技术领域
[0001] 本
发明涉及一种保护电路，且特别是一种可提供过
电压保护与过
电流保护的输入保护电路。
背景技术
[0002] 为避免
电子产品损坏，现今的电子产品大都会于电源输入端设置过电源保护电路或过
电压保护电路。然而，现今的过电源保护电路及过电压保护电路过于复杂，不符合电子产品微型化的趋势。
发明内容
[0003] 有鉴于此，如何提供架构简单的输入保护电路，实为业界有待解决的问题。
[0004] 输入保护电路包含电流检测电路、电压检测电路、闩
锁电路和输出电路。电流检测电路用于接收电
力输入，所述电力输入包含输入电压和输入电流，其中当所述输入电流大于
阈值电流时，所述电流检测电路输出控制电流。电压检测电路耦接于所述电流检测电路，其中当所述输入电压大于阈值电压时，所述电压检测电路输出控制电压。闩锁电路耦接于所述电流检测电路和所述电压检测电路，当所述闩锁电路接收到所述控制电压或所述控制电流时，所述闩锁电路所输出的
开关电压等于参考电压。输出电路耦接于所述电流检测电路、所述电压检测电路和所述闩锁电路，当所述开关电压等于所述参考电压时，所述输出电路停止输出所述电力输出。
[0005] 综上所述，输入保护电路以无须外部控制
信号的简单电路架构，实现了过电压保护与过电流保护功能。
[0006] 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
附图作详细说明如下。
附图说明
[0007] 图1为本发明实施例的输入保护电路简化后的功能方
框图；
[0008] 图2为图1的输入保护电路的实施例的电路结构的示意图；
[0009] 图3(a)示出了输入保护电路接收到的电力输入的输入电压的时序变化；
[0010] 图3(b)示出了闩锁电路的第一
节点的电压的时序变化；
[0011] 图3(c)示出了输出电路的第二节点的电压的时序变化；
[0012] 图3(d)示出了输出电路输出的电力输出的时序变化；
[0013] 图4(a)示出了输入保护电路接收到的电力输入的输入电流的时序变化；
[0014] 图4(b)示出了闩锁电路的第一节点的电压的时序变化；
[0015] 图4(c)示出了输出电路的第二节点的电压的时序变化；
[0016] 图4(d)示出了输出电路输出的电力输出的时序变化；
[0017] 图5为图1的输入保护电路的另一实施例的电路结构的示意图。
具体实施方式
[0018] 以下将配合相关附图来说明本发明的实施例。在附图中，相同的标号表示相同或类似的元件或方法流程。
[0019] 图1为本发明实施例的输入保护电路100简化后的功能方框图。如图1所示，输入保护电路100包含电流检测电路110、电压检测电路120、闩锁电路130、输出电路140和
二极管150。其中，输入保护电路100可依据电源电路103提供的电力输入Pin输出电力输出Pout，且输入保护电路100可为后端电路101提供过电压保护机制(overvoltage protection，OVP)与过电流保护机制(overcurrent protection，OCP)。为使图面简洁而易于说明，输入保护电路100中的其他元件与连接关系并未示出于图1中。
[0020] 电流检测电路110包含输入端112、第一输出端114和第二输出端116。电流检测电路110会利用输入端112接收电力输入Pin。在电流检测电路110接收到电力输入Pin之后，电流检测电路110会先检测电力输入Pin的输入电流是否超过阈值电流(threshold current)，再利用第一输出端114输出电力输入Pin。
[0021] 具体而言，当电力输入Pin的输入电流大于阈值电流时，电流检测电路110会利用第二输出端116输出控制电流Ict。
[0022] 电压检测电路120包含输入端122和输出端124，且电压检测电路120的输入端122耦接于电流检测电路110的第一输出端114。电压检测电路120会利用输入端122，自电流检测电路110接收电力输入Pin的一输入电压，以检测电力输入Pin的输入电压是否超过阈值电压(threshold voltage)。
[0023] 具体而言，当电力输入Pin的输入电压大于阈值电压时，电压检测电路120会利用输出端124输出控制电压Vct。
[0024] 闩锁电路130包含输入端132、控制端134和输出端136。闩锁电路130的输入端132耦接于电流检测电路110的第一输出端114，用于自电流检测电路110接收电力输入Pin。闩锁电路130的控制端134耦接于电流检测电路110的第二输出端116和电压检测电路120的输出端124，用于接收控制电压Vct和控制电流Ict。其中，闩锁电路130会依据接收到的控制电压Vct和控制电流Ict，自输出端136输出一开关电压Vsw。
[0025] 具体而言，当闩锁电路130接收到控制电压Vct或控制电流Ict时，闩锁电路130会将开关电压Vsw维持于参考电压。在此情况下，闩锁电路130会判断电力输入Pin的输入电压是否小于失能电压或输入电流是否小于失能电流，若是，闩锁电路130所输出的开关电压Vsw不等于该参考电压。
[0026] 输出电路140包含输入端142、控制端144和输出端146。输出电路140的输入端142耦接于电流检测电路110的第一输出端114。输出电路140的控制端144通过二极管150耦接于闩锁电路130的输出端136。详细而言，二极管150的
阴极端耦接于闩锁电路130的输出端136，二极管150的
阳极端则耦接于输出电路140的控制端144。输出电路140会利用输入端
142自电流检测电路110接收电力输入Pin，并会利用控制端144自闩锁电路130接收开关电压Vsw。输出电路140还会依据接收到的电力输入Pin，自输出端146输出电力输出Pout。其中，当开关电压Vsw等于参考电压时，输出电路140会停止输出电力输出Pout。
[0027] 具体而言，当电力输入Pin的输入电压小于阈值电压，且电力输入Pin的输入电流也小于阈值电流时，闩锁电路130输出的开关电压Vsw不会通过二极管150传递至输出电路140。因此，输出电路140会依据电力输入Pin输出电力输出Pout。
[0028] 另一方面，当电力输入Pin的输入电压大于阈值电压，或是输入电流大于阈值电流时，闩锁电路130输出的开关电压Vsw会等于参考电压且开关电压Vsw会通过二极管150传递至输出电路140。因此，输出电路140不会输出电力输出Pout。
[0029] 由上述可知，当电力输入Pin的输入电压大于阈值电压时，输入保护电路100会提供过电压保护机制。而当电力输入Pin的输入电流大于阈值电流时，输入保护电路100会提供过电流保护机制。
[0030] 图2为图1的输入保护电路100的实施例的电路结构的示意图。如图2所示，电流检测电路110包含输入端112、第一输出端114、第二输出端116、检测
电阻212、分流开关214、稳压电阻216和稳压电容218。检测电阻212耦接输入端112和第一输出端114之间。分流开关214耦接于输入端112和第二输出端116之间。稳压电阻216耦接于第一输出端114和分流开关214的控制端之间。稳压电容218耦接于第一输出端114和分流开关214的控制端之间。
[0031] 在本实施例中，分流开关214被设置为在其控制端接收到
低电压时导通。实作上，分流开关214可使用PNP型双极性晶体管(PNP bipolar transistor)或是P型金属
氧化物
半导体场效晶体管(P-type MOSFET)来实现。
[0032] 电压检测电路120包含输入端122、输出端124和
齐纳二极管(Zener diode)222，齐纳二极管222的阴极端耦接于电压检测电路120的输入端122，阳极端则耦接于电压检测电路120的输出端124。
[0033] 闩锁电路130包含输入端132、控制端134、输出端136、第一电阻231、第二电阻232、第三电阻233、第四电阻234、第五电阻235、第一开关236和第二开关237。第一电阻231的第一端耦接于闩锁电路130的控制端134，第一电阻231的第二端耦接于参考电压Vref。第二电阻232的第一端耦接于闩锁电路130的控制端134。第一开关236的第一端耦接于闩锁电路130的输出端136，第一开关236的控制端(亦即，第一节点N1)耦接于第二电阻232的第二端，第一开关236的第二端耦接于参考电压Vref。第二开关237的第一端耦接于闩锁电路130的输入端132。第三电阻233耦接于第二开关237的第二端和第二电阻232的第二端之间。第四电阻234耦接于闩锁电路130的输入端132和第二开关237的控制端之间。第五电阻235耦接于第二开关237的控制端和闩锁电路130的输出端136之间。
[0034] 在本实施例中，第一开关236被设置为在其控制端接收到高电压时导通，第二开关237被设置为在其控制端接收到低电压时导通。实作上，第一开关236可使用NPN型双极性晶体管(NPN bipolar transistor)或是N型金属氧化物半导体场效晶体管(N-type MOSFET)来实现。第二开关237可使用PNP型双极性晶体管或是P型金属氧化物半导体场效晶体管来实现。
[0035] 输出电路140包含输入端142、控制端144、输出端146、输出开关241、控制开关242、第一分压电阻243、第二分压电阻244、第三分压电阻245。输出开关241耦接于输出电路140的输入端142和输出端146之间。控制开关242耦接于输出开关241的控制端和参考电压Vref之间，且控制开关242的控制端(亦即，第二节点N2)耦接于输出电路140的控制端144。第一分压电阻243耦接于输出电路140的输入端142和输出电路140的控制端144之间。第二分压电阻244耦接于输出电路140的控制端144和参考电压Vref之间。第三分压电阻245耦接于输出电路140的输入端142和输出开关241的控制端之间。
[0036] 二极管150的阳极端耦接于输出电路140的控制端144，二极管150的阴极端耦接于闩锁电路130的输出端136。
[0037] 图1的许多功能方
块的运行方式、耦接关系及优点，同样适用于图2，为简洁起见，在此不重复赘述。
[0038] 以下将配合图3(a)～3(d)和图4(a)～4(d)来进一步说明图2的输入保护电路100的运行方式。请参照图3(a)～3(d)，图3(a)示出了输入保护电路100接收到的电力输入Pin的输入电压的时序变化。图3(b)示出了闩锁电路130的第一节点N1的电压的时序变化。图3(c)示出了输出电路140的第二节点N2的电压的时序变化。图3(d)示出了输出电路140输出的电力输出Pout的时序变化。
[0039] 请同时参照图2和图3(a)～3(d)，在第一时段T1中，电力输入Pin的输入电压没有超过前述的阈值电压，且电力输入Pin的输入电流也没有超过前述的阈值电流。在此情况下，电流检测电路110的分流开关214会处于断开状态，且电压检测电路120的齐纳二极管220会处于逆向
偏压状态。因此，在第一时段T1中，电流检测电路110不会自其第二输出端
116输出控制电流Ict，电压检测电路120不会自其输出端124输出控制电压Vct。
[0040] 亦即，在第一时段T1中，闩锁电路130的控制端134不会接收到控制电压Vct和控制电流Ict。因此，第一节点N1的电压，会是低电平的参考电压Vref，使得第一开关236处于断开状态。在此情况下，闩锁电路130的输出端136的电压以及第二开关237的控制端的电压，会等于电力输入Pin的输入电压。因此，第二开关237会处于断开状态，且开关电压Vsw会等于电力输入Pin的输入电压。
[0041] 在某一实施例中，参考电压Vref可以是接地电压。
[0042] 由于输出电路140的第一分压电阻243和第二分压电阻244，
串联于输出电路140的接收端142和参考电压Vref之间，所以输出电路140的控制端144的电压，会是电力输入Pin的输入电压的分压。因此，于第一时段T1中，二极管150的阴极端会等于电力输入Pin的输入电压，阳极端则会等于电力输入Pin的输入电压的分压。换言之，于第一时段T1中，二极管150会处于逆向偏压状态。
[0043] 由于二极管150于第一时段T1中处于逆向偏压状态，输出电路140于第一时段T1中不会接收到开关电压Vsw。因此，第二节点N2于第一时段T1中会是电力输入Pin的输入电压的分压，而使控制开关242导通。当控制开关242导通时，参考电压Vref会传递至输出开关241的控制端，而使输出开关241导通。如此一来，如图3(d)所示，输出电路140于第一时段T1中，会自其输出端146输出电力输出Pout。
[0044] 在第二时段T2中，电力输入Pin的输入电压超过了阈值电压，但电力输入Pin的输入电流没有超过阈值电流。在此情况下，电流检测电路110的分流开关214会处于断开状态，电压检测电路120的齐纳二极管222则会因为处于逆向崩溃(reverse breakdown)状态而导通。因此，电压检测电路120会输出控制电压Vct，而电流检测电路110则不会输出控制电流Ict。
[0045] 值得注意的是，参考电压Vref与齐纳二极管222的逆向崩溃电压(Zener voltage)，可用于设置阈值电压以决定输入保护电路100提供过电压保护机制的时机。
[0046] 例如，在某一实施例中，齐纳二极管222的逆向崩溃电压为20V，参考电压Vref为0V，则输入保护电路100的阈值电压为20V。亦即，输入保护电路100会于电力输入Pin的输入电压大于20V时，提供过电压保护机制。
[0047] 当闩锁电路130于第二时段T2中接收到控制电压Vct时，如图3(b)所示，第一节点N1的电压会上升，使得第一开关236导通。在此情况下，闩锁电路130的输出端136的电压会等于参考电压Vref，第二开关237的控制端的电压会下降。因此，开关电压Vsw会等于参考电压Vref，且第二开关237会处于导通状态。
[0048] 由于第二时段T2中的开关电压Vsw等于参考电压Vref，二极管150会处于顺向偏压状态。因此，开关电压Vsw会经由二极管150传递至第二节点N2，使得控制开关242处于断开状态。当控制开关242断开时，经由第三分压电阻245，输出开关241的控制端会接收到电力输入Pin的输入电压。因此，输出开关241的控制端的电压会上升，而使输出开关241处于断开状态，进而使输出电路140停止输出电力输出Pout。
[0049] 由上述可知，于第二时段T2中，由于电力输入Pin的输入电压高于阈值电压，输入保护电路100会提供过电压保护机制。
[0050] 值得注意的是，当闩锁电路130的第一开关236和第二开关237都导通时，第一开关236和第二开关237会形成闩锁结构(latch-up structure)。因此，如图3(a)、3(d)所示，一旦电力输入Pin的输入电压超过阈值电压，开关电压Vsw就会维持于参考电压Vref，使输出电路140停止输出电力输出Pout，直到电力输入Pin的输入电压下降至小于一失能电压，而使第一开关236关闭为止。
[0051] 详细而言，于第三时段T3之中，虽然电力输入Pin的输入电压由大于阈值电压下降至小于阈值电压，但由于第二开关237仍处于导通状态，使得第一节点N1的电压仍足以使第一开关236开启。在此情况下，开关电压Vsw仍会维持于参考电压Vref，使输出电路140的输出开关241处于断开状态，进而使输出电路140停止输出电力输出Pout。
[0052] 于第四时段T4中，电力输入Pin的输入电压下降至小于失能电压。在此情况下，第一节点N1的电压会下降至小于失能电压，而使第一开关236处于断开状态。因此，第一开关236和第二开关237便不再形成闩锁结构。
[0053] 如此一来，当输入保护电路100在第五时段T5中接收到电力输入Pin时，输入保护电路100便会执行与第一时段T1中相似的运行而输出电力输出Pout。
[0054] 由上述可知，当电力输入Pin的输入电压超过阈值电压时，可能代表电源电路103不兼容于输入保护电路100和后端电路101。输入保护电路100可通过停止输出电源输出Pout，来提醒使用者将电源电路103更换为其他合适的电源电路。
[0055] 请参照图4(a)～4(d)，图4(a)示出了输入保护电路100接收到的电力输入Pin的输入电流的时序变化。图4(b)示出了闩锁电路130的第一节点N1的电压的时序变化。图4(c)示出了输出电路140的第二节点N2的电压的时序变化。图4(d)示出了输出电路140输出的电力输出Pout的时序变化。
[0056] 在图4(a)～4(d)的第一时段T1中，电力输入Pin的输入电压小于阈值电压，且电力输入Pin的输入电流小于阈值电流。输入保护电路100会进行与图3(a)～3(d)的第一时段T1相似的运行，为简洁起见，在此不再赘述。
[0057] 在图4(a)～4(d)的第二时段T2中，电力输入Pin的输入电压小于阈值电压，但电力输入Pin的输入电流大于阈值电流。在此情况下，电力输入Pin的输入电流在检测电阻212两端所产生的电压差，会使分流开关214的控制端的电压下降至足以导通分流开关214的大小。另一方面，电压检测电路120的齐纳二极管220则会处于逆向偏压状态。因此，电流检测电路110会输出控制电流Ict，但电压检测电路120则不会输出控制电压Vct。
[0058] 实作上，可以通过调整检测电阻212和稳压电阻216的电阻值，来决定阈值电流的大小(亦即，决定分流开关214开启的情境)。
[0059] 当控制电流Ict流经闩锁电路的控制端134和第一电阻231时，闩锁电路130的控制端134的电压会上升。当闩锁电路130的控制端134的电压上升时，如图4(b)所示，第一节点N1的电压会上升，使得第一开关236处于导通状态。在此情况下，闩锁电路130的输出端136的电压会等于参考电压Vref，第二开关237的控制端的电压会下降。因此，开关电压Vsw会等于参考电压Vref，且第二开关237会处于导通状态。
[0060] 换言之，在图4(a)～4(d)的第二时段T2中，闩锁电路130、输出电路140和二极管150的运行，会相似于闩锁电路130、输出电路140和二极管150于图3(a)～3(d)的第二时段T2中的运行，而使得输入保护电路100提供过电流保护机制，为简洁起见，在此不重复赘述。
[0061] 值得注意的是，当电力输入Pin的输入电流超过阈值电流时，闩锁电路130的第一开关236和第二开关237会形成闩锁结构，使得输入保护电路100停止输出电力输出Pout，直到电力输入Pin的输入电流下降至小于一失能电流，而使第一开关236关闭为止。
[0062] 因此，在图4(a)～4(d)的第三时段T3中，虽然电力输入Pin的输入电流由大于阈值电流下降至小于阈值电流，输入保护电路100仍停止输出电力输出Pout。
[0063] 于图4(a)～4(d)的第四时段T4中，电力输入Pin的输入电流下降至小于失能电流。在此情况下，第一节点N1的电压会下降至足以断开第一开关236的大小。因此，第一开关236和第二开关237便不再形成闩锁结构。
[0064] 如此一来，在图4(a)～4(d)的第五时段T5中，当输入保护电路100接收到电力输入Pin时，输入保护电路100便会执行与图4(a)～4(d)的第一时段T1相似的运行而输出电力输出Pout。
[0065] 由上述可知，当电力输入Pin的输入电流超过阈值电流时，可能代表电源供应电路103不兼容于输入保护电路100和后端电路101。输入保护电路100可通过停止输出电源输出Pout，来提醒使用者将电源供应电路103更换为其他合适的电源供应电路。
[0066] 请注意，前述图3(a)～3(d)和图4(a)～4(d)仅为示范性的实施例，并非有意限制本发明的实施方式。例如，在某一实施例中，当电力输入Pin的输入电压超过阈值电压，且电力输入Pin的输入电流超过阈值电流时，闩锁电路130会因为接收到控制电压Vct和控制电流Ict，而使输出电路140停止输出电力输出Pout。
[0067] 图5为图1的输入保护电路100的另一实施例的电路结构的示意图。图5的实施例与图2的实施例相似，差异在于图5以第一PNP型双极性晶体管514、第二PNP型双极性晶体管537、第一NPN型双极性晶体管536、N型金属氧化物半导体场效晶体管542以及P型金属氧化物半导体场效晶体管541，分别取代分流开关214、第二开关237、第一开关236、控制开关242以及输出开关241。
[0068] 图2的许多功能方块的运行方式、连接关系及优点，同样适用于图5，为简洁起见，在此不重复赘述。
[0069] 综上所述，输入保护电路100以无须外部
控制信号的简单电路架构，实现了过电压保护与过电流保护功能。因此，相较于传统的过电压保护电路或过电流保护电路，输入保护电路100具有体积小与高应用弹性的优势。
[0070] 在
说明书及
权利要求中使用了某些词汇来指称特定的元件。然而，所属技术领域中技术人员应可理解，同样的元件可能会用不同的名词来称呼。说明书及权利要求书并不以名称的差异做为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来做为区分的基准。在说明书及权利要求书所提及的“包括”为开放式的用语，故应解释成“包括但不限定于”。另外，“耦接”在此包含任何直接及间接的连接手段。因此，若文中描述第一元件耦接于第二元件，则代表第一元件可通过电性连接或无线传输、光学传输等信号连接方式而直
接地连接于第二元件，或者通过其他元件或连接手段间接地电性或信号连接至该第二元件。
[0071] 虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内，当可作些许的变动与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。
