低功率消耗的保护电路的制作方法

本发明是有关一种低功率消耗的保护电路，尤指一种应用于电源输送(powerdelivery；pd)产品的限功率电源(limitedpowersource；lps)的保护电路。

背景技术

现行电子产品所需求的输入电压种类众多，且为满足各种电子产品运作所需的不同输入电压，因此开发出一种可支持多组输出电压的电源输送(powerdelivery；pd)装置，以依据各种电子产品的需求，而对应产生电子产品运作所需的输入电压。并且电源输送装置于不同的输出电压准位下，均需满足限功率电源(limitedpowersource；lps)的规范。

具体而言，电源输送装置提供的保护电路的保护机制需满足限功率电源的规范，即输出电流不可大于最大输出电流，例如8a及总输出功率不可大于最大输出功率，例如100w。例如但不限于，当输出电压为5v时，需限制输出电流不可大于8a(最大输出电流)。且当输出电压为15v时，需限制总输出功率不可大于100w(最大输出功率)。换言之，当输出电压乘上最大输出电流(即8a)所得的功率值若小于100w时，则限制输出电流不可大于所述最大输出电流(即8a)。再者，当输出电压乘上最大输出电流(即8a)若大于100w时，则限制输出功率不可大于所述最大输出功率(即100w)。

除此之外，当电源输送装置内部零件发生短路或开路的情况下，仍需控制电源输送装置启动保护机制。进一步而言，保护电路除上述限功率电源的保护要求外，当电源输送装置的转换模块发生异常状况时(例如但不限于，电源输送装置中的元件断路或短路)，保护电路仍需启动正常保护，以避免后端连接的电子装置受到电源输送装置异常状况的影响。

由于设计保护电路时，需满足限功率电源的规范，以及电源输送装置内部零件发生短路或开路的情况下仍需控制电源输送装置启动保护机制，因此，要同时满足上述保护规范要求所需要的线路设计过于庞大且复杂，进而增加电路设计的成本。因此，如何设计出一种低功率消耗的保护电路，乃为本发明创作人所欲行克服并加以解决的一大课题。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种低功率消耗的保护电路，以克服现有技术的问题。因此，本发明低功率消耗的保护电路，包含：负载检测模块，耦接电流检测单元。回授控制模块，耦接负载检测模块。及保护放电模块，耦接负载检测模块与隔离开关。其中，负载检测模块检测电流检测单元的检测电压；当负载检测模块检测到检测电压低于电压预设值时，保护放电模块通过关闭隔离开关而关闭输出电压。

于第一实施例中，其中负载检测模块更耦接初级侧负载信号模块，当负载检测模块收到初级侧负载信号模块的检测信号后，依据检测信号检测检测电压。

于第一实施例中，其中保护电路耦接于功率因子校正模块的次级侧电路，且初级侧负载信号模块耦接功率因子校正模块的初级侧电路；当输出负载于轻载时，功率因子校正模块关闭，且初级侧负载信号模块不输出检测信号至负载检测模块；当输出负载增加至中载以上时，功率因子校正模块运作，且初级侧负载信号模块输出检测信号至负载检测模块；负载检测模块依据检测信号检测电流检测单元的检测电压。

于第二实施例中，其中当保护放电模块放电时，于电流检测单元上产生检测电压。

于第二实施例中，其中保护电路耦接于转换模块的次级侧电路，且保护放电模块放电时，具有由次级侧电路的输出路径经由保护放电模块至电流检测单元的一放电路径；当电流由放电路径流至电流检测单元时，于电流检测单元两端产生检测电压。

于第三实施例中，其中负载检测模块更耦接负载检测电路；当负载检测模块收到负载检测电路的检测信号后，负载检测模块检测检测电压。

于第三实施例中，其中保护电路耦接于转换模块的次级侧电路，且负载检测电路耦接转换模块的次级侧电路的路径上；当负载检测电路检测到输出负载增加时，负载检测电路输出检测信号至负载检测模块，且负载检测模块依据检测信号检测电流检测单元的检测电压。

于一实施例中，其中当隔离开关短路时，负载检测模块通知回授控制模块将输出电压调整为0。

于一实施例中，更包括耦合单元，耦合单元耦接回授控制模块；当隔离开关短路时，负载检测模块通知回授控制模块，且回授控制模块经由耦合单元来调整输出电压为0。

于一实施例中，更包括电源输送沟通模块，电源输送沟通模块耦接回授控制模块；当电源输送沟通模块接收到外部的传输信号时，电源输送沟通模块输出第一信号至回授控制模块，且回授控制模块依据第一信号调整输出电压的准位。

于一实施例中，其中电源输送沟通模块耦接保护放电模块；当电源输送沟通模块接收到外部的传输信号而使得输出电压的准位由高准位转低准位时，电源输送沟通模块输出第二信号至保护放电模块，且保护放电模块依据第二信号将准位转换之间多余的能量放电。

为了能更进一步了解本发明为达成预定目的所采取的技术、手段及功效，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，相信本发明的目的、特征与特点，当可由此得一深入且具体的了解，然而所附图式仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。

附图说明

图1为本发明转换模块的电路方块示意图；

图2为本发明次级侧电路的电路方块示意图；

图3为本发明保护电路第一实施例的电路方块示意图；

图4为本发明保护电路第二实施例的电路方块示意图；

图5为本发明保护电路第三实施例的电路方块示意图；

图6为本发明保护电路包括电源输送沟通模块的电路方块示意图。

其中附图标记为：

100、100a、100b、100c…转换模块

10…初级侧电路

101…电源转换电路

102…初级侧负载信号模块

n1…初级侧绕组

20…次级侧电路

n2…次级侧绕组

22…输出路径

220…整流单元

222…储能单元

224…隔离开关

226…耦合单元

24…输出端口

240…输出端口

242…接地端口

244…传输端口

26…接地路径

28…负载检测电路

260…电流检测单元

30、30a、30b、30c…保护电路

302…负载检测模块

304…回授控制模块

306、306’…保护放电模块

308…电源输送沟通模块

t…变压器

vin…输入电压

vo…输出电压

vref…检测电压

sc…控制信号

st…传输信号

se…启动信号

sd、sd’…检测信号

sp1…第一保护信号

sp2…第二保护信号

sa…调变信号

s1…第一信号

s2…第二信号

pv…电压预设值

pda、pdb…放电路径

具体实施方式

兹有关本发明的技术内容及详细说明，配合图式说明如下：

请参阅图1为本发明转换模块的电路方块示意图。转换模块100包括初级侧电路10与次级侧电路20，初级侧电路10包括初级侧绕组n1与电源转换电路101，且次级侧电路20包括次级侧绕组n2。其中电源转换电路101可由主动式或被动式电子元件，如二极管、电感、电容、电阻或开关所构成用以作为电源转换之用，因此可应用于本发明的电源转换电路101的实施例不局限为现有的电路架构，即非用来对本发明加以限制者。初级侧绕组n1与次级侧绕组n2为一变压器t的两侧绕组，且变压器t以电磁耦合的方式将能量由初级侧电路10传送至次级侧电路20。转换模块100经由初级侧电路10至次级侧电路20的路径，将输入电压vin转换为输出电压vo。次级侧电路20更包括输出路径22、输出端口24及接地路径26。输出路径22耦接次级侧绕组n2与输出端口24之间，且次级侧绕组n2上所储存的能量经由输出路径22转换为输出电压vo，且通过输出端口24输出。接地路径26耦接次级侧绕组n2与输出端口24之间。转换模块100更包括保护电路30，保护电路30耦接输出路径22、输出端口24及接地路径26。当保护电路30由接地路径26检测到转换模块100发生异常时，保护电路30控制输出路径22断路，以使转换模块100不输出输出电压vo。

请参阅图2为本发明次级侧电路的电路方块示意图，复配合参阅图1。输出路径22包括整流单元220、储能单元222、隔离开关224及耦合单元226。整流单元220耦接次级侧绕组n2与储能单元222，且整流单元220将次级侧绕组n2上所储存的能量整流为输出电压vo，再通过储能单元222储存输出电压vo。隔离开关224耦接储能单元222、输出端口24及保护电路30，且当保护电路30检测到转换模块100发生异常时，输出控制信号sc关闭隔离开关224。当隔离开关224关闭时，输出路径22断路而使转换模块100不输出输出电压vo。耦合单元226耦接整流单元220、储能单元222及保护电路30，且保护电路30通过调变耦合单元226来稳定输出电压vo或调整输出电压vo的准位。值得一提，于本实施例中，耦合单元226为光耦合器(opticalcoupler)，但不以此为限。换言之，只要可供保护电路30控制稳定输出电压vo或调整输出电压vo准位的耦合单元226，皆应包含在本实施例的范畴当中。此外，于本实施例中，隔离开关224关闭仅为控制输出路径22断路，因此只要能达成控制输出路径22为断路状态的方式既可。换言之，于本实施例中，例如但不限于当隔离开关224开启时，输出路径22断路而使转换模块100不输出输出电压vo。

复参阅图2，并配合参阅图1。接地路径26包括电流检测单元260，电流检测单元260耦接次级侧绕组n2、输出端口24及保护电路30，且保护电路30检测电流检测单元260所输出的检测电压vref。当保护电路30接收到的检测电压vref低于内部设定的电压预设值pv时，保护电路30输出控制信号sc关闭隔离开关224。输出端口24包括输出端口240、接地端口242及传输端口244，输出端口240耦接输出路径22的隔离开关224，且转换模块100通过输出端口240将输出电压vo输出至后端连接的电子装置(图未示)。接地端口242耦接接地路径26的电流检测单元260，且提供后端连接的电子装置(图未示)接地路径。传输端口244耦接保护电路30，且转换模块100通过传输端口244与后端连接的电子装置(图未示)沟通。进一步而言，电子装置(图未示)可通过传输端口244与保护电路30之间传递的传输信号st要求转换模块100提供电子装置(图未示)运作所需的输出电压vo准位。当保护电路30通过传输端口244得知电子装置(图未示)所需的输出电压vo准位时，保护电路30输出调变信号sa调变耦合单元226，以调整符合电子装置(图未示)运作所需的输出电压vo的准位。值得一提，于本实施例中电流检测单元260为一电阻，但不以此为限。换言之，只要当电流流过电流检测单元260时，可在电流检测单元260即电阻的两端产生检测电压vref，皆应包含在本实施例的范畴当中。

请参阅图3为本发明保护电路第一实施例的电路方块示意图，复配合参阅图1～2。于本实施例中，转换模块100a为功率因子校正模块，且保护电路30a通过接收初级侧电路10的信号来检测并判断是否需进入保护模式。转换模块100a，即功率因子校正模块包括初级侧负载信号模块102，且初级侧负载信号模块102耦接初级侧电路10，以检测功率因子校正模块是否正常运作。进一步而言，初级侧负载信号模块102接收初级侧电路10输出的启动信号se，并依据启动信号se而输出检测信号sd至保护电路30a。保护电路30a包括负载检测模块302、回授控制模块304及保护放电模块306，且负载检测模块302耦接电流检测单元260与初级侧负载信号模块102。回授控制模块304耦接负载检测模块302与耦合单元226，且保护放电模块306耦接负载检测模块302与隔离开关224。

复参阅图3，并配合参阅图1～2。于本实施例中，功率因子校正模块在输出负载于轻载时不工作，且当输出负载增加至中载以上时，功率因子校正模块运作。具体而言，当保护电路30a由输出路径22检测到输出电流低于一阀值时，代表输出负载于轻载，且保护电路30a控制初级侧电路10关闭功率因子校正模块的功率因子校正功能。此时功率因子校正模块仅将输入电压vin转换为输出电压vo，而未具有功率因子校正的功能，如此当功率因子校正模块于负载于中载以下时，可获得较高的效率。当保护放电模块306由输出端口240检测到输出电流高于阀值时，代表输出负载增加至中载以上，且保护电路30a控制初级侧电路10开启功率因子校正模块的功率因子校正功能。此时功率因子校正模块除了将输入电压vin转换为输出电压vo外，并维持电路整体的功率因子在0.9以上。进一步而言，当输出负载于轻载而使得功率因子校正模块关闭时，初级侧负载信号模块102未接收到初级侧电路10输出的启动信号se。当初级侧负载信号模块102未接收到启动信号se时，初级侧负载信号模块102不输出检测信号sd至负载检测模块302。当输出负载增加至中载以上而使得功率因子校正模块运作时，初级侧负载信号模块102接收到初级侧电路10输出的启动信号se。值得一提，于本实施例中，初级侧负载信号模块102耦接于初级侧电路10的功率开关(图未示)，并接收功率开关(图未示)的启动信号se，但不以此为限。换言之，于本实施例中不限定初级侧负载信号模块102仅能耦接于初级侧电路10的功率开关，只要初级侧负载信号模块102的耦接处能判断功率因子校正模块是否正常运作既可。

于本实施例中，保护电路30a至少可因应两种状况而启动保护模式。其中之一为，当初级侧负载信号模块102接收到启动信号se时，初级侧负载信号模块102输出检测信号sd至负载检测模块302。负载检测模块302依据检测信号sd检测电流检测单元260上的检测电压vref，并判断检测电压vref是否低于电压预设值pv。具体而言，当负载检测模块302检测到电流检测单元260上的检测电压vref高于电压预设值pv时，代表功率因子校正模块正常运作。且当负载检测模块302检测到电流检测单元260上的检测电压vref低于电压预设值pv时，代表电流检测单元260被短路而无法于电流检测单元260上得到检测电压vref。此时即可得知目前电流检测单元260是被短路，而使得保护电路30a马上进入保护模式。当负载检测模块302检测到电流检测单元260上的检测电压vref低于电压预设值pv时，负载检测模块302输出第一保护信号sp1至保护放电模块306。保护放电模块306接收到第一保护信号sp1后，输出控制信号sc关闭隔离开关224，以将输出路径22断路，进而使输出端口240无法输出输出电压vo。

另外一种情况则是，当隔离开关224短路时，代表隔离开关224可能故障，而造成保护放电模块306输出控制信号sc无法关闭隔离开关224。具体而言，当隔离开关224短路时，保护电路30a的负载检测模块302会检测到输出负载增加至过电流的保护点(overcurrentprotection；ocp)。此时负载检测模块302输出第一保护信号sp1至保护放电模块306，而使保护放电模块306输出控制信号sc欲关闭隔离开关224。但由于隔离开关224因短路故障而无法通过控制信号sc关闭，因此输出电压vo会持续经由隔离开关224且通过输出端口240输出至连接于后端的电子装置(图未示)，而造成电流检测单元260上会持续有检测电压vref。因此当负载检测模块302检测到输出负载增加至过电流的保护点时，负载检测模块302输出第二保护信号sp2至回授控制模块304。回授控制模块304接收到第二保护信号sp2后，输出调变信号sa至耦合单元226，耦合单元226依据调变信号sa将输出电压vo调整为0。当输出电压vo调整为0时，会迫使初级侧电路10中的控制单元(图未示)的供电电压降至低电压的锁定点(undervoltagelockout；uvlo)，而使得控制单元(图未示)停止运作。

请参阅图4系为本发明保护电路第二实施例的电路方块示意图，复配合参阅图1～3。本实施例与图3的第一实施例差别在于，转换模块100b未有初级侧负载信号模块102，且保护电路30b通过次级侧电路20的放电回路来检测并判断是否需进入保护模式。如图4所示，保护放电模块306’耦接负载检测模块302、储能单元222、隔离开关224及电流检测单元260。当保护放电模块306’放电时，所形成的放电路径为由输出路径22、保护放电模块306’至接地路径26的放电路径pda，或者由输出路径22、输出端口、保护放电模块306’至接地路径26的放电路径pdb。具体而言，保护电路30b还进一步耦接于隔离开关224后端至输出端口240路径上的隔离开关224的后电容，且耦接于隔离开关224前端的储能单元222为隔离开关224的前电容。当保护放电模块306’放电时，会有由储能单元222(即隔离开关224的前电容)、保护放电模块306’至电流检测单元260的放电路径pda，或输出端口240(即隔离开关224的后电容)、保护放电模块306’至电流检测单元260的放电路径pdb，迫使保护放电模块306’以小于5秒为周期的条件下做放电。当电流由放电路径(pda、pdb)流至电流检测单元260时，会于电流检测单元260两端产生检测电压vref。负载检测模块302检测到检测电压vref，并判断检测电压vref是否低于电压预设值pv。值得一提，本实施例类似于图3的第一实施例，保护电路30b也至少可因应两种状况而启动保护模式。有关保护模式的动作以及方式与图3的第一实施例相同，在此不再加以赘述。此外，本实施例中，保护放电模块306’以小于5秒为周期的条件下做放电仅为示意性的范例。因此，于实际应用中，保护放电模块306’的放电周期可不以5秒为限。

请参阅图5为本发明保护电路第三实施例的电路方块示意图，复配合参阅图1～4。本实施例与图3的第一实施例、图4的第二实施例差别在于，转换模块100c包括负载检测电路28。负载检测电路28耦接转换模块100c的次级侧电路20的输出路径22上，且保护电路30c通过接收次级侧电路20的信号来检测并判断是否需进入保护模式。如图5所示，负载检测电路28耦接次级侧绕组n2、整流单元220及负载检测模块302。当输出负载增加时，初级侧电路10功率开关(图未示)的切换频率会提高。当负载检测电路28检测到切换频率提高时，输出检测信号sd’至负载检测模块302，且负载检测模块302依据检测信号sd’检测电流检测单元260的检测电压vref。值得一提，本实施例类似于图3的第一实施例，保护电路30c也至少可因应两种状况而启动保护模式。有关保护模式的动作以及方式与图3的第一实施例相同，在此不再加以赘述。此外，于本实施例中，负载检测电路28的耦接处仅为判断输出负载是否增加。换言之，只要能判断输出负载是否增加的负载检测电路28耦接处，皆应包含在本实施例的范畴当中。

请参阅图6为本发明保护电路包括电源输送沟通模块的电路方块示意图，复配合参阅图1～5。保护电路30更包括电源输送沟通模块308，电源输送沟通模块308耦接回授控制模块304、保护放电模块306及传输端口244。当电源输送沟通模块308接收到电子装置(图未示)输出的传输信号st时，电源输送沟通模块308输出第一信号s1至回授控制模块304。回授控制模块304接收到第一信号s1后，依据第一信号s1输出调变信号sa，以调整输出电压vo的准位。进一步而言，由于保护电路30具有电源输送的功能(powerdelivery；pd)，因此可调整输出电压vo的准位(例如但不限于为5v、10v、12v)。

复参阅图6，并配合参阅图1～5。当电源输送沟通模块308接收到电子装置(图未示)输出的传输信号st而使得输出电压vo的准位由高准位转低准位时(例如但不限于，由10v调整至5v)，电源输送沟通模块308输出第二信号s2至保护放电模块306。保护放电模块306依据第二信号s2并通过隔离开关224将准位转换之间多余的能量放电，以避免转换模块100或后端连接的电子装置(图未示)损坏。

值得一提，于本发明中，负载检测模块302、回授控制模块304、保护放电模块306及电源输送沟通模块308可由实体电路兜成，或整合为一控制ic作为本发明的保护电路30。此外，于本发明中，上述图3～图5的实施例可相互应用。例如但不限于图3的初级侧负载检测实施例可搭配图4的其中之一放电路径pda，可构成双重保护的转换模块100架构。有关相互应用而衍生出来的连接关系，可相互参阅图3～图5，并配合参阅图1～2、图6，在此不再加以赘述。

综上所述，本发明的一个或多个实施例系至少具有以下其中之一的优点：

1、利用单一保护电路可同时满足限功率电源的规范及元件短路或开路时的保护，因此可达降低元件成本的功效；

2、由于限功率电源规范的保护线路，以及元件短路或开路时的保护线路无需分开设计，因此可达成降低线路所占空间而减少体积的功效；

3、由于保护电路仅需控制隔离开关或是调变耦合单元既可达成保护的效果，因此可达成整体线路设计较为简单的功效；

4、利用本发明保护电路的基本架构，并配合图3～图5的三种不同的保护方式，可达成依实际状况弹性的选择搭配保护方式的功效；

5、保护电路包含电源输送沟通模块，可达成依后端耦接的电子装置需求而动态的控制保护电路调整输出电压的功效。

惟，以上所述，仅为本发明较佳具体实施例的详细说明与图式，惟本发明的特征并不局限于此，并非用以限制本发明，本发明的所有范围应以下述的权利要求为准，凡合于本发明权利要求的精神与其类似变化的实施例，皆应包括于本发明的范畴中，任何熟悉该项技艺者在本发明的领域内，可轻易思及的变化或修饰皆可涵盖在以下本发明的专利范围。