用于电子装置的的保护方法及保护装置的制造方法_2

文档序号:9753447阅读:来源:国知局
N型金属氧化物半导体场效晶体管N2开启,使控制模块106输出低电位信号至开关Sffl的控制端(即开关SWl的控制端与地端导通),进而开启开关SWl。若控制信号S_CTRL为低电位时,会控制N型金属氧化物半导体场效晶体管N2关闭,此时,拉高电阻R_H会拉高开关SWl的控制端的电位使其与电源供应端电位(约略等于输入电压Vin)相同,进而关闭开关SWl。
[0041]处理装置104可针对过电流保护设定一临界值TH_I,以在电流Ix超过临界值TH_I时,关闭开关SWl以达到过电流保护的效果。详细来说,当电流Ix小于临界值TH_I时(即正常运作之下),处理装置104可输出高电位的控制信号S_CTRL,以指示控制模块106输出低电位信号来开启开关SWl ;当电流Ix大于临界值TH_I时(即发生过电流),处理装置104可输出低电位的控制信号S_CTRL,以指TK控制模块106输出高电位信号来关闭开关SWl,进而关闭电子装置的供电路径。如此一来,可避免过大电流进入电子装置内部造成电路元件损坏,以达到过电流保护效果。
[0042]在另一实施例中,本发明的保护装置可加上一过电压保护装置,以取得更完整的保护。请参考图3,图3为本发明实施例一保护装置30的示意图。如图3所示,保护装置30的架构与图1的保护装置10类似,故相同功能的模块、元件及信号皆以相同符号表示。保护装置30除了包含有保护装置10中所有架构之外,另包含一开关SW3及一控制模块302。开关SW3设置于电子装置的供电路径上,用来控制供电路径导通与否。控制模块302则耦接于开关SW3,用来根据供电路径的输入电压Vin,控制开关SW3开启或关闭。
[0043]较佳地,开关SW3可采用一 P型金属氧化物半导体场效晶体管P3来实现。P型金属氧化物半导体场效晶体管P3的漏极(drain)与源极(source)可作为开关SW3中通过电流Ix的两端,而栅极(gate)可作为开关SW3的控制端。在此情况下,在控制端输入电位较低的信号时,可开启开关SW3,而在控制端输入电位较高的信号时,可关闭开关SW3。更明确来说,当控制端的电压减去输入电压Vin小于P型金属氧化物半导体场效晶体管P3的一临界电压时,开关SW3会开启;当控制端的电压减去输入电压Vin大于该临界电压时,开关SW3会关闭。
[0044]根据控制模块302及开关SW3的运作,当电子装置的供电路径上的输入电压Vin高于一临界值TH_V时,控制模块302可关闭开关SW3,以控制供电路径关闭,进而避免过大电压输入电子装置内部造成电路元件损坏。当输入电压Vin低于临界值TH_V时,控制模块302则开启开关SW3,使供电路径导通并正常运作。
[0045]在一实施例中,控制模块302可透过一拉低电阻及一二极管来实现。请参考图4,图4为保护装置30的一种实施方式的示意图。如图4所示,控制模块302包含有一开关SM、一二极管Zl、一拉低电阻R_L及一电阻Rl。开关SW3则是由P型金属氧化物半导体场效晶体管P3所实现。开关SW4可用来接收输入电压Vin,并在过电压发生时控制控制模块302输出高电位信号,以关闭开关SW4,进而控制电子装置的供电路径关闭。二极管Zl耦接于开关SW4的一控制端,用来箝制该控制端的电压。二极管Zl可为一齐纳二极管(zenerd1de)或其它类型的二极管,而不限于此。拉低电阻R_L可控制控制模块302输出低电位信号,以开启开关SW3,进而控制电子装置的供电路径开启。此外,图4的保护装置30中其它模块、元件及信号的功能皆与图2的保护装置10类似,因此皆以相同符号表示。
[0046]详细来说,开关SW4可透过一 P型金属氧化物半导体场效晶体管P4来实现。P型金属氧化物半导体场效晶体管P4的漏极与源极可分别耦接至开关SW3的控制端及电子装置的供电路径,而栅极可耦接至二极管Z1,由二极管Zl来箝制栅极的电压。拉低电阻R_L的两端则分别耦接至开关SWl的控制端及地端。在此情况下,若输入电压Vin为正常电压时,二极管Zl不会导通,使得P型金属氧化物半导体场效晶体管P4的源极与栅极的电位约略相等,因此P型金属氧化物半导体场效晶体管P4所形成的开关SW4为关闭状态。此时,拉低电阻R_L会拉低开关SW3的控制端的电位使其与地端电位相同(约略等于零),进而开启开关SW3。另一方面,若输入电压Vin过高时,P型金属氧化物半导体场效晶体管P4的源极电压会随之而上升,此时二极管Zl开始运作并箝制P型金属氧化物半导体场效晶体管P4的栅极电压,使得P型金属氧化物半导体场效晶体管P4的栅极与源极出现较大电位差,并开启P型金属氧化物半导体场效晶体管P4所形成的开关SW4。如此一来,开关SW4会导通使得开关SW3的控制端的电位上升至输入电压Vin附近,以关闭开关SW3,进而控制电子装置的供电路径关闭,以达到过电压保护效果。
[0047]图4的保护装置30的运作情形可搭配图5举例说明如下。假设保护装置30所保护的电子装置的额定输入电压Vin为3.3V,并允许3.3V上下一特定范围内(如3V?3.6V)的输入电压Vin,P型金属氧化物半导体场效晶体管P1、P3及P4的临界电压皆为-1V,而二极管Zl为一齐纳二极管且其齐纳电压(zener voltage)为3.6V。当输入电压Vin等于
3.3V且未发生过电流时,处理装置104会输出高电位的控制信号S_CTRL来控制开关SW2开启,以将开关SWI的控制端拉低至零电位(即P型金属氧化物半导体场效晶体管Pl的栅极电压等于0V)。在此情况下,P型金属氧化物半导体场效晶体管Pl的栅极一源极电压Vgs等于-3.3V,小于其临界电压-1V,因此,P型金属氧化物半导体场效晶体管Pl会开启,使输入电压Vin及电流通过。接着,3.3V的输入电压Vin会使P型金属氧化物半导体场效晶体管P4的源极电压为3.3V,而由于3.3V的输入电压小于二极管Zl的齐纳电压3.6V,使得P型金属氧化物半导体场效晶体管P4的栅极电压也等于输入电压3.3V,因此,P型金属氧化物半导体场效晶体管P4的栅极一源极电压Vgs等于0V,大于其临界电压-1V,因而关闭P型金属氧化物半导体场效晶体管P4。在此情况下,开关SW3的控制端由拉低电阻R_L拉低至零电位(即P型金属氧化物半导体场效晶体管P3的栅极电压等于0V),使得P型金属氧化物半导体场效晶体管P3的栅极一源极电压Vgs等于-3.3V,小于其临界电压-1V,因此,P型金属氧化物半导体场效晶体管P3会开启,使输入电压Vin及电流通过,如图5的(A)所示的情况。
[0048]当输入电压Vin等于5V且未发生过电流时,处理装置104会输出高电位的控制信号S_CTRL来控制开关SW2开启,以将开关SWl的控制端拉低至零电位(即P型金属氧化物半导体场效晶体管Pl的栅极电压等于0V)。在此情况下,P型金属氧化物半导体场效晶体管Pl的栅极一源极电压Vgs等于-5V,小于其临界电压-1V,因此,P型金属氧化物半导体场效晶体管Pl会开启,使输入电压Vin及电流通过。接着,5V的输入电压Vin会使P型金属氧化物半导体场效晶体管P4的源极电压为5V,而由于5V的输入电压大于二极管Zl的齐纳电压3.6V,使得P型金属氧化物半导体场效晶体管P4的栅极电压被二极管Zl箝制在
3.6V,因此,P型金属氧化物半导体场效晶体管P4的栅极一源极电压Vgs等于-1.4V,小于其临界电压-1V,因而开启P型金属氧化物半导体场效晶体管P4。在此情况下,开关SW3的控制端由开关SW4拉高至输入电压Vin的电位(即P型金属氧化物半导体场效晶体管P3的栅极电压等于5V),使得P型金属氧化物半导体场效晶体管P3的栅极一源极电压Vgs等于0V,大于其临界电压0V,因此,P型金属氧化物半导体场效晶体管P3会关闭,以避免过高的输入电压Vin通过,进而实现过电压保护机制,如图5的(B)所示的情况。
[0049]当输入电压Vin等于-5V且未发生过电流时,处理装置104会输出高电位的控制信号S_CTRL来控制开关SW2开启,以将开关SWl的控制端拉低至零电位(即P型金属氧化物半导体场效晶体管Pl的栅极电压等于0V)。在此情况下,P型金属氧化物半导体场效晶体管Pl的栅极一源极电压Vgs等于5V,大于其临界电压-1V,因此,P型金属氧化物半导体场效晶体管Pl会关闭,以避免过低的输入电压Vin通过,进而实现负电压保护机制,如图5的(C)所示的情况。
[0050]当输入电压Vin等于3.3V且发生过电流时,输入电压Vin及输入电流会先通过开关SWl (即P型金属氧化物半导体场效晶体管Pl)。随后,电流检测模块102检测到过电流,使得处理装置104输出低电位的控制信号S_CTRL来控制开关SW2关闭,此时,拉高电阻R_H会将开关SWl的控制端拉高至高电位(即P型金属氧化物半导体场效晶体管Pl的栅极电压等于3.3V)。在此情况下,P型金属氧化物半导体场效晶体管Pl的栅极一源极电压Vgs等于0V,大于其临界电压-1V,因此,P型金属氧化物半导体场效晶体管Pl会关闭,以避免过大的电流通过,进而实现过电流保护机制,如图5的(D)所示的情况。
[0051]值得注意的是,本发明的保护装置及方法可结合过电流保护、过电压保护及负电压保护的功能。本领域的技术人员当可据以进行修饰或变化,而不限于此。举例来说,上述保护装置30执行检测及保护的顺序为负电压保护、过电流保护及过电压保护,但在其他实施例
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