CN101854050A

CN101854050A - 过电压保护装置

Info

Publication number: CN101854050A
Application number: CN200910129268A
Authority: CN
Inventors: 蔡育生; 刘士豪
Original assignee: Inventec Corp
Current assignee: STATE GRID XINJIANG BAZHOU POWER SUPPLY CO., LTD.
Priority date: 2009-04-03
Filing date: 2009-04-03
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2029-04-03
Also published as: CN101854050B

Abstract

一种过电压保护装置，其包括电压检测单元、过电压警示单元及电源控制单元。当系统电压大于预设电压时，电压检测单元输出第一逻辑，否则输出第二逻辑。过电压警示单元耦接于电压检测单元，依据电压检测单元的输出产生电压安全信号。当电压检测单元输出第一逻辑时，过电压警示单元进行过电压警示。电源控制单元耦接过电压警示单元并接收电源驱动信号。当电压检测单元输出第二逻辑且电源驱动信号使能时，电源控制单元依据电压安全信号输出具有第四逻辑的电源使能信号以开启电源供应器，否则输出具有第三逻辑的电源使能信号以关闭电源供应器。

Description

过电压保护装置

技术领域

本发明涉及一种过电压保护装置，特别是涉及一种可关闭电源供应器的过电压保护装置。

背景技术

在电脑系统中，主板所需要的多个系统电压，一般由电源供应器所产生。而主板上的芯片，在接收到系统电压后，才开始运作。目前电源供应器的控制方式，是由主板上待机的芯片检测使用者是否进行开机，并依此产生电源使能信号至电源供应器，其中待机的芯片会透过电压控制单元产生电源使能信号。而电源供应器在接收到电源使能信号后，开始运行以产生多个系统电压。

图1为传统电源控制单元的电路示意图。在此待机的芯片以南桥芯片为例，当使用者未按下电源键时，南桥产生电源驱动信号ICH_ON为逻辑低电压准位。此时，晶体管M呈现不导通，致使电阻R_X没有电流流过，亦即电阻R_X不产生压降。所以，外接电压V_DD会透过电阻R_X传送到电源供应器，亦即电源使能信号PS_ON的电压准位会与外接电压V_DD约略相同(视同逻辑高电压准位)。电源供应器在接收到逻辑高电压准位的电源使能信号PS_ON时，并不会开始运作。此外，当使用者按下电源键之后，南桥产生电源驱动信号ICH_ON为逻辑高电压准位。此时，晶体管M呈现导通，致使电源使能信号PS_ON的电压准位会拉低到接地电压(视同逻辑低电压准位)。电源供应器在接收到逻辑低电压准位的电源使能信号PS_ON时，则开始运作以产生多个系统电压。

在正常的情况下，电源供应器产生的系统电压接近芯片所需的电压准位。然而，电源供应器则可能受到元件老化或受到环境因素的影响，致使所产生的系统电压可能大于或小于芯片所需的电压准位。以电源供应器产生的系统电压大于芯片所需的电压准位而言，当所产生的系统电压超出芯片的最大耐压时，主板上的芯片就可能被烧毁。此时，主板会因此产生故障，致使电脑系统无法运行。

发明内容

本发明提供一种过电压保护装置，可以在系统电压超过预设电压时，关闭电源供应器。

本发明提出一种过电压保护装置，其包括电压检测单元、过电压警示单元及电源控制单元。电压检测单元耦接系统电压。当系统电压大于预设电压时，电压检测单元输出第一逻辑。当系统电压不大于预设电压时，电压检测单元输出第二逻辑。过电压警示单元耦接于电压检测单元，用以依据电压检测单元的输出产生电压安全信号。当电压检测单元输出第一逻辑时，过电压警示单元进行过电压警示。电源控制单元耦接过电压警示单元并接收电源驱动信号。当电压检测单元输出第一逻辑时，电源控制单元依据电压安全信号输出具有第三逻辑的电源使能信号以关闭电源供应器。当电压检测单元输出第二逻辑且电源驱动信号使能时，电源控制单元依据电压安全信号输出具有第四逻辑的电源使能信号以开启电源供应器。

在本发明的一实施例中，此电压检测单元包括第一分压器、第二分压器及运算放大器。第一分压器具有第一端、第二端及第三端，第一分压器的第一端耦接系统电压，第一分压器的第二端耦接接地电压。第一分压器将系统电压分压后作为第一比较电压，并于第一分压器的第三端输出。第二分压器具有第一端、第二端及第三端，第二分压器的第一端耦接待机电压，第二分压器的第二端耦接接地电压。第二分压器将待机电压分压后作为第二比较电压，并于第二分压器的第三端输出。运算放大器的负输入端耦接第一分压器的第三端，运算放大器的正输入端耦接第二分压器的第三端，运算放大器的输出端耦接过电压警示单元。当第一比较电压大于第二比较电压时，运算放大器输出第一逻辑。当第一比较电压小于第二比较电压时，运算放大器输出第二逻辑。其中，预设电压依据第二比较电压与第一分压器的分压比获得。

在本发明的一实施例中，此第一分压器包括第一电阻及第二电阻。第一电阻的第一端耦接系统电压，其第二端输出第一比较电压至运算放大器的负输入端。第二电阻耦接于第一电阻的第二端与接地电压之间。并且，第一电阻及第二电阻为10k欧姆。

在本发明的一实施例中，此第二分压器包括第三电阻及第四电阻。第三电阻的第一端耦接待机电压，其第二端输出第二比较电压至运算放大器的正输入端。第四电阻耦接于第三电阻的第二端与接地电压之间。并且，第三电阻为3.57k欧姆，以及第四电阻为30k欧姆。

在本发明的一实施例中，此过电压警示单元包括触发器、第五电阻、发光二极管。触发器具有重置端、设置端、正输出端及负输出端，重置端耦接待机电压，设置端耦接电压检测单元，正输出端耦接电源控制单元。第五电阻耦接于待机电压与正输出端之间。发光二极管耦接于负输出端及接地电压之间。当电压检测单元输出第一逻辑时，正输出端输出第一逻辑，负输出端输出第二逻辑以驱动发光二极管发光。当电压检测单元输出第二逻辑时，正输出端输出第二逻辑，负输出端输出第一逻辑以使发光二极管不发光。其中，过电压警示功能为发光二极管发光。

在本发明的一实施例中，此触发器为RS触发器或JK触发器。

在本发明的一实施例中，此触发器包括第一与非门及第二与非门。第一与非门的第一输入端耦接待机电压，其输出端耦接第五电阻及电源控制单元。第二与非门的第一输入端耦接电压检测单元，其第二输入端耦接第一与非门的输出端，其输出端耦接发光二极管及第一与非门的第二输入端。

在本发明的一实施例中，此电源控制单元包括第六电阻、第一与门及晶体管。第六电阻的第一端耦接外接电压，其第二端输出电源使能信号。第一与门的第一输入端耦接过电压警示单元，其第二输入端接收电源驱动信号。晶体管的第一源/漏极耦接第六电阻的第二端，其第二源/漏极耦接接地电压，其栅极耦接第一与门的输出端。

综合以上所述，本发明的过电压保护装置，透过比较系统电压及预设电压，检测系统电压是否过高。当系统电压过高时，则进行过电压警示并且关闭电源供应器。藉此，提示使用者电源状态异常，须检查电源供应器或电源电路，并且保护主板上的芯片不因系统电压过高而烧毁。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如下。

附图说明

图1为传统电源控制单元的电路示意图。

图2为本发明一实施例的过电压保护装置的系统示意图。

图3为图2中电压检测单元的电路示意图。

图4为图2中过电压警示单元的电路示意图。

图5为图2中电源控制单元的电路示意图。

附图主要符号说明：

100、230：电源控制单元； 200：过电压保护装置；

210：电压检测单元； 220：过电压警示单元；

310：运算放大器； 410：触发器；

411、412：与非门； 510：与门；

D1：发光二极管； M：晶体管；

PS_ON：电源使能信号； ICH_ON：电源驱动信号；

V_DD：外接电压； V_CC：系统电压；

V_STB：待机电压； S_DET：检测信号；

VC1、VC2：比较电压； C1、C2、C3：电容；

320、330：分压器；

R_X、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8：电阻。

具体实施方式

图2为本发明一实施例的过电压保护装置的系统示意图。请参照图2，过电压保护装置200包括电压检测单元210、过电压警示单元220及电源控制单元230。电压检测单元210耦接系统电压Vcc，藉以检测系统电压Vcc是否过高而可能导致主板上芯片烧毁。在此可设定一预设电压作为系统电压Vcc的安全上限，并且预设电压可以小于或等于主板上芯片的最大耐压。而电压检测单元210可以将系统电压Vcc与预设电压作比较来检测系统电压Vcc是否过高。当系统电压Vcc大于预设电压时，电压检测单元210输出第一逻辑(例如低逻辑电压准位)的检测信号S_DET，代表系统电压Vcc过高。当系统电压Vcc不大于预设电压时，电压检测单元210输出第二逻辑(例如高逻辑电压准位)的检测信号S_DET，代表此时的系统电压Vcc不致于烧毁主板上的芯片。

过电压警示单元220耦接于电压检测单元210，用以传送电压检测单元210输出的检测信号S_DET。并且，当电压检测单元210输出第一逻辑(例如低逻辑电压准位)时，过电压警示单元220则产生过电压警示功能以提示使用者电源状态异常。电源控制单元230耦接过电压警示单元220以接收检测信号S_DET，并且接收来自主板上芯片(例如南桥芯片)的电源驱动信号ICH_ON。当电压检测单元210输出第一逻辑(例如低逻辑电压准位)或电源驱动信号ICH_ON使能(例如为低逻辑电压准位)时，电源控制单元230输出具有第三逻辑(例如高逻辑电压准位)的电源使能信号PS_ON以关闭电源供应器。当电压检测单元210输出第二逻辑(例如高逻辑电压准位)且电源驱动信号ICH_ON使能(例如为高逻辑电压准位)时，输出具有第四逻辑(例如低逻辑电压准位)的电源使能信号PS_ON以开启电源供应器。

接下来，则对图2实施例中过电压保护装置200的各单元作进一步的说明。图3为图2中电压检测单元的电路示意图。请参照图2及图3，电压检测单元210包括运算放大器310、第一分压器320、第二分压器330及电容C1。第一分压器320可以由第一电阻R1及第二电阻R2所组成。第一电阻R1的第一端作为分压器320的第一端以耦接系统电压Vcc，第一电阻R1的第二端作为分压器320的第三端输出第一比较电压VC1至运算放大器310的负输入端。第二电阻R2耦接于第一电阻R1的第二端与接地电压之间，亦即第二电阻R2的一端作为分压器320的第二端耦接接地电压，而另一端耦接第一电阻R1的第二端。分压器320透过电阻R1及R2将系统电压Vcc分压后作为第一比较电压VC1。

第二分压器330可以由第三电阻R3及第四电阻R4所组成。第三电阻R3的第一端作为分压器330的第一端以耦接待机电压V_STB，第三电阻R3的第二端作为分压器330的第三端输出第二比较电压VC2至运算放大器310的正输入端。第四电阻R4耦接于第三电阻R3的第二端与接地电压之间，亦即第四电阻R4的一端作为分压器330的第二端耦接接地电压，而另一端耦接第三电阻R3的第二端。分压器330透过电阻R3及R4将待机电压V_STB分压后作为第二比较电压VC2。电容C1耦接于运算放大器310的正输入端与接地电压之间，用以对第二比较电压VC2进行稳压。

运算放大器310的正输入端接收第二比较电压VC2，其负输入端接收第一比较电压VC1，其输出端耦接过电压警示单元220以输出检测信号S_DET。当第一比较电压VC1大于第二比较电压VC2时，运算放大器310输出低逻辑电压准位的检测信号S_DET。当第一比较电压VC1小于第二比较电压VC2时，运算放大器310输出高逻辑电压准位检测信号S_DET。其中，预设电压可以为第二比较电压VC2乘以分压器320的分压比的倒数。

举例来说，假设系统电压Vcc及待机电压V_STB皆为3.3V，电阻R1及R2为10k欧姆，电阻R3为3.57k欧姆，以及电阻R4为30k欧姆。若电源供应器产生的系统电压Vcc准确的话，则分压器320输出的第一比较电压VC1会约为1.5V，而分压器320的分压比为1/2。分压器330输出的第二比较电压VC2会约为2.8V，而预设电压则会约为5.6V(即2.8V×2)，而此预设电压一般会小于或等于主板上芯片的最大耐压。若电源供应器异常时，可能致使产生的系统电压Vcc高于3.3V。若系统电压Vcc不高于5.6V的话，第一比较电压VC1的电压则不会超过第二比较电压VC2的2.8V，则运算放大器310输出高逻辑电压准位的检测信号S_DET，代表系统电压Vcc不会致使主板上的芯片烧毁。当系统电压Vcc高于5.6V时，第一比较电压VC1的电压会超过第二比较电压VC2的2.8V，则运算放大器310输出低逻辑电压准位的检测信号S_DET，代表系统电压Vcc可能会致使主板上的芯片烧毁。

接下来，检测信号S_DET会传送到过电压警示单元220，用以在系统电压Vcc过高时提示使用者，并且过电压警示单元220依据检测信号S_DET产生电压安全信号S_SAFE至电源控制单元230。图4为图2中过电压警示单元的电路示意图。请参照图2及图4，过电压警示单元220包括触发器410、第五电阻R5、电阻R6及R7、电容C2，以及发光二极管D1。在此触发器410以RS触发器410为例，而RS触发器410可以由第一与非门411及第二与非门412所组成。与非门411的第一输入端作为RS触发器410的重置端R耦接电阻R6的一端。电阻R6的另一端耦接待机电压V_STB，以传送待机电压V_STB至与非门411的第一输入端。并且，电容C2耦接于电阻R6与接地电压之间，以对重置端R的电压准位进行稳压。与非门411的输出端耦接与非门412的第二输入端，并且此输出端作为RS触发器410的正输出端Q耦接第五电阻R5的一端及电源控制单元230，以产生电压安全信号S_SAFE至电源控制单元230。而电阻R5的另一端耦接待机电压V_STB。

与非门412的第一输入端作为RS触发器410的设置端S耦接电压检测单元210，与非门412的输出端耦接与非门411的第二输入端，并且此输出端作为RS触发器410的负输出端Q’耦接电阻R7的一端。发光二极管D1则耦接于电阻R7的另一端及接地电压之间。在RS触发器410开始运行时，RS触发器410的重置端R会透过电阻R6接收到待机电压V_STB(视同逻辑高电压准位)。此时，先假设系统电压Vcc此时不超过预设电压，则RS触发器410的设置端S会接收到具有逻辑高电压准位的检测信号S_DET。并且，与非门411输出端的电压准位会因电阻R5拉升至约为待机电压V_STB(视同逻辑高电压准位)，亦即此时的电压安全信号S_SAFE为逻辑高电压准位。而与非门411输出端的逻辑高电压准位会反馈到与非门411的第二输入端，致使与非门411的输出端会输出逻辑低电压准位，并且使得发光二极管D1不发光。接着，与非门411输出端的逻辑低电压准位会反馈到与非门412的第二输入端，致使与非门411的输出端会输出逻辑高电压准位。至此，RS触发器410电路作用结束后，由于RS触发器410由与非门411及412所组成，所以当重置端R及设置端S接收到逻辑高电压准位时，其正输出端Q及负输出端Q’皆保持不变，亦即电压安全信号S_SAFE为逻辑高电压准位。

接着，若系统电压Vcc超过预设电压时，RS触发器410的设置端S会接收到具有逻辑低电压准位的检测信号S_DET。此时，与非门412的输出端会输出逻辑高电压准位，驱使发光二极管D1发光以提示使用者电源状态异常，并据此进行系统电压Vcc的过电压警示。并且，与非门412输出端的逻辑高电压准位会反馈到与非门411的第二输入端，致使与非门411的输出端会输出逻辑低电压准位，亦即此时的电压安全信号S_SAFE为逻辑低电压准位。而与非门411输出端的逻辑低电压准位反馈到与非门412的第二输入端时，并未改变与非门412输出的电压准位。藉此，过电压警示单元220依据检测信号S_DET产生电压安全信号S_SAFE到电源控制单元230，并且当系统电压Vcc过高时进行过电压警示以提示使用者电源状态异常。值得一提的是，触发器410亦可由JK触发器来实施，同样可产生电压安全信号S_SAFE及进行过电压警示。

在过电压警示单元220产生电压安全信号S_SAFE到电源控制单元230时，电源控制单元230会依据电压安全信号S_SAFE执行对应的操作。图5为图2中电源控制单元的电路示意图。请参照图2及图5，电源控制单元230包括第六电阻R8、第一与门510、晶体管M1及电容C3。与门510的第一输入端耦接过电压警示单元220以接收检测信号S_DET，与门510的第二输入端接收电源驱动信号ICH_ON，与门510的输出端耦接晶体管M1的栅极，其中电源驱动信号ICH_ON可以由主板上待机的芯片(例如南桥芯片)所产生。电阻R8的第一端耦接外接电压V_DD，其第二端输出电源使能信号PS_ON。晶体管M1的漏极耦接电阻R8的第二端，其源极耦接接地电压。电容C3耦接于外接电压V_DD与接地电压之间，以对外接电压V_DD进行稳压。其中外接电压V_DD可以由电池所提供。

一般而言，待机电压V_STB不论开机与否，都会持续提供以供主板上待机芯片运作所需的电压。因此，在未开机前，过电压警示单元220所传送的电压安全信号S_SAFE为逻辑高电压准位。而在电源键按下前，与门510的第二输入端所接收到的电源驱动信号ICH_ON为逻辑低电压准位。此时，与门510会输出逻辑低电压准位，致使晶体管M1呈现不导通。因此，电源使能信号PS_ON的电压准位会经由电阻R8提升到约为外接电压V_DD(视为逻辑高电压准位)，致使电源供应器不开启。而在电源键按下后，与门510的第二输入端所接收到的电源驱动信号ICH_ON会为逻辑高电压准位。此时，与门510会输出逻辑高电压准位，致使晶体管M1呈现导通。因此，电源使能信号PS_ON的电压准位会被拉低到约为接地电压(视为逻辑低电压准位)，致使电源供应器开启以产生系统电压Vcc。

当系统电压Vcc大于预设电压时，检测信号S_DET会为逻辑低电压准位，并且电压安全信号S_SAFE亦为逻辑低电压准位，致使与门510会输出逻辑低电压准位。此时，晶体管M1会呈现不导通，而使电源使能信号PS_ON被提升到约为外接电压V_DD，以关闭电源供应器。藉此，当系统电压Vcc过高时，过电压保护装置200即会关闭电源供应器，以保护主板上的芯片不会烧毁。

如上所述，本发明实施例的过电压保护装置，透过比较系统电压及预设电压，检测系统电压是否大于预设电压以判定系统电压是否过高。当系统电压过高时，则透过发光二极管产生过电压警示功能并且关闭电源供应器。藉此，可提示使用者电源状态异常，以检查电源供应器或电源电路，并且保护主板上的芯片不因系统电压过高而烧毁。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的结构及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种过电压保护装置，其特征在于，包括：

一电压检测单元，耦接一系统电压，当所述系统电压大于一预设电压时，输出一第一逻辑，当所述系统电压不大于所述预设电压时，输出一第二逻辑；

一过电压警示单元，耦接于所述电压检测单元，用以依据所述电压检测单元的输出产生一电压安全信号，且当所述电压检测单元输出所述第一逻辑时，进行过电压警示；以及

一电源控制单元，耦接所述过电压警示单元并接收一电源驱动信号，当所述电压检测单元输出所述第一逻辑时，依据所述电压安全信号输出具有一第三逻辑的一电源使能信号以关闭一电源供应器，当所述电压检测单元输出所述第二逻辑且所述电源驱动信号使能时，依据所述电压安全信号输出具有一第四逻辑的所述电源使能信号以开启所述电源供应器。

2.根据权利要求1所述的过电压保护装置，其特征在于，其中所述电压检测单元包括：

一第一分压器，具有一第一端、一第二端及一第三端，所述第一分压器的第一端耦接所述系统电压，所述第一分压器的第二端耦接一接地电压，所述第一分压器将所述系统电压分压后作为一第一比较电压并于所述第一分压器的第三端输出；

一第二分压器，具有一第一端、一第二端及一第三端，所述第二分压器的第一端耦接一待机电压，所述第二分压器的第二端耦接所述接地电压，所述第二分压器将所述待机电压分压后作为一第二比较电压并于所述第二分压器的第三端输出；以及

一运算放大器，其负输入端耦接所述第一分压器的第三端，其正输入端耦接所述第二分压器的第三端，其输出端耦接过电压警示单元，当所述第一比较电压大于所述第二比较电压时，输出所述第一逻辑，当所述第一比较电压小于所述第二比较电压时，输出所述第二逻辑；

其中，所述预设电压依据所述第二比较电压与所述第一分压器的一分压比获得。

3.根据权利要求2所述的过电压保护装置，其特征在于，其中所述第一分压器包括：

一第一电阻，其第一端耦接所述系统电压，其第二端输出所述第一比较电压至所述运算放大器的负输入端；以及

一第二电阻，耦接于所述第一电阻的第二端与所述接地电压之间。

4.根据权利要求3所述的过电压保护装置，其特征在于，其中所述第一电阻及所述第二电阻为10k欧姆。

5.根据权利要求2所述的过电压保护装置，其特征在于，其中所述第二分压器包括：

一第三电阻，其第一端耦接所述待机电压，其第二端输出所述第二比较电压至所述运算放大器的正输入端；以及

一第四电阻，耦接于所述第三电阻的第二端与所述接地电压之间。

6.根据权利要求5所述的过电压保护装置，其特征在于，其中所述第三电阻为3.57k欧姆，以及所述第四电阻为30k欧姆。

7.根据权利要求2所述的过电压保护装置，其特征在于，其中所述过电压警示单元包括：

一触发器，具有一重置端、一设置端、一正输出端及一负输出端，所述重置端耦接所述待机电压，所述设置端耦接所述电压检测单元，所述正输出端耦接所述电源控制单元；

一第五电阻，耦接于所述待机电压与所述正输出端之间；以及

一发光二极管，耦接于所述负输出端及所述接地电压之间；

其中，当所述电压检测单元输出所述第一逻辑时，所述正输出端输出所述第一逻辑，所述负输出端输出所述第二逻辑以驱动所述发光二极管发光，当所述电压检测单元输出所述第二逻辑时，所述正输出端输出所述第二逻辑，所述负输出端输出所述第一逻辑以使所述发光二极管不发光，其中过电压警示功能为所述发光二极管发光。

8.根据权利要求7所述的过电压保护装置，其特征在于，其中所述触发器为一RS触发器或一JK触发器。

9.根据权利要求7所述的过电压保护装置，其特征在于，其中所述触发器包括：

一第一与非门，其第一输入端耦接所述待机电压，其输出端耦接所述第五电阻及所述电源控制单元；以及

一第二与非门，其第一输入端耦接所述电压检测单元，其第二输入端耦接所述第一与非门的输出端，其输出端耦接所述发光二极管及所述第一与非门的第二输入端。

10.根据权利要求2所述的过电压保护装置，其特征在于，其中所述电源控制单元包括：

一第六电阻，其第一端耦接一外接电压，其第二端输出所述电源使能信号；

一第一与门，其第一输入端耦接所述过电压警示单元，其第二输入端接收所述电源驱动信号；以及

一晶体管，其第一源/漏极耦接所述第六电阻的第二端，其第二源/漏极耦接所述接地电压，其栅极耦接所述第一与门的输出端。