專利名稱：過電壓保護電路及具有該過電壓保護電路的可攜式電子裝置的制作方法
過電壓保護電路及具有該過電壓保護電路的可攜式電子裝
技術領域
本發(fā)明關于一種過電壓保護電路，特別的是當超過可攜式電子裝置的內部電路單 元所能承受的額定電壓時所產生的過電壓保護。
背景技術：
現有技術中，可攜式電子裝置可通過電源供應連接器(adapter)接收外部的輸入 電壓，以使得該輸入電壓可通過該連接器作用于該可攜式電子裝置，例如執(zhí)行對該可攜式 電子裝置進行電源供應的作用。
然而，隨著用戶身邊可攜式電子裝置的增多，各類型的電源供應連接器也隨之增 多，但往往該等電源供應連接器具有不同的電氣特性，例如不同額定的輸入/輸出電壓。若 使用者錯誤使用電源供應連接器，將會直接地對可攜式電子裝置造成損壞。舉例而言，一個 可攜式電子裝置內包含電池、電子組件與電子電路等內部電路單元，該等內部電路組件具 有額定最大能夠承受的電壓為12伏特，若使用者誤將高于12伏特的電壓直接地供應至該 可攜式電子裝置，則該可攜式電子裝置內的電池、電子組件與電子電路很有可能遭受到的 高壓的破壞而無法動作。
故有需要通過本發(fā)明所提供的過電壓保護，用以解決現有技術的缺失。發(fā)明內容
本發(fā)明的一目的是提供一種過電壓保護電路，用以保護該可攜式電子裝置中內部 電路單元避免接收到超過該等內部電路單元所能承受的額定電壓的輸入電壓。
本發(fā)明的另一目的是根據上述的過電壓保護電路，用以在不受到溫度的變異影響 下，可穩(wěn)定地隔離超過該額定電壓的該輸入電壓輸入至該內部電路單元。
本發(fā)明的再一目的是根據上述的過電壓保護電路，用以通過該分壓模塊針對所需 的該額定電壓需求，可程序化地設定該可攜式電子裝置可承受的額定電壓。
為達上述目的及其它目的，本發(fā)明提供一種過電壓保護電路，其用于在輸入電 壓超過可攜式電子裝置中內部電路單元所能承受的額定電壓時產生過電壓保護(over voltage protection),包含輸入單元、輸出單元、限壓單元、分壓模塊、比較模塊與開關單 元。該輸入單元系接收該輸入電壓；該輸出單元供連接該可攜式電子裝置；該限壓單元與 該輸入單元連接，用以接收該輸入電壓并限定地輸出參考電壓；該分壓模塊與該輸入單元 連接，用以接收該輸入電壓，并將該輸入電壓進行分壓而產生分壓電壓；該比較模塊連接該 限壓單元與該分壓模塊，用以比較該參考電壓以及該分壓電壓并根據比較結果產生開關訊 號；以及，該開關單元連接該輸入單元、該輸出單元以及該比較模塊，其接收該開關訊號及 該輸入電壓，而該開關訊號用于控制將該輸入電壓通過該開關單元輸出至該輸出單元。
與現有技術相較，本發(fā)明的過電壓保護電路系可通過簡易的分壓模塊輕易地設定 可攜式電子裝置中內部電路單元所能承受的額定電壓，并且配合具有不受到溫度變化影響 的限壓單元，除了可讓低于該額定電壓的輸入電壓順利地供應給該可攜式電子裝置外，也 可精確地控制當超過該額定電壓(也稱為過電壓)的該輸入電壓欲輸入至該可攜式電子裝 置之前可被有效地隔離，使得該可攜式電子裝置除可不致于因接收到超過該額定電壓的該 輸入電壓而造成該可攜式電子裝置內部電路單元的損壞外，還可有效地保護該可攜式電子 裝置不致用戶因錯誤地使用該輸入電壓所造成嚴重內部電路單元的損壞。


圖1是本發(fā)明第一實施例的過電壓保護電路的方塊示意圖；圖2是圖1中限壓單元的詳細示意圖；圖3是圖1中分壓模塊的詳細示意圖；圖4是圖1中比較模塊的詳細示意圖；圖5是圖1中開關單元的詳細示意圖；圖6是本發(fā)明第二實施例的過電壓保護電路的方塊示意圖；圖7是圖6中比較模塊、控制接口模塊與該開關單元的詳細連接示意圖；以及 圖8是本發(fā)明一實施例的具有過電壓保護的可攜式電子裝置的方塊示意圖。
圖中2、2’，可攜式電子裝置；4，內部電路單元；10、10’，過電壓保護電路；12，輸入單元；122，第一電阻；124，第二電阻；14，限壓單元；16,分壓模塊；18，比較模塊；182,第一輸入端；184，第二輸入端；186，第一控制單元；188，第二控制單元；20，開關單元；202，輸入端；204，輸出端；206，受控端；22，輸出單元；24，控制接口模塊；Vin,輸入電壓；GND，接地端；Vref，參考電壓；PV，限定電壓；Vvd,分壓電壓；SS,開關訊號；CS，控制訊號；V，電壓；R1、R2，電阻；VRU VR2,電壓。
具體實施方式
為充分了解本發(fā)明之目的、特征及功效，由下述具體的實施例，并配合所附的圖 式，對本發(fā)明做一詳細說明，說明如后參考圖1，是本發(fā)明第一實施例的過電壓保護電路的方塊示意圖。在圖1中，該過電壓 保護電路10設置在輸入電壓Vin與可攜式電子裝置2之間，用以進行過電壓保護(OVP)。 其中，該可攜式電子裝置2中的內部電路單元4具有一個可承受的最大輸入電壓，該最大輸 入電壓稱為額定電壓。故該過電壓保護用于避免超過該額定電壓的該輸入電壓Vin會因直 接地輸入至該可攜式電子裝置2而造成對該內部電路單元4的破壞。
此外，該額定電壓的進一步定義為該可攜式電子裝置2中該內部電路單元4所能 夠承受與操作的最大電壓，即當該可攜式電子裝置2接收的該輸入電壓Vin不超過該額定 電壓時，該可攜式電子裝置2能正常地提供給例如整流電路、充/放電電路或顯示電路等的 該內部電路單元；反之，若該可攜式電子裝置2接收的該輸入電壓Vin超過該額定電壓時， 則該可攜式電子裝置2會破壞該內部電路單元，而使得該可攜式電子裝置2產生錯誤的動 作或更甚無法使用。再者，該輸入電壓Vin可為來自于市電的交流電壓或是經由整流過后 的直流電壓。
該過電壓保護電路10包含輸入單元12、限壓單元14、分壓模塊16、比較模塊18、 開關單元20與輸出單元22。其中，該輸入單元12接收該輸入電壓Vin，而該輸入電壓Vin 可為直流電壓或交流電壓。
該限壓單元14具有二端，一端與該輸入單元12連接，而另一端連接至接地端GND。 該輸入電壓Vin通過該限壓單元14產生對應的參考電壓Vref。其中，該限壓單元14采用 具有抗溫度變化的二端組件，使得該限壓單元14的電氣特性不受溫度變化而影響，例如齊 納二極管(Zener diode)。再者，該限壓單元14本身默認有限定電壓PV，用于使得該限壓 單元14可根據所接收該輸入電壓Vin，進而決定該限壓單元14是否導通。
換言之，當該輸入電壓Vin施加于該限壓單元14時，若該輸入電壓Vin小于或等 于該限定電壓PV時，則該限壓單元14輸出零電壓的該參考電壓Vref (即不導通的狀態(tài))； 反之，若該輸入電壓Vin大于該限定電壓PV時，該限壓單元14輸出等于該限定電壓PV的 該參考電壓Vref (即導通的狀態(tài))。
再者，上述中所提及不導通的狀態(tài)定義為該限壓單元14呈現為斷路的狀態(tài)，而使 該參考電壓Vref為零電位；以及，導通的狀態(tài)定義為該限壓單元14系固定地輸出該限定電 壓PV，即該參考電壓Vref等于該限定電壓PV。此外，該限壓單元14的該限定電壓PV的選用可無關于該可攜式電子裝置2的該額定電壓。
一并參考圖2，其該限壓單元14以該齊納二極管為例為說，若該齊納二極管的該限定電壓PV為設計默認為4伏特時，當施加于該齊納二極管的二端的該輸入電壓Vin小于 4伏特時，則該參考電壓Vref為零電位；以及，當施加于該齊納二極管的二端的該輸入電壓 Vin大于4伏特時，則該參考電壓Vref固定為該限定電壓PV，即該參考電壓Vref輸出為 4伏特此外，該齊納二極管相較一般的二極管系為逆向連接，使得該齊納二極管的η端系與該輸入單元12連接，而該齊納二極管之P端連接至該接地端GND。
該分壓模塊16與該輸入單元12連接，且該輸入單元12上的該輸入電壓Vin通過該分壓模塊12產生分壓電壓Vvd。在一實施例中，該分壓模塊16可包含第一電阻單兀122 與第二電阻單元124，該第一電阻單元122與該第二電阻單元124為串聯連接，且該輸入電壓Vin在該第二電阻單元124產生該分壓電壓Vvd，如圖3所示。此外，由調整該第一電阻單元122與該第二電阻單元124之間的電阻值比例，則可獲得對應該電阻值比例的分壓電壓Vvd，而該分壓電壓與該電阻值比例的關系如下所示其中，R122為該第一電阻單元122的電阻值，以及R124為該第二電阻單元124的電阻值。
此外，該分壓模塊16為可通過該第一電阻單元122與該第二電阻單元124的電阻值比例用以設定該額定電壓以符合該可攜式電子裝置中所需電壓的需求。換言之，當該第二電阻單元124上的分壓電壓Vvd大于或等于(即非小于)該參考電壓Vref時，則會使得后面所提及的該開關單元20呈現開路(或稱不導通的狀態(tài))，即該輸入電壓Vin為無法傳送至該內部電路單元4，詳細說明如下所述。
該比較模塊18連接該限壓單元14與該分壓模塊16，且該比較模塊18比較該參考電壓Vref與該分壓電壓Vvd并用以輸出對應的該開關訊號(switched signal) SS0 一并參考圖4，為該比較模塊18的詳細示意圖。
在圖4中，該比較模塊18更包含第一輸入端182、第二輸入端184、第一控制單元 186與第二控制單元188。該第一輸入端182連接該限壓單元14用于接收該參考電壓Vref ； 以及，該第二輸入端184連接該分壓模塊16用于接收該分壓電壓Vvd。該第一控制單元186 接收該參考電壓Vref與該分壓電壓Vvd,并且在比較該參考電壓Vref與該分壓電壓Vvd之后，用以產生該控制訊號CS至該第二控制單元184，使得該控制訊號CS控制該第二控制端 188的開路與短路的狀態(tài)。
舉例而言，假設該內部電路單元4的該額定電壓為4伏特、該限定電壓系PV也為4 伏特、該第一電阻單元122為90K奧姆以及該第二電阻單元124為IOK奧姆。當該輸入電壓Vin輸入為低于該額定電壓的例如3伏特時，該限壓單元14為輸出電壓為O的該參考電壓Vref，而該分壓電壓Vvd為分壓得到O. 3伏特，并由該比較模塊18比較該參考電壓Vref 與該分壓電壓Vvd，用以獲得該分壓電壓Vvd高于該參考電壓Vref的比較結果，且由于該輸入電壓Vin未高于該額定電壓，故該比較模塊18控制該開關單元20使得該輸入電壓Vin 輸出至該輸出單元22。
再者，在另外一實施例中，若該輸入電壓Vin輸入為等于該額定電壓的例如4伏特時，該限壓單兀14為輸出電壓為O的該參考電壓Vref，而該分壓電壓Vvd分壓得到O. 4 伏特，并由該比較模塊18比較該參考電壓Vref與該分壓電壓Vvd，而仍然得到該分壓電壓Vvd高于該參考電壓Vref的比較結果，于此，由于該輸入電壓Vin等于該額定電壓，仍在該 內部電路單元4所能容忍的范圍內，故該比較模塊18控制該開關單元20使得該輸入電壓 Vin其輸出至該輸出單元22，而供應至該內部電路單元4。
然而，在又另外一實施例中，當該輸入電壓Vin輸入為超過該額定電壓的例如5伏 特時，該限壓單元14輸出電壓固定的該限定電壓PV為4伏特的該參考電壓Vref，而該分壓 電壓Vvd分壓得到O. 5伏特，并由該比較模塊18比較該參考電壓Vref與該分壓電壓Vvd， 而得到該分壓電壓Vvd低于該參考電壓Vref的比較結果，于此，由于該輸入電壓Vin超過 該內部電路單元4所能容忍的該額定電壓范圍，故根據上述的比較結果，該比較模塊18控 制該開關單元20使得該輸入電壓Vin無法供應給該內部電路單元4。
在一實施例中，該第二控制單元188為三端組件，一端連接該第一控制單元186用 以接收該控制訊號CS、另一端連接至該開關單元20以及又一端與一電壓V或一接地GND連 接。換言之，由該第二控制單元188的一端所接收的該控制訊號CS，將使得另外二端根據該 控制訊號CS用于在二端之間形成開路或短路狀態(tài)。其中，該第二控制單元188可為金屬氧 化物半導體場效應晶體管(MOSFET)。
回到圖1，該開關單元20系連接該輸入單元12、該比較模塊18與該輸出單元22， 且該開關單元20系根據該開關訊號SS使得該輸入單元12與該可攜式電子裝置4連接。在 一實施例中，一并參考圖5，該開關單元20為三端組件，于此分別地定義為輸入端202、輸出 端204與受控端206，且該輸入端202系連接該輸入單元12與該受控端206系連接該第二 控制單元188，而該受控端206根據接收該開關訊號SS選擇地連接該輸入端202與該輸出 端204，使該輸入單元12可連接至該輸出單元22，進而使該輸入電壓Vin通過該輸出單元 22而供應至該可攜式電子裝置4。在一實施例中，當該第二控制單元188呈現短路狀態(tài)時， 該電壓V通過該開關端188直接地形成該開關訊號SS至該受控端206以控制該開關單元20;或者，該第二控制單元188由該接地GND使得該開關訊號SS可用于通過該受控端206 控制該開關單元20。其中，該開關單元20為金屬氧化物半導體場效應晶體管。
參考圖6，為本發(fā)明第二實施例的過電壓保護電路的方塊示意圖。在圖6中，該過 電壓保護電路10’除與前述實施例具有該輸入單元12、該限壓單元14、該分壓模塊16、該比 較模塊18、該開關單元20與該輸出單元22外，更包含控制接口模塊24。其中，該控制接口 模塊24連接該輸入單元12、該比較模塊14與該開關單元20，該比較模塊14通過該控制接 口模塊24產生對應的該開關訊號SS。
參考圖7，其說明圖6中該比較模塊18、該控制接口模塊24與該開關單元20的詳 細連接示意圖。在圖7中，該控制接口模塊24由串聯電阻Rl與R2所組成，且該輸入單元 12的該輸入電壓Vin在該串聯電阻R1、R2的一部分上產生該開關訊號SS。該比較模塊18 中的該第二控制單元188為三端組件，一端為連接該第一控制單元186用以接收該控制訊 號CS、另一端系連接至該控制接口模塊24與又一端連接至該接地端GND。
當該控制訊號CS使得該第二控制單元188呈現短路狀態(tài)時，該輸入電壓Vin通過 該控制接口模塊24的串聯電阻Rl、R2，并經由該第二控制單元188連接至該接地端GND， 并在該串聯電阻Rl與R2上分別地產生電壓降VRl與VR2，而將該串聯電阻R2上的電壓降 VR2取出作為該開關訊號SS，并傳送至該受控端206以控制該輸入端202與該輸出端204 短路，進而使得該輸入電壓Vin傳送至該輸出單元22 ;反之，當該控制訊號CS使得該開關端188呈現開路狀態(tài)時，該串聯電阻R1、R2由于沒有形成電回路，故該輸入電壓Vin無法在 該串聯電組R1、R2上形成電壓降VRl與VR2。換言之，該控制接口模塊24無法產生該開關 訊號SS用以控制該輸入端202與該輸出端204呈現短路狀態(tài)，并使得該輸入電壓Vin無法 通過該輸出單元22供應至該內部電路單元4。
參考圖8，為本發(fā)明一實施例的具有過電壓保護的可攜式電子裝置的方塊示意圖。 在圖8中，該可攜式電子裝置2 ’供用于接收輸入電壓Vin，且該可攜式電子裝置2 ’包含如 前述實施例中的該輸入單兀12、該限壓單兀14、該分壓模塊16、該比較模塊18、該開關單兀 20與該輸出單元22。其中，該內部電路單元4設置于該可攜式電裝置2中，例如內部電路 單元4可為整流單元、微處理單元、通訊單元或記憶單元等電路。該輸入單元12供接收該 輸入電壓Vin。該輸出單兀22與該內部電路單兀4連接用于輸出該輸入電壓Vin至該內部 電路單元4。
該限壓單元14與該輸入單元12連接用以接收該輸入電壓Vin并限定地輸出參考 電壓Vref。該分壓模塊16與該輸入單兀12連接,用以接收該輸入電壓Vin并將該輸入電 壓Vin進行分壓而產生分壓電壓Vvd。該比較模塊16連接該限壓單兀14與該分壓模塊16, 用以比較該參考電壓Vref以及該分壓電壓Vvd并根據比較結果產生開關訊號SS。該開關 單元20系連接該輸入單元12、該輸出單元22以及該比較模塊18系接收該開關訊號SS及 該輸入電壓Vin，而該開關訊號SS用于控制將該輸入電壓Vin通過該開關單元20輸出至該 輸出單元22。
故本發(fā)明的過電壓保護電路系可通過簡易的分壓模塊輕易地設定可攜式電子裝 置所能承受的額定電壓，并且配合具有不受溫度變化影響的限壓單元，除了可讓在該額定 電壓以下的輸入電壓順利地供應給該可攜式電子裝置外，也可精確地控制超過該額定電壓 (也稱為過電壓)的該輸入電壓在該可攜式電子裝置之前有效地被隔離，而讓該可攜式電 子裝置可不致于因接收到超過該額定電壓的輸入電壓而造成該可攜式電子裝置內部電子 組件的損壞，進而可有效地保護該可攜式電子裝置不因用戶誤使用錯誤輸入電壓所造成嚴 重的損壞。
本發(fā)明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例 僅用于描繪本發(fā)明，而不應解讀為限制本發(fā)明的范圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效的 變化與置換，均應設為涵蓋在本發(fā)明的范疇內。因此，本發(fā)明的保護范圍當以申請專利范圍 所界定者為準。
權利要求
1.一種過電壓保護電路，其特征在于其用于在輸入電壓超過可攜式電子裝置中內部電路單元所能承受的額定電壓時產生過電壓保護，包含輸入單兀，其接收該輸入電壓；輸出單元，其供連接該可攜式電子裝置；限壓單元，其與該輸入單元連接，用以接收該輸入電壓并限定地輸出參考電壓；分壓模塊，其與該輸入單兀連接，用以接收該輸入電壓，并將該輸入電壓進行分壓而產生分壓電壓；比較模塊，其連接該限壓單元與該分壓模塊，用以比較該參考電壓以及該分壓電壓并根據比較結果產生開關訊號；以及開關單元，其連接該輸入單元、該輸出單元以及該比較模塊，其接收該開關訊號及該輸入電壓，而該開關訊號其用于控制將該輸入電壓通過該開關單元輸出至該輸出單元。
2.根據權利要求1所述的過電壓保護電路，其特征在于其中該限壓單元為設定限定電壓，當該輸入電壓大于該限定電壓時，該限壓單元輸出等于該限定電壓的該參考電壓，而當該輸入電壓非大于該限定電壓時，該限壓單元為輸出零電壓的該參考電壓。
3.根據權利要求2所述的過電壓保護電路，其特征在于其中該限壓單元設定當該輸入電壓大于該額定電壓時，該限壓單元輸出等于該限定電壓的該參考電壓。
4.根據權利要求2所述的過電壓保護電路，其特征在于其中該分壓模塊設定為當該輸入電壓大于該額定電壓時，該分壓電壓的電壓值小于該參考電壓的電壓值。
5.根據權利要求1所述的過電壓保護電路，其特征在于其中該分壓模塊系還包含第一電阻單元與第二電阻單元，該第一電阻單元與該第二電阻單元為串聯連接，而該輸入電壓系在該第二電阻單元上產生該分壓電壓。
6.根據權利要求1所述的過電壓保護電路，其特征在于其中該比較模塊還包含第一輸入端、第二輸入端、第一控制單元與第二控制單元，該第一控制單元系連接該第一輸入端、該第二輸入端與該第二控制單元，且該第一輸入端連接該限壓單元以及該第二輸入端連接該分壓模塊，以供該參考電壓與該分壓電壓分別地輸入至該第一控制單元，以在比較該參考電壓與該分壓電壓之后，用于產生控制訊號并輸出至該第二控制單元而形成該開關訊號。
7.根據權利要求6所述的過電壓保護電路，其特征在于其中該第二控制單元為三端組件，其一端與該第一控制單元連接用以接收該控制訊號，用于供另外二端系根據該控制訊號在二端之間形成開路或短路狀態(tài)。
8.根據權利要求7所述的過電壓保護電路，其特征在于其中該開關單元為三端組件， 其一端連接該比較模塊，另一端系連接該輸入單元，又一端其連接至該輸出單元，而該開關單元根據該開關訊號控制該輸入單元與該輸出單元之間的開路或短路狀態(tài)，以供該輸入電壓通過該開關單元傳送至該輸出單元。
9.根據權利要求8所述的過電壓保護電路，其特征在于其中該第二控制單元與該開關單元為金屬氧化物半導體場效應晶體管。
10.根據權利要求9所述的過電壓保護電路，其特征在于其中該限壓單元系齊納二極管。
11.根據權利要求1所述的過電壓保護電路，其特征在于還包含控制接口模塊設置在該比較模塊與該輸入單元之間，用于控制該開關單元將該輸入電壓選擇性地輸出至該輸出單元。
12.—種具有過電壓保護電路的可攜式電子裝置，其特征在于供用于接收一輸入電壓，其包含內部電路單元，其設置于該可攜式電裝置中；輸入單元，其供接收該輸入電壓；輸出單兀，其與該內部電路單兀連接，用于輸出該輸入電壓至該內部電路單兀；限壓單元，其與該輸入單元連接，用以接收該輸入電壓并限定地輸出參考電壓；分壓模塊，其與該輸入單兀連接，用以接收該輸入電壓，并將該輸入電壓進行分壓而產生分壓電壓；比較模塊，其連接該限壓單元與該分壓模塊，用以比較該參考電壓以及該分壓電壓并根據比較結果產生開關訊號；以及開關單元，其連接該輸入單元、該輸出單元以及該比較模塊，其接收該開關訊號及該輸入電壓，而該開關訊號用于控制將該輸入電壓通過該開關單元輸出至該輸出單元。
全文摘要
一種過電壓保護電路及具有該過電壓保護電路的可攜式電子裝置，其當輸入電壓超過可攜式電子裝置中內部電路單元所能承受的額定電壓時，用于產生過電壓保護(overvoltageprotection)；其中，該輸入電壓通過限壓單元與分壓模塊分別地產生參考電壓與分壓電壓以傳送至比較模塊進行比較，且在比較該參考電壓與該分壓電壓之后產生開關訊號以控制開關單元決定是否將該輸入電壓供應給至該內部電路單元，該分壓模塊可用于設定該內部電路單元可承受的最大的額定電壓，并且讓該過電壓保護電路可在不受溫度的影響下，達成該可攜式電子裝置的過電壓保護。
文檔編號H02H9/04GK103001204SQ20111030994
公開日2013年3月27日 申請日期2011年10月13日 優(yōu)先權日2011年9月9日
發(fā)明者劉偉仁, 謝青峰 申請人:亞旭電子科技(江蘇)有限公司, 亞旭電腦股份有限公司