CN102738765A - 电路保护装置及保护方法 - Google Patents

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Abstract

一种电路保护装置与一电源供应模块配合应用，其包括一判断模块以及一控制模块。判断模块具有一比较单元、一回授单元及一重置单元。比较单元具有一输出端、一第一输入端及一第二输入端。回授单元电性连接输出端及第一输入端。重置单元电性连接回授单元与第一输入端。控制模块电性连接判断模块的比较单元与重置单元。比较单元接收代表电源供应模块的输出电流的一第一参考讯号及代表电源供应模块的输出电压的一第二参考讯号，并输出一判断讯号至控制模块。因此本发明能够降低启动保护的临界值，以迅速反应进行保护，进而减低组件的损坏，并提高可靠度与可应用性。本发明同时涉及一种电路保护方法。

Description

电路保护装置及保护方法
技术领域
本发明关于一种电路保护装置及保护方法。
背景技术
电源供应器，例如是电源转换器或充电器，是用以提供负载一稳定的电压及或电流。为了提供使用者及电子装置一个安全的操作环境并符合安规，现今的电源供应器均具有一电路保护装置，以确保于发生短路或过电流的状况时，限制电源供应器的输出功率或进一步的停止电源供应器运作，以避免电源供应器及与其连接的负载受到永久性的损害。
请参照图1A所示，公知的电路保护装置1是直接采用一运算放大器(operational amplifier)，并透过侦测电流以判断是否产生过电流或短路的状况。虽然，公知的电路保护装置1具有电路设计较为简易的优点，但是，由于启动公知的电路保护装置1的临界值(threshold)是一固定值，且电路保护装置1必须达到过电流(over current)的临界值之后才会启动保护，因而对于额定输出是大电流的电源供应器而言，例如是输出电流大于150安培的电源供应器，当电路保护装置1启动保护时，电源供应器内部的组件及与其连接的负载已经承受相当大的应力。
请参照图1B所示，其是一额定输出电流是150A的电源供应器采用公知的电路保护装置1时，电路保护装置1启动保护的波形图。若电源供应器内部的组件或负载于电源供应器开始运作前已经产生短路的异常状况时，则于电源供应器启动的瞬间，启动电流CS将是一瞬间大电流。又由于电路保护装置1在启动电流CS达到临界值T时才启动，因而组件及负载将可能因为导通时的启动电流CS超过其额定的规格，而造成毁损并危急使用者的安全。换句话说，采用公知的电路保护装置1的电源供应器，其组件及与其连接的负载将因受到大应力的影响而较易损坏及加速劣化。
此外，公知的电路保护装置1为了电路设计简易的目的，并不具有栓锁及重置的功能，因而大大地限制了电路保护装置的应用范围。
因此，如何提供一种电路保护装置及保护方法，使其能够降低启动保护的临界值，以迅速反应进行保护，进而减低组件的损坏，并提高可靠度与可应用性，已成为重要课题之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够降低启动保护的临界值，以迅速反应进行保护，进而减低组件的损坏，并提高可靠度与可应用性的电路保护装置及保护方法。
本发明可采用以下技术方案来实现的。
本发明的一种电路保护装置与一电源供应模块配合应用，其包括一判断模块以及一控制模块。判断模块具有一比较单元、一回授单元及一重置单元。比较单元具有一输出端、一第一输入端及一第二输入端。回授单元电性连接输出端及第一输入端。重置单元电性连接回授单元与第一输入端。控制模块电性连接判断模块的比较单元与重置单元。比较单元接收代表电源供应模块的输出电流的一第一参考讯号及代表电源供应模块的输出电压的一第二参考讯号，并输出一判断讯号至控制模块。
在本发明的一实施例中，比较单元是一比较器，且第一输入端是一非反相输入端，第二输入端是一反相输入端。
在本发明的一实施例中，回授单元包括一二极管及一电阻器，且二极管与电阻器串联连接。
在本发明的一实施例中，判断模块还包括一第一电阻器以及一第二电阻器。第一电阻器电性连接比较单元的第一输入端。第二电阻器电性连接比较单元的第二输入端。其中，回授单元的电阻器的阻值远小于第一电阻器的阻值。
在本发明的一实施例中，电路保护装置还包括一参考讯号产生模块。参考讯号产生模块输出第一参考讯号及第二参考讯号至判断模块的比较单元。其中参考讯号产生模块包括一第一比较电路以及一第二比较电路。第一比较电路具有一第一比较器，且第一比较电路与比较单元的第一输入端电性连接，并输出第一参考讯号。第二比较电路具有一第二比较器，且第二比较电路与比较单元的第二输入端电性连接，并输出第二参考讯号。
在本发明的一实施例中，第二比较电路还包括一限流组件以及一分压电阻。限流组件的一端与第二比较电路电性连接。分压电阻的一端与限流组件的另一端及比较单元的第二输入端电性连接，且分压电阻的另一端与一接地端电性连接。
在本发明的一实施例中，重置单元具有一第一端、一第二端及一第三端。第一端电性连接回授单元与第一输入端，第二端与控制模块电性连接，第三端电性连接一接地端。
在本发明的一实施例中，控制模块依据判断讯号输出一控制讯号至电源供应模块。
在本发明的一实施例中，控制模块输出一重置讯号至重置单元。
另外，本发明的一种保护方法，与一电路保护装置及一电源供应模块配合应用。电路保护装置具有一判断模块及一控制模块，且判断模块具有一比较单元、一回授单元及一重置单元，保护方法包括：由比较单元判断一第一参考讯号是否大于一第二参考讯号，其中第一参考讯号代表电源供应模块的输出电流，第二参考讯号代表电源供应模块的输出电压；当判断结果为是，比较单元输出一高准位的判断讯号；由回授单元输出一回授讯号至比较单元，以使比较单元持续输出高准位的判断讯号；以及由控制模块依据高准位的判断讯号输出一控制讯号至所述电源供应模块。
在本发明的一实施例中，保护方法还包括当判断结果为否，比较单元输出一低准位的判断讯号；以及由比较单元判断第一参考讯号是否大于第二参考讯号。
在本发明的一实施例中，保护方法还包括由控制模块输出一重置讯号至重置单元；以及比较单元输出一低准位的判断讯号。
承上所述，因依据本发明的一种电路保护装置及保护方法通过判断模块的比较单元依据代表电源供应模块的输出电流的第一参考讯号及代表电源供应模块的输出电压的第二参考讯号输出一判断讯号，并通过回授单元维持保护状态，从而实现能够降低启动保护的临界值，以迅速反应进行保护，进而减低组件的损坏，并提高可靠度与可应用性的电路保护装置及保护方法。
附图说明
图1A是公知的电路保护装置的示意图；
图1B是公知的电路保护装置启动保护的波形图；
图2是依据本发明优选实施例的一种电路保护装置的示意图；
图3A是依据本发明优选实施例的一种电路保护装置的示意图；
图3B是依据本发明优选实施例的电路保护装置启动保护的波形图；
图4是依据本发明优选实施例的一种电路保护装置的示意图；
图5A是依据本发明优选实施例的另一种电路保护装置的示意图；
图5B是依据本发明优选实施例的电路保护装置启动保护的波形图；以及
图6是依据本发明优选实施例的一种保护方法的流程图。
主要元件符号说明：
1、2、4、5：电路保护装置
21、41：判断模块
211：比较单元
212：回授单元
213：重置单元
22：控制模块
3：电源供应模块
31：变压器
42、52：参考讯号产生模块
C1：第一比较电路
C2：第二比较电路
CS：启动电流
COM1：第一比较器
COM2：第二比较器
D1：二极管
D2：限流组件
R：电阻器
R1：第一电阻器
R2：第二电阻器
R3：分压电阻
REF1：第一参考讯号
REF2：第二参考讯号
S01～S04：保护方法的步骤
S1：判断讯号
S2：回授讯号
S3：控制讯号
S4：重置讯号
T：临界值
VREF：参考电压源
具体实施方式
以下将参照相关图式，说明依本发明优选实施例的一种电路保护装置及保护方法，其中相同的元件将以相同的元件符号加以说明。
首先，请参照图2，其是依据本发明优选实施例的一种电路保护装置2。电路保护装置2是与一电源供应模块3搭配使用。其中，电路保护装置2包括一判断模块21及一控制模块22。
判断模块21具有一比较单元211、一回授单元212及一重置单元213。在本实施例中，比较单元211具有一输出端、一第一输入端及一第二输入端。比较单元211的第一输入端及第二输入端与电源供应模块3的输出端电性连接，并分别接收代表电源供应模块3的输出电流的一第一参考讯号REF1以及代表电源供应模块3的输出电压的一第二参考讯号REF2。比较单元211比较第一参考讯号REF1及第二参考讯号REF2，并依据比较的结果而从输出端输出一判断讯号S1。
回授单元212与比较单元211的输出端及第一输入端电性连接。回授单元212接收比较单元211所输出的判断讯号S1而产生一回授讯号S2，并输出回授讯号S2至比较单元211的第一输入端。重置单元213电性连接回授单元212与比较单元211的第一输入端。
控制模块22电性连接电源供应模块3及判断模块21的比较单元211与重置单元213，并接收由比较单元211的输出端所输出的判断讯号S1，而输出一控制讯号S3至电源供应模块3。在实际运用上，控制模块22可以是一控制器或一微处理器。
接着，请参照图3A与图3B以进一步说明本发明的电路保护装置2。在本实施例中，判断模块21的比较单元211是一比较器，且第一输入端是一非反相输入端(non inverting input terminal)，而第二输入端是一反相输入端(invertinginput terminal)。
判断模块21的回授单元212包括一二极管D1及一电阻器R，且二极管D1与电阻器R是串联连接。重置单元213具有一第一端、一第二端及一第三端。在本实施例中，重置单元213是一NPN晶体管，第一端是晶体管的集极(collector)，第二端是基极(base)，而第三端是射极(emitter)。其中，重置单元213的第一端电性连接回授单元212与比较单元211的第一输入端，第二端与控制模块22电性连接，且第三端电性连接一接地端。
在实际操作上，判断模块21的比较单元211将依据所接收的第一参考讯号REF1及一第二参考讯号REF2进行比较。其中，第一参考讯号REF1是代表电源供应模块3的输出电流，而第二参考讯号REF2是代表电源供应模块3的输出电压。当第一参考讯号REF1的值大于第二参考讯号REF2的值，则代表发生短路或是过电流的情况。此时，比较单元211将输出一高准位的判断讯号S1至控制模块22，且控制模块22将依据判断讯号S1输出控制讯号S3，以终止电源供应模块3的运作。换句话说，电路保护装置2是透过侦测电源供应模块3的输出电流与输出电压之间的关系，以启动保护。
请参照图3B，其是以电源供应模块3是一额定输出电压是13.5V，且额定输出电流是35A的电源供应器为例时，电路保护装置2启动保护的波形图。如图3B所示，启动电路保护装置2进行保护的临界值T并非如公知技术是一固定值，而是随着电源供应模块3的输出电压的变化，而有不同的临界值T，且当电源供应模块3的输出电压越低，启动保护的临界值T越低。因此，若电源供应模块3内部的组件或负载于电源供应模块3开始运作前已经产生短路的异常状况，则电路保护装置2将可于电源供应模块3启动的瞬间，立即侦测到启动电流CS超过临界值T，并启动保护。
此外，回授单元212将同时接收比较单元211所输出高准位的判断讯号S1，且输出回授讯号S2至比较单元211的第一输入端，而形成一正回授，并使回授单元212处于一栓锁状态，以持续输出高准位的判断讯号S1。再者，控制模块22并可输出一重置讯号S4至重置单元213，以解除栓锁状态。其中，在实施上，控制模块22可依据一预先设定的延迟时间，而输出重置讯号S4至重置单元213，以进行重置的动作。
接着，请参照图4所示，其是依据本发明优选实施例的一种电路保护装置4。在本实施例中，电路保护装置4是与一电源供应模块3搭配使用。其中，电源供应模块3包括一变压器31。电路保护装置4与电路保护装置2的区别在于，电路保护装置4还包括一参考讯号产生模块42，且电路保护装置4的判断模块41还包括一第一电阻器R1与一第二电阻器R2。
在本实施例中，第一电阻器R1与比较单元211的第一输入端电性连接，第二电阻器R2与比较单元211的第二输入端电性连接。在实施上，回授单元212的电阻器R的阻值远小于第一电阻器R1的阻值。其中，电阻器R的阻值与第一电阻器R1的阻值的比约是1∶10，是一较佳的选择。
参考讯号产生模块42具有一第一比较电路C1及一第二比较电路C2。在本实施例中，第一比较电路C1具有一第一比较器COM1，第一比较电路C1的输入端与电源供应模块3的变压器31的二次侧电性连接，以接收并比较电源供应模块3的输出电流。第一比较电路C1的第一比较器COM1的输出端输出第一参考讯号REF1，并透过第一电阻器R1与比较单元211的第一输入端电性连接。第二比较电路C2具有一第二比较器COM2，第二比较电路C2的输入端与电源供应模块3的变压器31的二次侧电性连接，以接收并比较电源供应模块3的输出电压。第二比较电路C2的第二比较器COM2的输出端输出第二参考讯号REF2，并透过第二电阻器R2与比较单元211的第二输入端电性连接。
在实施上，第一比较电路C1及第二比较电路C2分别具有复数个电阻器，且设计人员可依据实际的需求，选用任意阻值的电阻器，以调整启动保护的临界值的斜率，例如是依据电源供应模块3的额定输出电压及额定输出电流选用电阻器的阻值。
接着，请参照图5A所示，其是依据本发明优选实施例的一种电路保护装置5。电路保护装置5与电路保护装置4的区别在于，电路保护装置5的参考讯号产生模块52的第二比较电路C2还包括一限流组件D2与一分压电阻R3。此外，第二电阻器R2的一端是与一参考电压源VREF电性连接。
在本实施例中，限流组件D2的一端与第二比较器COM2电性连接，而另一端与第二电阻器R2与比较单元211的第二输入端电性连接。分压电阻R3的一端与限流组件D2的另一端及比较单元211的第二输入端电性连接，且分压电阻R3的另一端与一接地端电性连接。
在实施上，第一比较电路C1接收并比较电源供应模块3的输出电流。第一比较电路C1的输出端输出第一参考讯号REF1，并透过第一电阻器R1与比较单元211的第一输入端电性连接。第二比较电路C2的输入端与电源供应模块3的变压器31的二次侧电性连接，以接收并比较电源供应模块3的输出电压。第二电阻器R2接收参考电压源VREF，并透过第二电阻器R2与分压电阻R3进行分压，以及通过限流组件D2降低第二比较器COM2的输出讯号的电压值，从而产生第二参考讯号REF2。
请参照图5B，其是以电源供应模块3是一额定输出电压是13.8V，且额定输出电流是150A的电源供应器为例时，电路保护装置5启动保护的波形图。如图5B所示，电路保护装置5透过第二电阻器R2与分压电阻R3对第二电阻器R2所接收的参考电压源VREF进行分压，以决定临界值T的最大值。此外，透过限流组件D2降低电压讯号的电压值，并通过第二比较器COM2的放大比例和限流组件D2的顺偏电压，从而决定临界值T的斜率。因此，通过上述的硬件结构将可以调变临界值T的斜率与最大值，而使得电路保护装置5更适用于电容性的负载。
请参照图6的流程图并搭配图2及图3所示，以说明本发明的优选实施例的保护方法，其可与上述的电路保护装置2与电源供应模块3搭配使用，而保护方法的步骤包含步骤S01～步骤S04。
步骤S01是由比较单元211判断一第一参考讯号REF1是否大于一第二参考讯号REF2。其中，第一参考讯号REF1代表电源供应模块3的输出电流，而第二参考讯号REF2代表电源供应模块3的输出电压。在实施上，比较单元211是一比较器，且其非反相输入端接收第一参考讯号REF1，而反相输入端接收第二参考讯号REF2。
步骤S02是当判断结果为是，比较单元211输出一高准位的判断讯号S1。在实施上，当第一参考讯号REF1的值大于第二参考讯号REF2的值，其代表发生短路或是过电流的情况。此时，比较单元211将输出一高准位的判断讯号S1。
步骤S03是由回授单元212输出一回授讯号S2至比较单元211，以使比较单元211持续输出高准位的判断讯号S1。在实施上，回授单元212将同时接收比较单元211所输出高准位的判断讯号S1，且输出回授讯号S2至比较单元211的第一输入端，而形成一正回授，并使回授单元212处于一栓锁状态，以持续输出高准位的判断讯号S1。
步骤S04是由控制模块22依据高准位的判断讯号S1输出一控制讯号S3至电源供应模块3。在实施上，控制模块22将依据比较单元211所输出的高准位的判断讯号S1输出控制讯号S3至电源供应模块3，以终止电源供应模块3的运作。由于电路保护装置2是透过侦测电源供应模块3的输出电流与输出电压之间的关系，以启动保护。因此，电路保护装置2依据一非固定的临界值，进行短路与过电流的判断，并迅速反应以进行保护。
另外，值得一提的是，电路保护装置2并具有解除栓锁状态的功能。因此，电路保护装置2的保护方法还可以包含由控制模块22输出一重置讯号S4至重置单元213，以及比较单元211输出一低准位的判断讯号S1。在实施上，控制模块22可依据一预先设定的延迟时间，而输出重置讯号S4至重置单元213，以解除栓锁状态作。
此外，当第一参考讯号REF1并未大于一第二参考讯号REF2而使得判断结果为否时，代表并未发生短路或过电流的状况。此时，比较单元211输出一低准位的判断讯号S1，且电源供应模块3将继续正常地运作，而比较单元211将持续地判断第一参考讯号REF1是否大于第二参考讯号REF2。换句话说，电路保护装置2是一实时的电路保护装置。
需特别注意的是，保护方法亦可与上述的电路保护装置4与电路保护装置5搭配使用，但由于电路保护装置4与电路保护装置5的保护方法的实施步骤与上述实施例的电路保护装置2的保护方法相同，故在此不再赘述。
综上所述，因依据本发明的一种电路保护装置及保护方法通过判断模块的比较单元依据代表电源供应模块的输出电流的第一参考讯号及代表电源供应模块的输出电压的第二参考讯号输出一判断讯号，并通过回授单元维持保护状态，从而实现能够降低启动保护的临界值，以迅速反应进行保护，进而减低组件的损坏，并提高可靠度与可应用性的电路保护装置及保护方法。
以上所述仅是举例性，而非限制性。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，均应包括在权利要求所限定的范围内。

Claims (14)

1.一种电路保护装置，与一电源供应模块配合应用，其特征在于，包括：
一判断模块，具有一比较单元、一回授单元及一重置单元，其中所述比较单元具有一输出端、一第一输入端及一第二输入端，所述回授单元电性连接所述输出端及所述第一输入端，所述重置单元电性连接所述回授单元与所述第一输入端；以及
一控制模块，电性连接所述判断模块的所述比较单元与所述重置单元，
其中所述比较单元接收代表所述电源供应模块的输出电流的一第一参考讯号及代表所述电源供应模块的输出电压的一第二参考讯号，并输出一判断讯号至所述控制模块。
2.根据权利要求1所述的电路保护装置，其特征在于，所述比较单元是一比较器，且所述第一输入端是一非反相输入端，所述第二输入端是一反相输入端。
3.根据权利要求1所述的电路保护装置，其特征在于，所述回授单元包括一二极管及一电阻器，且所述二极管与所述电阻器串联连接。
4.根据权利要求3所述的电路保护装置，其特征在于，所述判断模块还包括：
一第一电阻器，电性连接所述比较单元的所述第一输入端；以及
一第二电阻器，电性连接所述比较单元的所述第二输入端。
5.根据权利要求4所述的电路保护装置，其特征在于，所述回授单元的所述电阻器的阻值远小于所述第一电阻器的阻值。
6.根据权利要求1所述的电路保护装置，其特征在于，还包括：
一参考讯号产生模块，输出所述第一参考讯号及所述第二参考讯号至所述判断模块的所述比较单元。
7.根据权利要求6所述的电路保护装置，其特征在于，所述参考讯号产生模块还包括：
一第一比较电路，具有一第一比较器，所述第一比较电路与所述比较单元的所述第一输入端电性连接，并输出所述第一参考讯号；以及
一第二比较电路，具有一第二比较器，所述第二比较电路与所述比较单元的所述第二输入端电性连接，并输出所述第二参考讯号。
8.根据权利要求7所述的电路保护装置，其特征在于，所述第二比较电路还包括：
一限流组件，其一端与所述第二比较器电性连接；以及
一分压电阻，其一端与所述限流组件的另一端及所述比较单元的所述第二输入端电性连接，且所述分压电阻的另一端与一接地端电性连接。
9.根据权利要求1所述的电路保护装置，其特征在于，所述重置单元具有一第一端、一第二端及一第三端，所述第一端电性连接所述回授单元与所述第一输入端，所述第二端与所述控制模块电性连接，所述第三端电性连接一接地端。
10.根据权利要求1所述的电路保护装置，其特征在于，所述控制模块依据所述判断讯号输出一控制讯号至所述电源供应模块。
11.根据权利要求1所述的电路保护装置，其特征在于，所述控制模块输出一重置讯号至所述重置单元。
12.一种保护方法，与一电路保护装置及一电源供应模块配合应用，所述电路保护装置具有一判断模块及一控制模块，且所述判断模块具有一比较单元、一回授单元及一重置单元，其特征在于，所述保护方法包括：
由所述比较单元判断一第一参考讯号是否大于一第二参考讯号，其中所述第一参考讯号代表所述电源供应模块的输出电流，所述第二参考讯号代表所述电源供应模块的输出电压；
当判断结果为是，所述比较单元输出一高准位的判断讯号；
由所述回授单元输出一回授讯号至所述比较单元，以使所述比较单元持续输出所述高准位的判断讯号；以及
由所述控制模块依据所述高准位的判断讯号输出一控制讯号至所述电源供应模块。
13.根据权利要求12所述的保护方法，其特征在于，还包括：
当判断结果为否，所述比较单元输出一低准位的判断讯号；以及
由所述比较单元判断所述第一参考讯号是否大于所述第二参考讯号。
14.根据权利要求12所述的保护方法，其特征在于，还包括：
由所述控制模块输出一重置讯号至所述重置单元；以及
所述比较单元输出一低准位的判断讯号。
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