专利名称：巨大冲出电流、短路及过载保护三合一电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电源保护电路，特别是一种巨大冲出电流、短路及过载保护三合一的电路。
图1所示为已知技术的巨大冲出电流与过载保护二合一电路的方框图。其利用变压器103的附属线圈的电压变动特性来设计电路。保护电路包含了几个部分启动保护功能的执行器107、判断器108、第一电压电位产生器111、第二电压电位产生器104、T2计时器110、T3计时器105及保持系统停止工作执行器109。其它的部分，如交流电源101、整流器102、变压器103与脉宽调变(PWM)控制系统106则为一般电源供应器的主要元件。
其中，启动保护功能的执行器107用来促使PWM控制系统106停止工作(shutdown)。而判断器108负责判断是否要进行巨大冲出电流(outrushcurrent)与过载保护的动作。T2计时器110则用来限制巨大冲出电流(outrush current)与过载电流输出的时间。只要计时器没有完成计时，就不会通知启动保护功能的执行器107，系统也不会进入保护状态。第一电压电位产生器111则提供电压电位给启动保护功能的执行器107，使其内含的比较器(U1A)有个比较电位。保持系统停止工作执行器109则促使启动保护功能的执行器107继续保持PWM控制系统106的停止工作状态。T3计时器105则限制PWM控制系统106停止工作的时间。第二电压电位产生器104则提供电压电位给保持系统停止工作执行器109，使其内含的比较器有个比较电位。
整个电路的动作原理说明如下当输出电流(output current)持续变大时，变压器103的附属线圈的输出电压也变大，此信息会传到判断器108判断是否要启动保护电路。假如要执行就会由启动保护功能的执行器107启动T2计时器110，当计时完成后且输出电流仍然大于过载电流时，启动保护功能的执行器107即促使PWM控制系统106停止工作。同时启动保持系统停止工作执行器109促使启动保护功能的执行器107继续保持PWM控制系统106的停止工作状态，两个执行器有互助现象(互锁)。启动保持系统停止工作执行器109后，T3计时器105开始计时，计时期间PWM控制系统106仍然保持停止工作。当计时完成后，保护功能取消，PWM控制系统106再次尝试启动整个系统。假如输出电流仍然大于过载电流时，则输出电压、电流会以方波呈现。
上述的保护电路，以巨大冲出电流与过载保护为主要设计出发点，因此，并无输出短路保护的功能。因此，一旦输出短路时，其短路电流非常大且持续输出，压降过大的元件将因巨大的短路电流流过而产生大量的热间接破坏元件。所以，对于短路保护，有必要将其整合在保护电路当中。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题是提供一种巨大冲出电流、短路及过载保护三合一电路，可保护电源供应器不致因输出端短路、产生巨大冲出电流或过载而损坏。
为达上述目的，本发明所提供的巨大冲出电流、短路及过载保护三合一电路，运用于一具有一变压器与一脉宽调变(PWM)控制系统的电源供应器中，包含第二电源、电流检测器、电压电位产生器、计时器与一启动保护功能的执行器。其中，第二电源、电流检测器与电压电位产生器均与变压器的二次侧相连接。而计时器是用来接收电流检测器的输出电流，当输出电流大于过载电流时开始计时T，并于T时间到时产生一过载保护控制信号。启动保护功能的执行器则分别与PWM控制系统、第二电源、电压电位产生器与计时器相连接。
计时器在电源供应器产生一巨大冲出电流输出时加以计时，输出电流大计时器的计时变短，当T’时间到时，送出一停止工作信号至PWM控制系统。当电源供应器的输出端短路时，电压输出电位下降，启动保护功能的执行器也会送出停止工作信号至PWM控制系统。另外，当启动保护功能的执行器接获上述的过载保护控制信号时，启动保护功能的执行器也会送出停止工作信号到PWM控制系统。
其中，第二电源在启动保护功能的执行器送出停止工作信号后供应电源，当其能量耗尽，PWM控制系统即开始工作。
此外，本发明提供另一种巨大冲出电流、短路及过载保护三合一电路，包含第二电源、电流检测器、第一电压电位产生器、信号放大器、噪声滤波器、第一计时器、启动保护功能的执行器、第二电压电位产生器、保持系统停止工作执行器及第二计时器。其中，第二电源、电流检测器与电压电位产生器均与变压器的二次侧相连接。而计时器是用来接收由电流检测器传至信号放大器再传至噪声滤波器的输出电流，当输出电流大于过载电流时开始计时T，并于T时间到时产生一过载保护控制信号。启动保护功能的执行器则分别与PWM控制系统、第二电源、电压电位产生器与计时器相连接。
计时器在电源供应器产生一巨大冲出电流输出时加以计时，当T’时间到时，送出一停止工作信号至PWM控制系统。当电源供应器的输出端短路时，电压输出电位下降，启动保护功能的执行器也会送出停止工作信号至PWM控制系统。另外，当启动保护功能的执行器接获上述的过载保护控制信号时，启动保护功能的执行器也会送出停止工作信号到PWM控制系统。
保持系统停止工作执行器则与PWM控制系统、启动保护功能的执行器及第二电压电位产生器相连接，当接收到启动保护功能的执行器所传送的停止工作指令时，负责继续保持脉宽调变控制系统的停止工作。第二计时器则与启动保护功能的执行器和保持系统停止工作执行器相连接，当启动保护功能的执行器送出停止工作信号时即开始计时。当计时到时，保持系统停止工作执行器即送出一开始工作信号至该脉宽调变控制系统，其即开始工作。
此外，第二电源包含了整流电路与阻容(RC)放电电路。计时器则可以是阻容(RC)充电电路。电流检测器可以是电阻。
为进一步了解本发明的特征与优点，现配合附图和最佳实施例详细说明如下。
图2为本发明的巨大冲出电流、短路及过载保护三合一电路第一具体当输出短路时，保护电路仍然具有短路保护功能，因为保护电路的电源是由另一组电路提供，即使因短路而让输出电压变为零，保护电路依然能正常动作。短路或过载时保护电路的动作原理是相同的，短路时同样会延迟一段时间才使系统停止输出，此时间会有巨大短路电流产生，虽然很大但时间短暂，且比过载的延迟时间短。故短路时的平均耗损功率非常小。
依据上述概念，本发明提供二个具体实施例来实现本发明的三合一电路，以下将分别介绍。
图2所示为本发明巨大冲出电流、短路及过载保护三合一电路的第一具体实施例。保护电路包含了几个部分第二电源205、启动保护功能的执行器206、电流检测器207、电压电位产生器208与T2计时器209。其它的部分，如交流电源201、整流器202、变压器203与PWM控制系统204则为一般电源供应器的主要元件。
其中，保护线路的第二电源205由变压器203提供。此第二电源205提供给两个功能模块使用，即启动保护功能的执行器206与电压电位产生器208(图中虚线箭号表示第二电源205也可不提供电源给电压电位产生器208)。即使短路状态下，变压器203仍然有能量转移，虽然其值很小，但是已经足够让保护电路正常动作。
图2的实施例的具体运作，需配合图3、图4及图5所示的时序图加以说明。
图3为当输出短路时的时序图，同时配合图2来说明。当输出短路时，输出电压为零，促使电压电位产生器208得到接近零电压的电位。由于电压电位下降促使T2计时器完成计时前，启动保护功能的执行器206就开始动作，此即T4的时间。所以，短路保护的启动在T4时间到时即开始，其时间小于T2。当提供启动保护功能的执行器206工作电压的第二电源205的能量不足时，也即，T3时间到时，启动保护功能的执行器206即会丧失功能而使得保护功能取消，然后PWM控制系统204即可再次尝试启动整个系统。此动作一直反复，直到短路状况解除，而输出正常为止。
过载的情况则请参考图4并配合图2来说明。当输出电流大于过载电流时，连接至变压器203输出端的电流检测器207的输出会促使T2计时器209开始计时。当T2计时器209计时完成后且输出电流仍然大于过载电流时，启动保护功能的执行器206会促使PWM控制系统204停止工作且保持停止工作状态。当提供启动保护功能的执行器206工作电压的第二电源205的能量不足时，也即，T3’时间到时，启动保护功能的执行器206即会丧失功能而使得保护功能取消，然后PWM控制系统204即可再次尝试启动整个系统。假如输出电流仍然大于过载电流时，则输出电压、电流会以方波呈现。此动作一直反复，直到过载状况解除，而输出正常为止。
图5则说明了发生巨大冲出电流时的保护电路动作。当巨大冲出电流产生时，连接至变压器203输出端的电流检测器207的输出会促使T2计时器209开始计时。同时，于T2计时器209中设计了充电器，所以，充电器在巨大冲出电流的充电下，时间T2’到时，启动保护功能的执行器206即开始动作，使PWM控制系统204停止工作。因此，发生巨大冲出电流保护时，其最大输出时间T2’小于过载保护时的T2时间。而当提供启动保护功能的执行器206工作电压的第二电源205的能量不足时，也即，T3”时间到时，启动保护功能的执行器206即会丧失功能而使得保护功能取消。然后，PWM控制系统204即可再次尝试启动整个系统。此动作一直反复，直到巨大冲出电流状况解除，而输出正常为止。
需说明的是，T2≠T2’、T4＜T2；T3、T3’与T3”由第二电源205的能量决定，所以三种保护分别发生时，T3、T3’与T3”并不相等。并且，T2计时器314为一RC充电电路；输出电流大时充电时间短，反之充电时间长。
图6所示为本发明巨大冲出电流、短路及过载保护三合一电路的第二具体实施例。保护电路包含了几个部分第二电源305、启动保护功能的执行器306、保持系统停止工作执行器308、电流检测器310、第一电压电位产生器313、第二电压电位产生器307、T2计时器314、T3计时器309、信号放大器311与噪声滤波器312。其它的部分，如交流电源301、整流器302、变压器303与PWM控制系统304则为一般电源供应器的主要元件。
保护线路的第二电源305由变压器303提供，此第二电源305供应给三个功能模块使用，分别为启动保护功能的执行器306、信号放大器311与噪声滤波器312。即使在短路状态下，变压器仍然有能量转移，虽然很小但是已经足够让保护电路正常动作。
图6所示为第二实施例的具体运作，需配合图3、图4及图5所示的时序图加以说明。
请参考图3并配合图6，其说明了短路发生时的保护。当输出短路时输出电压为零，促使第一电压电位产生器313得到接近零的电压电位。由于电压电位下降，所以在T2计时器314完成计时之前，也即，T4时间到时，启动保护功能的执行器306就开始动作。所以，T4小于T2。当提供启动保护功能的执行器306开始执行保护动作时，也同时启动T3计时器。当T3时间到时，保持系统停止工作执行器308即会丧失功能而取消PWM控制系统304的停止工作状态，然后PWM控制系统304即可再次尝试启动整个系统。此动作一直反复，直到短路状况解除，而输出正常为止。
请参考图4并配合图6，其说明了过载发生的保护。因为电流检测器310检测的信号很小，所以当电流检测器310检测到电流信号时，先经过信号放大器311使信号放大，但是噪声也被放大，因此使用噪声滤波器312过滤噪声。当输出电流大于过载电流时，噪声滤波器312会促使T2计时器314开始计时。当计时完成后且输出电流仍然大于过载电流时，启动保护功能的执行器306促使PWM控制系统304停止工作。同时启动保持系统停止工作执行器308促使PWM控制系统304继续保持停止工作。当启动了保持系统停止工作执行器308，T3计时器309也开始计时，计时期间PWM控制系统304仍然保持停止工作。当T3计时器309的计时T3’完成后，保护功能取消，PWM控制系统304再次尝试启动整个系统。假如输出电流仍然大于过载电流时，则输出电压、电流会以方波呈现。此动作一直反复，直到过载状况解除，而输出正常为止。
请参考图5并配合图6，其说明了巨大冲出电流发生时的保护。当巨大冲出电流产生时，连接至变压器203输出端的电流检测器207的输出经过信号放大器311与噪声滤波器312作用后，促使T2计时器209开始计时。同时，于T2计时器209中设计了充电器。所以，充电器在巨大冲出电流的充电下，时间T2’到时，启动保护功能的执行器306即开始动作，使PWM控制系统304停止工作。同时启动保持系统停止工作执行器308促使PWM控制系统304继续保持停止工作。因为噪声滤波器312的磁滞功能使得发生巨大冲出电流保护时，其最大输出时间T2’与T2相同。当启动了保持系统停止工作执行器308，T3计时器309也开始计时，计时期间PWM控制系统304仍然保持停止工作。而当T3计时器的时间到时，也即，T3”时间到时，保持系统停止工作执行器308即会丧失功能而使得停止工作功能取消。然后，PWM控制系统304即可再次尝试启动整个系统。此动作一直反复，直到巨大冲出电流状况解除，而输出正常为止。
第二实施例相较于第一实施例，具有抗噪声的功能。其中，T2＝T2’、T4＜T2；T3、T3’与T3”由T3计时器决定，所以三种保护分别发生时，T3＝T3’＝T3”。且，T2计时器314为一RC充电电路，而T3计时器为一RC放电电路。
本发明的第一具体实施例，具有下列特点1、保护线路的工作电源，不受任何不当操作影响由变压器二次侧出脚直接以独立的整流电路加以整流(有别于主要输出整流电路)得到第二电源，即使短路状态下，变压器仍然有能量转移，虽然很小但是已经足够让保护电路正常动作。
2、电压比较电位为获得精确过载保护电位，故须有独立的电压电位。
3、限制巨大冲出电流与过载电流的输出时间(T2计时器)利用RC充电电路(T2计时器)限制巨大冲出电流与过载电流输出的最大时间。
4、保护作用发生时，限制系统停止工作的时间利用RC放电电路(即为第二电源)，来限制PWM控制系统停止工作的时间。
5、短路保护时的平均耗损功率非常小因为输出短路时输出电压几乎为零，独立的电压比较电位也几乎为零，所以限制巨大电流输出的时间也变短，故平均耗损功率非常小。
第二具体实施例则具有下列特点1、保护线路的工作电源，不受任何不当操作影响由变压器二次侧出脚直接以独立的整流电路加以整流(有别于主要输出整流电路)即可得到第二电源，即使在短路状态下，变压器仍然有能量转移，虽然很小但是已经足够让保护电路正常动作。
2、具有极优的抗噪声能力电源转换器的电流检测器通常以电阻代替，所以电流信号有相当大的噪声，通过迟滞电路即可滤除噪声。
3、独立的电压比较电位为获得精确过载保护电位，故须有独立的电压电位。
4、限制巨大冲出电流与过载电流的输出时间(T2计时器)利用RC充电电路(T2计时器)限制巨大冲出电流与过载电流输出的最大时间。
5、保护作用发生时，限制系统停止工作的时间(T3计时器)利用RC放电电路(T3计时器)限制PWM控制系统停止工作的时间。
6、短路保护时的平均耗损功率非常小因为输出短路时输出电压几乎为零，独立的电压比较电位也几乎为零，所以限制巨大电流输出的时间也变短，故平均耗损功率非常小。
虽然本发明以前述的较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习相关技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的专利保护范围当以权利要求书为准。
权利要求
1.一种巨大冲出电流、短路及过载保护三合一电路，运用于一具有一变压器与一脉宽调变控制系统的电源供应器中，其特征在于包含一第二电源，连接至该变压器的二次侧；一电流检测器，连接至该变压器的二次侧；一电压电位产生器，连接至该变压器的二次侧，用以输出该变压器的电压输出电位；一计时器，用以接收该电流检测器的输出电流，并于计时完成时产生一过载保护控制信号；及一启动保护功能的执行器，分别与该脉宽调变控制系统、该第二电源、该电压电位产生器及该计时器相连接，在计时到T’时间，送出一停止工作信号至该脉宽调变控制系统；当该电源供应器的输出端短路时，该电压输出电位产生压降，该启动保护功能的执行器即送出一停止工作信号至该脉宽调变控制系统；当该启动保护功能的执行器接获该过载保护控制信号时，该启动保护功能的执行器即送出一停止工作信号至该脉宽调变控制系统；其中，该第二电源于该启动保护功能的执行器送出该停止工作信号时，作为供应该启动保护功能的执行器的电源，当该第二电源的能量耗尽，该脉宽调变控制系统即开始工作。
2.如权利要求1所述的巨大冲出电流、短路及过载保护三合一电路，其特征在于该第二电源包括一整流电路。
3.如权利要求1所述的巨大冲出电流、短路及过载保护三合一电路，其特征在于该第二电源包含一阻容(RC)放电电路。
4.如权利要求1所述的巨大冲出电流、短路及过载保护三合一电路，其特征在于该计时器为一阻容(RC)充电电路。
5.如权利要求1所述的巨大冲出电流、短路及过载保护三合一电路，其特征在于该电流检测器为一电阻。
6.如权利要求1所述的巨大冲出电流、短路及过载保护三合一电路，其特征在于在该电流检测器与该计时器之间，还连接有一信号放大器与一噪声滤波器，该信号放大器用以将该电流检测器所检测的该微弱电压加以放大，而该噪声滤波器用以将该微弱电压当中的噪声滤除。
7.一种巨大冲出电流、短路及过载保护三合一电路，运用于一具有一变压器与一脉宽调变控制系统的电源供应器中，其特征在于包含一第二电源，连接至该变压器的二次侧；一电流检测器，连接至该变压器的二次侧；一第一电压电位产生器，连接至该变压器的二次侧，用以输出该变压器的电压输出电位；一信号放大器，与该电流检测器和该第二电源相连接，用以接收该电流检测器的输出电流并加以放大；一噪声滤波器，与该信号放大器及该第二电源相连接，用以接收该经放大的输出电流并滤除其噪声；一第一计时器，用以接收该噪声滤波器的该经放大且滤除噪声的输出电流，并于计时完成时产生一过载保护控制信号；一启动保护功能的执行器，分别与该脉宽调变控制系统、该第二电源、该第一电压电位产生器及该计时器相连接，当该电源供应器的输出端短路时，该电压输出电位产生压降，该启动保护功能的执行器即送出一停止工作信号至该脉宽调变控制系统；当该启动保护功能的执行器接获该过载保护控制信号时，该启动保护功能的执行器即送出一停止工作信号至该脉宽调变控制系统；一第二电压电位产生器，用以产生一第二电压电位；一保持系统停止工作执行器，与该脉宽调变控制系统、该启动保护功能的执行器及该第二电压电位产生器相连接，用以接收该启动保护功能的执行器所传送的停止工作指令以继续保持脉宽调变控制系统停止工作的状态；及一第二计时器，与该启动保护功能的执行器和该保持系统停止工作执行器相连接，用于该启动保护功能的执行器送出该停止工作信号时开始计时，当计时到时，该保持系统停止工作执行器即送出一开始工作信号至该脉宽调变控制系统，其即开始工作。
8.如权利要求7所述的巨大冲出电流、短路及过载保护三合一电路，其特征在于该第二电源包括一整流电路。
9.如权利要求7所述的巨大冲出电流、短路及过载保护三合一电路，其特征在于该第二电源包含一阻容放电电路。
10.如权利要求7所述的巨大冲出电流、短路及过载保护三合一电路，其特征在于该计时器为一阻容充电电路。
11.如权利要求7所述的巨大冲出电流、短路及过载保护三合一电路，其特征在于该电流检测器为一电阻。
全文摘要
本发明公开一种巨大冲出电流、短路及过载保护三合一电路，运用电源供应器当中变压器二次侧所制作的第二电源，来作为供应保护功能发生时的电源以让输出端发生短路时能供应保护电路的电源，并运用装设于变压器二次侧的电流检测器来检测过载电流的产生，且运用计时器设定额定的巨大冲出电流可产生的时间，来允许并限制巨大冲出电流的产生；如此，可在同一电路上，运用启动保护功能的执行器来同时达到上述三合一的保护电路。
文档编号H02H7/122GK1459903SQ0212041
公开日2003年12月3日 申请日期2002年5月24日 优先权日2002年5月24日
发明者丁锦贤, 蔡硕有 申请人:台达电子工业股份有限公司