TWI497682B - 具有電路損壞保護機制之積體電路及其方法 - Google Patents

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Description

具有電路損壞保護機制之積體電路及其方法
本發明係關於一種具有電路損壞保護機制之積體電路及其方法。
直流對直流電壓轉換器，例如低壓降線性穩壓器(Low Dropout Linear Regulator,LDO)或是切換式穩壓器(Switching Regulator)，係用以轉換一輸入電壓至一穩定的輸出電壓，以提供負載電流。一般而言，習知的直流對直流電壓轉換器包含一保護電路，例如一過大電流保護電路，以於不正常運作情況下保護包含該習知的直流對直流電壓轉換器之一電路系統。習知的過大電流保護電路通常包含一過大電流感測電路及一過大電流控制電路。當該過大電流感測電路感測到大於一臨界電流之一負載電流時，該過大電流控制電路會關閉連接於該電壓轉換器的輸入端和輸出端之間的一功率電晶體，以保護該電路系統。
然而，由於該功率電晶體寄生的本體二極體(body diode)之逆向恢復(reverse recovery)特性，在逆向恢復期間該功率電晶體上會出現電壓突波(voltage spike)現象。此外，一些其他因素，例如電流跳動(current bouncing)、電荷注入效應(charge injection)或雜訊干擾，也可能產生電壓突波現象。此等電壓突波現象可能使過大電流保護電路誤動作，而不正確的關閉該功率電晶體。
本發明的目的係提供一種有電路損壞保護機制之積體電路。根據本發明一實施例，該積體電路包含一比較器、一第一電阻及一高通濾波電路。該第一電阻之一端耦接於一參考電位，另一端與該比較器之一第一輸入端耦接於一第一節點。該高通濾波電路之一端耦接於該第一節點，另一端與該比較器之一第二輸入端及一電壓信號端耦接於一第二節點。其中，當過大電流事件發生於該電壓信號端時，該比較器經配置以輸出一過大電流保護信號。另，當突波電流事件發生於該電壓信號端時，該比較器不會輸出該過大電流保護信號。
本發明的另一目的係提供一種電路損壞保護機制之方法，其步驟包含(a)輸入一第一電壓及一第二電壓；(b)判斷該第二電壓是否代表一突波電壓；(c)判斷該第二電壓之電壓值是否高於該第一電壓之電壓值。其中該第一電壓具有一固定電壓值，而該第二電壓具有一變動電壓值。
上文已經概略地敍述本揭露之技術特徵，俾使下文之本揭露詳細描述得以獲得較佳瞭解。構成本揭露之申請專利範圍標的之其它技術特徵將描述於下文。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者應可瞭解，下文揭示之概念與特定實施例可作為基礎而相當輕易地予以修改或設計其它結構或製程而實現與本揭露相同之目的。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者亦應可瞭解，這類等效的建構並無法脫離後附之申 請專利範圍所提出之本揭露的精神和範圍。
圖1係本發明一實施例之具有電路損壞保護機制之積體電路10的示意圖。在此一實施例中，該具有電路損壞保護機制之積體電路10包含一比較器11、一第一電阻12及一高通濾波電路15。該第一電阻12之一端耦接於一參考電位VREF，另一端與該比較器11之一第一輸入端耦接於一第一節點A。該高通濾波電路15之一端耦接於該第一節點A，另一端與該比較器11之一第二輸入端及一電壓信號端13耦接於一第二節點B。
參照圖1，在本實施例中，該高通濾波電路15係由一電容153所組成。該電容153之一端耦接於該第一節點A，另一端耦接於該第二節點B。當一過大電流事件所產生的電壓信號發生於該電壓信號端13時，該比較器11經配置以輸出一過大電流保護信號OCP。當一突波電流事件所產生的電壓信號發生於該電壓信號端13時，該比較器11則不會輸出該過大電流保護信號OCP。
圖2係本發明另一實施例之具有電路損壞保護機制之積體電路20的示意圖。相較於圖1，該高通濾波電路15'係由一第二電阻151和一電容155所組成。該第二電阻151之一端經配置以與該電容155串聯，而另一端耦接於該放大器11之該第一節點A。該電容155之一端耦接於該第二電阻151，而另一端耦接於該第二節點B。圖1和圖2之元件僅例示 該高通濾波電路的兩種可能組成方式，然而，本發明不應以此為限。
圖3係本發明一實施例之具有電路損壞保護機制之積體電路在遭遇過大電流事件發生時之波形示意圖。圖4係本發明一實施例之具有電路損壞保護機制之積體電路觸發過大電流保護信號之波形示意圖。
參照圖1至圖4，來自一電壓轉換器(圖中未示)之一負載電流會經由一電流/電壓轉換器(圖中未示)以轉換成一電壓信號VB 。該電壓信號VB 再經由該電壓信號端13傳輸至該比較器11的第二輸入端。當負載電流增加時，該電壓信號VB 亦隨之增加。在時點t時，該電壓信號VB 超過在第一節點A之一臨界電壓信號VA (其值=VREF)，使得該比較器11發出一過大電流保護信號OCP，如圖4所示。該信號OCP後續會觸發過大電流保護機制以保護該電壓轉換器不致損壞。
圖5係為本發明一實施例之具有電路損壞保護機制之積體電路在遭遇突波電流事件發生時之波型示意圖。在突波電流事件發生前，臨界電壓信號VA' 之電壓值等於VREF。在突波電流事件發生時，例如前述由於本體二極體之逆向恢復特性所產生的電壓突波，該突波電流信號會經由該電流/電壓轉換器轉換成一突波電壓信號VS 。該突波電壓信號VS 再經由該電壓信號端13傳輸至該比較器11的第二輸入端。此時，由於該高通濾波電路15/15'的高頻特性，該突波電壓信號VS 之交流成分會與該參考電位VREF疊加而增加臨界電壓信號VA' 的電壓值。在該比較器11的第一輸入端處的該臨界電壓信號VA' 此時會高於該比較器11的第二輸入端處的該突波電壓信號VS ，所以該比較器11不會發出該過大電流保護信號OCP。因此，該具有電路損壞保護機制之積體電路於逆向恢復期間，不會使該比較器11誤動作，而不正確的關閉該電壓轉換器之功率電晶體。
為了說明本發明一實施例之具有電路損壞保護機制之積體電路中第一電阻12、第二電阻151及該電容153/155的選擇，特以下例說明，但本發明不應以此為限。
如欲避免圖5所示的具有100 nS(奈秒)脈波寬度的突波電流事件之影響，該電容153/155之容值C及該比較器11之輸入端電容之容值Cin 可符合下列條件：C>>10 Cin
此外，該第一電阻12之阻值R1及第二電阻151之阻值R2之選擇可符合下列條件：
其中，K1較佳可選擇為100以上，K2為介於1至20之間之常數。在圖5之實施例中K2選擇為5。
綜上所述，該具有電路損壞保護機制之積體電路之電路損壞保護方法如圖6所示。
圖6係為本發明一實施例之電路損壞保護方法的流程圖。參照圖6，於步驟S501，該具有電路損壞保護機制之積體電路之一比較器接收一第一電壓及一第二電壓，其中該第一電壓具有一預設的電壓值VREF，而該第二電壓具有一變動的電壓值。
於步驟S503，判斷該第二電壓是否代表一突波電壓。如果該第二電壓代表一突波電壓，則進行步驟S505。於步驟S505，提昇該第一電壓之電壓值使其高於該第二電壓，以及進行步驟S507以不輸出過大電流保護信號。其中，該第一電壓之電壓值之提昇可藉由一電容以疊加該突波電壓之交流值和該第一電壓之預設電壓值。
反之，如該第一電壓不代表一突波電壓，則進行步驟S502。於步驟S502，判斷該第二電壓之電壓值是否高於該第一電壓之電壓值。如該第二電壓之電壓值高於該第一電壓之電壓值時，則進行步驟S504，輸出一過大電流保護信號。反之，則進行步驟S507以不輸出過大電流保護信號。
本發明之技術內容及技術特點已揭示如上，然而熟悉本項技術之人士仍可能基於本發明之教示及揭示而作種種不背離本發明精神之替換及修飾。因此，本發明之保護範圍應不限於實施例所揭示者，而應包括各種不背離本發明之替換及修飾，並為以下之申請專利範圍所涵蓋。
10‧‧‧具有電路損壞保護機制之積體電路
20‧‧‧具有電路損壞保護機制之積體電路
11‧‧‧比較器
12‧‧‧第一電阻
13‧‧‧電壓信號端
15,15’‧‧‧高通濾波電路
151‧‧‧第二電阻
153‧‧‧電容
155‧‧‧電容
A‧‧‧第一節點
B‧‧‧第二節點
S501~S507‧‧‧步驟
圖1係本發明一實施例之具有電路損壞保護機制之積體電路的示意圖；圖2係本發明另一實施例之具有電路損壞保護機制之積體電路的示意圖；圖3係本發明一實施例之具有電路損壞保護機制之積體電路在遭遇過大電流事件發生時之波形示意圖；圖4係本發明一實施例之具有電路損壞保護機制之積體電路觸發過大電流保護信號之波形示意圖；圖5係為本發明一實施例之具有電路損壞保護機制之積體電路在遭遇突波電流事件發生時之波型示意圖；及圖6係為本發明一實施例之電路損壞保護方法的流程圖。
10‧‧‧具有電路損壞保護機制之積體電路
11‧‧‧比較器
12‧‧‧第一電阻
13‧‧‧電流信號端
15‧‧‧高通濾波電路
153‧‧‧電容
A‧‧‧第一節點
B‧‧‧第二節點

Claims (10)

  1. 一種具有電路損壞保護機制之積體電路，包含：一比較器；一第一電阻，其一端耦接於一參考電位，另一端與該比較器之一第一輸入端耦接於一第一節點；以及一高通濾波電路，其一端耦接於該第一節點，另一端與該比較器之一第二輸入端及一電壓信號端耦接於一第二節點；其中，當過大電流事件發生於該電壓信號端時，該比較器經配置以輸出一過大電流保護信號；且其中，當突波電流事件發生於該電壓信號端時，該比較器不會輸出該過大電流保護信號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之積體電路，其中該高通濾波電路包含：一電容，其一端耦接於該第一節點，另一端耦接於該第二節點。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之積體電路，其中該高通濾波電路包含：一第二電阻，其一端耦接於該第一節點；以及一電容，其一端耦接於該第二電阻之另一端，而另一端耦接於該第二節點。
  4. 如申請專利範圍第2項或第3項所述之積體電路，其中該電容之容值係使用以下公式計算：C>10*Cin，其中C代表該電容之容值，Cin代表該比較器之輸入端電容之容值。
  5. 如申請專利範圍第2項或第3項所述之積體電路，其中該第二電阻之阻值係使用以下公式計算：R=(K1*T)/(2*π*C)，其中R代表該第二電阻之阻值，K1代表介於1至10之間之一常數值，T代表該突波電流事件之脈波寬度，C代表該電容之容值。
  6. 如申請專利範圍第2項或第3項所述之積體電路，其中該第一電阻之阻值係使用以下公式計算：R>(100*T)/(2*π*C)，其中R代表該第一電阻之阻值，T代表該突波電流事件之脈波寬度，C代表該電容之容值。
  7. 一種電路損壞保護機制之方法，其步驟包含：(a)輸入一負載電流；(b)輸入一第一電壓及與該負載電流有關之一第二電壓；(c)判斷該第二電壓是否代表一突波電壓；以及(d)判斷該第二電壓之電壓值是否高於該第一電壓之電壓值；其中該第一電壓具有不隨該負載電流變動之一固定電壓值，而該第二電壓具有隨該負載電流變動之一變動電壓值。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中步驟(b)另包含當該第二電壓代表該突波電壓時，提昇該第一電壓之電壓值使其高於該第二電壓之電壓值而不輸出一過大電流保護信號。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該第一電壓之電壓值之提昇可藉由一電容以疊加該突波電壓之交流值和該第一電壓之固定電壓值。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中步驟(b)另包含當 該第二電壓不代表該突波電壓時，則進行步驟(c)，且在步驟(c)中當該第二電壓之電壓值高於該第一電壓之電壓值時，則輸出一過大電流保護信號，而當該第二電壓之電壓值低於該第一電壓之電壓值時，則不輸出該過大電流保護信號。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2002084173A (ja) * 2000-09-11 2002-03-22 Mitsubishi Electric Corp 電力用半導体装置及び過電流保護回路
US20060114633A1 (en) * 2004-05-25 2006-06-01 Yazaki Corporation Overcurrent detecting apparatus
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