专利名称：过电压保护装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种过电压保护装置，特别涉及一种应用于电源的过电压保护装置。
背景技术：
目前各种的电源已经能够提供稳定调整的电压与电流。为了符合安全的考虑，电源必须提供过电压保护功能，以确保发生反馈开路时造成输出电压过高的误动作，用来限制电源的输出电压，以达到保护电源本身与电源系统端。
请参考图1，为现有的电源示意图。该电源包含一切换式控制器U1，用来控制电源。电阻RST与电容CST提供一个初始的电源，用来激活切换式控制器U1。为了稳定调整电源的输出电压VO，切换式控制器U1产生切换信号VPWM供给功率开关Q1，用来切换一变压器T1。该变压器T1包含辅助绕组NA、一次侧绕组NP与二次侧绕组NS。
在变压器T1的切换后，辅助绕组NA产生一反射电压VAUX经由二极管整流器DA进一步提供电源给该切换式控制器U1。由于反射电压VAUX与输出电压VO有密切的关系，因此在供应端VDD上的供应电压VDD也与输出电压VO有密切的关系。在切换式控制器U1的反馈端FB，依照反馈信号VFB使得切换信号VPWM的脉波宽度得到稳定调整。一误差放大器80连接到电源的输出端以取得输出电压VO，输出电压VO通过光耦合器90以取得该反馈信号VFB，切换式控制器U1依照反馈信号VFB让该电源的输出电压VO得到稳定调整。供应电压VDD可以表示成VDD≈[TNAUXTNS×(VO+VF)]-VD---(1)]]>其中VF为输出二极管整流器DO的顺向压降；VD为二极管整流器DA的顺向压降；TNAUX为变压器T1的辅助绕组NAUX的绕组匝数；TNS为变压器T1的二次侧绕组NS的绕组匝数。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种过电压保护装置，应用于电源中，通过不同的比较电平确认电源有反馈开路与供应电压过高的误动作产生，再经由累进计数误动作发生的持续时间，当发生的持续时间到达一默认值，本发明过电压保护装置可周期性截止电源的驱动信号，来限制输出电压，并可提供闩锁截止电源的驱动信号，来闩锁截止输出电压，用来进行保护动作。
本发明过电压保护装置包括一振荡器，用于输出一时钟信号，同时，使用一过电压信号检索比较单元，用于检索一感测信号与一临界信号，经比较运算感测信号与临界信号后，输出一保护信号。保护信号被传送到一累进触发单元。累进触发单元累进计数该保护信号，等该保护信号的计数到达一默认值后，即输出一截止信号到一闩锁单元，闩锁单元产生一闩锁信号到一驱动信号产生单元，用来停止输出驱动信号到功率开关。
本发明过电压保护装置不仅提供电源于反馈开路与供应电压过高时，促使电源产生保护动作，更可通过累进计数误动作发生的持续时间，用来避免负载端于特定时间内需较大输出电压时进行不当的保护。因此本发明过电压保护电路可以提供电源供应最完备的保护方案。
图1所示为现有的电源示意图；图2所示为本发明电路架构示意图；图3所示为本发明第一实施例电路方块示意图；图4所示为本发明电路波形示意图；图5所示为本发明第二实施例电路方块示意图；图6所示为本发明第三实施例电路方块示意图；图7所示为本发明累进触发单元的电路方块示意图；及图8所示为本发明的复位单元电路方块示意图。
<图号说明>
现有技术
T1—变压器 U1—切换式控制器RS—感测电阻 VCS—电流感测信号VFB—反馈信号 VAUX—反射电压Q1—功率开关 VIN—供应电压本发明21—闩锁单元22—振荡器23—过电压信号检索比较单元 24—复位单元25—驱动信号控制单元28—累进触发单元VCS—电流感测信号 VFB—电压反馈感测信号VT2—第二临界信号 RST—复位信号10—驱动信号产生单元CLK—时钟信号VPWM—驱动信号 Q1—功率开关SPT—保护信号 SOFF—截止信号LATCH—闩锁信号 VDD—供应电压231—电流比较器 VT1—第一临界信号SPT1—第一保护信号 232—电压比较器VT3—第三临界信号 SPT2—第二保护信号233—连接单元 282—上下计数单元284—维持单元 2842、2844—D型触发器2401、2402、2403、2412、2414—晶体管2404、2405、2417—反相器2413—电容 2411—定电流源2415、2416—NAND栅 2418—定时器CLR—清除信号具体实施方式
请参考图2，为本发明电路架构示意图。本发明过电压保护装置应用于电源中，包括一过电压信号检索比较单元23，通过一分压器(由电阻RA与电阻RB所组成)检索一感测信号并把它和一临界信号进行比较运算，用来产生一保护信号SPT；一累进触发单元28，连接于过电压信号检索比较单元23与一振荡器22，根据一时钟信号CLK用来接收保护信号SPT，以累进计数保护信号SPT。
当保护信号SPT的计数到达一默认值后，累进触发单元28会输出一截止信号SOFF；一闩锁单元21连接于累进触发单元28，接收截止信号SOFF，以产生一闩锁信号LATCH；一驱动信号产生单元10连接于闩锁单元21与振荡器22，接收时钟信号CLK与闩锁信号LATCH，用来停止输出一驱动信号VPWM到一功率开关Q1，用来闩锁截止输出电压VO，以达到过电压保护；及一驱动信号控制单元25连接于驱动信号产生单元10，接收一供应电压感测信号VB与一第二临界信号VT2，第二临界信号VT2为电源的峰值输出电压VO的限制值。当供应电压感测信号VB上升到第二临界信号VT2时，驱动信号控制单元25输出一清除信号CLR到驱动信号产生单元10，用来周期性截止驱动信号VPWM到功率开关Q1，电源的峰值输出电压VO因而得到限制，以达到过电压保护。
再一次参考图2，其中本发明过电压保护装置进一步包括一复位单元24连接于一供应电压VDD、闩锁单元21与振荡器22，接收时钟信号CLK与闩锁信号LATCH，并在接收闩锁信号LATCH后一设定时间内，输出一复位信号RST到闩锁单元21，用来复位闩锁单元21的输出。复位单元24进一步连接一供应电压VDD，并于供应电压VDD提供的电压量不足时，接收一低电压信号，以输出复位信号RST到闩锁单元21。
配合图2，图3为本发明第一实施例电路方块示意图。其中该过电压信号检索比较单元23为一过电压比较器231，过电压比较器231的一输入端接收一第一临界信号VT1，另一输入端接收一供应电压感测信号VB，比较运算第一临界信号VT1与供应电压感测信号VB，用来输出一第一保护信号SPT1到累进触发单元28。
当电源发生反馈开路而造成输出电压VO过高时，由于反射电压VAUX与输出电压VO有密切的关系，因此在供应端VDD上的供应电压VDD也会随的升高，进而使得供应电压感测信号VB的值也相对提高，因此在本第一实施例中是利用此对应关系，使用一过电压比较器231作为过电压信号检索比较单元23，同时设计第一临界信号VT1的值来调整电源输出电压的临界限制。当供应电压感测信号VB的值大于第一临界信号VT1时，过电压比较器231会输出第一次的第一保护信号SPT1到该累进触发单元28，此时累进触发单元28则进行第一保护信号SPT1的累进计数，当累进触发单元28计数第一保护信号SPT1到达一默认值后，即输出一截止信号SOFF到该闩锁单元21，以对驱动信号产生单元10进行闩锁，使得驱动信号产生单元10停止输出驱动信号VPWM到功率开关Q1，用来避免负载端在特定时间内需较大输出电压时进行不当的保护，达到电源实际的过电压保护。其中该默认值为一计数周期TCOUNT。
配合图3，图4为本发明电路波形示意图。当电源发生反馈开路而造成输出电压VO过高时，在时间T1～T2，供应电压VDD也随之增加。在时间T2时，供应电压感测信号VB会达到第一临界信号VT1，此时过电压比较器231输出一低电位的第一保护信号SPT1到累进触发单元28。接着，累进触发单元28开始进行累进计数的动作，以准备对驱动信号产生单元10进行闩锁。紧接着，在时间T2～T3时，反馈开路使得供应电压感测信号VB继续上升，并于时间T3时，供应电压感测信号VB会达到第二临界信号VT2，此时驱动信号控制单元25会输出低电位的清除信号CLR到驱动信号产生单元10，使驱动信号VPWM为低电位，进而使功率开关Q1截止，用来提供周期性截止电源的驱动信号来限制输出电压。
上述说明中，本发明第一实施例是在电源发生反馈开路而造成输出电压VO过高时，用来供应电压感测信号VB达到第一临界信号VT1的持续时间到达累进触发单元28的默认值(即计数周期TCOUNT)后，本发明过电压保护装置即会停止输出驱动信号VPWM到功率开关Q1，以闩锁截止输出电压VO，用来达到电源实际的过电压保护。
配合图2，图5为本发明第二实施例电路方块示意图。其中该过电压信号检索比较单元23为一反馈比较器232，反馈比较器232的一输入端接收一第三临界信号VT3，另一输入端接收一电压反馈感测信号VFB，比较运算该第三临界信号VT3与该电压反馈感测信号VFB，用来输出一第二保护信号SPT2到该累进触发单元28。
当电源发生反馈开路而造成输出电压VO过高时，电压反馈感测信号VFB的值也会相对的提高，因此在本第二实施例中是利用此对应关系，使用一反馈比较器232，同时设计该第三临界信号VT3的值来限制电源的峰值输出电压。当电压反馈感测信号VFB的值大于第三临界信号VT3时，反馈比较器232会输出第一次的第二保护信号SPT2到该累进触发单元28，此时累进触发单元28则进行第二保护信号SPT2的累进计数。当累进触发单元28计数第二保护信号SPT2到达一默认值后，即输出一截止信号SOFF到该闩锁单元21，以对驱动信号产生单元10进行闩锁，使得驱动信号产生单元10停止输出驱动信号VPWM到功率开关Q1，用来避免负载端在特定时间内需较大输出电压时进行不当的保护，达到电源实际的过电压保护。
上述说明中，本发明第二实施例是在电源提供输出功率给负载使用时，用来电压反馈感测信号VFB达到第三临界信号VT3的持续时间到达累进触发单元28的默认值(即计数周期TCOUNT)后，本发明过电压保护装置会停止输出驱动信号VPWM到功率开关Q1，以闩锁截止输出电压VO，用来达到电源实际的过电压保护。
另一方面，本发明第二实施例的电路动作原理及其波形比较于第一实施例，仅在累进触发单元28接收的保护信号SPT来源不同外，其余都相同，在此不加赘述。配合图2，图6为本发明第三实施例电路方块示意图。其中该过电压信号检索比较单元23为一过电压比较器231、一反馈比较器232与一连接单元233所组成。过电压比较器231比较运算一第一临界信号VT1与一供应电压感测信号VB，用来产生一第一保护信号SPT1；反馈比较器232比较运算一第三临界信号VT3与一电压反馈感测信号VFB，用来产生一第二保护信号SPT2；连接单元233连接于该过电压比较器231、该反馈比较器232与该累进触发单元28，将该第一保护信号SPT1与该第二保护信号SPT2传送到该累进触发单元28。
当电源发生输出端开路而造成输出电压VO过高时，供应电压感测信号VB与电压反馈感测信号VFB的值也会相对的提高，因此在本第三实施例中利用此对应关系，使用一由过电压比较器231、反馈比较器232与连接单元233所组成的过电压信号检索比较单元23，同时设计该第一临界信号VT1与该第三临界信号VT3的值来调整电源输出电压的临界限制。
当供应电压感测信号VB的值大于第一临界信号VT1，过电压比较器231产生第一保护信号SPT1；或当电压反馈感测信号VFB的值大于第三临界信号VT3时，反馈比较器232也会产生第二保护信号SPT2。第一保护信号SPT1与第二保护信号SPT2通过连接单元233形成保护信号SPT，然后被传送到该累进触发单元28，此时累进触发单元28则进行保护信号SPT的累进计数。当保护信号SPT计数到达一默认值(即计数周期TCOUNT)后，即输出一截止信号SOFF到该闩锁单元21，以对驱动信号产生单元10进行闩锁，使得驱动信号产生单元10停止输出驱动信号VPWM到功率开关Q1，用来避免负载端于特定时间内需较大输出电压时进行不当的保护，达到电源实际的过电压保护。
上述说明中，本发明第三实施例是在电源提供输出功率给负载使用时，用来供应电压感测信号VB达到第一临界信号VT1的持续时间，并且电压反馈感测信号VFB达到第三临界信号VT3的持续时间来判断电源是否有过电压的现象，若是持续时间到达累进触发单元28的默认值(即计数周期TCOUNT)后，本发明过电压保护装置会停止输出驱动信号VPWM到功率开关Q1，以闩锁截止输出电压VO，以达到电源实际的过电压保护。
配合图2，图7为本发明累进触发单元的一实施例电路方块示意图。累进触发单元28包括一维持单元284连接至过电压信号检索比较单元23与振荡器22，接收保护信号SPT与时钟信号CLK，用来延迟保护信号SPT的状态，并输出一上下信号UP/DOWN。一上下计数单元282连接至维持单元284与振荡器22，接收上下信号UP/DOWN与时钟信号CLK以进行计数运算。上下计数单元282根据上下信号UP/DOWN的启用(ON)而使得上下计数单元282可向上计数，并根据上下信号UP/DOWN的停用(0FF)而使得上下计数单元282可向下计数，并于向下计数结束时停止计数，于向上计数结束时输出高电位的截止信号SOFF。其中，时钟信号CLK用来决定驱动信号VPWM的切换频率与维持单元284的维持时间。
上述说明中的维持单元284由两个D型触发器2842与2844来实现，当维持单元284接收到低电位的保护信号SPT时。为了防止接收到瞬间的接地弹跳(ground bounce)或切换突波(switching spike)的噪声，维持单元284需要配合振荡器22产生的时钟信号CLK，用来延迟保护信号SPT的状态，并输出高电位的上下信号UP/DOWN。
再一次参考图2，闩锁单元21可用来一个D型触发器来实现，其时钟端连接到累进触发单元28，接收高电平的截止信号SOFF用来输出低电平的闩锁信号LATCH。低电平的闩锁信号LATCH连接至驱动信号产生单元10中的一D型触发器101的D输入端，使得D型触发器的D输入端为低电位，进而使得驱动信号产生单元10闩锁截止驱动信号VPWM，以达到闩锁保护的目的。当电源受到闩锁保护时，其输出端所连接的电子装置将无法正常运作。
配合图2，请参考图8，为本发明的复位单元电路方块示意图。本发明过电压保护装置所使用的复位单元24连接至闩锁单元21，可以用两种方式来达到输出低电位的复位信号RST，以复位闩锁单元21。复位单元24可以依据电源的重新启动电源而使得供应电源VDD重新启动，来输出复位信号RST，用来进行复位闩锁单元21。该复位单元24也可以根据闩锁信号LATCH产生后一设定时间内，输出复位信号RST，用来进行复位该闩锁单元21。
该复位单元24包含彼此串联连接的晶体管2401、2402与2403所组成的分压电阻，用来输出可反映较低的供应电压VDD的低电压信号VLV。通过反相器2405，该低电压信号VLV控制晶体管2412的导通或截止。一旦可以获得供应电压VDD，并且晶体管2412为截止状态，恒定电流源2411对复位电容2413进行充电。两个NAND门2415与2416组成一SR缓存器。NAND门2415与2416的第一输入端分别连接到NAND门2416与2415的输出端。NAND门2416的第二输入端连接到复位电容2413。通过反相器2404，NAND门2415的第二输入端连接到振荡器22的时钟信号CLK。在NAND门2415的输出端，依据复位电容2413上的低电位产生低电位的复位信号RST。当复位电容2413充电到高电位后，复位信号RST停用，并且产生时钟信号CLK。复位电容2413的电容值与恒定电流源2411的电流值决定复位信号RST的脉冲宽度。
复位单元24又包括晶体管2414、反相器2417与定时器2418。晶体管2414与复位电容2413并联连接，用来对复位电容2413进行放电。定时器2418的输出端控制晶体管2414的导通或截止。定时器2418的时钟端连接到时钟信号CLK，依照时钟信号CLK的时间基准用来产生该时间延迟。通过反相器2417，定时器2418的复位端连接到闩锁信号LATCH，依据闩锁信号LATCH的停用(高电位)，定时器2418的复位端为低电位，定时器2418的输出为低电位，晶体管2414截止。一旦闩锁信号LATCH启用(低电位)，定时器2418的复位端为高电位，定时器2418也将启用。当定时器2418达到它的设定时间，定时器2418的输出为高电位，晶体管2414将导通来对复位电容2413进行放电，并产生复位信号RST来复位闩锁单元21。
综上所述，本发明过电压保护装置不仅提供电源于反馈开路与供应电压过高时，促使电源产生保护动作，更可通过累进计数误动作发生的持续时间，用来避免负载端在特定时间内需较大输出电压时进行不当的保护。因此本发明过电压保护电路可以提供电源供应最完备的保护方案。
以上，虽然公开了本发明优选实施例，但是所述内容并非用于限定本发明，任何本领域熟练技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可以对本发明进行适当的修改和改进，因此本发明的保护范围应该以所附的权利要求所界定范围为准。
权利要求
1.一种过电压保护装置，用于一电源中，取得一感测信号，其特征在于，所述过电压保护装置包括一振荡器，输出一时钟信号；一过电压信号检索比较单元，检索该感测信号并把它和一临界信号进行比较运算，用来输出一保护信号；一累进触发单元，连接于该过电压信号检索比较单元与该振荡器，接收该保护信号与该时钟信号，并累进计数该保护信号，等该保护信号的计数到达一默认值后，即输出一截止信号；一闩锁单元，连接于该累进触发单元，接收该截止信号，输出一闩锁信号；一驱动信号产生单元，连接于该闩锁单元与该振荡器，接收该时钟信号与该闩锁信号，用来停止输出一驱动信号到一功率开关；及一驱动信号控制单元，连接于该驱动信号产生单元，接收该感测信号与一第二临界信号，当该感测信号上升到该第二临界信号时，驱动信号控制单元输出一清除信号到该驱动信号产生单元，用来截止该驱动信号到该功率开关；其中，该闩锁单元控制该驱动信号产生单元，用来闩锁截止该驱动信号到该功率开关。
2.根据权利要求1所述的过电压保护装置，其特征在于，所述电压保护装置进一步包括一复位单元，连接于该闩锁单元与该振荡器，接收该时钟信号与该闩锁信号，并在接收该闩锁信号后一设定时间内，输出一复位信号到该闩锁单元，用来进行复位该闩锁单元。
3.根据权利要求2所述的过电压保护装置，其特征在于，所述复位单元进一步连接一供应电压，根据该电源重新激活电源后接收一低电压信号，以输出一复位信号到该闩锁单元，用来进行复位该闩锁单元。
4.根据权利要求1所述的过电压保护装置，其特征在于，所述过电压信号检索比较单元为一过电压比较器，比较运算一第一临界信号与一供应电压感测信号，用来输出一第一保护信号到该累进触发单元。
5.根据权利要求1所述的过电压保护装置，其特征在于，所述过电压信号检索比较单元为一反馈比较器，比较运算一第三临界信号与一电压反馈感测信号，用来输出一第二保护信号到该累进触发单元。
6.根据权利要求1所述的过电压保护装置，其特征在于，所述过电压信号检索比较单元，包括一过电压比较器，比较运算一第一临界信号与一供应电压感测信号，用来输出一第一保护信号；一反馈比较器，比较运算一第三临界信号与一电压反馈感测信号，用来输出一第二保护信号；及一连接单元，连接于该过电压比较器、该反馈比较器与该累进触发单元，将该第一保护信号与该第二保护信号传送到该累进触发单元。
7.根据权利要求1所述的过电压保护装置，其特征在于，所述累进触发单元，包括一维持单元，连接至该过电压信号检索比较单元与该振荡器，接收该保护信号与该时钟信号，用来延迟该保护信号的状态，并输出一上下信号；及一上下计数单元，连接至该维持单元与该振荡器，接收该上下信号与该时钟信号以进行计数运算，并于向下计数结束时停止计数，于向上计数结束时输出该截止信号。
8.根据权利要求7所述的过电压保护装置，其特征在于，所述上下计数单元，根据该上下信号的启用而向上计数，并根据该上下信号的停用而向下计数。
全文摘要
本发明公开了一种过电压保护装置，该装置包括一振荡器输出一时钟信号，同时，使用一过电压信号检索比较单元检索一感测信号与一临界信号，经比较运算感测信号与临界信号后，输出一保护信号。保护信号被传送到一累进触发单元，累进触发单元依据时钟信号来累进计数该保护信号，等该保护信号的计数到达一默认值后，输出一截止信号到一闩锁单元。闩锁单元受控于截止信号，用来产生一闩锁信号到一驱动信号产生单元，用来停止输出一驱动信号到功率开关，以实现过电压保护。
文档编号H02H3/20GK1862902SQ200510069559
公开日2006年11月15日 申请日期2005年5月13日 优先权日2005年5月13日
发明者杨大勇 申请人:崇贸科技股份有限公司