CN101267105A - 电源保护电路 - Google Patents

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本发明揭露一种电源保护电路,适用于车用充电器,此车用充电器至少包含一驱动源,且驱动源是输出一电源电压至电源保护电路,此电路包含:一切换开关、一侦测元件及一保护电路。切换开关,用以导通(on)或关闭(off)所接收的电源的电压。侦测元件连接于切换开关,用于侦测电压是否高于一临界电压而决定是否导通或关闭切换开关。保护电路连接于切换开关及侦测元件,用于提供切换开关及侦测元件的电压限制保护。当侦测到高于临界电压时,侦测元件控制切换开关呈一关闭状态,藉此使电源保护电路与车用充电器所形成的一充电回路变成断路。

Description

电源保护电路
技术领域
本发明是关于一种电源保护电路,特别是关于一种电源保护电路可适用于一车用充电器。
背景技术
人们外出办公时或外出旅游所携带如PDA或是手机等此类的电子产品常因为配置电池的电量有限,而让使用者无法继续使用此类的产品,于是业者遂开发出一种车充型充电器来解决上述的电量不足的问题。
然而消费者对于车充型充电器的要求,不仅功能要多,样式要吸引人,安全性更是重要。且基于安全考量,车充型充电器在使用的充电电路上都设有保护机制,以防止车充型充电器因过负载、过电流或短路的情形发生。
而习知车充型充电器所使用的电源保护机制大多采用至少一种以上的电子元件来作为一保护电路。如在现有车充型充电器的电源电路上采用突波抑制二极体(TVS Diode)、突波吸收器(varistor)或热敏电阻(thermistor)等元件。以突波抑制二极体的电性而言,突波抑制二极体为箝制电压抑制器,当电压加在其两端时,突波抑制二极体将经由电阻的变化而提供一低阻抗的路径,一旦电压移走,突波抑制二极体将回复到其高维持电压的阻抗。所以,采用突波抑制二极体则有快速反应时间及适合低电压的应用等优点。或选用热敏电阻作为一保护电路时,当车充型充电器进行充电,此时,车充热敏型充电器的电压与电蕊温度会不断地升高,因此可利用热敏电阻检测电子设备中的过热现象,可防止电路吸收过大电流,以停止充电及放电动作。
虽然前述所提及的电子元件有诸多优点,但不幸的事,车充型充电器的电源电路在进行充电时,若驱动源存有一异常能量的电压信号而超过前述所突波抑制二极体或热敏电阻所能承载的电气规格(如时间过长或电流过大),则会使此类型电子元件的寿命降低。
发明内容
因此本发明的目的在于提供一种电源保护电路,适用于一车用充电器,在此电路包含如金氧半导体电晶体的一切换开关、如双载子接面电晶体的一侦测元件及一保护电路,其中此保护电路是由多个电阻及所相应串联及并联的稽纳二极体所组成。于一实施例中,一直流电源对车用充电器进行充电的期间(duringcharging),侦测元件如果侦测到的电压高于一临界电压时,会令切换开关呈关闭(off)状态,藉此使电源保护电路与车用充电器所形成的一充电回路变成断路,可避免异常的电压或电流造成车用充电器损害。而且,在本发明的电源保护电路所使用的稽纳二极体是可根据所搭配的材料规格而任意设定保护的启动电压值以符合使用设备装置所需保护电压的方便性且可设定变换。
根据上述的目的,本发明揭露一种电源保护电路,适用于车用充电器,此车用充电器至少包含一驱动源,且驱动源是输出一电源的电压至电源保护电路,此电路包含:一切换开关、一侦测元件及一保护电路。切换开关,用以导通(on)或关闭所接收的电源的电压。侦测元件是连接于切换开关,用于侦测电压是否高于一临界电压而决定是否导通或关闭切换开关。保护电路是连接于切换开关及侦测元件,用于提供切换开关及侦测元件的电压限制保护。当车用充电器充电的过程期间,侦测元件如果侦测到的电压高于一临界电压时,会关闭切换开关,以令切换开关呈一关闭状态,藉此使电源保护电路与车用充电器所形成的一充电回路形成断路。
本发明的有益效果是:提出一种电源保护电路,可以避免异常的电压或电流造成车用充电器损害,延长车用充电器的使用寿命。
附图说明
图1是本发明的电源保护电路的一方块示意图;
图2是本发明的电源保护电路的一电路示意图;
图3是一直流电源应用于图2的电路示意图
图号说明
1:电源保护电路;                11:驱动源;
111:输入端;                    112:输出端;
12:切换开关、金氧半导体电晶体; 121:源极端;
122:闸极端;                    123:汲极端;
13:侦测器、双载子接面电晶体;   131:射极端;
132:基极端;                    133:集极端;
14:保护电路;                   141:第一二极体、第一稽纳二极体;
1411:阴极端;                   1412:阳极端;
142:第一电阻;                  1421:第一端;
1422:第二端;                   143:第二电阻;
1431:第三端;                   1432:第四端;
144:第三电阻;                  1441:第五端;
1442:第六端;                   145:第四电阻;
1451:第七端;                   1452:第八端;
146:第五电阻;                  1461:第九端;
1462:第十端;                   147:电容;
1471:第一端;                   1472:第二端;
148:第二二极体、第二稽纳二极体;1481:阴极端;
1482:阳极端;                   15:电源线;
16:接地线;             I:直流电流;
IE:电流;               IC:电流。
具体实施方式
以下详细地讨论目前较佳的实施例。然而应被理解的是,本发明提供许多可适用的发明观念,而这些观念能被体现于很宽广多样的特定具体背景中。所讨论的特定具体的实施例仅是说明使用本发明的特定结构,而且不会限制本发明的范围。
请参考图1所示,此图为本发明的电源保护电路的方块示意图,且此电源保护电路1适用于一车用充电器。其中此车用充电器至少包含一具一输入端111及一输出端112的驱动源11。而电源保护电路1包含:一切换开关12、一侦测器13及一保护电路14(protection circuit)。于本实施例中,驱动源11是采用一直流电源(DC),以便提供直流功率输入至电源保护电路1。而切换开关12是接收由驱动源11的输入端111所输入的一电压,用以导通(on)或关闭(off)所接收的电源的电压。侦测器13是连接于切换开关12,且于侦测前述电压是否高于一临界电压,用以控制切换开关12导通或关闭。保护电路14是连接于切换开关12及侦测器13,用以提供切换开关12及侦测器13的电压限制保护,可避免异常的电压或电流而造成电源保护电路1损害。
请参阅图2所示,此图为本发明的电源保护电路的电路示意图。由图中可知,此电源保护电路1更包含一电源线15及一接地线16。而前述保护电路14是由一第一二极体141与一第一电阻142所组成,且第一二极体141的一阴极端1411(cathode)连接至电源线15及第一二极体141的一阳极端1412(anode)是连接至接地线16。而第一电阻142是设置在电源线15上,且第一电阻142的一第一端1421与第一二极体141的阴极端1411连接至电源线15的一端点。于图1中所提及的侦测器13与切换开关12,在本图中是分别使用双载子接面电晶体13(bipolar junction transistor)及金氧半导体电晶体12(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor,MOSFET),在本实施例中双载子接面电晶体13亦为PNP电晶体或NPN电晶体两者一,以本实施例,以PNP电晶体13为代表例,以及金氧半导体电晶体12亦是n-型的MOSFET,简称NMOS。且在此电源保护电路1的电路尚包含有一具一第三端1431及一第四端1432的第二电阻143、一具一第五端1441及一第六端1442的第三电阻144、一具一第七端1451及一第八端1452的第四电阻145、一具一第九端1461及一第十端1462的第五电阻146、一具一第一端1471及一第二端1472的电容147以及用于设定前述临界电压的一第二二极体148,以下为本电路的各电子元件的较详细说明。在第二电阻143、第三电阻144、第四电阻145及第五电阻146的各端点中,第二电阻143的第三端1431连接于双载子接面电晶体13的基极端132及第二电阻143的第四端1432连接第三电阻144的第六端1442。而第三电阻144的第五端1441与第一电阻142的第二端1422连结于电源线15的一端点。第四电阻145的第七端1451及第八端1452分别连接于第一二极体141的阳极端1412及接地线16。第五电阻146的第九端1461及第十端1462是分别连接于第三电阻144的第六端1442及第二二极体148的一阴极端1481及第二二极体148的一阳极端1482是连接至接地线16。电容147的第一端1471及一第二端1472是分别连接于双载子接面电晶体13的射极端131与基极端132。而金氧半导体电晶体12的源极端121(source)、闸极端122(gate)及汲极端123(drain)是分别连接双载子接面电晶体13的集极端133、第一电阻142的第二端1422及驱动源11的输出端112。其中前述第一二极体141及第二二极体148分别为一第一稽纳二极体141及一第二稽纳二极体148(zener diode)。
请参阅图3所示,此图是根据图2的电源保护电路于充电过程的示意图。于车用充电器充电时,直流电源的电流(以下简称直流电流I)流向是流经电源保护电路1而至驱动源11的输出端112。且在车用充电器充电前,先由第二稽纳二极体148设定一临界电压,并由双载子接面电晶体13侦测所输入的电压是否高于临界电压而决定是否导通或关闭切换开关12,如习知技术所知悉,双载子接面电晶体13可由基极端132的电流控制其集极端133与射极端131间的电流导通程度。而在正常情况下(也就是直流电源提供的直流功率其电压值不超过前述设定临界电压时),所输出电压不会超过第一稽纳二极体141的崩馈电压(breakdownvoltage),故第一稽纳二极体141会在逆偏但不导通的工作区。请注意,为能将金氧半导体电晶体12导通,闸极端122与源极端121必须要传递足够的电流,因第一稽纳二极体141处在不导通的工作区,所以,流经双载子接面电晶体13的射极端131的电流IE有较大电流,使得双载子接面电晶体13的集极端133的电流IC也有较大电流,换言之,此种射极端131的电流IE与集极端133的电流IC关系是满足金氧半导体电晶体12导通的闸极端122与源极端121传递足够的电流的要求。此时金氧半导体电晶体12的闸极端122亦透过电源线15、第一电阻142一直电连到的直流电源的输入端111,而金氧半导体电晶体12的源极端121亦透过双载子接面电晶体13的集极端133、第四电阻145一直电连到接地线16,使得金氧半导体电晶体12的闸极端122与源极端121间的电压大于金氧半导体电晶体12的启始电压而导通。
由上述讨论可知,在车用电充器于正常充电情况下,因为本发明的电源保护电路1是以双载子接面电晶体13控制金氧半导体电晶体12,进而控制整个电源保护电路1的功率传输功能。而如习知技术所熟知,金氧半导体电晶体12为电压控制型元件(voltage-controlled),其闸极端122的阻抗非常大,尤其在直流操作下,其闸极端122漏电流几乎等于零。所以本发明的电源保护电路1,于正常充电情况下,是提供足够的电流至金氧半导体电晶体12的闸极端122与源极端121,以致导通金氧半导体电晶体12。请注意,本发明的电源保护电路1在正常充电情况下,因第一稽纳二极体141不导通,使得第四电阻145没有电流流过,减少电源保护电路1的功率消耗。
再者,本发明的电源保护电路1可防止错误的过电压(即超过由第二稽纳二极体148设定的临界电压)。此直流电源的直流功率其输入电压大于临界电压,会使第一稽纳二极体141逆偏超过崩馈电压,而使第一稽纳二极体141导通。第一稽纳二极体141导通后,直流电流I会在第一电阻142的第一端1421分流,换言之,会有部分电流会流经第一稽纳二极体141及第四电阻145。而为能将金氧半导体电晶体12呈关闭状态,只须将闸极端122与源极端121间的电压移去即可。此外,流经双载子接面电晶体13的射极端131的电流IE有较小电流,使得双载子接面电晶体13的集极端133的电流IC也有较小电流,此种射极端131的电流IE电流与集极端133的电流IC的关系,遂使得金氧半导体电晶体12的闸极端122与源极端121无法要传递足够的电流,进而无法导通金氧半导体电晶体12,因而金氧半导体电晶体12呈关闭关闭状态。
相较于习知技术,本发明所提供的电源保护电路至少具有一保护电路及一切换开关,可保护车用充电器避免受到异常的电压或电流的损害。其中当一反向直流电压或是一超过一临界电压的正向直流电压经由电源插座的正输入端及接地端输入时,此电源保护电路会关闭金氧半导体电晶体,藉此使电源保护电路与车用充电器所形成的一充电回路变成断路。而当一低于临界电压的正向直流电压经由电源插座的正输入端及接地端输入时,双载子接面电晶体所提供的电流则会导通金氧半导体电晶体的闸极端与源极端,并进而使以使正向直流电压得已经由双载子接面电晶体而输入至车用充电器的内部电路。
请注意,当车用充电器过度充电时,在图2中的电源保护电路的第一电阻142亦能提供过电流的保护机制,及第一稽纳二极体141亦能提供双载子接面电晶体13的射极端131与集极端133(Vce)的电压限制保护与金氧半导体电晶体12的闸极端122与源极端121(VGS)的电压限制保护。再者,因PNP双载子接面电晶体13为了能使电流更大,通常在基极端132做得较薄,故电源保护电路亦在双载子接面电晶体13的基极端132连接一第二电阻143的第三端1431,使得第二电阻143亦能保护PNP双载子接面电晶体13的基极端132与射极端131或PNP双载子接面电晶体的基极端132与集极端133避免被击穿。
以上所述仅为举例性,而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范畴,而对其进行的等效修改或变更,均应包含于本发明的权利要求范围中。

Claims (17)

1. 一种电源保护电路,适用于一车用充电器,该车用充电器至少包含一驱动源,输出一电源的电压至该电源保护电路,其特征在于,该电源保护电路包含:
一切换开关,用以导通或关闭所接收的该电源的电压;
一侦测元件,是连接于该切换开关,且该侦测元件用于侦测该电压是否高于一临界电压,以控制该切换开关导通或关闭;以及
一保护电路,是连接于该切换开关及该侦测元件,且该保护电路用于提供该切换开关及该侦测元件的电压限制保护;
其中,当该车用充电器充电的过程中,该侦测元件如果侦测到该电压高于该临界电压时,控制该切换开关呈关闭状态,藉此使该电源保护电路与该车用充电器所形成的一充电回路变成断路。
2. 如权利要求1所述的电源保护电路,其特征在于,该驱动源是一直流电源。
3. 如权利要求1所述的电源保护电路,其特征在于,该电源保护电路更包含一电源线及一接地线。
4. 如权利要求1所述的电源保护电路,其特征在于,该保护电路是由一第一二极体与一第一电阻所组成,该第一二极体的一阴极端连接至该电源线,该第一二极体的一阳极端连接至该接地线,及该第一电阻的一第一端与该阴极端连接至该电源线的一端点。
5. 如权利要求1所述的电源保护电路,其特征在于,该侦测元件为一双载子接面电晶体。
6. 如权利要求5所述的电源保护电路,其特征在于,该双载子接面电晶体为PNP双载子接面电晶体。
7. 如权利要求5所述的电源保护电路,其特征在于,该双载子接面电晶体的该射极端是与该第一电阻的一第一端连接。
8. 如权利要求1所述的电源保护电路,其特征在于,该电源保护电路更包含一第二二极体。
9. 如权利要求8所述的电源保护电路,其特征在于,该第二二极体的一阴极端连接至该第一电阻的一第二端,且该第二二极体的一阳极端连接至该接地线。
10. 如权利要求8所述的电源保护电路,其特征在于,该临界电压是由该第二二极体所设定。
11. 如权利要求1所述的电源保护电路,其特征在于,该电源保护电路更包含一第二电阻。
12. 如权利要求11所述的电源保护电路,其特征在于,该第二电阻的一第三端连接于该双载子接面电晶体的该基极端及该第二电阻的一第四端连接于该第二二极体的该阴极端。
13. 如权利要求4所述的电源保护电路,其特征在于,该第一二极体为一稽纳二极体。
14. 如权利要求8所述的电源保护电路,其特征在于,该第二二极体为一稽纳二极体。
15. 如权利要求1所述的电源保护电路,其特征在于,该切换开关为一金氧半导体电晶体。
16. 如权利要求15所述的电源保护电路,其特征在于,该金氧半导体电晶体的源极端、闸极端及汲极端是分别连接该双载子接面电晶体的该集极端、该第一电阻的该第二端及该驱动源的输出端。
17. 如权利要求15所述的电源保护电路,其特征在于,该金氧半导体电晶体是n-型的MOSFET。
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Open date: 20080917