[发明专利]直流-直流转换器的启动短路保护装置与方法

说明书

技术领域

本发明有关一种直流-直流转换器的过电流保护装置与方法，且特别是有关一种具有软启动功能直流-直流转换器的启动短路保护装置与方法。

背景技术

一般来说，电脑系统中会有一个电源供应器，此电源供应器可提供稳定的直流电压，例如12V或者5V，至电脑系统使得电脑系统可以运作。然而，由于电脑系统中的电子元件(electronic device)，例如中央处理器(CPU)、控制芯片(Chip set)、或者内存(memory)的操作电压(operation voltage)与电源供应器所提供的直流电压并不相同，因此，在电脑系统的主板上必须另行提供一直流-直流转换器(DC-DCconverter)将较高的直流电压(例如12V)降压成为电子元件的操作电压(例如1.3V)。而上述的电子元件即为可视为直流-直流转换器的负载。

请参照图1，其所示为已知直流-直流转换器。直流-直流转换器包括一脉冲宽度调制(pulse width modulation，PWM)单元10、一功率级电路(power stage circuit)30。其中，PWM单元10可以输出第一驱动信号(S1)与第二驱动信号(S2)，而PWM单元10可控制第一驱动信号(S1)与第二驱动信号(S2)的脉冲宽度。

功率级电路30中包括一上功率晶体管(upper power FET，M1)、一下功率晶体管(lower power FET，M2)、一输出电感(output inductor，L)、输出电容(output capacitor，C)。其中，上功率晶体管(M1)的漏极(D)连接至一电压输入端(Vin)，上功率晶体管(M1)的栅极(G)接收第一驱动信号(S1)，上功率晶体管(M1)的源极(S)连接至输出电感(L)的第一端。下功率晶体管(M2)的漏极(D)连接至输出电感(L)的第一端，下功率晶体管(M2)的栅极(G)接收第二驱动信号(S2)，下功率晶体管(M1)的源极(S)连接至接地端(GND)。再者，输出电感(L)的第二端为电压输出端(Vout)，而输出电容C连接于电压输出端(Vout)与接地端(GND)之间。其中，上功率晶体管M1与下功率晶体管M2为n型金属氧化物半导体场效应晶体管(n-MOSFET)。

再者，电压输出端(Vout)连接至主板上的负载端(load)50，因此，输出电压(Vout)以及输出电流(Io)即可供应至负载端50。而直流-直流转换器的电压输出端(Vout)可提供一回馈信号(FB)至PWM单元10，使得PWM单元可以根据输出电压(Vout)的变化来控制第一驱动信号(S1)与第二驱动信号(S2)。

一般来说，当负载端(例如主板或者电子元件)发生短路(short circuit)时，输出电流(Io)会快速上升，因此会造成功率级电路30内的上功率晶体管(M1)、下功率晶体管(M2)、或者输出电感(L)损毁。

因此，为了要保护直流-直流转换器，必须提供一过电流保护装置(over current protecting apparatus)用以检测直流-直流转换器的输出电流(Io)。亦即，当输出电流(Io)超过一保护电流(Iocp)时，电流保护装置可控制PWM单元停止输出第一驱动信号(S1)与第二驱动信号(S2)，因此，直流-直流转换器的输出电流(Io)可快速地降低至零。

请参照图2，其所示为已知过电流保护装置的信号示意图。假设直流-直流转换器启动之前负载端即发生短路。于时间点t1时，直流-直流转换器启动，第一驱动信号(S1)与第二驱动信号(S2)控制上功率晶体管(M1)、下功率晶体管(M2)产生输出电流(Io)。由于负载端50于启动之前已经短路，所以上功率晶体管(M1)、下功率晶体管(M2)快速地产生输出电流至负载端50。

于时间点t2时，输出电流(Io)到达保护电流(Iocp)，因此，过电流保护装置动作并停止PWM单元10继续输出第一驱动信号(S1)与第二驱动信号(S2)，因此，直流-直流转换器的输出电流(Io)可快速地降低至零。再者，由图2中可知，由于负载端50发生短路，因此输出电压(Vout)维持在0V附近，并不随着输出电流(Io)增加而上升。

对于一般的直流-直流转换器过电流保护装置，直流-直流转换器于启动之前负载端已经短路时，输出电流(Io)必须增加至保护电流(Iocp)才可被过电流保护装置检测出并保护。