输入保护电路的制作方法

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：

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。

技术实现要素：

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。

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。

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。

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

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；

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；

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；

图3(b)示出了闩锁电路的第一节点的电压的时序变化；

图3(c)示出了输出电路的第二节点的电压的时序变化；

图3(d)示出了输出电路输出的电力输出的时序变化；

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；

图4(b)示出了闩锁电路的第一节点的电压的时序变化；

图4(c)示出了输出电路的第二节点的电压的时序变化；

图4(d)示出了输出电路输出的电力输出的时序变化；

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

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。

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(overvoltageprotection，ovp)与过电流保护机制(overcurrentprotection，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。

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(thresholdcurrent)，再利用第一输出端114输出电力输入pin。

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。

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(thresholdvoltage)。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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(pnpbipolartransistor)或是p型金属氧化物半导体场效晶体管(p-typemosfet)来实现。

电压检测电路120包含输入端122、输出端124和齐纳二极管(zenerdiode)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。

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。

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(npnbipolartransistor)或是n型金属氧化物半导体场效晶体管(n-typemosfet)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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

在某一实施例中，参考电压vref可以是接地电压。

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。

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。

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(reversebreakdown)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。

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(zenervoltage)，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。

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。

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。

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。

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。

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-upstructure)。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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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)。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。