专利名称：过电流侦测装置的制作方法
技术领域：
本发明是有关一种侦测装置，特别是关于一种过电流侦测装置。
背景技术：
近年来积体电路技术盛行，所以互补式金氧半电晶体的应用普遍使用在
各种电子元件上，比如一种音频讯号的D类;^文大器，该;改大器为一种高效率 的方文大器，输出只有两种状态(1或0)，常用来驱动高负载的扬声器。由于 这种》文大器的功率转换效能极高，因此近年来广泛用于可携式的电子产品上， 这样一来，可利用放大器的省电性质，使电子产品使用时间延长，并减少大 电量电池的使用机会，让电子产品在携带上更为便利。
如图l现有技术， 一般D类放大器主要是利用一电流侦测器去侦测负载 上的电流，当此电流值超过某一设定值，就会启动一保护电路。这样的架构 通常需要一个运算放大器10与一个侦测电阻12，此运算放大器10会将该侦 测电阻12的两端电压作为输入，以输出另一电压讯号启动保护电^各，而且此 种类比式电路通常还会用到双载子接面电晶体，效率较差。
因此，本发明针对上述的困扰，提出一种过电流侦测装置，不仅在数字 信号的提供下侦测变得较有效率，而且在电路愈做愈小的趋势下，也不会出 现制作上的障碍。
发明内容
本发明是提供一种过电流侦测装置，以解决现有技术中电路效率较差等 问题。
本发明的主要目的，在于提供一种过电流侦测装置，其应用数字电路的 特性和多位信号的输入，来随时有效并准确地侦测负载上的过电流。
本发明的另一目的，在于提供一种过电流侦测装置，其可以跟互补式金
5氧半电晶体整合在一起，符合现今电路省电且愈做愈小的趋势。
为达上述目的本发明提供一种过电流侦测装置，包含一第一反闸与一第 二反闸，其输入端分别接收一第一数字信号与一第二数字信号，并将该第一 数字信号与第二数字信号反向，而该第一反闸与一第二反闸的输出端分别连 接一互补式金氧半电晶体，用来接收反向后的第一数字信号与第二数字信号， 以驱动负载。另外互补式金氧半电晶体与反闸单元的输出端都连接到一比较 电路，该比较电路通过二端分别接收反向后的第一数字信号与第二数字信号 并侦测负载上的电流，再来将该负载上的侦测结果分别与二端的第 一数字信 号与第二数字信号比较之后，以选择性输出 一第 一 电信号与 一第二电信号， 最后利用连接该比较电路的第 一逻辑闸与第二逻辑闸，使其在分别接收第一 电信号与第二电信号并与数字信号作用之后，输出第一讯号与第二讯号给一
保护电路。
与现有技术相比，本发明提供一种过电流侦测装置，具有在数字信号的 提供下侦测过电流较为准确，更有效率，电路愈做愈小的优点。
图l是现有技术过电流侦测装置电路示意图2是本发明的装置电路示意图3a是本发明的部分装置电路示意图3b是本发明部分节点的讯号波形示意图4a是本发明另一部分装置电路示意图4b是本发明另一部分节点的讯号波形示意图。
主要元件符号说明如下
10运算放大器12侦测电阻
14第一反闸16第二反闸
18P型金氧半场效电晶体20N型金氧半场效电晶体
22负载24P型金氧半场效电晶体
26第一电阻28第二电阻30第三电阻32 第四电阻
34 N型金氧半场效电晶体36第一比较器
38第二比较器40 反或闸
42 及闸44负载
46 负载50 互补式金氧半场效电晶体
52 比4交电路522第一比较电路
524第二比较电路54 第一逻辑闸
56 第二逻辑闸28多工器
具体实施例方式
图2为本发明的装置电路示意图，本发明的装置电路包含第一反闸14与 第二反闸16，并分别在其输入端接收一第一数字信号与一第二数字信号，并 将两者反向，其中该第一数字信号与该第二数字信号可为同一数字信号或不 同数字信号。
第一反闸14与第二反闸16的输出端连接一互补式金氧半电晶体50,用 来接收反向后的第一数字信号与第二数字信号，以驱动负载22,此互补式金 氧半电晶体50包含一 P型金氧半场效电晶体18与一 N型金氧半场效电晶体 20。该互补式金氧半电晶体50与第一反闸14与第二反闸16的输出端分别连 接到一比较电路52，而该比较电路52通过二端分别接收反向后的第一数字信 号与第二数字信号并侦测负载22上的电流，再来将负载22上的侦测结果分 别与二端的第 一数字信号与第二数字信号比较之后，以选择性输出 一第 一 电 信号与一第二电信号；此比较电路52包含了第一比较电路522与第二比较电 路524,分别产生第一电信号与第二电信号，而第一比较电路522包含了一P 型金氧半场效电晶体24、第一电阻26、第二电阻28与第一比较器36,第二 比较电路524包含了一N型金氧半场效电晶体34、第三电阻30、第四电阻 32与第二比较器38。另外有一第一逻辑闸54,在其输入端连接比较电路52， 且接收第一数字信号以及第一电信号，以在其输出端输出第一讯号，还有一 第二逻辑闸56,在其输入端连接比较电路52，且接收该第二数字信号以及该
7第二电信号，以在其输出端输出第二讯号。此第一逻辑闸54可为反或闸(NOR Gate) 40,而第二逻辑闸56可为及闸(AND Gate) 42。其中第一比较器36 的负输入端连接至第二比较器38的正输入端，P型金氧半场效电晶体18的汲 极连接至N型金氧半场效电晶体20的汲极，而负载22的同一端分别连接至 P型金氧半场效电晶体18的汲极与N型金氧半场效电晶体20的汲极的连接 处和第一比较器36的负输入端与第二比较器38的正输入端的连接处，另一 端则连接至一参考电压VREF。
再来说明细节上的电路，P型金氧半场效电晶体18的源极接至一直流电 压VDD,而闸极连4妻至第一反闸14的输出端，该P型金氧半场效电晶体18 的闸极又连接到另一 P型金氧半场效电晶体24的闸极，此P型金氧半场效电 晶体24的源极接至直流电压VDD,汲极连接至第一电阻26的一端，而第一 电阻26的另一端则通过第二电阻28连到P型金氧半场效电晶体18的汲极。 第一比较器36的正、负输入二端分别跨接在第二电阻28的两端，其中正输 入端连接在第一电阻26与第二电阻28之间，而该第一比4交器36的输出端连 接至一反或闸(NOR Gate) 40的输入端，该反或闸(NOR Gate) 40的输入 端也同时接收第一数字信号，最后在其输出端输出第一讯号。N型金氧半场 效电晶体20的源极接地，而闸极连接至第二反闸16的输出端，此第二反闸 16的输入端是用来接收一第二数字信号；该N型金氧半场效电晶体20的闸 极又连接到另一 N型金氧半场效电晶体34的闸极，此N型金氧半场效电晶 体34的源极接地，汲极连接至第四电阻32的一端，而第四电阻32的另一端 则通过第三电阻30连到N型金氧半场效电晶体20的汲极。 一第二比较器38 的正、负输入二端分别^争接在第三电阻30的两端，其中负输入端连接在第三 电阻30与第四电阻32之间，而该第二比较器38的输出端连接至一及闸(AND Gate ) 42的输入端，该及闸(AND Gate) 42的输入端也同时接收第二数字信 号，最后在其输出端输出第二讯号。
如果P型金氧半场效电晶体18是导通的，且当负载22短路到地或负载 22过小，以致产生过电流时，则侦测过电流的动作就会由上半部分的电路去 侦测；若N型金氧半场效电晶体20是导通的，且当负载22短路到直流电压VDD或负载22过小，以致产生过电流时，则侦测过电流的动作就会由下半 部分的电路去侦测，因为数字信号只能让其中一个导通，所以很适合整合在 使用互补式金氧半电晶体的电路上。
上半部分的电i 各的详细作动可以独立说明，请同时参阅图3a与图3b,其 中负载46的一端只连接到P型金氧半场效电晶体18的汲极，而另一端连接 至地；图3b显示出V,p、 V2p、 V12p、 V叩以及V。啤的讯号波形图，请看时间 点t;之前的波形，当v^是一低准位的数字讯号时，V2p为一高准位的数字讯 号，而此时P型金氧半场效电晶体18与P型金氧半场效电晶体24皆未导通， 所以V^是为一低准位的数字讯号，且此时第一比较器36的输入端并没有跨 电压存在，也就是没有超过第一比较器36的临界电压，因此V。p也是一高准 位的数字讯号，最后因为反或闸(NORGate) 40的输入端是由V。p跟V^所输
入，所以v。啤输出一低准位的数字讯号。请继续参阅时间点1;与丁2之间的波
形，当V,p为一高准位的数字讯号，V2p就为一低准位的数字讯号，但是因为 第一反闸14本身在讯号输出上有些延迟,所以在初期波形有緩慢下降的趋势， 在此时P型金氧半场效电晶体14与P型金氧半场效电晶体24皆导通，所以 V^的电压往上升，升至一高准位就保持平行，而且此时第一比较器36的输 入端的跨电压没有超过该第一比较器36所设定的临界电压，因此V。p也是一 高准位的数字讯号，同时因应V。p与V^的讯号输入，V。^提供了一低准位的 数字讯号。但是当负载46上的电流过大时，V^的电压就会下降，如短虚线 所示，而此时第一比较器36的输入端的跨电压超过该第一比较器36所设定 的临界电压，因此V。p变为一低准位的数字讯号，然而比较器本身对讯号也有 延迟的特性存在，所以会隔一段时间才降至低准位的数字讯号，如短虚线所
示，而因应v。p与v^的讯号输入，v。utp提供了一低准位的数字讯号。请继续
参阅时间点丁2之后的波形，当^p降至一低准位的数字讯号，而V2p也逐渐升 至一高准位的数字讯号，V^也慢慢恢复一低位准的数字信号，而V。p因为比 较器对讯号特性延迟的关系，所以会过一段时间才升至高准位的数字讯号， 而因应V。p与V,p的讯号输入，V。啤提供了一正脉沖讯号。而此正脉沖讯号可 以传送给一保护电路，使其保护整个电路不致烧毁。其中若要设定过电流的极限值，使负载上的电流超过此极限值就必须输出正脉沖讯号，则可以由第
一电阻26与第二电阻28的阻值大小去设定，若第二电阻28较第一电阻26 大，则第二电阻28的跨压就比较容易超过第一比较器36的临界电压，而使 反或闸(NOR Gate) 40输出正脉沖讯号。
下半部分的电路的详细作动也可以独立说明，请同时参阅图4a与图4b， 其中负载44的一端只连接到N型金氧半场效电晶体20的汲极，而另一端连 接至直流电压VDD;图4b显示出V^、 V2n、 V12n、 l以及V(自的讯号波形
图，请看时间点i;之前的波形，当Vm是一高准位的数字讯号时，v^为一低
准位的数字讯号，而此时N型金氧半场效电晶体20与N型金氧半场效电晶 体34皆未导通，所以V^是为一高准位的数字讯号，且此时第二比较器38 的输入端并没有跨电压存在，也就是没超过第二比较器38的临界电压，因此 V。n也是一低准位的数字讯号，最后因为及闸(AND Gate )42的输入端是由V。n
跟Vm所输入，所以v。加输出一低准位的数字讯号。请继续参阅时间点1;与丁2
之间的波形，当Vin为一低准位的数字讯号，V^就为一高准位的数字讯号， 但是因为第二反闸16本身在讯号输出上有些延迟，所以在初期波形有緩慢上 升的趋势，在此时N型金氧半场效电晶体20与N型金氧半场效电晶体34皆 导通，所以V^的电压往下降，降至一低准位就保持平行，而且此时第二比 较器38的输入端的跨电压没有超过该第二比较器38所设定的临界电压，因 此V。n也是一低准位的数字讯号，同时因应V。n与Vm的讯号输入，V。咖提供 了一低准位的数字讯号。但是当负载44上的电流过大时，V^的电压就会升 高，如短虚线所示，而此时第二比较器38的输入端的跨电压超过该第二比较 器38所设定的临界电压，因此V。n变为一高准位的数字讯号，其中第二比较 器38与第一比较器36有一差异处，也就是当第二比较器38的输入端跨电压 大于其临界电压时，会输出一高准位的数字讯号，而当第一比较器36的输入 端跨电压大于其临界电压时，会输出一低准位的数字讯号；然而比较器本身 对讯号也有延迟的特性存在，所以会隔一段时间才升至高准位的数字讯号， 如短虛线所示，而因应V。n与V^的讯号输入，V。自提供了一低准位的数字讯
号。请继续参阅时间点丁2之后的波形，当V,n升至一高准位的数字讯号，而V^
10也逐渐降至一低准位的数字讯号，v^也慢慢恢复一高位准的数字信号，而
v。n因为比较器对讯号特性延迟的关系，所以会过一段时间才降至低准位的数 字讯号，而因应V。n与Vm的讯号输入，V。她提供了一正脉沖讯号。而此正脉 冲讯号可以传送给一保护电路，使其保护整个电路不致烧毁。其中若要设定 过电流的极限值，使负载上的电流超过此极限值就必须输出正脉冲讯号，则 可以由第三电阻30与第四电阻32的阻值大小去设定，若第三电阻30较第四 电阻32大，则第三电阻30的跨压就比较容易超过第二比较器38的临界电压， 而使及闸(AND Gate) 42输出正脉冲讯号。
综上所述，本发明应用数字电路的特性和数字信号的输入，来随时有效 并准确地侦测负载上的过电流，而且可以跟互补式金氧半电晶体整合在一起， 符合现今电路省电且愈做愈小的趋势。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此， 任何本领域的技术人员能思的的变化都应落入本发明的保护范围。
ii
权利要求
1、一种过电流侦测装置，其特征在于，连接一负载，该过电流侦测装置包含一第一反闸，其输入端接收一第一数字信号，并将该第一数字信号反向；一第二反闸，其输入端接收一第二数字信号，并将该第二数字信号反向；一互补式金氧半电晶体，其由两端分别连接该第一反闸与该第二反闸的输出端，用来接收反向后的该第一数字信号与该第二数字信号，以驱动该负载；一比较电路，其连接该互补式金氧半电晶体与该反闸单元的输出端，该比较电路通过二端分别接收反向后的该第一数字信号与该第二数字信号并侦测该负载上的电流，再来将该负载上的侦测结果分别与二端的该第一数字信号与该第二数字信号比较之后，以选择性输出一第一电信号与一第二电信号；一第一逻辑闸，其在其输入端连接该比较电路，且接收该第一数字信号以及该第一电信号，以在其输出端输出第一讯号；以及一第二逻辑闸，其在其输入端连接该比较电路，且接收该第二数字信号以及该第二电信号，以在其输出端输出第二讯号。
2、 如权利要求1所述过电流侦测装置，其特征在于，该互补式金氧半电 晶体包含一P型金氧半场效电晶体，其将其闸极连接该第一反闸的输出端，而其 源极连4妻一直流电压；以及一N型金氧半场效电晶体，其将其闸极连接该第二反闸的输出端，其源 极连接一参考电压，而其汲极分别连接至该P型金氧半场效电晶体的汲极与 该负载。
3、 如权利要求1所述过电流侦测装置，其特征在于，该比较电路包含 一第一比较电路以及一第二比较电路，分别产生该第一电信号与该第二电信 号，而该第一数字信号与该第二数字信号可为同一数字信号或不同数字信号。
4、 如权利要求3所述过电流侦测装置，其特征在于，该第一比较电路还 包含一 P型金氧半场效电晶体，其将其闸极连接至该第一反闸的输出端，而其源极连接一直流电压；一第一电阻，其一端连接该P型金氧半场效电晶体的汲极； 一第二电阻，其一端连接该第一电阻的另一端，而另一端分别连接至该该第二比较电路与该负栽；以及一第一比專交器，其正输入端与负输入端跨4妄在该第二电阻的二端，而该正输入端连接在该第一电阻与第二电阻之间，并用来输出该第一电信号，其中该第二电阻的跨电压比该第一电阻的跨电压更接近该第一比较器的临界电压。
5、 如权利要求3所述过电流侦测装置，其特征在于，该第二比较电路更 包含一第三电阻，其一端分别连接至该第一比较电路与该负载； 一第四电阻，其一端连接该第三电阻的另一端；一N型金氧半场效电晶体，其将其闸极连接至该第二反闸的输出端，其 源极连接一参考电压，而其汲极连接该第四电阻的另一端； 以及一第二比^^器，其正输入端与负输入端s争接在该第三电阻的二端，而该 第二比较器的负输入端连接在该第三电阻与第四电阻之间，并用来输出该第 二电信号，其中该第三电阻的跨电压比该第四电阻的跨电压更接近该第二比 较器的临界电压。
6、 如权利要求5所述过电流侦测装置，其特征在于，当该第二数字信号 为低位准，又该负载上的电流过大时，该第二电信号为一高位准的数字信号， 而当该第二数字信号由低位准升至高位准时，该第二讯号为一正脉沖讯号。
7、 如权利要求4所述过电流侦测装置，其特征在于，当该第一数字信号 为高位准，又该负载上的电流过大时，该第一电信号为一低位准的数字信号， 而当该第一数字信号由高位准降至低位准时，该第一讯号为一正脉冲讯号。
8、 如权利要求1所述过电流侦测装置，其特征在于，该第一讯号与该第 二讯号各可为一正脉冲讯号或一低位准的数字讯号。
9、 如权利要求1所述过电流侦测装置，其特征在于，该第一逻辑闸为一反或闸，而该第二還辑闸为 一及闸。
10、如权利要求1所述过电流侦测装置，其特征在于，该负载的同一端 分别连接至该互补式金氧半电晶体与该比较电路，其另一端连接一参考电压。
全文摘要
本发明揭露一种过电流侦测装置，提供一第一反闸与第二反闸，将第一数字信号与第二数字信号反向，之后用一互补式金氧半电晶体接收此反向后的信号，并驱动一负载，而当该负载的电流过大时，就有一比较电路可以侦测负载上的过电流，并同时与反向后的第一数字信号与第二数字信号比较，之后就输出一第一电信号与一第二电信号，分别给一第一逻辑闸与第二逻辑闸，逻辑闸所输出的讯号则会供给一保护电路，让此保护电路控制负载上的电流，使整个电路不至于烧毁、故障。本发明不但侦测过电流较为准确、有效率，又可以跟互补式金氧半电晶体整合在一起，符合电路省电且愈做愈小的时代趋势。
文档编号G01R19/165GK101470141SQ200710302299
公开日2009年7月1日 申请日期2007年12月28日 优先权日2007年12月28日
发明者戴枝德 申请人:震一科技股份有限公司