具有过电流与过电压保护功能的升压装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种适于提供直流输出电压给负载的升压装置，其包括:升压式电源转换线路与控制芯片。其中，升压式电源转换线路包括与负载耦接的二极管，且其经配置以接收直流输入电压，并响应于脉宽调制信号而提供直流输出电压给负载。控制芯片耦接升压式电源转换线路，且其经配置以:产生脉宽调制信号来控制升压式电源转换线路的运作;以及于二极管发生开路或短路时，停止输出脉宽调制信号并进入关闭状态，从而保护升压装置及/或负载免于损毁。
【专利说明】 具有过电流与过电压保护功能的升压装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电源转换与供应技术，且特别涉及一种具有过电流与过电压保护功能的升压装置。
【背景技术】
[0002]现有的米用脉宽调制架构为基础(PWM-based)的升压装置(boost apparatus)可经配置以提供直流输出电压给负载使用。然而，当升压装置中位于输出侧(或输出端)的二极管发生开路或短路时，都有可能会导致升压装置中位于功率切换路径上的功率开关损坏(例如短路)，从而造成升压装置内部元件及/或负载的损毁，或者造成应用有升压装置的系统的电源短路与损毁。
【发明内容】
[0003]有鉴于此，本发明提供一种能够检测出位于输出侧(或输出端)的二极管是否发生开路或短路的升压装置，以有效地解决现有技术所述及的问题。
[0004]本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。
[0005]于此，本发明的一示范性实施例提供一种适于提供一直流输出电压给负载的升压装置，其包括:升压式电源转换线路与控制芯片。其中，升压式电源转换线路包括与负载耦接的二极管(其位于升压装置的输出侧/输出端)，且其经配置以接收一直流输入电压，并响应于一脉宽调制信号而提供所述直流输出电压给负载。控制芯片耦接升压式电源转换线路，且其经配置以:产生所述脉宽调制信号来控制升压式电源转换线路的运作；以及于所述二极管发生开路或短路时，停止输出所述脉宽调制信号并进入关闭状态，从而保护升压装置及/或负载免于损毁。
[0006]于本发明的一示范性实施例中，升压式电源转换线路还可以包括:电感、电容、N型功率开关，以及第一电阻。其中，电感的第一端用于接收所述直流输入电压，而电感的第二端则耦接至所述二极管的阳极，且所述二极管的阴极会耦接至负载并提供所述直流输出电压给负载。电容的第一端耦接所述二极管的阴极，而电容的第二端则耦接至接地电位。N型功率开关的漏极耦接所述二极管的阳极，而N型功率开关的栅极则用于接收所述脉宽调制信号。第一电阻的第一端耦接N型功率开关的源极，而第一电阻的第二端则耦接至所述接地电位。
[0007]于本发明的一示范性实施例中，控制芯片可以内建有一默认过电流保护参考电压且具有一只耦接至第一电阻的第一端的过电流保护检测脚位。在此条件下，当流经第一电阻的电流过流时，第一电阻的跨压会高于所述默认过电流保护参考电压，以使控制芯片停止输出所述脉宽调制信号。甚至，当所述二极管短路时，第一电阻的跨压亦会高于所述默认过电流保护参考电压，以使控制芯片停止输出所述脉宽调制信号并进入所述关闭状态。
[0008]于本发明的一示范性实施例中，升压式电源转换线路还可以包括:第二电阻与第三电阻。其中，第二电阻的第一端耦接所述二极管的阴极。第三电阻的第一端耦接第二电阻的第二端，而第三电阻的第二端则耦接至所述接地电位。另外，控制芯片还可以内建有一默认过电压保护参考电压且具有一只耦接至第三电阻的第一端的过电压保护检测脚位。在此条件下，当所述直流输出电压过压时，第三电阻的跨压会高于所述默认过电压保护参考电压，以使控制芯片停止输出所述脉宽调制信号。甚至，在升压装置处于正常运作下，当所述二极管开路时，第三电阻的跨压会低于一设定电压，且控制芯片会响应于所述二极管的开路而持续输出具有最大占空比的所述脉宽调制信号。当第三电阻的跨压低于所述设定电压且具有最大占空比的所述脉宽调制信号持续被输出时，则控制芯片会停止输出所述脉宽调制信号并进入所述关闭状态。
[0009]基于上述，本发明所提的升压装置可以在位于输出侧/输出端的二极管发生开路或短路时，使得控制芯片启动保护机制以停止输出用于控制升压式电源转换线路的运作的脉宽调制信号，并且进入至关闭状态。如此一来，即可避免位于功率切换路径上的N型功率开关造成例如短路的损坏，从而避免升压装置内部元件及/或负载造成损毁，或者避免应用有升压装置的系统造成电源短路与损毁。
[0010]为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
[0011]然而，应了解的是，上述一般描述及以下【具体实施方式】仅为例示性及阐释性的，其并不能限制本发明所欲主张的范围。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]下面的所附图式是本发明说明书的一部分，其显示了本发明的示例实施例，所附图式与说明书的描述一起说明本发明的原理。
[0013]图1为本发明一示范性实施例的升压装置10的系统方块图；
[0014]图2为图1的升压装置10的实施示意图。
[0015]【附图标记说明】
[0016]10:升压装置
[0017]101:升压式电源转换线路
[0018]103:控制芯片
[0019]105:电阻电容网络
[0020]20:负载
[0021]L:电感
[0022]Q:N型功率开关
[0023]D: 二极管
[0024]C:电容
[0025]Rcs、Rl、R2:电阻
[0026]DC_IN:直流输入电压
[0027]DC_0UT:直流输出电压
[0028]VRCS、VR2:跨压
[0029]Vfb:反馈电压
[0030]Vocp_ref:默认过电流保护参考电压
[0031]Vovp_ref:默认过电压保护参考电压
[0032]IRCS:电流
[0033]GPff:脉宽调制信号
[0034]VDD:电源脚位
[0035]GND:接地脚位
[0036]0VP:过电压保护检测脚位
[0037]0CP:过电流保护检测脚位
[0038]OUT:输出脚位
[0039]CMP:补偿脚位
[0040]INN:反馈脚位
[0041]EA:芯片致能脚位
【具体实施方式】
[0042]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。凡可能之处，在图式及实施方式中使用相同标号的元件/构件代表相同或类似部分。
[0043]图1为本发明一示范性实施例的升压装置(boost apparatus) 10的系统方块图，而图2为图1的升压装置10的实施示意图。请一并参照图1与图2，升压装置10适于提供直流输出电压(DC output voltage) DC_0UT给任何类型的负载20。升压装置10包括:升压式电源转换线路(boost power convers1n circuit) 101、控制芯片(control chip) 103,以及电阻电容网络(RC network) 105。
[0044]于本示范性实施例中，升压式电源转换线路101可经配置以接收直流输入电压(DC input voltage) DC_IN,并响应于来自控制芯片103的脉宽调制信号(pulse-width-modulat1n signal, PWM signal)GPW 而提供直流输出电压 DC_0UT 给负载20。
[0045]举例来说，升压式电源转换线路101可以包括:与负载20耦接的二极管D (d1de，例如位于升压装置10的输出侧/输出端的肖特基(Schottky) 二极管，但并不限制于此)、电感(inductor) L、电容(capacitor) C、N 型功率开关(N-type power switch) Q,以及电阻(resistor) (Rcs，Rl，R2)。其中，N型功率开关Q可采以N型功率金属氧化物半场效晶体管(N-type power M0SFET)来实施,但并不限制于此。
[0046]电感L的第一端用于接收(或耦接)直流输入电压DC_IN，而电感L的第二端则耦接至二极管D的阳极(anode)，且二极管D的阴极(cathode)会耦接至负载20并提供直流输出电压DC_0UT给负载20。电容C的第一端耦接二极管D的阴极，而电容C的第二端则耦接至接地电位(OV)。
[0047]N型功率开关Q的漏极(drain)耦接二极管D的阳极，而N型功率开关Q的栅极(gate)则用于接收来自控制芯片103所输出的脉宽调制信号GPW。电阻Rcs的第一端耦接N型功率开关Q的源极(source)，而电阻Rcs的第二端则耦接至接地电位。电阻(Rl，R2)串接于二极管D的阴极与接地电位之间，亦即:电阻Rl的第一端耦接二极管D的阴极、电阻R2的第一端耦接电阻Rl的第二端，而电阻R2的第二端则耦接至接地电位。
[0048]另一方面，控制芯片103可以具有多只脚位，例如:电源脚位VDD、接地脚位GND、芯片致能脚位(chip enable pin)EA、输出脚位OUT、过电流保护检测脚位0CP、过电压保护检测脚位0VP、反馈脚位INN，以及补偿脚位CMP。当然，基于实际设计/应用需求，可以对控制芯片103增设其它的功能脚位，或者删除控制芯片103既有的功能脚位。基本上，为了要让控制芯片103得以正常地运作，电源脚位VDD会接收操作所需的直流输入电压DC_IN，而接地脚位GND会耦接至接地电位。如此一来，控制芯片103即可对直流输入电压DC_IN进行转换(例如:升/降压)以获得其内部电路(未绘示)所需的工作电压。
[0049]于本示范性实施例中，控制芯片103耦接升压式电源转换线路101，且其经配置以:产生脉宽调制信号GPW，并通过耦接至N型功率开关Q的栅极的输出脚位OUT以输出脉宽调制信号GPW来控制升压式电源转换线路101的运作；以及于二极管D发生开路或短路时，停止输出脉宽调制信号GPW并进入关闭状态(shutdown/inactivat1n status),从而保护升压装置10及/或负载20免于损毁。
[0050]更清楚来说,控制芯片103可以内建有默认过电流保护参考电压(predeterminedOCP reference voltage, Vocpref)与默认过电压保护参考电压(predetermined OVPreference voltage, Vovp ref),且其过电流保护检测脚位OCP与过电压检测脚位OVP会各别耦接至电阻Rcs与R2的第一端。
[0051]于本示范性实施例中，当流经电阻Rcs的电流IKc;s过流时，电阻Rcs的跨压\cs会高于控制芯片103所内建的默认过电流保护参考电压Vtjep reftl在此条件下，控制芯片103将会停止输出脉宽调制信号GPW，以启动过电流保护机制。另外，当二极管D短路时，电阻Rcs的跨压\cs会响应于来自电容C的电流而异常地提升，且会高于控制芯片103所内建的默认过电流保护参考电压Vtcp Mf。在此条件下，控制芯片103亦会停止输出脉宽调制信号GPW并进入关闭状态，从而保护升压装置10及/或负载20免于受到二极管D的短路的影响而损毁。
[0052]另外，当直流输出电压DC_0UT过压时，电阻R2的跨压VR2会高于控制芯片103所内建的默认过电压保护参考电压Vtjvp Mf。在此条件下，控制芯片103将会停止输出脉宽调制信号GPW，以启动过电压保护机制。
[0053]除此之外，在升压装置10处于正常运作下，当二极管D开路时，电阻R2的跨压Vk2会响应于直流输出电压DC_0UT无法被建立的缘故而低于一设定电压(例如:60mV，但并不限制于此)。而且，控制芯片103亦会响应于二极管D的开路而持续输出具有最大占空比(maximum duty cycle,例如:95%,但并不限制于此)的脉宽调制信号GPW(因无直流输出电压DC_0UT被输出的缘故)。
[0054]因此，当电阻R2的跨压Vk2低于设定电压(例如:60mV，但并不限制于此)，且具有最大占空比(例如:95%，但并不限制于此)的脉宽调制信号GPW持续被输出时，则控制芯片103就会判定二极管D已经开路，以停止输出脉宽调制信号GPW并且进入关闭状态，从而保护升压装置10及/或负载20免于受到二极管D的开路的影响而损毁。
[0055]另一方面，为维持升压装置10的稳定度，于本示范性实施例中，可以将电阻电容网络105(例如:串接的电阻电容，但并不限制于此)耦接至控制芯片103的补偿脚位CMP(或配置于控制芯片103的补偿脚位CMP与接地电位之间)。在实际应用上，电阻电容网络105可经配置以稳定控制芯片105所输出的脉宽调制信号GPW，进而稳定升压式电源转换线路101所提供的直流输出电压DC_OUT。再者，控制芯片103亦可通过其反馈脚位INN以接收关联于直流输出电压DC_OUT或负载20的反馈电压(feedback voltage, Vfb)，以调整直流输出电压DC_0UT至一默认值/设定值/既定值。
[0056]除此之外，一且控制芯片103响应于二极管D的开路或短路或者响应于过电流或过电压的现象而进入关闭状态的话，则外部可通过控制芯片103的芯片致能脚位EA以对控制芯片103进行重置(reset)，以使得控制芯片103从关闭状态恢复至开启状态(activat1n status)。
[0057]综上所述，本发明所提的升压装置10可以在位于输出侧/输出端的二极管D发生开路或短路时，使得控制芯片103启动保护机制以停止输出用于控制升压式电源转换线路101的运作的脉宽调制信号GPW，并且进入至关闭状态。如此一来，即可避免位于功率切换路径上的N型功率开关Q造成例如短路的损坏，从而避免升压装置10内部元件及/或负载20造成损毁，或者避免应用有升压装置10的系统造成电源短路与损毁。
[0058]在此值得一提的是，若负载20为发光二极管负载(LED load)的话，则升压装置10可以应用在液晶显示(IXD)领域中的背光源驱动(backlight driving);另外,若负载20为电路系统负载(circuit system load)的话,贝U升压装置10可以应用在电源转换领域中的恒定电压供应(constant voltage supplying),但是本示范性实施例所提的升压装置10的应用范围并不以此为限制。
[0059]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种升压装置，适于提供一直流输出电压给一负载，该升压装置包括: 一升压式电源转换线路，包括一与该负载耦接的二极管，且其经配置以接收一直流输入电压，并响应于一脉宽调制信号而提供该直流输出电压给该负载；以及 一控制芯片，耦接该升压式电源转换线路，且其经配置以:产生该脉宽调制信号来控制该升压式电源转换线路的运作；以及于该二极管发生开路或短路时，停止输出该脉宽调制信号并进入一关闭状态，从而保护该升压装置及/或该负载免于损毁。
2.如权利要求1所述的升压装置，其中该升压式电源转换线路还包括: 一电感，其第一端用于接收该直流输入电压，而其第二端则耦接至该二极管的阳极，其中该二极管的阴极耦接至该负载并提供该直流输出电压给该负载； 一电容，其第一端耦接该二极管的阴极，而其第二端则耦接至一接地电位； 一 N型功率开关，其漏极耦接该二极管的阳极，而其栅极则用于接收该脉宽调制信号；以及 一第一电阻，其第一端耦接该N型功率开关的源极，而其第二端则耦接至该接地电位。
3.如权利要求2所述的升压装置，其中该二极管为一肖特基二极管。
4.如权利要求2所述的升压装置，其中: 该控制芯片内建有一默认过电流保护参考电压且具有一耦接至该第一电阻的第一端的过电流保护检测脚位；以及 当流经该第一电阻的电流过流时，该第一电阻的跨压会高于该默认过电流保护参考电压，以使该控制芯片停止输出该脉宽调制信号。
5.如权利要求2所述的升压装置，其中当该二极管短路时，该第一电阻的跨压会高于该默认过电流保护参考电压，以使该控制芯片停止输出该脉宽调制信号并进入该关闭状态。
6.如权利要求2所述的升压装置，其中该升压式电源转换线路还包括: 一第二电阻，其第一端耦接该二极管的阴极；以及 一第三电阻，其第一端耦接该第二电阻的第二端，而其第二端则耦接至该接地电位。
7.如权利要求6所述的升压装置，其中: 该控制芯片内建有一默认过电压保护参考电压且具有一耦接至该第三电阻的第一端的过电压保护检测脚位；以及 当该直流输出电压过压时，该第三电阻的跨压会高于该默认过电压保护参考电压，以使该控制芯片停止输出该脉宽调制信号。
8.如权利要求6所述的升压装置，其中: 在该升压装置处于一正常运作下，当该二极管开路时，该第三电阻的跨压会低于一设定电压，且该控制芯片会响应于该二极管的开路而持续输出具有一最大占空比的该脉宽调制信号；以及 当该第三电阻的跨压低于该设定电压且具有该最大占空比的该脉宽调制信号持续被输出时，则该控制芯片会停止输出该脉宽调制信号并进入该关闭状态。
9.如权利要求2所述的升压装置，其中该控制芯片具有一输出脚位，耦接该N型功率开关的栅极以输出该脉宽调制信号。
10.如权利要求1所述的升压装置，其中该控制芯片具有一补偿脚位，且该升压装置还包括: 一电阻电容网络，耦接该补偿脚位，且其经配置以使该升压式电源转换线路稳定地提供该直流输出电压。
11.如权利要求1所述的升压装置，其中该控制芯片具有一反馈脚位以接收关联于该直流输出电压或该负载的一反馈电压，以调整该直流输出电压。
12.如权利要求1所述的升压装置，其中该控制芯片具有一芯片致能脚位以供一外部对该控制芯片进行重置而从该关闭状态恢复至一开启状态。
13.如权利要求1所述的升压装置，其中:该控制芯片具有一电源脚位以接收操作所需的该直流输入电压；以及该控制芯片还具有一接地脚位以耦接至该接地电位。
【文档编号】H02H7/12GK104426367SQ201310366064
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年8月20日 优先权日:2013年8月20日
【发明者】林久渊, 洪建邦, 容光宇 申请人:硕颉科技股份有限公司