[發(fā)明專利]降壓轉(zhuǎn)換器的輸出過(guò)電壓保護(hù)裝置

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 01119717.X
• 申請(qǐng)日: 2001-05-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN1388618A
• 公開(kāi)（公告）日: 2003-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔡勝男;歐陽(yáng)光華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 臺(tái)達(dá)電子工業(yè)股份有限公司
• 主分類號(hào): H02H7/22
• 分類號(hào): H02H7/22
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 須一平

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)。