TWI821977B - 具有反接保護功能的直流電源傳輸電路 - Google Patents
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Abstract
一種直流電源傳輸電路包含連接在第一輸入端和正端之間的第一開關組件、連接在第二輸入端和該正端的第二開關組件、連接在該第一輸入端和負端之間的第三開關組件，及連接在該第二輸入端和該負端之間的第四開關組件。當該第一、二輸入端分別耦接外部電源的正、負極時，該第一、四開關組件分別回應於在該第二、一輸入端接收的第一、二控制信號而導通；且當該第一、二輸入端分別耦接該外部電源的負、正極時，該第二、三開關組件分別回應於在該第二、一輸入端接收的該第一、二控制信號而導通，以將該外部電源的直流電源在該正、負端間輸出。
Description
本發明是有關於直流電源的傳輸，特別是指一種具有反接保護功能的直流電源傳輸電路。
車用電源為一具有極性的直流電源，例如蓄電池，並透過分別為正極和負極的兩端輸出直流電壓，以供應車載系統所需的電力。由於車載系統通常包含有多種不同的車用電子產品且每一車用電子產品與該車用電源並未限定以特定連接介面來連接，所以組裝人員通常將車用電子產品用於接收輸入電壓的兩條方別代表Vcc與GND的連接線與另外兩條分別與車用電源的正、負極電連接的連接線，以裸線對接方式來完成車用電子產品與車用電源之間的電連接。然而，在此裸線對接過程中，組裝人員若一時不查恐容易發生錯接(反接)的情況，如此將會導致車用電子產品無法正常運作，甚至可能導致產品的燒毀。
為了預防車用電子產品因電源極性反接所導致的毀損，車用電子產品已設計成包含有防反接保護電路，此防反接保護電路在發生反接時，會使車用電子產品與車用電源斷開，因而車用電子產品在無電源供應下而不運作(即，保持關機狀態)，藉此達成免於因反接而導致的毀損。在此情況下，對於反接的車用電子產品，組裝人員必須重新執一次正確但繁瑣的組裝。另一方面，此防反接保護電路通常使用了具有逆偏斷開特性的電子元件，例如二極體和MOS電晶體。然而，當施加於此電子元件的逆向偏壓大於其逆向崩潰電壓時，此電子元件將會從斷開狀態變成導通狀態，因而對於車用電子產品無法達成有效的反接保護。
因此，在電子產品與電源之間，如何發想出一種能達成有效的反接保護且容易組裝的直流電源傳輸電路已成為相關技術領域所欲解決的議題之一。
因此，本發明的目的，即在提供一種直流電源傳輸電路，其能克服現有技術至少一個缺點。
於是，本發明所提供的一種直流電源傳輸電路用於傳輸來自一外部電源的直流電源，並包含一輸入側、一輸出側、一第一開關組件、一第二開關組件、一第三開關組件、及一第四開關組件。
該輸入側適於電連接該外部電源以接收該直流電源並具有一第一輸入端和一第二輸入端。
該輸出側用於輸出該直流電源並具有一正端和一負端。
該第一開關組件電連接在該輸入側的該第一輸入端與該輸出側的該正端之間，具有一耦接該輸入側的該第二輸入端的第一控制端，並回應於在該第一控制端接收的一第一控制信號而導通或關斷。
該第二開關組件電連接在該輸入側的該第二輸入端與該輸出側的該正端之間，具有一耦接該輸入側的該第二輸入端的第二控制端，並回應於在該第二控制端接收的該第一控制信號1而關斷或導通。
該第三開關組件電連接在該輸入側的該第一輸入端與該輸出側的該負端之間，具有一耦接該輸入側的該第一輸入端的第三控制端，並回應於在該第三控制端接收的一第二控制信號而關斷或導通。
該第四開關組件電連接在該輸入側的該第二輸入端與該輸出側的該負端之間，具有一耦接該輸入側的該第一輸入端的第四控制端，並回應於在該第四控制端接收的該第二控制信號而導通或關斷。
當該輸入側的該第一輸入端和該第二輸入端分別耦接該外部電源的一正極和一負極時，該第一、四開關組件導通而該第二、三開關組件關斷，以致該輸入側的該第一輸入端經由導通的該第一開關組件電連接該輸出側的該正端並且該輸入側的該第二輸入端經由導通的該第四開關組件電連接該輸出側的該負端。
當該輸入側的該第一輸入端和該第二輸入端分別耦接該外部電源的該負極和該正極時，該第二、三開關組件導通而該第一、四開關組件關斷，以致該輸入側的該第一輸入端經由導通的該第三開關組件電連接該輸出側的該負端並且該輸入側的該第二輸入端經由導通的該第二開關組件電連接該輸出側的該正端。
本發明的直流電源傳輸電路中，該第一開關組件在功能及操作上相同於該第三開關組件，且該第二開關組件在功能及操作上相同於該第四開關組件。
本發明的直流電源傳輸電路中，該第一、三開關組件其中每一者包含一PMOS電晶體，且該第二、四開關組件其中每一者包含一NMOS電晶體。
本發明的功效在於：由於該第一至第四開關組件的配置與設計，無論該輸入側的該第一、二輸入端如何與該外部電源的正、負極連接均能確保在該輸出側以正確的極性輸出來自該外部電源的直流電源，藉此對於連接該輸出側的負載裝置提供反接保護功能。
在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖1，示例性地繪示出本發明實施例的一種直流電源傳輸電路100，其用於將來自一外部電源200的直流電源(圖未示)傳輸至一負載裝置300，也就是說，該外部電源200所提供的該直流電源可透過該直流電源傳輸電路100不僅將該直流電源傳輸至該負載裝置300，而且同時對於該負載裝置300提供反接保護的功能。在本實施例中，該外部電源200可以是但不限於一電池模組(例如，車用蓄電池)，且該負載裝置300可以是例如但不限於一車用電子產品。該直流電源傳輸電路100包含一輸入側1、一輸出側2、一第一開關組件3、一第二開關組件4、一第三開關組件5和一第四開關組件6。
該輸入側1適於電連接該外部電源200以接收該直流電源，並具有一第一輸入端11和一第二輸入端12。
該輸出側2適於電連接該負載裝置300，並用於將該直流電源輸出至該負載裝置300，並具有一正端21和一負端22。特別要說明的是，在本實施例中，該直流電源傳輸電路100例如實施成一與該負載裝置300外部耦接的電路模組，在此情況下，該正端21與該負端22可以經由一合適的連接介面(圖未示)分別與該負載裝置300的電路電壓端(即， Vcc)和接地端(即，GND)耦接。然而，在其他實施例中，該直流電源傳輸電路100亦可被整合於該負載裝置300，在此情況下，該正端21作為該負載裝置300的電路電壓端(即， Vcc)且該負端22作為該負載裝置300的接地端(即，GND)。
該第一開關組件3電連接在該輸入側1的該第一輸入端11與該輸出側2的該正端21之間，具有一耦接該輸入側1的該第二輸入端12的第一控制端，並回應於在該第一控制端接收的一第一控制信號(圖未示)而導通或關斷。具體而言，該第一控制信號就是在該輸入側1的該第一輸入端11所接收到的信號。
該第二開關組件4電連接在該輸入側1的該第二輸入端12與該輸出側2的該正端21之間，具有一耦接該輸入側1的該第二輸入端12的第二控制端，並回應於在該第二控制端接收的該第一控制信號而關斷或導通。
該第三開關組件5電連接在該輸入側1的該第一輸入端11與該輸出側2的該負端22之間，具有一耦接該輸入側1的該第一輸入端11的第三控制端，並回應於在該第三控制端接收的一第二控制信號(圖未示)而關斷或導通。具體而言，該第二控制信號就是在該輸入側1的該第二輸入端12所接收到的信號。
該第四開關組件6電連接在該輸入側1的該第二輸入端12與該輸出側2的該負端22之間，具有一耦接該輸入側1的該第一輸入端11的第四控制端，並回應於在該第四控制端接收的該第二控制信號而導通或關斷。
參閱圖2，在本實施例中，該第一開關組件1與該第三開關組件3在功能及操作上彼此相同且其中每一者可包含一PMOS電晶體(例如，如圖2所示的一P通道增強型MOSFET，但不以此例為限)以及一與該PMOS電晶體反向並聯的本體二極體。該第二開關組件2與該第四開關組件在功能及操作上彼此相同且其中每一者可包含一NMOS電晶體(例如，如圖2所示的一N通道增強型MOSFET，但不以此例為限)以及一與該PMOS電晶體反向並聯的本體二極體。更具體地，對於該第一開關組件3，該PMOS電晶體的源極和汲極分別耦接該輸入側1的該第一輸入端11和該輸出側2的該正端21，且該PMOS電晶體的閘極作為該第一控制端；對於該第二開關組件4，該NMOS電晶體的汲極和源極分別耦接該輸入側1的該第二輸入端12和該輸出側2的該正端21，且該NMOS電晶體的閘極作為該第二控制端；對於該第三開關組件5，該PMOS電晶體的源極和汲極分別耦接該輸入側1的該第一輸入端11和該輸出側2的該負端22，且該PMOS電晶體的閘極作為該第三控制端；及對於該第四開關組件6，該NMOS電晶體的汲極和源極分別耦接該輸入側1的該第二輸入端12和該輸出側2的該負端22，且該NMOS電晶體的閘極作為該第四控制端。在此配置下，當該第一控制信號(以下，以S1來表示)為一高準位信號時，該第一開關組件3的該PMOS電晶體回應於該第一控制信號S1而關斷，而該第二開關組件4的該NMOS電晶體回應於該第一控制信號S1而導通；相反地，當該第一控制信號S1為一低準位信號(如，零電壓信號)時，該第一開關組件3的該PMOS電晶體回應於該第一控制信號S1而關斷導通，而該第二開關組件4的該NMOS電晶體回應於該第一控制信號S1而關斷。相似地，當該第二控制信號(以下，以S2來表示)為一高準位信號時，該第三開關組件5的該PMOS電晶體回應於該第二控制信號S2而關斷，而該第四開關組件6的該NMOS電晶體回應於該第二控制信號S2而導通；相反地，當該第二控制信號S2為一低準位信號(如，零電壓信號)時，該第三開關組件5的該PMOS電晶體回應於該第二控制信號S2而關斷導通，而該第四開關組件6的該NMOS電晶體回應於該第二控制信號S2而關斷。
以下，將參閱圖3和圖4來示例地說明該實施例在使用時允許該直流電源傳輸電路100的該輸入側1與該外部電源200的不同連接方式。
如圖3所示，當該輸入側1的該第一輸入端11和該第二輸入端12分別耦接該外部電源200(例如，蓄電池)的一正極和一負極時，在此連接方式下，由於在該第一輸入端11接收到來自該外部電源200的直流電源Vin具有高電壓準位並作為該第二控制信號並且在該第二輸入端12接收到來自該外部電源200的零電壓作為該第一控制信號，所以該第一、四開關組件3，6導通而該第二、三開關組件4，5關斷，以致該輸入側1的該第一輸入端11經由導通的該第一開關組件3電連接該輸出側2的該正端21並且該輸入側1的該第二輸入端12經由導通的該第四開關組件6電連接該輸出側2的該負端22。於是，該直流電源Vin經由該直流電源傳輸電路100的傳輸且在該輸出側2被正確地輸出(亦即，在該輸出側2，該正端21的電位高於該負端22的電位，且該正、負端21，22之間的電位差即為該直流電源Vin)。
如圖4所示，當該輸入側1的該第一輸入端11和該第二輸入端12分別耦接該外部電源200的該負極和該正極時，在此連接方式下，由於在該第二輸入端12接收到來自該外部電源200的直流電源Vin具有高電壓準位並作為該第一控制信號並且在該第一輸入端11接收到來自該外部電源200的零電壓作為該第二控制信號，所以該第一、四開關組件3，6關斷而該第二、三開關組件4，5導通，以致該輸入側1的該第一輸入端11經由導通的該第三開關組件5電連接該輸出側2的該負端22並且該輸入側1的該第二輸入端12經由導通的該第二開關組件4電連接該輸出側2的該正端21。於是，同樣地，該直流電源Vin經由該直流電源傳輸電路100的傳輸且在該輸出側2被正確地輸出。
值得注意的是，在實際使用時，無論該輸入側1的該第一、二輸入端11，12如何經由裸線連接方式與該外部電源200的正、負極連接，該直流電源傳輸電路100均能在該輸出側2正確地輸出該直流電源，如此能確保對於該負載裝置300的反接保護。
綜上所述，由於該第一至第四開關組件3~6的配置與設計，無論該輸入側1的該第一、二輸入端11，12如何與該外部電源的正、負極連接均能確保在該輸出側2以正確的極性輸出來自該外部電源200的直流電源，藉此對於連接該輸出側2的負載裝置200所提供之反接保護功能是現有使用如二極體之開關組件的保護電路所無法達成的。由於該輸入側1在與該外部電源200電連接時並無特別的極性要求，因而能使該外部電源200與該負載裝置300之間的電連接更為容易且方便。因此，本發明的直流電源傳輸電路100確實能達成本發明的目的。
惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。
100…直流電源傳輸電路
1…輸入側
11…第一輸入端
12…第二輸入端
2…輸出側
21…正端
22…負端
3…第一開關組件
4…第二開關組件
5…第三開關組件
6…第四開關組件
200…外部電源
300…負載裝置
S1…第一控制信號
S2…第二控制信號
Vin…直流電源
本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：
圖1是一方塊圖，示例性地說明本發明實施例的一種直流電源傳輸電路以及一外部電源和一負載裝置；
圖2是一電路圖，示例性地說明該實施例；
圖3是一等效電路圖，說明該實施例與該外部電源的一種連接方式；及
圖4是一等效電路圖，說明該實施例與該外部電源的另一種連接方式。
100…直流電源傳輸電路
1…輸入側
11…第一輸入端
12…第二輸入端
2…輸出側
21…正端
22…負端
3…第一開關組件
4…第二開關組件
5…第三開關組件
6…第四開關組件
200…外部電源
300…負載裝置
Claims (3)
- 一種直流電源傳輸電路，用於傳輸來自一外部電源的直流電源，並包含： 一輸入側，適於電連接該外部電源以接收該直流電源並具有一第一輸入端和一第二輸入端； 一輸出側，用於輸出該直流電源並具有一正端和一負端； 一第一開關組件，電連接在該輸入側的該第一輸入端與該輸出側的該正端之間，具有一耦接該輸入側的該第二輸入端的第一控制端，並回應於在該第一控制端接收的一第一控制信號而導通或關斷； 一第二開關組件，電連接在該輸入側的該第二輸入端與該輸出側的該正端之間，具有一耦接該輸入側的該第二輸入端的第二控制端，並回應於在該第二控制端接收的該第一控制信號而關斷或導通； 一第三開關組件，電連接在該輸入側的該第一輸入端與該輸出側的該負端之間，具有一耦接該輸入側的該第一輸入端的第三控制端，並回應於在該第三控制端接收的一第二控制信號而關斷或導通；及 一第四開關組件，電連接在該輸入側的該第二輸入端與該輸出側的該負端之間，具有一耦接該輸入側的該第一輸入端的第四控制端，並回應於在該第四控制端接收的該第二控制信號而導通或關斷； 其中，當該輸入側的該第一輸入端和該第二輸入端分別耦接該外部電源的一正極和一負極時，該第一、四開關組件導通而該第二、三開關組件關斷，以致該輸入側的該第一輸入端經由導通的該第一開關組件電連接該輸出側的該正端並且該輸入側的該第二輸入端經由導通的該第四開關組件電連接該輸出側的該負端；及 其中，當該輸入側的該第一輸入端和該第二輸入端分別耦接該外部電源的該負極和該正極時，該第二、三開關組件導通而該第一、四開關組件關斷，以致該輸入側的該第一輸入端經由導通的該第三開關組件電連接該輸出側的該負端並且該輸入側的該第二輸入端經由導通的該第二開關組件電連接該輸出側的該正端。
- 如請求項1所述的直流電源傳輸電路，其中，該第一開關組件在功能及操作上相同於該第三開關組件，且該第二開關組件在功能及操作上相同於該第四開關組件。
- 如請求項2所述的直流電源傳輸電路，其中，該第一、三開關組件其中每一者包含一PMOS電晶體，且該第二、四開關組件其中每一者包含一NMOS電晶體。
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