TWI497912B - 電路保護裝置 - Google Patents

Description

電路保護裝置

一種電路保護裝置，特別有關於一種適於影像圖形陣列介面電路保護裝置。

一般來說，主機板(Motherboard)上所配置的影像圖形陣列(Video Graphic Array,VGA)介面，在使用上是最為頻繁且普遍的，其用以連接主機板與顯示器，以將主機板所產生的影像資訊傳送至顯示器上顯示。

為了有效保護影像圖形陣列介面，通常會設計一簡單的保護電路，以有效保護影像圖形陣列介面的安全性。請參考「第1圖」所示，其為影像陣列圖形介面與保護電路連接的示意圖。在影像圖形陣列介面120與輸入電壓VI(例如為P5V)之間，設置具有保險絲(Fuse)111的保護電路110。當電流過大時，使保護電路110的保險絲111會產生高溫而熔斷，導致開路而中斷電流，以保護影像圖形陣列介面120免於受到傷害。

然而，一旦發生過電流(Over Current)、過溫度(Over Temperature)或反向電壓(Reverse Voltage)，以保護電路110的保險絲111可能無法達到有效保護的作用，而可能導致影像圖形陣列介面120、主機板及顯示器損壞。因此，影像圖形陣列介面的保護仍有改善的空間。

鑒於以上的問題，本揭露在於提供一種電路保護裝置，藉以有效防止反向電壓、過電流或過溫度，而造成電路元件損壞的情況發生。

本揭露之一種電路保護裝置，適於一影像圖形陣列介面。此電路保護裝置包括電荷幫浦單元、第一保護單元、第一開關單元、第二保護單元與控制單元。電荷幫浦單元接收工作電壓，並依據致能訊號，而將工作電壓轉換成驅動電壓。第一保護單元用以感測電路保護裝置的溫度，並依據此溫度與預設溫度，以產生溫度訊號。第一開關單元具有第一端、第二端與第三端，第一開關單元的第一端接收工作電壓，第一開關單元的第二端用以產生輸出訊號，第一開關單元的第三端接收控制訊號，並回應控制訊號而決定是否導通。第二保護電路耦接於第一開關單元，用以感測第一開關單元的第二端的一電流，並依據此電流與預設電流值，以產生電流保護訊號。控制單元耦接電荷幫浦單元、第一保護單元、第一開關單元與第二保護單元，用以接收驅動電壓、致能訊號、溫度保護訊號與電流保護訊號，並依據致能訊號、溫度保護訊號或電流保護訊號，以產生控制訊號。

其中，當前述溫度大於預設溫度，控制單元依據溫度保護訊號，產生控制訊號以控制第一開關單元斷開。並且，前述預設電流值包括第一閥值與第二閥值，且第一閥值小於第二閥值，當前述電流大於第一閥值且小於第二閥值時，控制單元依據電流保護訊號，產生控制訊號以控制第一開關單元導通，使輸出訊號為恆 定電流。

在一實施例中，前述當前述電流大於第二閥值時，控制單元依據電流保護訊號，產生控制訊號以控制第一開關單元斷開。

在一實施例中，前述第二保護單元包括電流感測器與限流單元。電流感測器耦接第一開關單元的第二端，用以感測第一開關單元的第二端的電流，以產生電流訊號。限流單元耦接電流感測器，用以接收電流訊號，並比對電流訊號的電流值與預設電流值，而據以產生電流保護訊號。

在一實施例中，前述電路保護裝置更包括邏輯運算單元、濾波單元與第二開關單元。邏輯運算單元耦接第一保護單元與第二保護單元，用以接收並依據溫度保護訊號與電流保護訊號，以產生邏輯訊號。濾波單元耦接邏輯運算單元的輸出端，以接收邏輯訊號，並對邏輯訊號進行濾波，以產生濾波訊號。第二開關單元具有第一端、第二端與第三端，第二開關單元的第一端產生警告訊號，第二開關單元的第二端耦接接地端，第二開關單元的第三端耦接濾波單元，以接收濾波訊號，第二開關單元依據濾波訊號而決定是否導通。

在一實施例中，前述電路保護裝置更包括二極體。二極體的陽極端耦接第二開關單元的第二端，二極體的陰極端耦接第二開關單元的第一端。

在一實施例中，前述邏輯運算單元為及閘。

在一實施例中，前述第一開關單元為功率電晶體。

本揭露之電路保護裝置，藉由控制單元依據致能訊號、溫度保護訊號或電流保護訊號，以控制第一開關單元的導通與否，以有效避免反向電壓、過電流或過溫度，而造成電路損壞的情況發生。另外，還進一步提供過電壓或過電流的警告訊號，使得使用者可以得知電路保護裝置所發生的狀況，進而進行相關的後續處理。

有關本揭露的特徵與實作，茲配合圖式作實施例詳細說明如下。

以下所列舉的各實施例中，將以相同的標號代表相同或相似的元件。

請參考「第2圖」所示，其為本揭露之電路保護裝置的示意圖。本實施例之電路保護裝置200適於影像圖形陣列(Video Graphics Array,VGA)介面290，並且電路保護裝置200與影像圖形陣列介面290例如配置於一電腦系統或一伺服器(Server)內的主機板上。

電路保護裝置200包括電荷幫浦(Charge Pump)單元210、第一保護單元220、第一開關單元230、第二保護單元240與控制單元250。

電荷幫浦單元210接收工作電壓VIN，並依據致能訊號EN，而將工作電壓VIN轉換成驅動電壓VD。其中，致能訊號EN為對應電腦系統或伺服器的工作狀態。舉例來說，當電腦系統或伺服 器為工作時，會產生低邏輯準位的致能訊號EN，當電腦系統或伺服器未工作時，會產生高邏輯準位的致能訊號EN。

並且，電荷幫浦單元210接收致能訊號EN的接腳為負緣觸發，亦即接收致能訊號EN的接腳配置有一反相器。也就是說，當致能訊號EN為高邏輯準位時，則高邏輯準位會經由反相器而轉換為低邏輯準位，使得電荷幫浦單元210所接收到的致能訊號為低邏輯準位。當致能訊號EN為低邏輯準位時，則低邏輯準位會經由反相器而轉換為高邏輯準位，使得電荷幫浦單元210所接收到的致能訊號EN為高邏輯準位。

第一保護單元220用以感測電路保護裝置200的溫度，並依據此溫度與一預設溫度，以產生溫度保護訊號S1。進一步來說，第一保護單元220會將所感測到的溫度與前述預設溫度進行比對後，而據以產生對應的溫度保護訊號S1。

舉例來說，當第一保護單元220比對出所感測到的溫度小於預設溫度時，則產生例如低邏輯準位的溫度保護訊號S1。當第一保護單元220比對出所感測到的溫度大於預設溫度時，則產生例如高邏輯準位的溫度保護訊號S1。

第一開關單元230具有第一端231、第二端232與第三端233，第一開關單元230的第一端231接收工作電壓VIN，第一開關單元230的第二端232用以產生輸出訊號VO，第一開關單元230的第三端233接收控制訊號CS，並回應控制訊CS而決定是否導通。

也就是說，當控制訊號CS例如為高邏輯準位時，則第一開關 單元230導通，使得工作電壓VIN轉換為輸出訊號VO後輸出。當控制訊號CS例如為低邏輯準位時，則第一開關單元230斷開(即不導通)，使得工作電壓VIN不會轉換成輸出訊號VO。

在本實施例中，前述第一開關單元230為功率電晶體。第一開關單元230的第一端231例如為功率電晶體的汲極端(Drain)，第一開關單元230的第二端232例如為功率電晶體的源極端(Source)，第一開關單元230的第三端233例如為功率電晶體的閘極端(Gate)。

第二保護單元240耦接於第一開關單元230的第二端232與影像圖形陣列介面290之間，用以感測第一開關單元231的第二端232的電流，並依據此電流與一預設電流值，以產生電流保護訊號S2。進一步來說，第二保護單元240會將所感測到的電流的電流值與前述預設電流值進行比對後，而據以產生對應的電流保護訊號S2。在本實施例中，前述預設電流值包括第一閥值與第二閥值，且第一閥值小於第二閥值。

舉例來說，當第二保護單元240比對出所感測到的電流的電流值小於預設電流值的第一閥值時，則產生例如“00”的電流保護訊號S2。當第二保護單元240比對出所感測到的電流的電流值大於預設電流值的第一閥值且小於預設電流值的第二閥值時，則產生例如“01”的電流保護訊號S2。當第二保護單元240比對出所感測到的電流的電流值大於預設電流值的第二閥值時，則產生例如“10”的電流保護訊號S2。

控制單元250耦接電荷幫浦單元210、第一保護單元220、第一開關單元230與第二保護單元240，用以接收驅動電壓VD、致能訊號EN、溫度保護訊號S1與電流保護訊號S2，並依據致能訊號EN、溫度保護訊號S1或電流保護訊號S2，以產生控制訊號CS。

並且，控制單元250接收致能訊號EN的接腳例如配置有一反相器。也就是說，當致能訊號EN為高邏輯準位時，則高邏輯準位會經由反相器而轉換為低邏輯準位，使得控制單元250所接收到的致能訊號為低邏輯準位。當致能訊號EN為低邏輯準位時，則低邏輯準位會經由反相器而轉換為高邏輯準位，使得控制單元250所接收到的致能訊號EN為高邏輯準位。

在本實施例中，當致能訊號EN為低邏輯準位(亦即電腦系統或伺服器工作)時，低邏輯準位的致能訊號EN經由反相器轉換為高邏輯準位的致能訊號EN，則控制單元250會對應高邏輯準位的致能訊號EN，而產生高邏輯準位的控制訊號CS，使得第一開開關單元230導通。其中，控制訊號CS的電壓值與驅動電壓VD的電壓值相同。

當致能訊號EN為高邏輯準位(亦即電腦系統或伺服器未工作)時，高邏輯準位的致能訊號EN經由反相器轉換為低邏輯準位的致能訊號EN，則控制單元250會對應低邏輯準位的致能訊號EN，而產生低邏輯準位的控制訊號CS，使得第一開開關單元230斷開。如此一來，可有效避免反向電壓的情況發生。

另外，當溫度保護訊號S1為低邏輯準位(即第一保護單元220所感測的溫度小於預設溫度)時，控制單元250對應此低邏輯準位的溫度保護訊號S1，不會改變控制訊號CS的邏輯準位，使得第一開關單元230仍導通。

當溫度保護訊號S1為高邏輯準位(即第一保護單元220所感測的溫度大於預設溫度)時，控制單元250對應此高邏輯準位的溫度保護訊號S1，產生低邏輯準位的控制訊號CS，使得第一開關單元230斷開(不導通)，而讓工作電壓VIN不會轉換成輸出訊號VO給影像圖形陣列介面290。如此一來，可有效避免溫度過高而使得電路損壞的情況發生。

此外，當電流保護訊號S2為“00”(即第二保護單元240所感測的電流的電流值小於預設電流值的第一閥值)時，控制單元250對應此“00”的電流保護訊號S2，不會改變控制訊號CS的邏輯準位，使得第一開關單元230仍導通。

當電流保護訊號S2為“01”(即第二保護單元240所感測的電流的電流值大於預設電流值的第一閥值且小於預設電流值的第二閥值)時，控制單元250對應此“01“的電流保護訊號S2，以控制第一開關單元230(即功率電晶體)進入飽和區，使得電路保護裝置100進入恆定電流(Constant Current)的電路模式，以調整輸出訊號VO為一恆定電流，亦即電路保護裝置100產生恆定電離的輸出訊號VO。

當電流保護訊號S2為“10”(即第二保護單元240所感測到 的電流值大於預設電流值的第二閥值)時，控制單元250對應此“10”的電流保護訊號S2，產生低邏輯準位的控制訊號CS，使得第一開關單元230斷開(即不導通)。如此一來，可有效避免電流過高而使得電路損壞的情況發生。

請參考「第3圖」所示，其為本揭露之另一電路保護裝置的示意圖。本實施例之電路保護裝置300亦適於影像圖形陣列介面290，並且電路保護裝置300與影像圖形陣列介面290例如配置於一電腦系統或一伺服器內的主機板上。

電路保護裝置300包括電荷幫浦單元210、第一保護單元220、第一開關單元230、第二保護單元240、控制單元250、邏輯運算單元330、濾波單元340與第二開關單元350。其中，電荷幫浦單元210、第一保護單元220、第一開關單元230、第二保護單元240與控制單元250的耦接關係與其相關操作，可參考「第2圖」之實施例的說明，故在此不再贅述。

在本實施例中，第二保護單元240包括電流感測器310與限流(Current Limit)單元320。電流感測器310耦接第一開關單元230的第二端232與影像圖形陣列介面290之間，用以感測第一開關單元230的第二端232的電流，以產生電流訊號。

限流單元320耦接電流感測器310，用以接收電流訊號，並比對電流訊號的電流值與預設電流值，而據以產生電流保護訊號S2。進一步來說，限流單元320比對電流訊號的電流值與預設電流值的第一閥值與第二閥值，而據以產生電路保護訊號S2，其中 第一閥值小於第二閥值。

舉例來說，當限流單元320比對出電流訊號的電流值小於預設電流值的第一閥值時，產生例如“00”的電流保護訊號S2，使控制單元250控制第一開關單元230導通。當限流單元320比對出電流訊號的電流值大於預設電流值的第一閥值且小與預設電流值的第二閥值時，產生例如“01”的電流保護訊號S2，使控制單元250控制第一開關單元230進入飽和區，以調整輸出訊號VO為恆定電流，進而避免電路元件因為過電流而損壞。當限流單元320比對出電流訊號的電流值大於預設電流值的第二閥值時，產生例如“10”的電流保護訊號S2，使控制單元250控制第一開關單元230斷開(即不導通)。

邏輯運算單元330耦接第一保護單元220與第二保護單元240，用以接收溫度保護訊號S1與電流保護訊號S2，並依據溫度保護訊號S1與電流保護訊號S2，以產生邏輯訊號。在本實施例中，邏輯運算單元330可為及閘。

也就是說，當溫度保護訊號S1為高邏輯準位、電流保護訊號S2為“01”或“10”，或是溫度保護訊號S1為高邏輯準位且電流保護訊號S2同時為“01”或“10”時，邏輯運算單元330的輸出端會產生高邏輯準位的邏輯訊號。當溫度保護訊號S1為低邏輯準位且電流保護訊號S2同時為“00”時，邏輯運算單元330的輸出端會產生低邏輯準位的邏輯訊號。

濾波單元340耦接邏輯運算單元330的輸出端，以接收邏輯 訊號，並對邏輯訊號進行濾波，以產生濾波訊號。也就是說，邏輯訊號透過濾波單元340濾波後，濾波單元340所產生的濾波訊號的邏輯準位會較為精確，以避免邏輯訊號受到雜訊干擾，而使得後續的元件產生誤動作。

第二開關單元350具有第一端351、第二端352與第三端353，第二開關單元350的第一端351產生警告訊號S3，第二開關單元350的第二端352耦接接地端GND，第二開關單元350的第三端353耦接濾波單元340，以接收濾波訊號，第二開關單元350依據濾波訊號而決定是否導通。

在本實施例中，第二開關單元350例如為N型電晶體。第二開關單元350的第一端351例如為N型電晶體的汲極端，第二開關單元350的第二端352例如為N型電晶體的源極端，第二開關單元350的第三端353例如為N型電晶體的閘極端。

當第二開關單元350的第三端353接收到例如低邏輯準位的濾波訊號時，第二開關單元350不會導通，故不會產生警告訊號S3。當第二開關單元350的第三端353接收到例如高邏輯準位的濾波訊號時，第二開關單元350導通，則第二開關的350的第一端351透過第二端352耦接接地端GND，使得警告訊號S3為低邏輯準位。

進一步來說，第二開關單元350的第一端351例如耦接主機板上的複雜可程式邏輯元件(Complex Programmable Logic Device,CPLD)，則第二開關單元350所產生的警告訊號S3會傳送至複雜 可程式邏輯元件，以進行相應的處理，例如將警告訊號S3的儲存於複雜可程式邏輯器件的暫存器內，或是將警告訊號S3的相關資訊轉換成顯示訊號顯示於顯示器上。

因此，當複雜可程式邏輯元件接收到低邏輯準位的警告訊號S3，使用者便可透過顯示器所顯示的資訊或是讀取前述暫存器內的資訊，以得知過電壓或過溫度的情況發生，則使用者便可進行相關的後續處理。

另外，電路保護裝置300還包括二極體D。二極體D的陽極端耦接第二開關單元350的第二端352，二極體D的陰極端耦接第二開關單元350的第一端351。其中，二極體D用以分別箝制壓降在第二開關單元350之第一端351與第二端352之間的電壓。

本揭露之實施例的電路保護裝置，其藉由控制單元依據致能訊號、溫度保護訊號或電流保護訊號，以控制第一開關單元的導通與否，以有效避免反向電壓、過電流或過溫度，而造成電路損壞的情況發生。另外，還進一步提供過電壓或過電流的警告訊號，使得使用者可以得知電路保護裝置所發生的狀況，進而進行相關的後續處理。

雖然本揭露以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何熟習相像技藝者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本揭露之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

110‧‧‧保護電路

111‧‧‧保險絲

120、290‧‧‧影像圖形陣列介面

200、300‧‧‧電路保護裝置

210‧‧‧電荷幫浦單元

220‧‧‧第一保護單元

230‧‧‧第一開關單元

231、351‧‧‧第一端

232、352‧‧‧第二端

233、353‧‧‧第三端

240‧‧‧第二保護單元

250‧‧‧控制單元

310‧‧‧電流感測器

320‧‧‧限流單元

330‧‧‧邏輯運算單元

340‧‧‧濾波單元

350‧‧‧第二開關單元

D‧‧‧二極體

CS‧‧‧控制訊號

EN‧‧‧致能訊號

VD‧‧‧驅動電壓

VI‧‧‧輸入電壓

VIN‧‧‧工作電壓

VO‧‧‧輸出訊號

S1‧‧‧溫度保護訊號

S2‧‧‧電流保護訊號

S3‧‧‧警告訊號

GND‧‧‧接地端

第1圖為影像圖形陣列介面與保護電路連接的示意圖。

第2圖為本揭露之電路保護裝置的示意圖。

第3圖為本揭露之另一電路保護裝置的示意圖。

200‧‧‧電路保護裝置

210‧‧‧電荷幫浦單元

220‧‧‧第一保護單元

230‧‧‧第一開關單元

231‧‧‧第一端

232‧‧‧第二端

233‧‧‧第三端

240‧‧‧第二保護單元

250‧‧‧控制單元

290‧‧‧影像圖形陣列介面

CS‧‧‧控制訊號

EN‧‧‧致能訊號

VD‧‧‧驅動電壓

VIN‧‧‧工作電壓

VO‧‧‧輸出訊號

S1‧‧‧溫度保護訊號

S2‧‧‧電流保護訊號

Claims (7)

1. 一種電路保護裝置，適於一影像圖形陣列介面，該電路保護裝置包括：一電荷幫浦單元，接收一工作電壓，並依據一致能訊號，而將工作電壓轉換成一驅動電壓；一第一保護單元，用以感測該電路保護裝置的一溫度，並依據該溫度與一預設溫度，以產生一溫度保護訊號；一第一開關單元，具有一第一端、一第二端與一第三端，該第一開關單元的該第一端接收該工作電壓，該第一開關單元的該第二端用以產生一輸出訊號，該第一開關單元的該第三端接收一控制訊號，並回應該控制訊號而決定是否導通；一第二保護單元，耦接該第一開關單元的該第二端，用以感測該第一開關單元的該第二端的一電流，並依據該電流與一預設電流值，以產生一電流保護訊號；以及一控制單元，耦接該電荷幫浦單元、該第一保護單元、該第一開關單元與該第二保護單元，用以接收該驅動電壓、該致能訊號、該溫度保護訊號與該電流保護訊號，並依據該致能訊號、該溫度保護訊號或該電流保護訊號，以產生該控制訊號；其中，當該溫度大於該預設溫度，該控制單元依據該溫度保護訊號，產生該控制訊號以控制該第一開關單元斷開；其中，該預設電流值包括一第一閥值與一第二閥值，且該第一閥值小於該第二閥值，當該電流大於該第一閥值且小於該 第二閥值時，該控制單元依據該電流保護訊號，產生該控制訊號以控制該第一開關單元，使該輸出訊號為一恆定電流。
2. 如請求項1所述之電路保護裝置，其中當該電流大於該第二閥值時，該控制單元依據該電流保護訊號，產生該控制訊號以控制該第一開關單元斷開。
3. 如請求項1所述之電路保護裝置，其中該第二保護單元包括：一電流感測器，耦接該第一開關單元的該第二端，用以感測該第一開關單元的該第二端的該電流，以產生一電流訊號；以及一限流單元，耦接該電流感測器，用以接收該電流訊號，並比對該電流訊號的電流值與該預設電流值，而據以產生該電流保護訊號。
4. 如請求項1所述之電路保護裝置，更包括：一邏輯運算單元，耦接該第一保護單元與該第二保護單元，用以接收並依據該溫度保護訊號與該電流保護訊號，以產生一邏輯訊號；一濾波單元，耦接該邏輯運算單元的輸出端，以接收該邏輯訊號，並對該邏輯訊號進行濾波，以產生一濾波訊號；以及一第二開關單元，具有一第一端、一第二端與一第三端，該第二開關單元的該第一端產生一警告訊號，該第二開關單元的該第二端耦接接地端，該第二開關單元的該第三端耦接該濾波單元，以接收該濾波訊號，該第二開關單元依據該濾波訊號 而決定是否導通。
5. 如請求項4所述之電路保護裝置，更包括：一二極體，其陽極端耦接該第二開關單元的該第二端，其陰極端耦接該第二開關單元的該第一端。
6. 如請求項4所述之電路保護裝置，其中該邏輯運算單元為一及閘。
7. 如請求項1所述之電路保護裝置，其中該第一開關單元為一功率電晶體。