CN103001204B - 过电压保护电路及具有该过电压保护电路的可携式电子装置 - Google Patents

Abstract

一种过电压保护电路及具有该过电压保护电路的可携式电子装置，其当输入电压超过可携式电子装置中内部电路单元所能承受的额定电压时，用于产生过电压保护(over voltage protection)；其中，该输入电压通过限压单元与分压模块分别地产生参考电压与分压电压以传送至比较模块进行比较，且在比较该参考电压与该分压电压之后产生开关讯号以控制开关单元决定是否将该输入电压供应给至该内部电路单元，该分压模块可用于设定该内部电路单元可承受的最大的额定电压，并且让该过电压保护电路可在不受温度的影响下，达成该可携式电子装置的过电压保护。

Description

过电压保护电路及具有该过电压保护电路的可携式电子装置

技术领域

本发明关于一种过电压保护电路，特别的是当超过可携式电子装置的内部电路单元所能承受的额定电压时所产生的过电压保护。

背景技术

现有技术中，可携式电子装置可通过电源供应连接器(adapter)接收外部的输入电压，以使得该输入电压可通过该连接器作用于该可携式电子装置，例如执行对该可携式电子装置进行电源供应的作用。

然而，随着用户身边可携式电子装置的增多，各类型的电源供应连接器也随之增多，但往往该等电源供应连接器具有不同的电气特性，例如不同额定的输入/输出电压。若使用者错误使用电源供应连接器，将会直接地对可携式电子装置造成损坏。举例而言，一个可携式电子装置内包含电池、电子组件与电子电路等内部电路单元，该等内部电路组件具有额定最大能够承受的电压为12伏特，若使用者误将高于12伏特的电压直接地供应至该可携式电子装置，则该可携式电子装置内的电池、电子组件与电子电路很有可能遭受到的高压的破坏而无法动作。

故有需要通过本发明所提供的过电压保护，用以解决现有技术的缺失。

发明内容

本发明的一目的是提供一种过电压保护电路，用以保护该可携式电子装置中内部电路单元避免接收到超过该等内部电路单元所能承受的额定电压的输入电压。

本发明的另一目的是根据上述的过电压保护电路，用以在不受到温度的变异影响下，可稳定地隔离超过该额定电压的该输入电压输入至该内部电路单元。

本发明的再一目的是根据上述的过电压保护电路，用以通过该分压模块针对所需的该额定电压需求，可程序化地设定该可携式电子装置可承受的额定电压。

为达上述目的及其它目的，本发明提供一种过电压保护电路，其用于在输入电压超过可携式电子装置中内部电路单元所能承受的额定电压时产生过电压保护(over voltage protection)，包含输入单元、输出单元、限压单元、分压模块、比较模块与开关单元。该输入单元系接收该输入电压；该输出单元供连接该可携式电子装置；该限压单元与该输入单元连接，用以接收该输入电压并限定地输出参考电压；该分压模块与该输入单元连接，用以接收该输入电压，并将该输入电压进行分压而产生分压电压；该比较模块连接该限压单元与该分压模块，用以比较该参考电压以及该分压电压并根据比较结果产生开关讯号；以及，该开关单元连接该输入单元、该输出单元以及该比较模块，其接收该开关讯号及该输入电压，而该开关讯号用于控制将该输入电压通过该开关单元输出至该输出单元。

与现有技术相较，本发明的过电压保护电路系可通过简易的分压模块轻易地设定可携式电子装置中内部电路单元所能承受的额定电压，并且配合具有不受到温度变化影响的限压单元，除了可让低于该额定电压的输入电压顺利地供应给该可携式电子装置外，也可精确地控制当超过该额定电压(也称为过电压)的该输入电压欲输入至该可携式电子装置之前可被有效地隔离，使得该可携式电子装置除可不致于因接收到超过该额定电压的该输入电压而造成该可携式电子装置内部电路单元的损坏外，还可有效地保护该可携式电子装置不致用户因错误地使用该输入电压所造成严重内部电路单元的损坏。

附图说明

图1是本发明第一实施例的过电压保护电路的方块示意图；

图2是图1中限压单元的详细示意图；

图3是图1中分压模块的详细示意图；

图4是图1中比较模块的详细示意图；

图5是图1中开关单元的详细示意图；

图6是本发明第二实施例的过电压保护电路的方块示意图；

图7是图6中比较模块、控制接口模块与该开关单元的详细连接示意图；以及

图8是本发明一实施例的具有过电压保护的可携式电子装置的方块示意图。

图中：

2、2’，可携式电子装置；

4，内部电路单元；

10、10’ ，过电压保护电路；

12，输入单元；

122，第一电阻；

124，第二电阻；

14，限压单元；

16，分压模块；

18，比较模块；

182，第一输入端；

184，第二输入端；

186，第一控制单元；

188，第二控制单元；

20，开关单元；

202，输入端；

204，输出端；

206，受控端；

22，输出单元；

24，控制接口模块；

Vin，输入电压；

GND，接地端；

Vref，参考电压；

PV，限定电压；

Vvd，分压电压；

SS，开关讯号；

CS，控制讯号；

V，电压；

R1、R2，电阻；

VR1、VR2，电压。

具体实施方式

为充分了解本发明之目的、特征及功效，由下述具体的实施例，并配合所附的图式，对本发明做一详细说明，说明如后：

参考图1，是本发明第一实施例的过电压保护电路的方块示意图。在图1中，该过电压保护电路10设置在输入电压Vin与可携式电子装置2之间，用以进行过电压保护(OVP)。其中，该可携式电子装置2中的内部电路单元4具有一个可承受的最大输入电压，该最大输入电压称为额定电压。故该过电压保护用于避免超过该额定电压的该输入电压Vin会因直接地输入至该可携式电子装置2而造成对该内部电路单元4的破坏。

此外，该额定电压的进一步定义为该可携式电子装置2中该内部电路单元4所能够承受与操作的最大电压，即当该可携式电子装置2接收的该输入电压Vin不超过该额定电压时，该可携式电子装置2能正常地提供给例如整流电路、充/放电电路或显示电路等的该内部电路单元；反之，若该可携式电子装置2接收的该输入电压Vin超过该额定电压时，则该可携式电子装置2会破坏该内部电路单元，而使得该可携式电子装置2产生错误的动作或更甚无法使用。再者，该输入电压Vin可为来自于市电的交流电压或是经由整流过后的直流电压。

该过电压保护电路10包含输入单元12、限压单元14、分压模块16、比较模块18、开关单元20与输出单元22。其中，该输入单元12接收该输入电压Vin，而该输入电压Vin可为直流电压或交流电压。

该限压单元14具有二端，一端与该输入单元12连接，而另一端连接至接地端GND。该输入电压Vin通过该限压单元14产生对应的参考电压Vref。其中，该限压单元14采用具有抗温度变化的二端组件，使得该限压单元14的电气特性不受温度变化而影响，例如齐纳二极管(Zener diode)。再者，该限压单元14本身默认有限定电压PV，用于使得该限压单元14可根据所接收该输入电压Vin，进而决定该限压单元14是否导通。

换言之，当该输入电压Vin施加于该限压单元14时，若该输入电压Vin小于或等于该限定电压PV时，则该限压单元14输出零电压的该参考电压Vref(即不导通的状态)；反之，若该输入电压Vin大于该限定电压PV时，该限压单元14输出等于该限定电压PV的该参考电压Vref(即导通的状态)。

再者，上述中所提及不导通的状态定义为该限压单元14呈现为断路的状态，而使该参考电压Vref为零电位；以及，导通的状态定义为该限压单元14系固定地输出该限定电压PV，即该参考电压Vref等于该限定电压PV。此外，该限压单元14的该限定电压PV的选用可无关于该可携式电子装置2的该额定电压。

一并参考图2，其该限压单元14以该齐纳二极管为例为说，若该齐纳二极管的该限定电压PV为设计默认为4伏特时，当施加于该齐纳二极管的二端的该输入电压Vin小于4伏特时，则该参考电压Vref为零电位；以及，当施加于该齐纳二极管的二端的该输入电压Vin大于4伏特时，则该参考电压Vref固定为该限定电压PV，即该参考电压Vref输出为4伏特此外，该齐纳二极管相较一般的二极管系为逆向连接，使得该齐纳二极管的n端系与该输入单元12连接，而该齐纳二极管之p端连接至该接地端GND。

该分压模块16与该输入单元12连接，且该输入单元12上的该输入电压Vin通过该分压模块12产生分压电压Vvd。在一实施例中，该分压模块16可包含第一电阻单元122与第二电阻单元124，该第一电阻单元122与该第二电阻单元124为串联连接，且该输入电压Vin在该第二电阻单元124产生该分压电压Vvd，如图3所示。此外，由调整该第一电阻单元122与该第二电阻单元124之间的电阻值比例，则可获得对应该电阻值比例的分压电压Vvd，而该分压电压与该电阻值比例的关系如下所示：

其中，R122为该第一电阻单元122的电阻值，以及R124为该第二电阻单元124的电阻值。

此外，该分压模块16为可通过该第一电阻单元122与该第二电阻单元124的电阻值比例用以设定该额定电压以符合该可携式电子装置中所需电压的需求。换言之，当该第二电阻单元124上的分压电压Vvd大于或等于(即非小于)该参考电压Vref时，则会使得后面所提及的该开关单元20呈现开路(或称不导通的状态)，即该输入电压Vin为无法传送至该内部电路单元4，详细说明如下所述。

该比较模块18连接该限压单元14与该分压模块16，且该比较模块18比较该参考电压Vref与该分压电压Vvd并用以输出对应的该开关讯号(switched signal)SS。一并参考图4，为该比较模块18的详细示意图。

在图4中，该比较模块18更包含第一输入端182、第二输入端184、第一控制单元186与第二控制单元188。该第一输入端182连接该限压单元14用于接收该参考电压Vref；以及，该第二输入端184连接该分压模块16用于接收该分压电压Vvd。该第一控制单元186接收该参考电压Vref与该分压电压Vvd，并且在比较该参考电压Vref与该分压电压Vvd之后，用以产生该控制讯号CS至该第二控制单元184，使得该控制讯号CS控制该第二控制端188的开路与短路的状态。

举例而言，假设该内部电路单元4的该额定电压为4伏特、该限定电压系PV也为4伏特、该第一电阻单元122为90K奥姆以及该第二电阻单元124为10K奥姆。当该输入电压Vin输入为低于该额定电压的例如3伏特时，该限压单元14为输出电压为0的该参考电压Vref，而该分压电压Vvd为分压得到0.3伏特，并由该比较模块18比较该参考电压Vref与该分压电压Vvd，用以获得该分压电压Vvd高于该参考电压Vref的比较结果，且由于该输入电压Vin未高于该额定电压，故该比较模块18控制该开关单元20使得该输入电压Vin输出至该输出单元22。

再者，在另外一实施例中，若该输入电压Vin输入为等于该额定电压的例如4伏特时，该限压单元14为输出电压为0的该参考电压Vref，而该分压电压Vvd分压得到0.4伏特，并由该比较模块18比较该参考电压Vref与该分压电压Vvd，而仍然得到该分压电压Vvd高于该参考电压Vref的比较结果，于此，由于该输入电压Vin等于该额定电压，仍在该内部电路单元4所能容忍的范围内，故该比较模块18控制该开关单元20使得该输入电压Vin其输出至该输出单元22，而供应至该内部电路单元4。

然而，在又另外一实施例中，当该输入电压Vin输入为超过该额定电压的例如5伏特时，该限压单元14输出电压固定的该限定电压PV为4伏特的该参考电压Vref，而该分压电压Vvd分压得到0.5伏特，并由该比较模块18比较该参考电压Vref与该分压电压Vvd，而得到该分压电压Vvd低于该参考电压Vref的比较结果，于此，由于该输入电压Vin超过该内部电路单元4所能容忍的该额定电压范围，故根据上述的比较结果，该比较模块18控制该开关单元20使得该输入电压Vin无法供应给该内部电路单元4。

在一实施例中，该第二控制单元188为三端组件，一端连接该第一控制单元186用以接收该控制讯号CS、另一端连接至该开关单元20以及又一端与一电压V或一接地GND连接。换言之，由该第二控制单元188的一端所接收的该控制讯号CS，将使得另外二端根据该控制讯号CS用于在二端之间形成开路或短路状态。其中，该第二控制单元188可为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。

回到图1，该开关单元20系连接该输入单元12、该比较模块18与该输出单元22，且该开关单元20系根据该开关讯号SS使得该输入单元12与该可携式电子装置4连接。在一实施例中，一并参考图5，该开关单元20为三端组件，于此分别地定义为输入端202、输出端204与受控端206，且该输入端202系连接该输入单元12与该受控端206系连接该第二控制单元188，而该受控端206根据接收该开关讯号SS选择地连接该输入端202与该输出端204，使该输入单元12可连接至该输出单元22，进而使该输入电压Vin通过该输出单元22而供应至该可携式电子装置4。在一实施例中，当该第二控制单元188呈现短路状态时，该电压V通过该开关端188直接地形成该开关讯号SS至该受控端206以控制该开关单元20；或者，该第二控制单元188由该接地GND使得该开关讯号SS可用于通过该受控端206控制该开关单元20。其中，该开关单元20为金属氧化物半导体场效应晶体管。

参考图6，为本发明第二实施例的过电压保护电路的方块示意图。在图6中，该过电压保护电路10’除与前述实施例具有该输入单元12、该限压单元14、该分压模块16、该比较模块18、该开关单元20与该输出单元22外，更包含控制接口模块24。其中，该控制接口模块24连接该输入单元12、该比较模块14与该开关单元20，该比较模块14通过该控制接口模块24产生对应的该开关讯号SS。

参考图7，其说明图6中该比较模块18、该控制接口模块24与该开关单元20的详细连接示意图。在图7中，该控制接口模块24由串联电阻R1与R2所组成，且该输入单元12的该输入电压Vin在该串联电阻R1、R2的一部分上产生该开关讯号SS。该比较模块18中的该第二控制单元188为三端组件，一端为连接该第一控制单元186用以接收该控制讯号CS、另一端系连接至该控制接口模块24与又一端连接至该接地端GND。

当该控制讯号CS使得该第二控制单元188呈现短路状态时，该输入电压Vin通过该控制接口模块24的串联电阻R1、R2，并经由该第二控制单元188连接至该接地端GND，并在该串联电阻R1与R2上分别地产生电压降VR1与VR2，而将该串联电阻R2上的电压降VR2取出作为该开关讯号SS，并传送至该受控端206以控制该输入端202与该输出端204短路，进而使得该输入电压Vin传送至该输出单元22；反之，当该控制讯号CS使得该开关端188呈现开路状态时，该串联电阻R1、R2由于没有形成电回路，故该输入电压Vin无法在该串联电组R1、R2上形成电压降VR1与VR2。换言之，该控制接口模块24无法产生该开关讯号SS用以控制该输入端202与该输出端204呈现短路状态，并使得该输入电压Vin无法通过该输出单元22供应至该内部电路单元4。

参考图8，为本发明一实施例的具有过电压保护的可携式电子装置的方块示意图。在图8中，该可携式电子装置2’供用于接收输入电压Vin，且该可携式电子装置2’包含如前述实施例中的该输入单元12、该限压单元14、该分压模块16、该比较模块18、该开关单元20与该输出单元22。其中，该内部电路单元4设置于该可携式电装置2中，例如内部电路单元4可为整流单元、微处理单元、通讯单元或记忆单元等电路。该输入单元12供接收该输入电压Vin。该输出单元22与该内部电路单元4连接用于输出该输入电压Vin至该内部电路单元4。

该限压单元14与该输入单元12连接用以接收该输入电压Vin并限定地输出参考电压Vref。该分压模块16与该输入单元12连接，用以接收该输入电压Vin并将该输入电压Vin进行分压而产生分压电压Vvd。该比较模块16连接该限压单元14与该分压模块16，用以比较该参考电压Vref以及该分压电压Vvd并根据比较结果产生开关讯号SS。该开关单元20系连接该输入单元12、该输出单元22以及该比较模块18系接收该开关讯号SS及该输入电压Vin，而该开关讯号SS用于控制将该输入电压Vin通过该开关单元20输出至该输出单元22。

故本发明的过电压保护电路系可通过简易的分压模块轻易地设定可携式电子装置所能承受的额定电压，并且配合具有不受温度变化影响的限压单元，除了可让在该额定电压以下的输入电压顺利地供应给该可携式电子装置外，也可精确地控制超过该额定电压(也称为过电压)的该输入电压在该可携式电子装置之前有效地被隔离，而让该可携式电子装置可不致于因接收到超过该额定电压的输入电压而造成该可携式电子装置内部电子组件的损坏，进而可有效地保护该可携式电子装置不因用户误使用错误输入电压所造成严重的损坏。

本发明在上文中已以较佳实施例揭露，然熟习本项技术者应理解的是，该实施例仅用于描绘本发明，而不应解读为限制本发明的范围。应注意的是，举凡与该实施例等效的变化与置换，均应设为涵盖在本发明的范畴内。因此，本发明的保护范围当以申请专利范围所界定者为准。

Claims (10)

1.一种过电压保护电路，其特征在于：其用于在输入电压超过可携式电子装置中内部电路单元所能承受的额定电压时产生过电压保护，包含：

输入单元，其接收该输入电压；

输出单元，其供连接该可携式电子装置；

限压单元，其与该输入单元连接，用以接收该输入电压并限定地输出参考电压，其中该限压单元为设定限定电压，当该输入电压大于该限定电压时，该限压单元输出等于该限定电压的该参考电压，而当该输入电压非大于该限定电压时，该限压单元为输出零电压的该参考电压；

分压模块，其与该输入单元连接，用以接收该输入电压，并将该输入电压进行分压而产生分压电压；

比较模块，其连接该限压单元与该分压模块，用以比较该参考电压以及该分压电压并根据比较结果产生开关讯号；以及

开关单元，其连接该输入单元、该输出单元以及该比较模块，其接收该开关讯号及该输入电压，而该开关讯号其用于控制将该输入电压通过该开关单元输出至该输出单元；

其中，该比较模块还包含第一输入端、第二输入端、第一控制单元与第二控制单元，该第一控制单元系连接该第一输入端、该第二输入端与该第二控制单元，且该第一输入端连接该限压单元以及该第二输入端连接该分压模块，以供该参考电压与该分压电压分别地输入至该第一控制单元，以在比较该参考电压与该分压电压之后，用于产生控制讯号并输出至该第二控制单元而形成该开关讯号。

2.根据权利要求1所述的过电压保护电路，其特征在于：其中该限压单元设定当该输入电压大于该额定电压时，该限压单元输出等于该限定电压的该参考电压。

3.根据权利要求1所述的过电压保护电路，其特征在于：其中该分压模块设定为当该输入电压大于该额定电压时，该分压电压的电压值小于该参考电压的电压值。

4.根据权利要求1所述的过电压保护电路，其特征在于：其中该分压模块系还包含第一电阻单元与第二电阻单元，该第一电阻单元与该第二电阻单元为串联连接，而该输入电压系在该第二电阻单元上产生该分压电压。

5.根据权利要求1所述的过电压保护电路，其特征在于：其中该第二控制单元为三端组件，其一端与该第一控制单元连接用以接收该控制讯号，用于供另外二端系根据该控制讯号在二端之间形成开路或短路状态。

6.根据权利要求5所述的过电压保护电路，其特征在于：其中该开关单元为三端组件，其一端连接该比较模块，另一端系连接该输入单元，又一端其连接至该输出单元，而该开关单元根据该开关讯号控制该输入单元与该输出单元之间的开路或短路状态，以供该输入电压通过该开关单元传送至该输出单元。

7.根据权利要求6所述的过电压保护电路，其特征在于：其中该第二控制单元与该开关单元为金属氧化物半导体场效应晶体管。

8.根据权利要求7所述的过电压保护电路，其特征在于：其中该限压单元系齐纳二极管。

9.根据权利要求1所述的过电压保护电路，其特征在于：还包含控制接口模块设置在该比较模块与该输入单元之间，用于控制该开关单元将该输入电压选择性地输出至该输出单元。

10.一种具有过电压保护电路的可携式电子装置，其特征在于：供用于接收一输入电压，其包含：

内部电路单元，其设置于该可携式电装置中；

输入单元，其供接收该输入电压；

输出单元，其与该内部电路单元连接，用于输出该输入电压至该内部电路单元；

限压单元，其与该输入单元连接，用以接收该输入电压并限定地输出参考电压，其中该限压单元为设定限定电压，当该输入电压大于该限定电压时，该限压单元输出等于该限定电压的该参考电压，而当该输入电压非大于该限定电压时，该限压单元为输出零电压的该参考电压；

分压模块，其与该输入单元连接，用以接收该输入电压，并将该输入电压进行分压而产生分压电压；

比较模块，其连接该限压单元与该分压模块，用以比较该参考电压以及该分压电压并根据比较结果产生开关讯号；以及

开关单元，其连接该输入单元、该输出单元以及该比较模块，其接收该开关讯号及该输入电压，而该开关讯号用于控制将该输入电压通过该开关单元输出至该输出单元；以及

控制接口模块，设置在该比较模块与该输入单元之间，用于控制该开关单元将该输入电压选择性地输出至该输出单元，而该控制接口模块由串联连接的第一电阻与第二电阻所组成，该第二电阻上的电压降取出作为该开关讯号；

其中，该比较模块还包含第一输入端、第二输入端、第一控制单元与第二控制单元，该第一控制单元系连接该第一输入端、该第二输入端与该第二控制单元，且该第一输入端连接该限压单元以及该第二输入端连接该分压模块，以供该参考电压与该分压电压分别地输入至该第一控制单元，以在比较该参考电压与该分压电压之后，用于产生控制讯号并输出至该第二控制单元而形成该开关讯号。