[發明專利]短路保護電路及其電壓調節器

在審

• 申請號: 201310083999.6
• 申請日: 2013-03-15
• 公開（公告）號: CN104052354A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發明（設計）人: 王素惠;黃正昌;黃郅纮;陳志晃
• 申請（專利權）人: 環旭電子股份有限公司;環鴻科技股份有限公司
• 主分類號: H02P9/10
• 分類號: H02P9/10
• 代理公司: 隆天國際知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 趙根喜;呂俊清

技術領域

本發明為一種保護電路，且特別指一種電壓調節器的短路保護電路。

背景技術

一般汽車用發電機是將引擎的機械能轉換成電能，供給電瓶充電，讓電瓶能隨時保持在充滿電的狀態下，并且能供應汽車上其他電器使用，進而確保汽車能夠持續運轉。為了使汽車用的發電機輸出的電力不至于過高或過低，汽車內更會設有電壓調節器來調節發電機的發電量。當發電機的輸出電壓過高時，電子開關關閉的時間會延長，以降低勵磁線圈的電流，因此電壓調節器會經由勵磁線圈調整發電機的發電量。當發電機的電壓輸出過低時，電子開關成導通狀態，此時電壓調節器則會控制勵磁線圈的電流，以調整發電機的發電量。因此，電壓調節器具有穩定發電機的輸出電壓的作用，以確保汽車內部供電能維持在相當的電量，使汽車內電器裝置的正常運作。

請參考圖1，圖1為傳統的電壓調節器的示意圖。發電機12包括整流器124、交流發電機126、以及勵磁線圈122。發電機12的勵磁線圈122與電壓調節器10以及電瓶14耦接。當汽車啟動后(圖未示)，電壓調節器10內的控制單元102選擇性地導通電子開關Q1，使得勵磁線圈122得以形成激磁電流，以控制發電機12的發電量。所述電子開關可以是金氧半場效晶體管(MOSFET)或絕緣柵極雙極性晶體管(IGBT)。圖1中的電子開關Q1是以金氧半場效晶體管為例。當控制單元102檢測到發電機端點F(+)(勵磁線圈122的正接線端)的電壓過高時，將電子開關Q1的導通時間縮短。反之，當控制單元102檢測到發電機端點F(+)的電壓過低時，將電子開關Q1的導通時間延長。

以下以電子開關Q1是金氧半場效晶體管為例子來進一步說明電子開關Q1導通時的電流情況。請同時參考圖2A與圖2B，圖2A為一典型的金氧半場效晶體管的漏極電流、柵極電壓與漏極電壓之間關系曲線圖，圖2B為一典型的金氧半場效晶體管的漏極電流隨著漏極與源極之間SOA曲線圖。以24伏特的電源系統為例，控制單元102導通金氧半場效晶體管Q1時，此時金氧半場效晶體管Q1柵極與源極之間的跨壓為10伏特。當短路發生時，勵磁線圈122的正接線端F(+)的電壓等于勵磁線圈122的負接線端F(-)的電壓，金氧半場效晶體管Q1的漏極與源極之間的跨壓會跟勵磁線圈122正接線端F(+)的電壓發生同步變動，而流經金氧半場效晶體管Q1的電流大約為90安培(參照圖2A)。此時，參照圖2B，工作點P1會位在安全操作區域(safe?operating?area，SOA)外，不利于金氧半場效晶體管Q1。

更進一步的說，目前市面上的金氧半場效晶體管Q1零件特性越來越好，導通電阻Rds(on)越來越小，相對的金氧半場效晶體管Q1漏極與源極之間的跨壓Vds(on)越來越低，因此，對既有的電壓檢測型的短路保護電路越來越不利。換句話說，在正常情況下，金氧半場效晶體管Q1會操作在安全操作區域(safe?operating?area，SOA)內，但是勵磁線圈122發生短路時，因為導通電阻Rds(on)非常小，因此流經金氧半場效晶體管Q1的瞬間電流相對偏高，長時間下來將不利于金氧半場效晶體管Q1，可能導致金氧半場效晶體管Q1損壞。

發明內容

本發明的目的在于利用低成本以及較小的電路設計方式，改善電壓檢測型短路保護電路。在正常應用下，電子開關驅動能力不變；在短路發生時，電子開關能工作于安全操作區域(safe?operating?area，SOA)內。

本發明實施例提供一種短路保護電路，耦接于發電機與控制單元之間，該短路保護電路包括：電子開關、電壓箝制元件與電阻性元件。

本發明實施例可在12伏特或是24伏特的電源系統下使用，且本發明利用較簡易的電路架構來改善既有離散元件保護電路以及集成電路的電路架構，以減少電路成本。

本發明短路保護電路可使電子開關的驅動電壓在正常運用下維持在預設電壓，而當短路發生時，適當降低電子開關的驅動電壓，以抑制流經電子開關的電流，因此，電子開關可工作于安全操作區域內，強化短路保護特性。

為使能更進一步了解本發明的特征及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅用來說明本發明，而非對本發明的權利要求范圍作任何的限制。

附圖說明

圖1是傳統的電壓調節器的示意圖。

圖2A是一典型的金氧半場效晶體管的漏極電流隨著漏極與源極之間的電壓變化的特性曲線圖。

圖2B是一典型的金氧半場效晶體管的漏極電流隨著漏極與源極之間的電壓變化的特性曲線圖。

圖3是本發明實施例的短路保護的電路圖。