比較，輸出一電壓基準(zhǔn)位信號(hào)；一門閂電路，用以閂鎖該電壓基準(zhǔn)位信號(hào)，且因該電壓基準(zhǔn)位信號(hào)發(fā)出該控制信號(hào)以驅(qū)動(dòng)該晶體管開(kāi)關(guān)。
全文摘要
一種應(yīng)用于降壓轉(zhuǎn)換器的輸出過(guò)電壓保護(hù)裝置,其是利用一晶體管開(kāi)關(guān)(transistor switch)跨接于降壓轉(zhuǎn)換器的輸入電壓與降壓轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)組件之間,作為避免降壓轉(zhuǎn)換器因其中一開(kāi)關(guān)組件短路而造成輸出電壓過(guò)高的保護(hù)裝置。在降壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓端設(shè)置一電壓檢測(cè)裝置,其是被用來(lái)將降壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓與一參考電壓作比較,以判斷降壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓是否超過(guò)一預(yù)定的電壓基準(zhǔn),該降壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓與該參考電壓比較后,發(fā)出一控制信號(hào)至降壓轉(zhuǎn)換器的脈沖寬度調(diào)變控制器(PWM controller),并作降壓轉(zhuǎn)換器的輸出過(guò)電壓保護(hù)裝置的晶體管開(kāi)關(guān)。當(dāng)降壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓高于該參考電壓時(shí),降壓轉(zhuǎn)換器的脈沖寬度調(diào)變控制器接收該控制信號(hào)而被關(guān)閉,并且該晶體管開(kāi)關(guān)亦因該控制信號(hào)而被驅(qū)動(dòng)關(guān)閉。依此隔開(kāi)降壓轉(zhuǎn)換器與輸入電壓間的連接,以切斷降壓轉(zhuǎn)換器的能量而保護(hù)其它的電子組件免于受到降壓轉(zhuǎn)換器輸出過(guò)電壓所造成的損害。
文檔編號(hào)H02H7/22GK1388618SQ0111971
公開(kāi)日2003年1月1日 申請(qǐng)日期2001年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月24日
發(fā)明者蔡勝男, 歐陽(yáng)光華 申請(qǐng)人:臺(tái)達(dá)電子工業(yè)股份有限公司