專利名稱：保護(hù)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種保護(hù)電路，特別涉及一種應(yīng)用于防止操作放大器(Operational Amplifier)因誤短路而毀損的保護(hù)電路。
背景技術(shù)：
一般來(lái)說(shuō)，操作放大器(或稱之為運(yùn)算放大器)常作為一元件輸出的緩沖器 (Buffer)于一芯片之中使用，當(dāng)因?yàn)槭韬龆`將操作放大器的輸出端短路(Short)時(shí)，操作放大器會(huì)因短路的效應(yīng)產(chǎn)出一個(gè)極大的電流輸出，此大電流可能會(huì)讓芯片的整體溫度升高，嚴(yán)重的甚至?xí)沟眯酒l(fā)生故障或燒毀。目前一知悉的短路保護(hù)手段，當(dāng)溫度超過(guò)一預(yù)定的溫度臨界值時(shí)，限制操作放大器的輸出電流，降低芯片溫度過(guò)高而導(dǎo)致故障或燒毀的機(jī)率。此作法雖然可以降低操作放大器因短路所造成的大電流，但無(wú)法徹底避免毀損的可能，主要原因在于如果操作放大器短路的問(wèn)題長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)且沒(méi)有解決，即便電流變小，溫度仍可能持續(xù)上升到超過(guò)芯片能夠承受的溫度，簡(jiǎn)言之，此方法僅是減緩溫度上升的速率，芯片仍暴露于被燒壞的風(fēng)險(xiǎn)之中。因此，如何通過(guò)一種方法或手段能夠在當(dāng)操作放大器輸出端誤短路時(shí)，有效地且徹底的避免因溫度過(guò)高而發(fā)生毀損的機(jī)率，此乃相關(guān)研發(fā)制造廠商努力的目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種應(yīng)用于防止操作放大器因誤短路而毀損的保護(hù)電路。根據(jù)本發(fā)明所揭示的保護(hù)電路，保護(hù)電路至少包括一溫度檢測(cè)電路、一控制電路及一對(duì)第二限流電路。溫度檢測(cè)電路，用以檢測(cè)溫度，并于溫度超過(guò)一預(yù)定值時(shí)產(chǎn)生一過(guò)溫信號(hào)，于溫度低于預(yù)定值時(shí)產(chǎn)生一正常信號(hào)。控制電路，耦接于該溫度檢測(cè)電路，當(dāng)接收到該過(guò)溫信號(hào)時(shí)發(fā)送一控制信號(hào)，并根據(jù)該過(guò)溫信號(hào)截止或根據(jù)該正常信號(hào)導(dǎo)通操作放大器的電流輸出路徑。第二限流電路由控制信號(hào)所導(dǎo)通開(kāi)啟，用以限制操作放大器的電流輸出為一第二電流。當(dāng)操作放大器因誤短路而導(dǎo)致芯片溫度上升超過(guò)一預(yù)定的設(shè)定值時(shí)，會(huì)先直接關(guān)閉操作放大器的電流輸出路徑，讓操作放大器的電流輸出為零，直到所檢測(cè)的溫度降回正常溫度后，再將操作放大器重新導(dǎo)通電流輸出，并且限制操作放大器所輸出的電流大小至一較小的第二電流，倘若此較小的第二電流仍使溫度持續(xù)升高至超過(guò)預(yù)定值，則會(huì)再次截止操作放大器的電流輸出路徑，來(lái)進(jìn)行溫度的調(diào)節(jié)。因此，通過(guò)上述的電路架構(gòu)，本發(fā)明通過(guò)兩階段的電流切換，以溫度為依據(jù)來(lái)動(dòng)態(tài)地調(diào)整操作放大器的電流輸出，來(lái)徹底解決因短路而使芯片或電路潛藏被燒壞的風(fēng)險(xiǎn)。有關(guān)本發(fā)明的特征、實(shí)作與功效，配合附圖作最佳實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明如下。


圖1為本發(fā)明應(yīng)用于一操作放大器的保護(hù)電路的實(shí)施例。
圖2為操作放大器應(yīng)用圖1于操作放大器于短路時(shí)輸出電流的示意圖<上述附圖中的附圖標(biāo)記說(shuō)明如下10溫度檢測(cè)電路11控制電路111鎖存器112第一反向器113第二反向器12初始電路13A，13B 第一限流電路
14A, 14B 第二限流電路
Vo 輸出端
+VDD 正電壓源
-VDD 負(fù)電壓源
Q 導(dǎo)通輸出端
R 復(fù)位輸入端
S設(shè)定輸入端Ql 第一輸出晶體管
Q2 第二輸出晶體管
Q3 第一正相開(kāi)關(guān)
Q4 第一負(fù)相開(kāi)關(guān)
Q5 第二正相開(kāi)關(guān)
Q6 第二負(fù)相開(kāi)關(guān)
Imax 最大電流
Ilow 第二電流
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參考圖1所示，圖1為本發(fā)明應(yīng)用于一操作放大器的保護(hù)電路的實(shí)施例。一般而言，操作放大器的內(nèi)部電路設(shè)計(jì)大致上可分作為輸入級(jí)電路、增益級(jí)電路及輸出級(jí)電路的三個(gè)大區(qū)塊，操作放大器的外部包含一輸出端Vo、一正輸入端、一負(fù)輸入端、一正電壓源 +VDD及一負(fù)電壓源-VDD，各級(jí)電路則由多個(gè)晶體管耦接而成，依不同類型的操作放大器會(huì)有不同的架構(gòu)，由于此部分為本發(fā)明的所屬領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知悉，因此，為簡(jiǎn)化篇幅， 本說(shuō)明書(shū)于撰寫時(shí)僅針對(duì)保護(hù)電路所應(yīng)用的范圍進(jìn)行說(shuō)明，其他各級(jí)電路局部結(jié)構(gòu)則不加以累述。本發(fā)明保護(hù)電路主要設(shè)置于操作放大器中輸出級(jí)電路中，輸出級(jí)電路由一第一輸出晶體管Ql及一第二輸出晶體管Q2所構(gòu)成，第一輸出晶體管Ql耦接于正電壓源+VDD及輸出端Vo之間，第二輸出晶體管Q2耦接于負(fù)電壓源-VDD及輸出端Vo之間，操作放大器的輸出級(jí)電路另具有一對(duì)第一限流電路13A、13B，分別耦接于第一輸出晶體管Ql與第二輸出晶體管Q2，以限制操作放大器的輸出電流，此一般常稱之為操作放大器的最大輸出電流(Io maximum)。
本發(fā)明的保護(hù)電路包括一溫度檢測(cè)電路10、一控制電路11及一對(duì)第二限流電路 14A、14B，溫度檢測(cè)電路10用以檢測(cè)溫度，并于溫度超過(guò)一預(yù)定值時(shí)產(chǎn)生一過(guò)溫信號(hào)，于溫度低于預(yù)定值時(shí)產(chǎn)生一正常信號(hào)?？刂齐娐?1耦接于該溫度檢測(cè)電路10，當(dāng)接收到該過(guò)溫信號(hào)時(shí)發(fā)送一控制信號(hào)，并根據(jù)該過(guò)溫信號(hào)截止或根據(jù)該正常信號(hào)導(dǎo)通該輸出端Vo的電流輸出路徑。第二限流電路14A，14B由控制信號(hào)所導(dǎo)通，用以限制輸出端Vo的電流輸出為一第二電流?？刂齐娐?1包括一鎖存器111、一第一正相開(kāi)關(guān)Q3、一第一負(fù)相開(kāi)關(guān)Q4、一第二正相開(kāi)關(guān)Q5及一第二負(fù)相開(kāi)關(guān)Q6。鎖存器111具有一設(shè)定輸入端S、一導(dǎo)通輸出端Q及一復(fù)位輸入端R，設(shè)定輸入端S耦接于溫度檢測(cè)電路10，復(fù)位輸入端R則耦接于一初始電路12， 用以接收一由初始電路12所發(fā)送的復(fù)位信號(hào)。第一正相開(kāi)關(guān)Q3具有一輸入端、一控制端及一輸出端，輸入端耦接于正電壓源+VDD，控制端通過(guò)一第一反向器112耦接溫度檢測(cè)電路10，輸出端則耦接于第一輸出晶體管Q1。第一負(fù)相開(kāi)關(guān)Q4具有一輸入端、一控制端及一輸出端，輸入端耦接負(fù)電壓源-VDD，控制端耦接溫度檢測(cè)電路10，輸出端耦接第二晶體管開(kāi)關(guān)Q2。第二正相開(kāi)關(guān)Q5具有一輸入端、一控制端及一輸出端，輸入端耦接于正電壓源 +VDD，控制端通過(guò)一第二反向器113耦接于鎖存器111的導(dǎo)通輸出端Q，輸出端耦接其中一第二限流電路14A。第二負(fù)相開(kāi)關(guān)Q6具有一輸入端、一控制端及一輸出端，輸入端耦接負(fù)電壓源-VDD，控制端耦接于鎖存器111的導(dǎo)通輸出端Q，輸出端耦接另一第二限流電路14B。各第二限流電路14A、14B包括一輸入端、一控制端及一輸出端，輸入端耦接于對(duì)應(yīng)的第二正相開(kāi)關(guān)Q5或第二負(fù)相開(kāi)關(guān)Q6的輸出端，第二限流電路14A，14B的控制端連接于第二限流電路14A、14B的輸出端并耦接于對(duì)應(yīng)的第一輸出晶體管Ql或第二輸出晶體管 Q2。于本實(shí)施例中，鎖存器111為一設(shè)定-復(fù)位鎖存器(S-R Latch)。第一正相開(kāi)關(guān) Q3及第二正相開(kāi)關(guān)Q5為一 P型的金屬氧化物半導(dǎo)體(Metal Oxide Semiconductor, MOS) 晶體管，第一負(fù)相開(kāi)關(guān)Q4及第二負(fù)相開(kāi)關(guān)Q6為一 N型的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。請(qǐng)配合參考圖1及圖2所示，圖2為操作放大器應(yīng)用圖1于操作放大器于短路時(shí)輸出電流的示意圖。通過(guò)電流示意圖的輔助，于此開(kāi)始說(shuō)明本發(fā)明保護(hù)電路如何于操作放大器短路時(shí)，通過(guò)上述的電路架構(gòu)來(lái)動(dòng)態(tài)的調(diào)整操作放大器的輸出電流，此外，如本發(fā)明普通技術(shù)人員公知的操作放大器的特性，第一輸出晶體管Ql所耦接的第一正相開(kāi)關(guān)Q3、第二正相開(kāi)關(guān)Q5、第一限流電路13A及第二限流電路14A與第二輸出晶體管Q2所耦接的第一負(fù)相開(kāi)關(guān)Q4、第二負(fù)相開(kāi)關(guān)Q6、第一限流電路1 及第二限流電路14B均對(duì)應(yīng)相關(guān)，兩者運(yùn)作原理相同，故于此針對(duì)操作放大器操作在正偏壓時(shí)來(lái)進(jìn)行說(shuō)明，也即對(duì)第一輸出晶體管Ql 的部分來(lái)進(jìn)行說(shuō)明，其余的部分則不加以累述。再者，為幫助了解以及描述上的便利性，以下對(duì)于信號(hào)電壓電平的說(shuō)明，將以邏輯 1代表高電位，以邏輯0代表低電位，值得注意的是，此僅為用以敘述相對(duì)關(guān)系的例示之用， 并非用以限定本發(fā)明的技術(shù)特征。請(qǐng)?jiān)俅螀⒖紙D1及圖2，首先，當(dāng)操作放大器于首次通電時(shí)，初始電路12會(huì)送出1 的信號(hào)至鎖存器111的復(fù)位輸入端R，來(lái)復(fù)位鎖存器111，以解除任何可能存于鎖存器111 上的狀態(tài)，初始電路12會(huì)維持此1的信號(hào)一段時(shí)間，等待操作放大器各級(jí)電路的偏壓設(shè)定完成后，將1的信號(hào)切換為0，于此，上述復(fù)位信號(hào)定義為此所述的1的信號(hào)。
當(dāng)此操作放大器的輸出端Vo為短路狀態(tài)，操作放大器的輸出端Vo在第一限流電路的限制下輸出一個(gè)最大電流ImaX，且因?yàn)槎搪返年P(guān)系而使得溫度開(kāi)始上升。當(dāng)溫度超過(guò)溫度檢測(cè)電路10所設(shè)定的該預(yù)定值時(shí)，溫度檢測(cè)電路10會(huì)發(fā)送一 1 的信號(hào)，此1的信號(hào)會(huì)分別發(fā)送至第一反向器112及鎖存器111的設(shè)置輸入端S，第一反向器112會(huì)轉(zhuǎn)置該1的信號(hào)于O來(lái)開(kāi)啟第一正相開(kāi)關(guān)Q3，進(jìn)而關(guān)閉第一輸出晶體管Ql。鎖存器111的導(dǎo)通輸出端Q則根據(jù)設(shè)置輸入端S所接收到1的信號(hào)，發(fā)送一 1的信號(hào)至第二反向器113，第二反向器113將所接收到1的信號(hào)轉(zhuǎn)置為0，并將第二正相開(kāi)關(guān)Q5開(kāi)啟，于此將溫度檢測(cè)電路10所發(fā)送的1的信號(hào)定義為一過(guò)溫信號(hào)，將把第二正相開(kāi)關(guān)Q5開(kāi)啟的信號(hào)定義為一控制信號(hào)。此時(shí)由于第一輸出晶體管Ql的已被第一正相開(kāi)關(guān)Q3所關(guān)閉，操作放大器的輸出電流將變?yōu)榱悖寽囟认陆?。?dāng)溫度低于溫度檢測(cè)電路10所設(shè)定的預(yù)定值時(shí)，溫度檢測(cè)電路10會(huì)發(fā)送一 0的信號(hào)，此0的信號(hào)會(huì)分別發(fā)送至第一反向器112及鎖存器111的設(shè)置輸入端S，第一反向器 112將0的信號(hào)轉(zhuǎn)置為1以關(guān)閉第一正相開(kāi)關(guān)Q3，由于第一正相開(kāi)關(guān)Q3被關(guān)閉，而使得第一輸出晶體管Ql會(huì)重新被開(kāi)啟，此時(shí)操作放大器會(huì)重新輸出有電流，于此溫度檢測(cè)電路10 所發(fā)送的0的信號(hào)定義為一正常信號(hào)。請(qǐng)注意，雖然溫度檢測(cè)電路10所發(fā)送的信號(hào)已從過(guò)溫信號(hào)轉(zhuǎn)換為正常信號(hào)，但鎖存器111的復(fù)位輸入端R為0，故鎖存器111的導(dǎo)通輸出端Q的輸出信號(hào)仍保持為1，也即第二正相開(kāi)關(guān)Q5仍維持開(kāi)啟的狀態(tài)，于此定義鎖存器111為一鎖定狀態(tài)，當(dāng)鎖存器111為鎖定狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)通輸出端Q輸出的信號(hào)將永遠(yuǎn)維持1，忽略之后該設(shè)定輸入端S的所接收的信號(hào)，以恒定導(dǎo)通輸出端Q的輸出。此時(shí)，第二正相開(kāi)關(guān)Q5會(huì)導(dǎo)通第二限流電路14A，使得流過(guò)第一輸出晶體管Ql的輸出電流會(huì)被第二限流電路14A限制為一第二電流Ilow，并且第二電流Ilow會(huì)遠(yuǎn)小于最大電流Imax。不過(guò)，由于操作放大器的短路狀況仍未排除，將輸出電流限制為第二電流Ilow仍不完全排除溫度上升的可能，因此，一旦溫度超過(guò)溫度檢測(cè)電路10所設(shè)定的該預(yù)定值時(shí)， 溫度檢測(cè)電路10會(huì)再次發(fā)送出過(guò)溫信號(hào)，然后重復(fù)上述的作動(dòng)關(guān)系直到短路的問(wèn)題被排除。綜上所述，本發(fā)明通過(guò)溫度檢測(cè)的手段，當(dāng)溫度超過(guò)一預(yù)定的設(shè)定值時(shí)，先直接關(guān)閉操作放大器的電流輸出，讓操作放大器的電流輸出為零，等待溫度降回正常溫度后，再讓操作放大器重新輸出電流，并且限制輸出電流的大小由最大電流至第二電流，以溫度為依據(jù)來(lái)動(dòng)態(tài)地調(diào)整操作放大器的電流輸出，以徹底解決因短路而使芯片或電路潛藏被燒壞的風(fēng)險(xiǎn)。
權(quán)利要求
1.一種保護(hù)電路，應(yīng)用于一操作放大器，該保護(hù)電路包括一溫度檢測(cè)電路，用以檢測(cè)一溫度，并于該溫度超過(guò)一預(yù)定值時(shí)產(chǎn)生一過(guò)溫信號(hào)，于該溫度低于該預(yù)定值時(shí)產(chǎn)生一正常信號(hào)；一控制電路，耦接于該溫度檢測(cè)電路，并根據(jù)該過(guò)溫信號(hào)發(fā)送一控制信號(hào)，另根據(jù)該過(guò)溫信號(hào)或該正常信號(hào)對(duì)應(yīng)導(dǎo)通或截止該操作放大器的電流輸出；以及一對(duì)第二限流電路，耦接該控制電路，并由該控制信號(hào)所導(dǎo)通，用以限制該操作放大器的電流輸出為一第二電流。
2.如權(quán)利要求1所述的保護(hù)電路，其中，該操作放大器包括一輸出端、一正電壓源、一負(fù)電壓源、一第一輸出晶體管及一第二輸出晶體管，該控制電路包括一鎖存器，用以接收該溫度檢測(cè)電路的該過(guò)溫信號(hào)或該正常信號(hào)，并根據(jù)該過(guò)溫信號(hào)輸出該控制信號(hào)；一第一正相開(kāi)關(guān)，具有一輸入端、一控制端及一輸出端，該第一正相開(kāi)關(guān)的該輸入端耦接該正電壓源，該第一正相開(kāi)關(guān)的該控制端耦接于該溫度檢測(cè)電路，該第一正相開(kāi)關(guān)的該輸出端耦接于該第一輸出晶體管；以及一第二正相開(kāi)關(guān)，具有一輸入端、一控制端及一輸出端，該第二正相開(kāi)關(guān)的該輸入端耦接于該正電壓源，該第二正相開(kāi)關(guān)的該控制端耦接于該鎖存器，該第二正相開(kāi)關(guān)的該輸出端耦接于該對(duì)第二限流電路之一。
3.如權(quán)利要求2所述的保護(hù)電路，其中，該控制電路還包括一第一負(fù)相開(kāi)關(guān)，具有一輸入端、一控制端及一輸出端，該第一負(fù)相開(kāi)關(guān)的該輸入端耦接該負(fù)電壓源，該第一負(fù)相開(kāi)關(guān)的該控制端耦接該溫度檢測(cè)電路，該第一負(fù)相開(kāi)關(guān)的該輸出端耦接于該第二輸出晶體管；以及一第二負(fù)相開(kāi)關(guān)，具有一輸入端、一控制端及一輸出端，該第二負(fù)相開(kāi)關(guān)的該輸入端耦接該負(fù)電壓源、該第二負(fù)相開(kāi)關(guān)的該控制端耦接該鎖存器，該第二負(fù)相開(kāi)關(guān)的該輸出端耦接該對(duì)第二限流電路的另一個(gè)。
4.如權(quán)利要求2所述的保護(hù)電路，其中，當(dāng)該溫度檢測(cè)電路發(fā)送該過(guò)溫信號(hào)時(shí)，該第一正相開(kāi)關(guān)關(guān)閉該第一輸出晶體管。
5.如權(quán)利要求2所述的保護(hù)電路，其中，當(dāng)該溫度檢測(cè)電路發(fā)送該正常信號(hào)時(shí)，該第一正相開(kāi)關(guān)開(kāi)啟該第一輸出晶體管。
6.如權(quán)利要求2所述的保護(hù)電路，其中，該控制信號(hào)開(kāi)啟該第二正相開(kāi)關(guān)，同時(shí)該第二正相開(kāi)關(guān)導(dǎo)通所對(duì)應(yīng)耦接的該第二限流電路，以限制該操作放大器的電流輸出為該第二電流。
7.如權(quán)利要求2所述的保護(hù)電路，其中，該鎖存器包括一設(shè)定輸入端，耦接該溫度檢測(cè)電路，用以接收該溫度檢測(cè)電路的該過(guò)溫信號(hào)或該正常信號(hào)，其中，當(dāng)該鎖存器首次接收到該過(guò)溫信號(hào)時(shí)，該鎖存器會(huì)進(jìn)入一鎖定狀態(tài)；一導(dǎo)通輸出端，輸出該控制信號(hào)；以及一復(fù)位輸入端，耦接于一初始電路，用以接收一復(fù)位信號(hào)。
8.如權(quán)利要求7所述的保護(hù)電路，其中，該初始電路于該操作放大器通電后的一初始時(shí)間內(nèi)，發(fā)送該復(fù)位信號(hào)至該鎖存器，用以解除該鎖存器的該鎖定狀態(tài)。
9.如權(quán)利要求3所述的保護(hù)電路，其中，該對(duì)第二限流電路各包括一輸入端、一控制端及一輸出端，各該第二限流電路的該輸入端耦接于該第二正相開(kāi)關(guān)或該第二負(fù)相開(kāi)關(guān)的該輸出端，各該第二限流電路的控制端連接于各該第二限流電路的輸出端并耦接于對(duì)應(yīng)的該第一輸出晶體管或該第二輸出晶體管。
10.如權(quán)利要求3所述的保護(hù)電路，其中，該鎖存器為一設(shè)定-復(fù)位鎖存器，該第一正相開(kāi)關(guān)及該第二正相開(kāi)關(guān)為一 P型的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，該第一負(fù)相開(kāi)關(guān)及該第二負(fù)相開(kāi)關(guān)為一 N型的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。
全文摘要
一種應(yīng)用于防止操作放大器因誤短路而毀損的保護(hù)電路，保護(hù)電路至少包括一溫度檢測(cè)電路、一控制電路及一對(duì)第二限流電路。溫度檢測(cè)電路于溫度超過(guò)一預(yù)定值時(shí)產(chǎn)生一過(guò)溫信號(hào)或于溫度低于預(yù)定溫度臨界值時(shí)產(chǎn)生一正常信號(hào)?？刂齐娐?，根據(jù)過(guò)溫信號(hào)發(fā)送一控制信號(hào)，并根據(jù)過(guò)溫信號(hào)截止或根據(jù)正常信號(hào)導(dǎo)通操作放大器的電流輸出路徑。第二限流電路由控制信號(hào)所導(dǎo)通，用以限制操作放大器的電流輸出為一第二電流，據(jù)此本發(fā)明可動(dòng)態(tài)地調(diào)整操作放大器的電流輸出，避免因短路而潛藏毀損的風(fēng)險(xiǎn)。
文檔編號(hào)H03F1/52GK102412793SQ20101029589
公開(kāi)日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月21日
發(fā)明者吳佳龍, 賀仲達(dá) 申請(qǐng)人:飛虹高科股份有限公司