[發明專利]直流-直流轉換器的啟動短路保護裝置與方法

無效

• 申請號: 200910152124.0
• 申請日: 2009-07-13
• 公開（公告）號: CN101958531A
• 公開（公告）日: 2011-01-26
• 發明（設計）人: 董兆龍;梁清吉
• 申請（專利權）人: 華碩科技(蘇州)有限公司;華碩電腦股份有限公司
• 主分類號: H02H7/10
• 分類號: H02H7/10
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 任永武

技術領域

本發明有關一種直流-直流轉換器的過電流保護裝置與方法，且特別是有關一種具有軟啟動功能直流-直流轉換器的啟動短路保護裝置與方法。

背景技術

一般來說，電腦系統中會有一個電源供應器，此電源供應器可提供穩定的直流電壓，例如12V或者5V，至電腦系統使得電腦系統可以運作。然而，由于電腦系統中的電子元件(electronic?device)，例如中央處理器(CPU)、控制芯片(Chip?set)、或者內存(memory)的操作電壓(operation?voltage)與電源供應器所提供的直流電壓并不相同，因此，在電腦系統的主板上必須另行提供一直流-直流轉換器(DC-DCconverter)將較高的直流電壓(例如12V)降壓成為電子元件的操作電壓(例如1.3V)。而上述的電子元件即為可視為直流-直流轉換器的負載。

請參照圖1，其所示為已知直流-直流轉換器。直流-直流轉換器包括一脈沖寬度調制(pulse?width?modulation，PWM)單元10、一功率級電路(power?stage?circuit)30。其中，PWM單元10可以輸出第一驅動信號(S1)與第二驅動信號(S2)，而PWM單元10可控制第一驅動信號(S1)與第二驅動信號(S2)的脈沖寬度。

功率級電路30中包括一上功率晶體管(upper?power?FET，M1)、一下功率晶體管(lower?power?FET，M2)、一輸出電感(output?inductor，L)、輸出電容(output?capacitor，C)。其中，上功率晶體管(M1)的漏極(D)連接至一電壓輸入端(Vin)，上功率晶體管(M1)的柵極(G)接收第一驅動信號(S1)，上功率晶體管(M1)的源極(S)連接至輸出電感(L)的第一端。下功率晶體管(M2)的漏極(D)連接至輸出電感(L)的第一端，下功率晶體管(M2)的柵極(G)接收第二驅動信號(S2)，下功率晶體管(M1)的源極(S)連接至接地端(GND)。再者，輸出電感(L)的第二端為電壓輸出端(Vout)，而輸出電容C連接于電壓輸出端(Vout)與接地端(GND)之間。其中，上功率晶體管M1與下功率晶體管M2為n型金屬氧化物半導體場效應晶體管(n-MOSFET)。

再者，電壓輸出端(Vout)連接至主板上的負載端(load)50，因此，輸出電壓(Vout)以及輸出電流(Io)即可供應至負載端50。而直流-直流轉換器的電壓輸出端(Vout)可提供一回饋信號(FB)至PWM單元10，使得PWM單元可以根據輸出電壓(Vout)的變化來控制第一驅動信號(S1)與第二驅動信號(S2)。

一般來說，當負載端(例如主板或者電子元件)發生短路(short?circuit)時，輸出電流(Io)會快速上升，因此會造成功率級電路30內的上功率晶體管(M1)、下功率晶體管(M2)、或者輸出電感(L)損毀。

因此，為了要保護直流-直流轉換器，必須提供一過電流保護裝置(over?current?protecting?apparatus)用以檢測直流-直流轉換器的輸出電流(Io)。亦即，當輸出電流(Io)超過一保護電流(Iocp)時，電流保護裝置可控制PWM單元停止輸出第一驅動信號(S1)與第二驅動信號(S2)，因此，直流-直流轉換器的輸出電流(Io)可快速地降低至零。

請參照圖2，其所示為已知過電流保護裝置的信號示意圖。假設直流-直流轉換器啟動之前負載端即發生短路。于時間點t1時，直流-直流轉換器啟動，第一驅動信號(S1)與第二驅動信號(S2)控制上功率晶體管(M1)、下功率晶體管(M2)產生輸出電流(Io)。由于負載端50于啟動之前已經短路，所以上功率晶體管(M1)、下功率晶體管(M2)快速地產生輸出電流至負載端50。

于時間點t2時，輸出電流(Io)到達保護電流(Iocp)，因此，過電流保護裝置動作并停止PWM單元10繼續輸出第一驅動信號(S1)與第二驅動信號(S2)，因此，直流-直流轉換器的輸出電流(Io)可快速地降低至零。再者，由圖2中可知，由于負載端50發生短路，因此輸出電壓(Vout)維持在0V附近，并不隨著輸出電流(Io)增加而上升。

對于一般的直流-直流轉換器過電流保護裝置，直流-直流轉換器于啟動之前負載端已經短路時，輸出電流(Io)必須增加至保護電流(Iocp)才可被過電流保護裝置檢測出并保護。