專利名稱：電源保護電路的制作方法
技術領域：
本發明是關于一種電源保護電路，特別是關于一 種電源保護電路可適用于一車用充電器。
背景技術：
人們外出辦公時或外出旅游所攜帶如PDA或是手 機等此類的電子產品常因為配置電池的電量有限，而 讓使用者無法繼續使用此類的產品，于是業者遂開發 出一種車充型充電器來解決上述的電量不足的問題。然而消費者對于車充型充電器的要求，不僅功能 要多，樣式要吸引人，安全性更是重要。且基于安全 考量，車充型充電器在使用的充電電路上都設有保護 機制，以防止車充型充電器因過負載、過電流或短路 的情形發生。而習知車充型充電器所使用的電源保護機制大多 采用至少一種以上的電子元件來作為一保護電路。如 在現有車充型充電器的電源電路上采用突波抑制二極 體(TVS Diode)、突波吸收器(var i s tor)或熱敏電阻 (thermistor)等元件。以突波抑制二極體的電性而言， 突波抑制二極體為箝制電壓抑制器，當電壓加在其兩端時，突波抑制二極體將經由電阻的變化而提供一低 阻抗的路徑， 一旦電壓移走，突波抑制二極體將回復 到其高維持電壓的阻抗。所以，采用突波抑制二極體 則有快速反應時間及適合低電壓的應用等優點。或選 用熱敏電阻作為一保護電路時，當車充型充電器進行 充電，此時，車充熱敏型充電器的電壓與電蕊溫度會 不斷地升高，因此可利用熱敏電阻檢測電子設備中的 過熱現象，可防止電路吸收過大電流，以停止充電及;故電動4乍。雖然前述所提及的電子元件有諸多優點，但不幸 的事，車充型充電器的電源電路在進行充電時，若驅 動源存有 一 異常能量的電壓信號而超過前述所突波抑 制二極體或熱敏電阻所能承載的電氣規格(如時間過 長或電流過大)，則會使此類型電子元件的壽命降低。發明內容因此本發明的目的在于提供一種電源保護電路， 適用于一車用充電器，在此電路包含如金氧半導體電 晶體的 一 切換開關、如雙栽子接面電晶體的 一 偵測元件及一保護電路，其中此保護電路是由多個電阻及所 相應串聯及并聯的稽納二極體所組成。于一實施例中， 一直流電源對車用充電器進行充電的期間(dur ing charging)，偵測元件如果偵測到的電壓高于一臨界電 壓時，會令切換開關呈關閉(off)狀態，藉此使電源保護電路與車用充電器所形成的一充電回路變成斷路， 可避免異常的電壓或電流造成車用充電器損害。而且， 在本發明的電源保護電路所使用的稽納二極體是可根 據所搭配的材料規格而任意設定保護的啟動電壓值以 符合使用設備裝置所需保護電壓的方便性且可設定變 換。根據上述的目的，本發明揭露一種電源保護電路， 適用于車用充電器，此車用充電器至少包含一驅動源， 且驅動源是輸出一電源的電壓至電源保護電路，此電路包含一切換開關、 一偵測元件及一保護電路。切換開 關，用以導通(on)或關閉所接收的電源的電壓。偵測元 件是連接于切換開關，用于偵測電壓是否高于一臨界 電壓而決定是否導通或關閉切換開關。保護電路是連 接于切換開關及偵測元件，用于提供切換開關及偵測 元件的電壓限制保護。當車用充電器充電的過程期間， 偵測元件如果偵測到的電壓高于 一 臨界電壓時，會關 閉切換開關，以令切換開關呈一關閉狀態，藉此使電 源保護電路與車用充電器所形成的 一 充電回路形成斷 路。本發明的有益效果是提出一種電源保護電路，可 以避免異常的電壓或電流造成車用充電器損害，延長 車用充電器的使用壽命。
圖1是本發明的電源保護電路的一方塊示意2是本發明的電源保護電路的一電路示意圖 圖3是 一 直流電源應用于圖2的電路示意號說明1:電源保護電路； ll:驅動源； lll:輸入端； 112:輸出端； 12:切換開關、金氧半導體電晶體；121:源極端 122:閘極端； 123:汲極端；13:偵測器、雙載子接面電晶體；131:射極端； 132:基極端； 133:集極端；14:保護電路；141:第一二極體、第一稽納二極體1411:陰極端； 1 4 2:第 一 電阻； 1 4 2 2:第二端； 1431:第三端； 14 4:第三電阻； 1 442:第六端； 1451:第七端； 146:第五電阻； 1 4 62:第十端； 1471:第 一端；1412:陽極端； 1421:第 一端； 143:第二電阻； 1 4 3 2:第四端； 1441:第五端； 14 5:第四電阻； 1 4 52:第八端； 1461:第九端； 147:電容； 1 4 72:第二端；14 8:第二二極體、第二稽納二極體；1481:陰極端 1 4 8 2:陽極端； 15:電源線；1 6:接地線； I:直流電流；IE:電力t; Ic:電*u 。
具體實施方式
以下詳細地討_淪目前4交佳的實施例。然而應纟皮理 解的是，本發明提供許多可適用的發明觀念，而這些 觀念能被體現于很寬廣多樣的特定具體背景中。所討 論的特定具體的實施例僅是說明使用本發明的特定結 構，而且不會限制本發明的范圍。請參考圖1所示，此圖為本發明的電源保護電路 的方塊示意圖，且此電源保護電路1適用于一車用充 電器。其中此車用充電器至少包含一具一輸入端111 及一輸出端112的驅動源11。而電源保護電路1包含 一切換開關 12、 一偵測器 13及 一 保護電路 14 (protect ion circuit)。 于本實施例中，驅動源11 是采用 一直流電源(DC),以便提供直流功率輸入至電 源保護電路1。而切換開關12是接收由驅動源11的輸 入端111所輸入的一電壓，用以導通(on)或關閉(off) 所接收的電源的電壓。偵測器13是連接于切換開關12， 且于偵測前述電壓是否高于 一 臨界電壓，用以控制切 換開關12導通或關閉。保護電路14是連接于切換開 關12及偵測器13,用以提供切換開關12及偵測器13 的電壓限制保護，可避免異常的電壓或電流而造成電 源保護電路1損害。請參閱圖2所示，此圖為本發明的電源保護電路 的電路示意圖。由圖中可知，此電源保護電路1更包 含一電源線15及一4妄地線16。而前述保護電路14是由 一第一二極體141與一第一電阻142所組成，且第一 二極體141的一陰極端1411 (cathode)連接至電源線 15及第一二極體141的一陽極端1412 (anode)是連接 至接地線16。而第一電阻142是設置在電源線15上， 且第一電阻142的一第一端1421與第一二極體141的 陰極端1411連接至電源線15的一端點。于圖1中所 提及的偵測器13與切換開關12,在本圖中是分別使用 雙載子接面電晶體13 (bipolar junction transistor)及 金 氧 半 導 體 電 晶 體 12 (Metal—Oxide-Semiconductor Field—EffectTransistor, M0SFET),在本實施例中雙載子接面電晶 體13亦為PNP電晶體或NPN電晶體兩者一，以本實施 例，以PNP電晶體13為代表例，以及金氧半導體電晶 體12亦是n-型的MOSFET,簡稱NM0S。且在此電源保 護電路1的電路尚包含有一具一第三端14 31及一第四 端1432的第二電阻143、一具一第五端1441及一第六 端14卩2的第三電阻144、一具一第七端1451及一第八 端1452的第四電阻145、一具一第九端1461及一第十 端1462的第五電阻146、一具一第一端1471及一第二 端1472的電容147以及用于設定前述臨界電壓的一第 二二極體148，以下為本電路的各電子元件的較詳細說明。在第二電阻143、第三電阻144、第四電阻145及 第五電阻146的各端點中，第二電阻143的第三端1431 連4姿于雙載子接面電晶體13的基極端132及第二電阻 143的第四端1432連接第三電阻144的第六端1442。 而第三電阻144的第五端1441與第一電阻142的第二 端1 422連結于電源線15的一端點。第四電阻145的第 七端1451及第八端1 4 5 2分別連接于第一二極體141 的陽極端1412及接地線16。第五電阻146的第九端 1461及第十端146 2是分別連接于第三電阻144的第六 端1 44 2及第二二極體148的一陰極端1481及第二二 極體148的一陽極端1 48 2是連接至接地線16。電容 147的第一端1471及一第二端1 472是分別連接于雙栽 子接面電晶體13的射極端131與基極端132。而金氧 半導體電晶體12的源極端 121 (source)、閘極端 122 (gate)及汲極端12 3 (dra i n)是分別連接雙載子接 面電晶體13的集極端133、第一電阻142的第二端1422 及驅動源11的輸出端112。其中前述第一二極體141 及第二二極體148分別為一第一稽納二極體141及一 第二稽納二極體148 (zener diode)。請參閱圖3所示，此圖是根據圖2的電源保護電 路于充電過程的示意圖。于車用充電器充電時，直流 電源的電流(以下簡稱直流電流I)流向是流經電源保 護電路1而至驅動源11的輸出端112。且在車用充電 器充電前，先由第二稽納二極體148設定一臨界電壓，并由雙載子接面電晶體13偵測所輸入的電壓是否高于 臨界電壓而決定是否導通或關閉切換開關12,如習知 技術所知悉，雙栽子接面電晶體13可由基極端132的 電流控制其集極端133與射極端131間的電流導通程 度。而在正常情況下(也就是直流電源提供的直流功率 其電壓值不超過前述設定臨界電壓時)，所輸出電壓不 會超過第一稽納二極體141的崩饋電壓(breakdown voltage),故第一稽納二極體141會在逆偏但不導通 的工作區。請注意，為能將金氧半導體電晶體12導通， 閘極端122與源極端121必須要傳遞足夠的電流，因 第一稽納二極體141處在不導通的工作區，所以，流 經雙載子接面電晶體13的射極端131的電流"有較大 電流，使得雙載子接面電晶體13的集極端133的電流 Ic也有較大電流，換言之，此種射極端131的電流IE 與集極端133的電流Ie關系是滿足金氧半導體電晶體 12導通的閘極端122與源極端121傳遞足夠的電流的 要求。此時金氧半導體電晶體12的閘極端122亦透過 電源線15、第一電阻142 —直電連到的直流電源的輸 入端111,而金氧半導體電晶體12的源極端121亦透 過雙載子接面電晶體13的集極端133、第四電阻145 一直電連到接地線16，使得金氧半導體電晶體12的閘 極端12 2與源極端121間的電壓大于金氧半導體電晶 體12的啟始電壓而導通。由上述討論可知，在車用電充器于正常充電情況下，因為本發明的電源保護電路1是以雙載子接面電晶體13控制金氧半導體電晶體12，進而控制整個電源 保護電路1的功率傳輸功能。而如習知技術所熟知， 金氧半導體電晶體 12為電壓控制型元件 (voltage-controlled),其閘極端122的阻抗非常大， 尤其在直流操作下，其閘極端122漏電流幾乎等于零。 所以本發明的電源保護電路1 ，于正常充電情況下，是 提供足夠的電流至金氧半導體電晶體12的閘極端I" 與源極端121，以致導通金氧半導體電晶體12。請注 意，本發明的電源保護電路1在正常充電情況下，因 第一稽納二極體141不導通，使得第四電阻H5沒有 電流流過，減少電源保護電路1的功率消耗。再者，本發明的電源保護電路1可防止錯誤的過 電壓(即超過由第二稽納二極體148設定的臨界電壓)。 此直流電源的直流功率其輸入電壓大于臨界電壓，會 使第一稽納二極體141逆偏超過崩饋電壓，而使第一 稽納二極體141導通。第一稽納二極體141導通后， 直流電流I會在第一電阻142的第一端1421分流，換 言之，會有部分電流會流經第一稽納二極體141及第 四電阻145。而為能將金氧半導體電晶體12呈關閉狀 態，只須將閘極端122與源極端121間的電壓移去即 可。此外，流經雙載子接面電晶體13的射極端131的 電流h有較小電流，使得雙載子接面電晶體13的集極 端133的電流Ie也有較小電流，此種射極端131的電流IE電流與集極端133的電流Ic的關系，遂使得金氧 半導體電晶體12的閘極端122與源極端121無法要傳 遞足夠的電流，進而無法導通金氧半導體電晶體12, 因而金氧半導體電晶體12呈關閉關閉狀態。相較于習知技術，本發明所提供的電源保護電路 至少具有一保護電路及一切換開關，可保護車用充電 器避免受到異常的電壓或電流的損害。其中當一反向 直流電壓或是 一 超過 一 臨界電壓的正向直流電壓經由 電源插座的正輸入端及接地端輸入時，此電源保護電 路會關閉金氧半導體電晶體，藉此使電源保護電路與 車用充電器所形成的一充電回路變成斷路。而當一低 于臨界電壓的正向直流電壓經由電源插座的正輸入端 及接地端輸入時，雙載子接面電晶體所提供的電流則 會導通金氧半導體電晶體的閘極端與源極端，并進而 使以使正向直流電壓得已經由雙載子接面電晶體而輸 入至車用充電器的內部電路。請注意，當車用充電器過度充電時，在圖2中的 電源保護電路的第一電阻142亦能提供過電流的保護 機制，及第一稽納二極體141亦能提供雙載子接面電 晶體13的射極端131與集極端133 (V")的電壓限制保 護與金氧半導體電晶體12的閘極端122與源極端 121 (V^)的電壓限制保護。再者，因PNP雙栽子接面電 晶體13為了能使電流更大，通常在基極端132做得較 薄，故電源保護電路亦在雙載子接面電晶體1 3的基極端132連接一第二電阻1"的第三端使得第二 電阻14 3亦能保護PNP雙載子接面電晶體13的基極端 132與射極端131或PNP雙載子接面電晶體的基極端 132與集極端133避免被擊穿。以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明 的精神與范疇，而對其進行的等效修改或變更，均應包含于本發 明的權利要求范圍中。
權利要求
1. 一種電源保護電路，適用于一車用充電器，該車用充電器至少包含一驅動源，輸出一電源的電壓至該電源保護電路，其特征在于，該電源保護電路包含一切換開關，用以導通或關閉所接收的該電源的電壓；一偵測元件，是連接于該切換開關，且該偵測元件用于偵測該電壓是否高于一臨界電壓，以控制該切換開關導通或關閉；以及一保護電路，是連接于該切換開關及該偵測元件，且該保護電路用于提供該切換開關及該偵測元件的電壓限制保護；其中，當該車用充電器充電的過程中，該偵測元件如果偵測到該電壓高于該臨界電壓時，控制該切換開關呈關閉狀態，藉此使該電源保護電路與該車用充電器所形成的一充電回路變成斷路。
2、 如權利要求1所述的電源保護電路，其特征在 于，該驅動源是 一 直流電源。
3、 如權利要求1所述的電源保護電路，其特征在 于，該電源保護電路更包含一電源線及一接地線。
4、 如權利要求1所述的電源保護電路，其特征在于，該保護電路是由一第一二極體與一第一電阻所組 成，該第一二極體的一陰極端連接至該電源線，該第一二極體的一陽極端連接至該接地線，及該第一電阻 的 一 第 一 端與該陰極端連接至該電源線的 一 端點。
5、 如權利要求1所述的電源保護電路，其特征在 于，該偵測元件為 一 雙載子4妻面電晶體。
6、 如權利要求5所述的電源保護電路，其特征在 于，該雙載子接面電晶體為PNP雙栽子接面電晶體。
7、 如權利要求5所述的電源保護電路，其特征在 于，該雙載子接面電晶體的該射極端是與該第一電阻 的一第 一端連接。
8、 如權利要求1所述的電源保護電路，其特征在 于，該電源保護電路更包含一第二二極體。
9、 如權利要求8所述的電源保護電路，其特征在 于，該第二二極體的一陰極端連接至該第一電阻的一 第二端，且該第二 二極體的 一 陽極端連接至該接地線。
10、 如權利要求8所述的電源保護電路，其特征 在于，該臨界電壓是由該第二二極體所設定。
11、 如權利要求1所述的電源保護電路，其特征 在于，該電源保護電路更包含 一 第二電阻。
12、 如權利要求11所述的電源保護電路，其特征 在于，該第二電阻的一第三端連接于該雙載子接面電晶體的該基極端及該第二電阻的 一 第四端連接于該第 二二極體的該陰極端。
13、 如權利要求4所述的電源保護電路，其特征 在于，該第一二極體為一稽納二極體。
14、 如權利要求8所述的電源保護電路，其特征 在于，該第二二極體為一稽納二極體。
15、 如權利要求1所述的電源保護電路，其特征 在于，該切換開關為一金氧半導體電晶體。
16、 如權利要求15所述的電源保護電路，其特征 在于，該金氧半導體電晶體的源極端、閘極端及汲極 端是分別連接該雙載子接面電晶體的該集極端、該第 一電阻的該第二端及該驅動源的輸出端。
17、 如權利要求15所述的電源保護電路，其特征 在于，該金氧半導體電晶體是n-型的M0SFET。
全文摘要
本發明揭露一種電源保護電路，適用于車用充電器，此車用充電器至少包含一驅動源，且驅動源是輸出一電源電壓至電源保護電路，此電路包含一切換開關、一偵測元件及一保護電路。切換開關，用以導通(on)或關閉(off)所接收的電源的電壓。偵測元件連接于切換開關，用于偵測電壓是否高于一臨界電壓而決定是否導通或關閉切換開關。保護電路連接于切換開關及偵測元件，用于提供切換開關及偵測元件的電壓限制保護。當偵測到高于臨界電壓時，偵測元件控制切換開關呈一關閉狀態，藉此使電源保護電路與車用充電器所形成的一充電回路變成斷路。
文檔編號H02H3/20GK101267105SQ20071008654
公開日2008年9月17日 申請日期2007年3月14日 優先權日2007年3月14日
發明者王昭正 申請人:信邦電子股份有限公司