[发明专利]短路保护电路及其电压调节器

说明书

技术领域

本发明为一种保护电路，且特别指一种电压调节器的短路保护电路。

背景技术

一般汽车用发电机是将引擎的机械能转换成电能，供给电瓶充电，让电瓶能随时保持在充满电的状态下，并且能供应汽车上其他电器使用，进而确保汽车能够持续运转。为了使汽车用的发电机输出的电力不至于过高或过低，汽车内更会设有电压调节器来调节发电机的发电量。当发电机的输出电压过高时，电子开关关闭的时间会延长，以降低励磁线圈的电流，因此电压调节器会经由励磁线圈调整发电机的发电量。当发电机的电压输出过低时，电子开关成导通状态，此时电压调节器则会控制励磁线圈的电流，以调整发电机的发电量。因此，电压调节器具有稳定发电机的输出电压的作用，以确保汽车内部供电能维持在相当的电量，使汽车内电器装置的正常运作。

请参考图1，图1为传统的电压调节器的示意图。发电机12包括整流器124、交流发电机126、以及励磁线圈122。发电机12的励磁线圈122与电压调节器10以及电瓶14耦接。当汽车启动后(图未示)，电压调节器10内的控制单元102选择性地导通电子开关Q1，使得励磁线圈122得以形成激磁电流，以控制发电机12的发电量。所述电子开关可以是金氧半场效晶体管(MOSFET)或绝缘栅极双极性晶体管(IGBT)。图1中的电子开关Q1是以金氧半场效晶体管为例。当控制单元102检测到发电机端点F(+)(励磁线圈122的正接线端)的电压过高时，将电子开关Q1的导通时间缩短。反之，当控制单元102检测到发电机端点F(+)的电压过低时，将电子开关Q1的导通时间延长。

以下以电子开关Q1是金氧半场效晶体管为例子来进一步说明电子开关Q1导通时的电流情况。请同时参考图2A与图2B，图2A为一典型的金氧半场效晶体管的漏极电流、栅极电压与漏极电压之间关系曲线图，图2B为一典型的金氧半场效晶体管的漏极电流随着漏极与源极之间SOA曲线图。以24伏特的电源系统为例，控制单元102导通金氧半场效晶体管Q1时，此时金氧半场效晶体管Q1栅极与源极之间的跨压为10伏特。当短路发生时，励磁线圈122的正接线端F(+)的电压等于励磁线圈122的负接线端F(-)的电压，金氧半场效晶体管Q1的漏极与源极之间的跨压会跟励磁线圈122正接线端F(+)的电压发生同步变动，而流经金氧半场效晶体管Q1的电流大约为90安培(参照图2A)。此时，参照图2B，工作点P1会位在安全操作区域(safe operating area，SOA)外，不利于金氧半场效晶体管Q1。

更进一步的说，目前市面上的金氧半场效晶体管Q1零件特性越来越好，导通电阻Rds(on)越来越小，相对的金氧半场效晶体管Q1漏极与源极之间的跨压Vds(on)越来越低，因此，对既有的电压检测型的短路保护电路越来越不利。换句话说，在正常情况下，金氧半场效晶体管Q1会操作在安全操作区域(safe operating area，SOA)内，但是励磁线圈122发生短路时，因为导通电阻Rds(on)非常小，因此流经金氧半场效晶体管Q1的瞬间电流相对偏高，长时间下来将不利于金氧半场效晶体管Q1，可能导致金氧半场效晶体管Q1损坏。

发明内容

本发明的目的在于利用低成本以及较小的电路设计方式，改善电压检测型短路保护电路。在正常应用下，电子开关驱动能力不变；在短路发生时，电子开关能工作于安全操作区域(safe operating area，SOA)内。

本发明实施例提供一种短路保护电路，耦接于发电机与控制单元之间，该短路保护电路包括：电子开关、电压箝制元件与电阻性元件。

本发明实施例可在12伏特或是24伏特的电源系统下使用，且本发明利用较简易的电路架构来改善既有离散元件保护电路以及集成电路的电路架构，以减少电路成本。

本发明短路保护电路可使电子开关的驱动电压在正常运用下维持在预设电压，而当短路发生时，适当降低电子开关的驱动电压，以抑制流经电子开关的电流，因此，电子开关可工作于安全操作区域内，强化短路保护特性。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，但是此等说明与所附图式仅用来说明本发明，而非对本发明的权利要求范围作任何的限制。

附图说明

图1是传统的电压调节器的示意图。

图2A是一典型的金氧半场效晶体管的漏极电流随着漏极与源极之间的电压变化的特性曲线图。

图2B是一典型的金氧半场效晶体管的漏极电流随着漏极与源极之间的电压变化的特性曲线图。

图3是本发明实施例的短路保护的电路图。