TWI641194B - 具有接線保護的電源裝置 - Google Patents

Abstract

一種具有接線保護的電源裝置。電源裝置具有切換模組、感測電阻、第一功率電晶體與二極體。切換模組電性連接電源輸入端與接地端。切換模組用以將電能由此電源輸入端傳輸至一電源輸出端。感測電阻的一端電性連接切換模組。感測電阻的另一端電性連接一第一節點。第一功率電晶體的二端之間具有一本體二極體。二極體的一端電性連接本體二極體的同極性的一端。二極體與第一功率電晶體電性連接於第一節點與電源輸出端之間。

Description

具有接線保護的電源裝置

本發明係關於一種電源轉換電路，特別是一種用以提供直流電源的電源轉換電路。

電子產品不斷推陳出新，電子產品的供電規格也因而時常變動。因此，一般來說，在對電子產品或是電池進行測試時，乃是採用電源轉換電路，以針對電子產品或是電池的規格改變供電的方式。藉由控制電源轉換電路，廠商得以用相仿的機台來對多種的電子裝置或是電池進行測試。

雖然，電源轉換電路提供廠商相當大的測試彈性，但是，於實務上，產線人員的人為失誤仍有可能造成不可挽回的後果。舉例來說，當以電源轉換電路對充電電池充電以進行直流測試時，理論上電源轉換電路的正極性輸出端應電性連接於充電電池的正電極，電源轉換電路的負極性輸出端應電性連接於充電電池的負電極。但是，當產線人員將電源轉換電路的負極性輸出端應電性連接於充電電池的正電極，且將電源轉換電路的正極性輸出端應電性連接於充電電池的負電極時，在電路連接的瞬間，電池很有可能會對電源轉換電路放電，從而造成電源轉換電路的功率元件損壞，甚至有可能造成安全問題。

以往可能會藉由增設保險絲來避免電源轉換電路損壞。但是，由於規格需求，增設保險絲可能所費不貲，從而增加測試成本。另一方面，更換保險絲亦可能造成產線時程的延宕。在另一種做法中，可能會藉由增設另一組偵測線路來判斷充電電池的電池極性，並同時擷取電性資料。但於實務上，產線人員仍有可能混淆充電電池的電池極性以及電源轉換電路的電源輸出端的極性。

本發明在於提供一種具有接線保護的電源裝置，以避免電源轉換電路因產線人員的人為疏失而被破壞，且所述的具有接線保護的電源裝置係可藉由簡單的操作回復正常。

本發明揭露了一種具有接線保護的電源裝置。所述的電源裝置具有切換模組、感測電阻、第一功率電晶體與二極體。切換模組電性連接電源輸入端與接地端。切換模組用以將電能由此電源輸入端傳輸至一電源輸出端。感測電阻的一端電性連接切換模組。感測電阻的另一端電性連接一第一節點。第一功率電晶體的二端之間具有一本體二極體。二極體的一端電性連接本體二極體的同極性的一端。二極體與第一功率電晶體電性連接於第一節點與電源輸出端之間。其中，於一初始配置階段，切換模組關閉，第一功率電晶體操作於歐姆區，電源裝置依據感測電阻的電壓判斷一電子裝置是否正確電性連接於電源輸出端與接地端。

本發明揭露了另一種具有接線保護的電源裝置。所述的電源裝置具有切換裝置、感測電阻、第一繼電器與分流電阻。切換模組電性連接一電源輸入端與一接地端。切換模組用以將電能由電源輸入端傳輸至一電源輸出端。感測電阻的一端電性連接切換模組。感測電阻的另一端電性連接一第一節點。第一繼電器的一端電性連接第一節點。第一繼電器的另一端電性連接電源輸出端。分流電阻並聯連接於第一繼電器。其中，於一初始配置階段，切換模組關閉，第一繼電器斷開，電源裝置依據感測電阻的電壓判斷一電子裝置是否正確電性連接於電源輸出端與接地端。

綜合以上所述，本發明提供了一種電源轉換電路，於初始配置階段，電源轉換電路的其中一個電晶體係操作於歐姆區。因此，當有異常情況發生時，例如產線人員將電源轉換電路的輸出端與取電裝置的電極接反，由於電源轉換電路的內部迴路會具有高阻抗，從而降低取電裝置提供給電源轉換電路的放電電流。藉此，電源轉換電路得以避免因為產線人員的人為疏失而損壞。而且，在產線流程上，電源轉換電路的初始配置階段可供產線人員確實地配置好測試環境，也提供了產線人員一絲餘裕。

以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。

請參照圖1，圖1係為根據本發明一實施例所繪示之具有接線保護的電源裝置的功能方塊示意圖。圖1揭示了一種具有接線保護的電源裝置1。具有接線保護的電源裝置1包括一切換模組12、一感測電阻14、一第一功率電晶體16與一二極體18。切換模組12電性連接電源輸入端EP與接地端GND。切換模組12用以將電能由電源輸入端EP傳輸至電源輸出端DV。感測電阻14的一端電性連接切換模組12。感測電阻14的另一端電性連接第一節點N1。第一功率電晶體16的二端之間具有本體二極體162。二極體18的一端電性連接本體二極體162的同極性的一端，二極體18與第一功率電晶體16電性連接於第一節點N1與電源輸出端DV之間。其中，於一初始配置階段，切換模組12關閉，第一功率電晶體16操作於歐姆區。所謂切換模組12關閉係指切換模組12於一段期間內暫不將電能由電源輸入端EP傳輸至電源輸出端DV。電源裝置1依據感測電阻14的電壓判斷一電子裝置是否正確電性連接於電源輸出端DV與接地端GND。所述的電子裝置例如為充電電池或是其他具有蓄電能力的電子產品，後續係以充電電池為例說明之。

請參照圖2A以對具有接線保護的電源裝置進行更具體地說明，圖2A係為根據本發明一實施例所繪示之具有接線保護的電源裝置的電路示意圖。如圖2A所示，具有接線保護的電源裝置1具有第一電晶體M1、第二電晶體M2、電感L、感測電阻R1、第三電晶體M3與第四電晶體M4。在此實施例中，第一電晶體M1與第二電晶體M2所組成的電路結構係包含於前述的切換模組12，感測電阻R1係對應於前述的感測電阻14，第三電晶體M3係對應於前述的第一功率電晶體16，第四電晶體M4的本體二極體係對應於前述的二極體18。

第一電晶體M1具有第一端、第二端與第一控制端。第一電晶體M1的第一端電性連接輸入電源P的電源輸入端EP。第一電晶體M1 的第二端電性連接第二節點N2。第一電晶體M1的第一控制端用以接收第一控制訊號SC1。第一電晶體M1係受控於第一控制訊號SC1而選擇性地導通第一電晶體M1的第一端與第二端。第一電晶體M1以及後續提及的電晶體例如為P型的增強型金屬氧化物半導體電晶體(enhancement type metal oxide semi-conductor transistor,MOSFET)，但並不以此為限。

第二電晶體M2具有第三端、第四端與第二控制端。第二電晶體M2的第三端電性連接第二節點N2。第二電晶體M2的第四端電性連接電源的接地端GND與電源輸出端DV。第二電晶體M2的第二控制端用以接收第二控制訊號SC2。第二電晶體M2係受控於第二控制訊號SC2而選擇性地導通第二電晶體M2的第三端與第四端。

電感L的一端電性連接第二節點N2。感測電阻R1的一端電性連接電感L的另一端。感測電阻R1的另一端電性連接第一節點N1。電容C2一端電性連接第一節點N1。電容C2的另一端電性連接接地端GND。在此並不限制電感L、電阻R1與電容C2的類型與電感L的電感值、電阻R1的電阻值與電容C2的電容值。

第三電晶體M3具有第五端、第六端與第三控制端。第三電晶體M3的第五端電性連接第一節點N1。第三電晶體M3的第六端直接地或間接地電性連接接地端GND。第三電晶體M3的第三控制端用以接收第三控制訊號SC3。第三電晶體M3係受控於第三控制訊號SC3而選擇性地導通第三電晶體M3的第五端與第六端。第三電晶體M3具有等效本體二極體D3(body diode)。等效本體二極體D3例如金屬氧化物半導體電晶體的基板與源極之間的等效的二極體，並非用以指一個真實的二極體元件。本體二極體的相關細節應為所屬技術領域具有通常知識者所熟知，在此並不加以限制。等效本體二極體D3的陽極端電性連接第三電晶體M3的第六端。等效本體二極體D3的陰極端性連接第三電晶體M3的第五端。

其中，電源輸出端DV與接地端GND用以分別電性連接取 電裝置的第一連接端與第二連接端。在此實施例及後續，係舉取電裝置為充電電池B為例，但於實務上並不以此為限。充電電池B具有第一電極E1與第二電極E2。理想上，當具有接線保護的電源裝置1電性連接於充電電池B時，第一電極E1應電性連接於電源輸出端DV，第二電極E2應電性連接於接地端GND。但於實務上，第一電極E1有可能被電性連接於接地端GND，第二電極E2有可能電性連接於電源輸出端DV，而造成異常狀況。

請參照圖2B以進行說明，圖2B係為根據本發明圖2A所繪示之具有接線保護的電源裝置電性連接於充電電池時的一種電流路徑的示意圖。如圖2B所示，第一電極E1電性連接接地端GND，第二電極E2電性連接於電源輸出端DV。此時，充電電池B提供電流I給具有接線保護的電源裝置1。由於具有接線保護的電源裝置1的內部阻抗可能並不大，使得電流I的電流大小過大，從而使得具有接線保護的電源裝置1中的元件因充電電池B所提供的電流而燒毀。舉例來說，第三電晶體M3的等效本體二極體D3有可能承受了過大的逆向偏壓而崩潰燒毀。

有鑑於此，當具有接線保護的電源裝置1電性連接充電電池B時，於初始配置階段，第一電晶體M1與第二電晶體M2不導通，第三電晶體M3係操作於歐姆區(ohmic mode)。其中歐姆區或稱三極區(triode mode)或是線性區(linear region)。於實務上，在初始配置階段時，第三電晶體M3的控制端可以被施予一個相對較小的電壓以使第三電晶體M3操作在歐姆區；或者，第三電晶體M3的控制端可以被施予一個脈波寬度調變訊號(pulse width modulation signal,PWM signal)，而此脈波寬度調變訊號的估空比(duty ratio)在初始配置階段時會被調整以使第三電晶體M3操作在歐姆區。

所述的初始配置階段例如是指甫將充電電池B電性連接至具有接線保護的電源裝置1時的一段預設時間區間，在此並不限制初始配 置階段的時間長度。此時，充電電池B提供的電流I係沿圖2B所示的電流路徑傳輸。更具體地來說，電流I係流經第二電晶體M2的等效本體二極體D2、電感L、感測電阻R1、第三電晶體M3與充電電池B。由於第三電晶體M3此時係操作於歐姆區，第三電晶體M3在初始配置階段具有相對較大的阻抗，而提升了具有接線保護的電源裝置1的阻抗。因此即使第一電極E1電性連接於電源輸出端DV，第二電極E2電性連接於接地端GND，從而造成充電電池B對具有接線保護的電源裝置1放電，充電電池B提供之電流的電流大小也會因為第三電晶體M3在初始配置階段所具有的阻抗而位於可接受的範圍內。

第四電晶體M4具有第七端、第八端與第四控制端。第四電晶體M4的第七端電性連接第五端，第四電晶體M4的第八端電性連接電源輸出端DV，第四電晶體M4的第四控制端用以接收第四控制訊號SC4。於初始配置階段，第四電晶體M4不導通。更進一步地來說，第二電晶體M2具有等效本體二極體D2。第四電晶體M4具有等效本體二極體D4。等效本體二極體D2的陽極端電性連接第四端。等效本體二極體D2的陰極端電性連接第三端。等效本體二極體D3的陽極端電性連接第七端，等效本體二極體D4的陰極端電性連接第八端。藉此，當充電電池B提供電流I給具有接線保護的電源裝置1時，等效本體二極體D2與等效本體二極體D4能提供一條旁支電流路徑以傳輸電流I，更能有效地減小突波電流，進一步避免充電電池B傷害具有接線保護的電源裝置1。

另一方面，於一實施例中，具有接線保護的電源裝置1更具有偵測模組11。偵測模組11並聯於感測電阻R1。於初始配置階段，當偵測模組11判斷感測電阻R1的跨壓大於門檻值時，偵測模組11用以提供警示信號。警示信號用以指示判斷第一輸出端、第二輸出端與取電裝置的連接方式有誤。於一實施例中，具有接線保護的電源裝置1例如可配置有發光二極體、蜂鳴器或是喇叭，警示信號用以驅動上述元件，以藉由對應 的聲光效果警示產線人員。或是，於另一實施例中，偵測模組11例如電性連接於後端的處理裝置，警示信號用以提供相關資訊給後端處理裝置進行處理。需說明的是，偵測模組11相較於電源裝置1來說係為一選擇性的設計，也就是說，偵測模組11係可實作於電源裝置1之內，或是偵測模組11係可為獨立於電源裝置1的一裝置或一電路，在此並不加以限制。

請參照圖3，圖3係為根據本發明另一實施例所繪示之具有接線保護的電源裝置的功能方塊示意圖。圖3揭示了一種具有接線保護的電源裝置1”。具有接線保護的電源裝置1”包括一切換模組12”、一感測電阻14”、一繼電器17a”、一繼電器17b”與一分流電阻19”。切換模組12”電性連接電源輸入端EP與接地端GND。切換模組12”用以將電能由電源輸入端EP傳輸至電源輸出端DV。感測電阻14”的一端電性連接切換模組12”。感測電阻14”的另一端電性連接第一節點N1”。繼電器17a”的一端電性連接第一節點N1”。繼電器17a”的另一端電性連接電源輸出端DV。分流電阻19”串聯於繼電器17b”。串聯的分流電阻19”與繼電器17b”係並聯連接於繼電器17a”。

其中，於一初始配置階段，切換模組12”關閉，繼電器17a”斷開。所謂切換模組12”關閉係指切換模組12”於一段期間內暫不將電能由電源輸入端EP傳輸至電源輸出端DV。電源裝置1”依據感測電阻14”的電壓判斷一電子裝置是否正確電性連接於電源輸出端DV與接地端GND。所述的電子裝置例如為充電電池或是其他具有蓄電能力的電子產品，後續係以充電電池為例說明之。

請接著參照圖4A，圖4A係為根據本發明另一實施例所繪示之具有接線保護的電源裝置的電路示意圖。圖4A所示的具有接線保護的電源裝置1”的電路結構係大致上相仿於圖2A所示的具有接線保護的電源裝置1。與圖2A所示的實施例不同的是，第三電晶體M3於具有接線保護的電源裝置2中係被置換為繼電器SWa、繼電器SWb與分流電阻R2。 繼電器SWa的兩端分別連接第一節點N1”與電源輸出端DV。更具體地來說，在此實施例中繼電器SWa係經由第四電晶體M4”電性連接電源輸出端DV。第四電晶體M4”的相關細節係如前述不再贅述。在此實施例中，第一電晶體M1”與第二電晶體M2”所組成的電路結構係包含於前述的切換模組12”，感測電阻R1”係對應於前述的感測電阻14”，繼電器SWa係對應於前述的繼電器17a”，繼電器SWb係對應於前述的繼電器17b”，分流電阻R2”係對應於前述的分流電阻19”。

請一併參照圖4B，圖4B係為根據本發明圖4A所繪示之具有接線保護的電源裝置電性連接於充電電池時的一種電流路徑的示意圖。如圖4B所示，充電電池B的第一電極E1”電性連接於接地端GND且充電電池B的第二電極E2”電性連接於電源輸出端DV”。相仿於圖4A，在圖4B所示的實施例中，感測電阻R1”係對應於圖3中的感測電阻14"，分流電阻R2”係對應於圖3中的分流電阻19”，第一繼電器SWa係對應於圖3中的第一繼電器17a”，第二繼電器SWb係對應於圖3中的第二繼電器17b”。

如圖4B所示，在此實施例中，於初始配置階段中，第一繼電器SWa不導通而第二繼電器SWb導通。此時，充電電池B提供的電流I係沿圖4B所示的電流路徑傳輸。更具體地來說，充電電池B所提供的電流I”係流經第二電晶體M2”的等效本體二極體D2”、電感L”、感測電阻R1”、分流電阻R2、第二繼電器SWb與充電電池B”。在適當地選擇分流電阻R2”與感測電阻R1”的阻值的情況下，電流I”的電流值可以被有效地抑制。另一方面，透過判斷感測電阻R1”的跨壓是否大於對應的門檻值，即能判斷出具有接線保護的電源裝置1”與充電電池B的連接關係是否正確。

當確認充電電池B與具有接線保護的電源裝置1”的連接關係而欲進行正常測試流程時，第一繼電器SWa導通而第二繼電器SWb可 以被斷開，以避免功率耗損。藉由選擇性地導通第二繼電器SWb，具有接線保護的電源裝置1”可以更精確地於不同測試階段提供相應的電流路徑。除了可以避免電路因使用者的失誤而燒毀之外，更可確實地避免額外的功率耗損。

綜合以上所述，本發明提供了一種具有接線保護的電源裝置，於初始配置階段，具有接線保護的電源裝置的其中一個電晶體係操作於歐姆區。因此，當有異常情況發生時，例如產線人員將具有接線保護的電源裝置的輸出端與取電裝置的電極接反，由於具有接線保護的電源裝置的內部迴路會具有高阻抗，從而降低取電裝置提供給具有接線保護的電源裝置的放電電流。藉此，具有接線保護的電源裝置得以避免因為產線人員的人為疏失而損壞。另一方面，具有接線保護的電源裝置更具有感測電阻。藉由量測感測電阻的跨壓，產線人員也可獲知具有接線保護的電源裝置與取電裝置的連接關係是否正確。而且，在產線流程上，具有接線保護的電源裝置的初始配置階段可供產線人員確實地配置好測試環境，也提供了產線人員一絲餘裕。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

1、1”‧‧‧具有接線保護的電源裝置

11、11”‧‧‧偵測模組

12、12”‧‧‧切換模組

14、14”‧‧‧感測電阻

16‧‧‧第一功率二極體

162‧‧‧本體二極體

17a”、17b”‧‧‧第一繼電器

18‧‧‧二極體

19”‧‧‧分流電阻

B‧‧‧電池

C1、C1”、C2、C2”‧‧‧電容

D1、D2、D3、D4、D1”、D2”、D3”、D4”‧‧‧等效本體二極體

DV‧‧‧電源輸出端

E1、E2、E1”、E2”、E1”、E2”‧‧‧電極

EP‧‧‧電源輸入端

GND‧‧‧接地端

I、I”‧‧‧電流

L‧‧‧電感

M1~M4、M1”~M4”‧‧‧電晶體

N1、N1”‧‧‧第一節點

N2、N2”‧‧‧第二節點

R1、R1”、R2”‧‧‧電阻

P‧‧‧輸入電源

SC1~SC4、SC1”~SC4”‧‧‧控制訊號

SW、SWa、SWb‧‧‧繼電器

圖1係為根據本發明一實施例所繪示之具有接線保護的電源裝置的功能方塊示意圖。 圖2A係為根據本發明一實施例所繪示之具有接線保護的電源裝置的電路示意圖。 圖2B係為根據本發明圖2A所繪示之具有接線保護的電源裝置電性連接於充電電池時的一種電流路徑的示意圖。 圖3係為根據本發明另一實施例所繪示之具有接線保護的電源裝置的功能方塊示意圖。 圖4A係為根據本發明另一實施例所繪示之具有接線保護的電源裝置的電路示意圖。 圖4B係為根據本發明圖4A所繪示之具有接線保護的電源裝置電性連接於充電電池時的一種電流路徑的示意圖。

Claims (9)

1. 一種具有接線保護的電源裝置，包括：一切換模組，電性連接一電源輸入端與一接地端，用以將電能由該電源輸入端傳輸至一電源輸出端；一感測電阻，該感測電阻的一端電性連接該切換模組，該感測電阻的另一端電性連接一第一節點；一第一功率電晶體，該第一功率電晶體的二端之間具有一本體二極體；以及一二極體，該二極體的一端電性連接該本體二極體的同極性的一端，該二極體與該第一功率電晶體電性連接於該第一節點與該電源輸出端之間。其中，於一初始配置階段，該切換模組關閉，該第一功率電晶體操作於歐姆區，該電源裝置依據該感測電阻的電壓判斷一電子裝置是否正確電性連接於該電源輸出端與該接地端。
2. 如請求項1所述之電源裝置，其中該切換模組包括一第一電晶體以及一第二電晶體，該第一電晶體的一端電性連接該電源輸入端，該第一電晶體的另一二端電性連接一第二節點，該第二電晶體的一端電性連接該第二節點，該第二電晶體的另一端電性連接該接地端。
3. 如請求項1所述之電源裝置，更包括一電感以及一電容，該電感的一端電性連接一第二節點，該電感的另一端電性連接該感測電阻的一端，該電容的一端電性連接該第一節點，該電容的另一端電性連接該接地端。
4. 如請求項1所述之電源裝置，其中該二極體為一第二功率電晶體的一本體二極體。
5. 一種具有接線保護的電源裝置，包括：一切換模組，電性連接一電源輸入端與一接地端，用以將電能由該電源輸入端傳輸至一電源輸出端；一感測電阻，該感測電阻的一端電性連接該切換模組，該感測電阻的另一端電性連接一第一節點；一第一繼電器，該第一繼電器的一端電性連接該第一節點，該第一繼電器的另一端電性連接該電源輸出端；一分流電阻，該分流電阻的一端電性連接該第一節點；一第二繼電器，串聯該分流電阻，該第一繼電器並聯於串聯的該第二繼電器與該分流電阻；以及其中，於一初始配置階段，該切換模組關閉，該第一繼電器斷開，該電源裝置依據該感測電阻的電壓判斷一電子裝置是否正確電性連接於該電源輸出端與該接地端。
6. 如請求項5所述之電源裝置，其中該切換模組包括一第一電晶體以及一第二電晶體，該第一電晶體的一端電性連接該電源輸入端，該第一電晶體的另一二端電性連接一第二節點，該第二電晶體的一端電性連接該第二節點，該第二電晶體的另一端電性連接該接地端。
7. 如請求項5所述之電源裝置，更包括一電感以及一電容，該電感的一端電性連接一第二節點，該電感的另一端電性連接感測電阻的一端，該電容的一端電性連接該第一節點，該電容的另一端電性連接該接地端。
8. 如請求項5所述之電源裝置，更包括一二極體，該二極體串聯連接於該分流電阻。
9. 如請求項5所述之電源裝置，更包括一二極體，該二極體串聯連接於該第一繼電器。