TWI521819B - 具有保護功能的積體電路及操作系統 - Google Patents

Description

具有保護功能的積體電路及操作系統

本發明係有關於一種積體電路，特別是有關於一種可測量電流及具有過流或過溫保護的積體電路。

隨著半導體製程的進步，許多電路架構可被整合在一積體電路(integrated circuit；IC)之中。因此，電子產品的種類及功能愈來愈多，並且電子產品的體積不會隨著功能變多而變大。然而，由於電子產品的體積小，因此，電子產品內部的元件無法承受大電流。當電子產品內部的元件接收到過大的電流時，可能因而損壞。

本發明提供一種積體電路，根據一輸入電壓，產生一驅動信號予一負載，並包括一阻抗開關單元、一第一保護單元、一第一偵測單元以及一控制單元。阻抗開關單元根據一控制信號，將輸入電壓作為驅動信號。當流經阻抗開關單元的電流大於一預設電流時，第一保護單元產生一第一偵測信號。第一偵測單元偵測阻抗開關單元的電壓，用以產生一偵測結果。控制單元根據第一偵測信號，產生控制信號。

本發明提供另一種積體電路，其根據一輸入電壓，產生一驅動信號予一負載，並包括一阻抗開關單元、一第一保 護單元、一第一偵測單元以及一控制單元。阻抗開關單元根據一控制信號，將輸入電壓作為驅動信號。第一保護單元偵測積體電路的內部溫度。當積體電路的內部溫度大於一預設溫度時，第一保護單元產生一第一偵測信號。第一偵測單元偵測阻抗開關單元的電壓，用以產生一偵測結果。控制單元根據第一偵測信號，產生控制信號。

為讓本發明之特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

100‧‧‧操作系統

110、120‧‧‧積體電路

130‧‧‧負載

210A、210B‧‧‧阻抗開關單元

220、260‧‧‧保護單元

230、270‧‧‧偵測單元

240‧‧‧控制單元

211‧‧‧阻抗單元

212、234‧‧‧電晶體

221‧‧‧限流模組

222‧‧‧突波保護模組

224‧‧‧抗尖峰脈衝電路

250‧‧‧轉換單元

280‧‧‧禁能單元

313、325‧‧‧熱感測裝置

314‧‧‧齊納二極體

231、232、235、R_DS、311、312、321~324‧‧‧電阻

223、233、315、326‧‧‧比較器

VIN‧‧‧輸入電壓

S_D‧‧‧驅動信號

S_C‧‧‧控制信號

EN‧‧‧外部致能信號

OC‧‧‧過流信號

S_{S_OUT}‧‧‧偵測結果

SCL‧‧‧時脈信號

SDA‧‧‧資料信號

I_S‧‧‧電流

S_DET1~S_DET3‧‧‧偵測信號

S_SA‧‧‧轉換信號

Vs、V1、Vcc‧‧‧電壓

Vref1~Vref4‧‧‧參考電壓

GND‧‧‧接地位準

第1圖為本發明之操作系統之一可能實施例。

第2A及2B圖為本發明之積體電路的一可能實施例。

第3A及3B圖為本發明之保護單元之一可能實施例。

第1圖為本發明之操作系統之一可能實施例。如圖所示，操作系統100包括積體電路110、120以及一負載130。積體電路110接收並根據輸入電壓VIN，產生一驅動信號S_D。負載130根據驅動信號S_D而動作。在一可能實施例中，積體電路110具有一傳輸路徑(未顯示)，用以傳送輸入電壓VIN，並將輸入電壓VIN作為驅動信號S_D。

在本實施例中，當傳輸路徑上的電流過大時，積體電路110停止提供驅動信號S_D予負載130，以避免損壞負載130。另外，當積體電路110的傳輸路徑上的電流過大時，積體電路110輸出一過流信號OC予一外部裝置(未顯示)。

在另一實施例中，積體電路110偵測傳輸路徑上的電流，並將偵測結果S_{S_OUT}提供予一外部控制器，如積體電路120。在一可能實施例中，積體電路120根據偵測結果S_{S_OUT}以及輸入電壓VIN，便可得知負載130的功率損耗。在本實施例中，偵測結果S_{S_OUT}係為一電壓位準。

在另一可能實施例中，積體電路110根據偵測結果S_{S_OUT}，產生一時脈信號SCL及一資料信號SDA，並根據一通訊協定(如I2C)提供時脈信號SCL及資料信號SDA予積體電路120，但並非用以限制本發明。本發明並不限定積體電路110與120之間的傳輸協定的種類。在本實施例中，偵測結果S_{S_OUT}為類比信號，資料信號SDA為數位信號。在其它實施例中，積體電路110可根據偵測結果S_{S_OUT}，產生一時脈信號及複數個資料信號，並根據特定的通訊協定提供時脈信號及該等資料信號予積體電路120。在其它實施例中，一外部裝置(未顯示)提供一致能信號EN，用以致能積體電路110。

第2A圖為本發明之積體電路110的一可能實施例。如圖所示，積體電路110包括一阻抗開關單元210A、一保護單元220、一偵測單元230以及一控制單元240。阻抗開關單元210A提供一傳輸路徑，並根據一控制信號S_C，將輸入電壓VIN作為驅動信號S_D。

在本實施例中，阻抗開關單元210A包括一阻抗單元211及一電晶體212。本發明並不限定阻抗單元211的種類。在本實施例中，阻抗單元211係為一電阻。電晶體212接收控制信號S_C，並串聯阻抗單元211。在本實施例中，電晶體212係為 一N型電晶體，但並非用以限制本發明。在其它實施例中，電晶體212可為一P型MOS電晶體。

當流經阻抗開關單元210A的電流I_S大於一預設電流時，保護單元220產生一偵測信號S_DET1。控制單元240根據偵測信號S_DET1，產生控制信號S_C。在一可能實施例中，控制單元240透過控制信號S_C，不導通電晶體212，用以停止提供驅動信號S_D予負載130，進而保護阻抗單元211不因過載而被燒毀。在本實施例中，保護單元220具有一限流模組221，用以產生偵測信號S_DET1。

在另一可能實施例中，保護單元220更包括一突波(glitch)保護模組222。當流經阻抗開關單元210A的電流I_S大於預設電流，並且持續達一預設時間時，突波保護模組222產生一偵測信號S_DET2。控制單元240根據偵測信號S_DET2，產生控制信號S_C，用以不導通電晶體212，進而保護阻抗單元211不因過載而被燒毀。因此，積體電路110停止提供驅動信號S_D予負載130。在本實施例中，突波保護模組222包括一比較器223以及一抗尖峰脈衝電路(deglitch circuit)224。

比較器223擷取流經阻抗開關單元210A的脈衝。抗尖峰脈衝電路224判斷流經阻抗開關單元210A的脈衝的持續時間是否大於一預設時間。若否，則忽略此脈衝。若流經阻抗開關單元210A的脈衝的持續時間達預設時間時，抗尖峰脈衝電路224產生偵測信號S_DET2。

偵測單元230偵測阻抗開關單元210A的電壓，用以產生一偵測結果S_{S_OUT}。在本實施例中，偵測單元230偵測阻抗 單元211的一壓差，並根據壓差產生偵測結果S_{S_OUT}。本發明並不限定偵測單元230的電路架構。在一可能實施例中，偵測單元230包括電阻231、232、一比較器233以及一電晶體234。

如圖所示，電阻231耦接在阻抗單元211的一端與比較器233的非反相輸入端之間。電阻232耦接在阻抗單元211的另一端與比較器233的反相輸入端之間。電晶體234耦接電阻231，並根據比較器233的輸出信號，產生偵測結果S_{S_OUT}。在本實施例中，電晶體234係為一npn電晶體，但並非用以限制本發明。在其它實施例中，電晶體234可為其它種類的電晶體。

在本實施例中，偵測結果S_{S_OUT}=I_SR₂₁₁R₂₃₅/R₂₃₁，其中I_S為流經阻抗單元211的電流、R₂₁₁為阻抗單元211的阻抗值、R₂₃₅為電阻235的阻抗值、R₂₃₁為電阻231的阻抗值。由於偵測結果S_{S_OUT}、R₂₁₁、R₂₃₅及R₂₃₁為已知，因此，一外部積體電路(如120)可藉由計算，求得流經阻抗單元211的電流I_S。

在本實施例中，積體電路110更包括一轉換單元250。轉換單元250轉換偵測結果S_{S_OUT}，用以產生一轉換信號S_SA。控制單元240根據轉換信號S_SA，產生資料信號SDA以及時脈信號SCL予一外部控制器，如積體電路120。在此例中，積體電路120可同時接收到類比格式的偵測結果S_{S_OUT}，並根據時脈信號SCL接收數位格式的資料信號SDA，但並非用以限制本發明。本發明並不限定積體電路110係以何種傳輸協定與積體電路120進行溝通。在其它實施例中，積體電路110可根據偵測結果S_{S_OUT}，產生一時脈信號及複數個資料信號，並根據特定的通訊協定提供時脈信號及該等資料信號予積體電路120。

第2B圖為本發明之積體電路之另一可能實施例。第2B圖相似第2A圖，不同之處在於阻抗開關單元210B。在本實施例中，阻抗開關單元210B具有電晶體212。偵測單元230偵測電晶體212的汲極與源極間的一等效電阻R_DS的壓差，並根據等效電阻R_DS的壓差，產生偵測結果S_{S_OUT}。在本實施例中，以電晶體212之等效電阻R_DS來取代第一實施例中的阻抗單元211，其優點是可節省成本。

在一可能實施例中，積體電路120根據偵測結果S_{S_OUT}、積體電路110的內部溫度以及輸入電壓VIN，計算得知流經等效電阻R_DS的電流。另外，第2B圖之保護單元220、偵測單元230以及轉換單元250的功能及運作皆同第2A圖所述，故不予贅述。第2B圖多了保護單元260、偵測單元270以及禁能單元280。

保護單元260偵測積體電路110的內部溫度。本發明並不限定保護單元260的電路架構。只要能夠偵測溫度的電路架構，均可作為保護單元260。在一可能實施例中，保護單元260具有一溫度感測器。當積體電路110的內部溫度大於一預設溫度時，保護單元260產生一偵測信號S_DET3。在一可能實施例，控制單元240根據偵測信號S_DET3，不導通電晶體212，用以停止提供驅動信號S_D予負載130，進而保護電晶體212不因過溫而被燒毀。

偵測單元270偵測輸入電壓VIN的位準。本發明並不限定偵測單元270的電路架構。只要能夠偵測電壓位準的電路，均可作為偵測單元270。在一可能實施例中，偵測單元270 係為一電壓偵測器。當輸入電壓VIN小於一預設電壓時，偵測單元270禁能控制單元240。

禁能單元280根據一外部致能信號EN，禁能或致能控制單元240。舉例而言，當外部致能信號EN為一第一位準時，禁能單元280產生一禁能信號，用以停止控制單元240的運作；當外部致能信號EN為一第二位準時，禁能單元280產生一致能信號，用以致能活化控制單元240。舉例來說，上述第一位準為一接地位準，而上述第二位準為一高位準，例如3.3伏特；抑或是上述第一位準為一高位準，例如3.3伏特，而上述第二位準為一接地位準。本發明並不限定禁能單元280的電路架構。在一可能實施例中，禁能單元280係由邏輯電路所組成。

在其它實施例中，保護單元260、偵測單元270以及禁能單元280之至少一者可被省略。再者，保護單元260、偵測單元270以及禁能單元280之至少一者可應用至第2A圖所示的積體電路110之中。另外，第2B圖的阻抗開關單元210B亦可取代第2A圖的阻抗開關單元210A。

第3A圖為本發明之保護單元260之一可能實施例。如圖所示，保護單元260包括電阻311、312、熱感測裝置313、齊納二極體314以及比較器315。電阻311接收電壓Vs並耦接比較器315的非反相輸入端。電阻312接收電壓V1，用以上拉(pull)比較器315的輸出端位準。

熱感測裝置313耦接比較器315的非反相輸入端。在本實施例中，熱感測裝置313具有複數溫度感測二極體，但並非用以限制本發明。只要能夠偵測溫度的元件均可作為熱感 測裝置313。舉例而言，熱感測裝置313可由熱敏電阻所構成。另外，齊納二極體314的陰極耦接比較器315的反相輸入端。其陽極接收一接地位準GND，用以提供一參考電壓Vref1。比較器315的輸出端位準作為偵測信號S_DET3。

當積體電路110的溫度上升時，熱感測裝置313的電壓Vref2將發生變化。當熱感測裝置313的電壓Vref2大於參考電壓Vref1時，表示積體電路110的溫度尚未大於一預設溫度，因此，比較器315的輸出端位準為高位準。當熱感測裝置313的電壓Vref2小於參考電壓Vref1時，表示積體電路110的溫度大於預設溫度，因此，比較器315的輸出端位準為低位準。

第3B圖為保護單元260之另一可能實施例。如圖所示，保護單元260包括電阻321~324、熱感測裝置325以及比較器326。比較器326根據電壓信號Vref3及Vref4產生偵測信號S_DET3。由於保護單元260的各元件的連接關係已清楚呈現於第3B圖中，故不再贅述。

在本實施例中，熱感測裝置325係由複數熱敏電阻所構成。熱敏電阻可為正溫度係數(Positive Temperature Coefficient；PTC)熱敏電阻或是負溫度係數(Negative Temperature Coefficient；NTC)熱敏電阻。

除非另作定義，在此所有詞彙(包含技術與科學詞彙)均屬本發明所屬技術領域中具有通常知識者之一般理解。此外，除非明白表示，詞彙於一般字典中之定義應解釋為與其相關技術領域之文章中意義一致，而不應解釋為理想狀態或過分正式之語態。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧操作系統

110、120‧‧‧積體電路

130‧‧‧負載

VIN‧‧‧輸入電壓

EN‧‧‧外部致能信號

S_D‧‧‧驅動信號

OC‧‧‧過流信號

S_{S_OUT}‧‧‧偵測結果

SCL‧‧‧時脈信號

SDA‧‧‧資料信號

Claims (18)

1. 一種積體電路，根據一輸入電壓，產生一驅動信號予一負載，包括：一阻抗開關單元，根據一控制信號，將該輸入電壓作為該驅動信號，並包括一電晶體，該電晶體的汲極與源極之間具有一等效電阻；一第一保護單元，當流經該等效電阻的電流大於一預設電流時，產生一第一偵測信號；一第一偵測單元，偵測該阻抗開關單元的電壓，用以產生一偵測結果；一控制單元，根據該第一偵測信號，產生該控制信號；以及一第二保護單元，用以偵測該積體電路的內部溫度，當該積體電路的內部溫度大於一預設溫度時，產生一第二偵測信號，其中該控制單元根據該第一及第二偵測信號，產生該控制信號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之積體電路，其中該第一偵測單元偵測該汲極與該源極之間的一壓差，並根據該壓差產生該偵測結果。
3. 如申請專利範圍第1項所述之積體電路，其中該控制單元提供該偵測結果予一外部控制器。
4. 如申請專利範圍第3項所述之積體電路，更包括： 一轉換單元，轉換該偵測結果，用以產生一轉換信號，其中該控制單元根據該轉換信號，產生一資料信號以及一時脈信號予該外部控制器。
5. 如申請專利範圍第4項所述之積體電路，其中該偵測結果係為一類比信號，該資料信號係為一數位信號。
6. 如申請專利範圍第1項所述之積體電路，其中該第一保護單元包括：一突波保護模組，當流經該等效電阻的電流大於該預設電流，並且持續達一預設時間時，產生一第二偵測信號，其中該控制單元根據該第一及第二偵測信號，產生該控制信號。
7. 如申請專利範圍第1項所述之積體電路，更包括：一禁能單元，根據一外部致能信號，禁能或致能該控制單元；以及一第二偵測單元，當該輸入電壓小於一預設電壓時，禁能該控制單元。
8. 一種積體電路，根據一輸入電壓，產生一驅動信號予一負載，並包括：一阻抗開關單元，根據一控制信號，將該輸入電壓作為該驅動信號，並包括一電晶體，該電晶體的汲極與源極之間具有一等效電阻；一第一保護單元，偵測該積體電路的內部溫度，當該積體電路的內部溫度大於一預設溫度時，產生一第一偵測信號； 一第二保護單元，當流經該等效電阻的電流大於一預設電流時，產生一第二偵測信號；一第一偵測單元，偵測該阻抗開關單元的電壓，用以產生一偵測結果；以及一控制單元，根據該第一及第二偵測信號，產生該控制信號。
9. 如申請專利範圍第8項所述之積體電路，其中該第一偵測單元偵測該汲極與該源極之間的一壓差，並根據該壓差產生該偵測結果。
10. 如申請專利範圍第8項所述之積體電路，其中該控制單元提供該偵測結果予一外部控制器。
11. 如申請專利範圍第10項所述之積體電路，更包括：一轉換單元，轉換該偵測結果，用以產生一轉換信號，其中該控制單元根據該轉換信號，產生一資料信號以及一時脈信號予該外部控制器。
12. 如申請專利範圍第11項所述之積體電路，其中該偵測結果係為一類比信號，該資料信號係為一數位信號。
13. 如申請專利範圍第8項所述之積體電路，其中該第一保護單元包括：一突波保護模組，當流經該等效電阻的電流大於該預設電流，並且持續達一預設時間時，產生一第二偵測信號，其中該控制單元根據該第一及第二偵測信號，產生該控制信號。
14. 如申請專利範圍第8項所述之積體電路，更包括：一禁能單元，根據一外部致能信號，禁能或致能該控制單元；以及一第二偵測單元，當該輸入電壓小於一預設電壓時，禁能該控制單元。
15. 一種操作系統，包括：一第一積體電路，包括：一阻抗開關單元，根據一控制信號，將一輸入電壓作為一驅動信號，並包括一電晶體，該電晶體的汲極與源極之間具有一等效電阻；一第一保護單元，當流經該等效電阻的電流大於一預設電流時，產生一第一偵測信號；一第一偵測單元，偵測該阻抗開關單元的電壓，用以產生一偵測結果；以及一控制單元，根據該第一偵測信號，產生該控制信號；一負載，根據該驅動信號而動作；以及一第二積體電路，接收該偵測結果，用以計算該負載的功率損耗。
16. 如申請專利範圍第15項所述之操作系統，其中該第一偵測單元偵測該汲極與該源極之間的一壓差，並根據該壓差產生該偵測結果。
17. 一種積體電路，根據一輸入電壓，產生一驅動電壓予一負載，並包括： 一電晶體，根據一控制信號，將該輸入電壓作為該驅動信號，該電晶體的汲極與源極之間具有一等效電阻；一第一保護單元，當流經該等效電阻的電流大於一預設電流時，產生一第一偵測信號；一第一偵測單元，偵測該電晶體的一電流輸入端與一電流流出端之間的壓差，產生一偵測結果；以及一控制單元，根據該第一偵測信號，產生該控制信號。
18. 如申請專利範圍第17項所述之積體電路，其中該控制單元提供該偵測結果予一外部控制器，該外部控制器可根據該偵測結果以及該電晶體之導通電阻計算流經該電晶體的電流之數值。