CN103259245A - 电子装置的保护电路及保护方法 - Google Patents

Abstract

一种电子装置的保护电路，其包括数-模转换单元、比较单元及处理单元。数-模转换单元用以输出模拟参考信号。比较单元用以比对感测信号与模拟参考信号，并于感测信号的电平高于或等于第一电平时输出比较信号。处理单元用以接收比较信号而输出中断信号暂停控制电路。当控制电路暂停后再经致能信号启动时，处理单元输出电平调变信号至数-模转换单元，数-模转换单元依据电平调变信号调整所输出的模拟参考信号。一种电子装置的保护方法也于本发明中被公开。

Description

电子装置的保护电路及保护方法

技术领域

本发明关于一种保护电路，且特别是应用于一电子装置的一保护电路及其控制方法。

背景技术

现行电子装置的保护电路通过对电子装置的各种输出信号进行检测，以获取对应的感测信号，随后通过软件方式或硬件方式比对感测信号与参考信号，以判断电子装置是否过载。

举例来说，图1为现有技术中电子装置的保护电路100的电路方块示意图。现有保护电路100包括参考电压产生电路110、比较单元120、处理单元130以及模-数转换单元140。参考电压产生电路110用以产生电子装置的保护电平对应的参考电压电平，例如，1.2V、1.8V、2.5V或是3.3V。

比较单元120用以比对电子装置产生的输出信号对应的感测信号以及参考电压电平。当电子装置的输出过载时，感测信号到达参考电压电平，比较单元120输出相对应的比较结果给处理单元130。因此，处理单元130可在感测信号到达参考电压电平时产生错误信息，并停止输出控制信号，以关断电子装置，达到电路过载保护的功能。

然而，若感测信号因外界瞬间噪音而超出参考电压电平时，保护电路100仍会产生错误信息，并停止输出控制信号，进而关断电子装置，造成电子装置的误动作。此外，保护电路100中必须具备参考电压产生电路110，使得电路设计成本增加。

图2为现有技术中另一种电子装置的保护电路200的电路方块示意图。保护电路200包括模-数转换单元240以及处理单元230，其中，模-数转换单元240用以将电子装置产生的输出信号对应的感测信号转换为数字型式，以传送至处理单元230中与预设参考电平进行比对。当感测信号到达预设参考电平时，处理单元230可产生错误信息，并停止输出控制信号，以关断电子装置，达到电路过载保护的功能。然而在本现有技术中，处理单元230以轮询方式判断感测信号是否到达预设参考电平时，则处理单元230的轮询周期可能随着电子装置的复杂度的增加而提升至数秒，使得保护电路200的即时保护功能大打折扣。

因此，迄今现有技术仍具有上述缺陷与不足的处需要解决。

发明内容

本发明提供一种电子装置的保护电路，其包括数-模转换单元、比较单元以及处理单元。数-模转换单元用以输出一模拟参考信号，且模拟参考信号具有一第一电平。比较单元电性耦接数-模转换单元，并用以比对一感测信号与模拟参考信号，其中比较单元于感测信号的电平高于或等于第一电平时输出一比较信号。处理单元电性耦接数-模转换单元以及比较单元，用以产生一致能信号启动一控制电路，并用以接收比较信号而输出一中断信号暂停控制电路。当控制电路暂停后再经致能信号启动时，处理单元输出一电平调变信号至数-模转换单元，数-模转换单元依据电平调变信号调整所输出的模拟参考信号。

本发明更提供一种电子装置的保护方法，其包括下列操作步骤。首先，比对一感测信号与一模拟参考信号，并于感测信号的电平高于或等于模拟参考信号的电平时，产生一比较信号。其次，依据比较信号产生一中断信号暂停一控制电路。再者，当控制电路暂停后且启动控制电路的一致能信号产生时，产生一电平调变信号。此外，依据电平调变信号调整模拟参考信号的电平。

根据本发明的技术内容，应用前述电子装置的保护电路及保护方法，在错误发生时立即暂停控制电路的操作，随后再调整及放宽参考电平，以确认是否真正发生异常，或是否由噪音、突波干扰所导致，并且于确认异常及多次暂停操作后直接关闭控制电路或整体系统，避免控制电路或系统继续运作而受损。

本发明内容旨在提供本发明内容的简化摘要，以使阅读者对本发明内容具备基本的理解。此发明内容并非本发明内容的完整概述，且其用意并非在指出本发明实施例的重要/关键元件或界定本发明的范围。

附图说明

为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图式的说明如下：

图1为现有技术中电子装置的保护电路的电路方块示意图。

图2为现有技术中另一种电子装置的保护电路的电路方块示意图。

图3为依照本发明内容的一较佳实施方式的一种电子装置的保护电路的电路方块示意图。

图4为如图3所示的处理单元其较佳实施方式的电路示意图。

图5为依照本发明内容的另一较佳实施方式的一种具有保护电路的电子装置的电路方块示意图。

图6为如图3所示的保护电路其操作时的信号波形示意图。

图7为依照本发明内容的一较佳实施方式的一种电子装置的保护方法的流程示意图。

图8为依照本发明内容的另一较佳实施方式的一种电子装置的保护方法的流程示意图。

其中，附图标记说明如下：

100、200、300：保护电路

110：参考电压产生电路

120、320：比较单元

130、230、330：处理单元

140、240：模-数转换单元

150、250、350：输入端

160、260、360：第一输出端

170、270、370：第二输出端

310：数-模转换单元

335：与门电路

336：第一门输入端

337：第二门输入端

338：门输出端

365：控制电路

380：反馈路径

50：电子装置

52：感测电路

702、704、706、708、710、712、714、720、722：步骤

具体实施方式

以下将以图式及详细叙述清楚说明本发明内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本发明内容的较佳实施例后，当可由本发明内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本发明内容的精神与范围。

关于本文中所使用的『耦接』或『连接』，均可指两个或多个元件相互直接作实体或电性接触，或是相互间接作实体或电性接触，而『耦接』还可指两个或多个元件相互操作或动作。

图3为依照本发明内容的一较佳实施方式的一种电子装置的保护电路的电路方块示意图。保护电路300包括数-模转换单元310、比较单元320以及处理单元330，且数-模转换单元310、比较单元320与处理单元330相互耦接以形成一闭回路(closed loop)。

此外，保护电路300包括输入端350、第一输出端360以及第二输出端370，其中，输入端350用以接收一感测信号，且此感测信号是一模拟信号，其对应所检测到的电压信号、电流信号、功率信号以及温度信号中的至少一者，第一输出端360连接至一控制电路365，第二输出端370连接至一用户接口。

如图3所示，数-模转换单元310用以输出一模拟参考信号，而比较单元320电性耦接数-模转换单元310，并用以比对感测信号与模拟参考信号。在正常操作状态下，感测信号的电平低于模拟参考信号的电平，而在操作异常情形(如：电压、电流或温度过高)下，感测信号的电平则高于或等于模拟参考信号的电平。当感测信号的电平高于或等于模拟参考信号的电平时，比较单元320输出比较信号。其次，处理单元330电性耦接数-模转换单元310以及比较单元320；在正常操作状态下，处理单元330用以产生一致能信号经由第一输出端360输出，以启动位于保护电路300外部的控制电路365(如：脉冲宽度调变控制电路)，而在操作异常情形下，处理单元330则用以接收比较信号而输出一中断信号暂停上述控制电路365(或进一步暂停整体系统的运转)。

此外，当控制电路365暂停后再经致能信号启动时，处理单元330通过一反馈路径380输出一电平调变信号至数-模转换单元310，且数-模转换单元310依据电平调变信号调整所输出的模拟参考信号。

实作上，数-模转换单元310与比较单元320可以电路型式或其它硬件方式来实现(例如：数-模转换器电路以及比较器电路)，而处理单元330则可以硬件搭配软件的方式来实现，但不以此为限。

在一较佳实施例中，数-模转换单元310、比较单元320与处理单元330共同整合于一微控制器(MCU)中。如此一来，于微控制器中便可通过数-模转换单元310和比较单元320处理模拟信号，使得信号处理速度加快，让操作异常的情形(如：过电压、过电流、...等)能够即时且有效地由处理单元330判断，并由处理单元330迅速地中断控制电路365的运作，或者进一步关闭(shut down)控制电路365，以避免控制电路365损坏而造成整体系统受损。

在另一较佳实施例中，前述保护电路300即是以一微控制器来实现，亦即直接以微控制器来实现前述保护电路300判断感测信号进而保护整体系统的机制。

图4为如图3所示的处理单元其较佳实施方式的电路示意图。如图4所示，处理单元330包括一与门电路(AND gate)335，且与门电路335具有第一门输入端336、第二门输入端337以与门电路输出端338，其中第一门输入端336用以接收比较单元320所输出的比较信号，第二门输入端337用以接收一预设临界信号，门输出端338则用以输出中断信号。一般而言，前述预设临界信号可以依据不同情形或是实际需求而经预先设定，例如预设临界信号可经预先设定为对应900安培的电流临界值。

于操作上，当异常的情形(如：过电流)发生时，比较单元320据以输出比较信号(亦即具高逻辑电平的信号)，而此时预设临界信号(例如：对应900安培的电流临界值的高逻辑电平信号)也相对应产生，则与门电路335会对比较信号和预设临界信号进行逻辑运算，以产生相应的高逻辑电平信号作为中断信号，由此暂停外部控制电路及其运作，或进一步暂停整体系统的运转。

需注意的是，前述比较信号也可以不经由处理单元330处理，而是直接输出作为中断信号，由此暂停外部的控制电路及其运作，或进一步暂停整体系统的运转。

图5为依照本发明内容的另一较佳实施方式的一种具有保护电路的电子装置的电路方块示意图。在本较佳实施例中，电子装置50包括感测电路52以及如图3所示的保护电路300，其中感测电路52的一端电性耦接保护电路300的输入端350，其另一端连接电子装置中需感测的部份，感测电路52在对需感测的部份中的电压、电流、温度、...等相关参数进行感测之后，输出感测信号至保护电路300的输入端350。于本实施例中，保护电路300的装置结构与配置方式与前述实施方式相似，故在此不再赘述。

在另一较佳实施例中，前述处理单元330依据接收比较信号的次数来决定是否输出一关闭信号关闭控制电路365，使控制电路365完全停止运作(或整体系统完全停止运转)。具体来说，处理单元330输出电平调变信号至数-模转换单元310，数-模转换单元310依据电平调变信号调整所输出的模拟参考信号，使得模拟参考信号具有不同的电平，接着，比较单元320再比对感测信号与模拟参考信号，并同样于感测信号的电平高于或等于模拟参考信号的电平时输出比较信号，处理单元330再依据比较信号输出中断信号暂停控制电路365，依此类推反复进行，而处理单元330更判断接收到比较信号的次数，并于接收到比较信号的次数达一预定次数(如：3次)时输出关闭信号，以关闭控制电路365。

在另一较佳实施例中，当处理单元330输出关闭信号关闭控制电路365时，处理单元330通过第二输出端370输出一错误信号，以供声音警示或显示于一用户接口以通知用户。

如此一来，便可先通过中断信号暂停控制电路365，以判断是否确实为异常情形发生，抑或是由噪音、突波干扰所导致，并且于判断确认异常以及多次暂停操作后直接关闭控制电路365或整体系统，避免控制电路365或系统继续运作而受损。

下述将以一实施例来说明如图3所示的保护电路300其操作时的情形。图6为如图3所示的保护电路其操作时的信号波形示意图。同时参照图3和图6，首先，于时间t1，模拟参考信号具有第一警示电平，且处理单元330正常操作状态下产生致能信号(即高电平信号)，以启动位于保护电路300外部的控制电路365(如：脉冲宽度调变控制电路)。

接着，于时间t2，当异常情形(如：过电流)发生时，相对应的感测信号的电平上升而等于或高于第一警示电平，此时比较单元320相应输出比较信号，且处理单元330相应输出中断信号(即低电平信号)，以暂停控制电路365或整体系统的运转。

需特别说明的是，在此可以同一控制信号的高电平状态及低电平状态分别代表致能信号和中断信号，但也可依据实际需求分设不同的信号分别作为致能信号和中断信号，另外，在处理单元330输出中断信号后的一预设时间区间内，该处理单元330恢复输出致能信号。

其次，于时间t3，处理单元330通过反馈路径380输出电平调变信号至数-模转换单元310，且数-模转换单元310依据电平调变信号调整所输出的模拟参考信号，使得模拟参考信号具有第二警示电平，且第二警示电平高于第一警示电平。

比较单元320接着比对感测信号与具有第二警示电平的模拟参考信号。然后，于时间t4，当异常情形又发生时，相对应的感测信号的电平上升而等于或高于第二警示电平，此时比较单元320相应输出比较信号，且处理单元330相应输出中断信号(即低电平信号)，以暂停控制电路365或整体系统的运转。

需特别说明的是，若此时处理单元330判断接收到比较信号的次数达一预定次数(如：2次)的话，则处理单元330可改为输出关闭信号(即低电平信号)，以关闭控制电路365，以及在处理单元330输出中断信号后的一预设时间区间内，该处理单元330恢复输出致能信号，且上述该时间区间可通过在处理单元330中预设以达到恢复产生致能信号的效果。

另一方面，在处理单元330判断接收到比较信号的次数达一预定次数(如：3次)的情形下，于时间t5，处理单元330再次通过反馈路径380输出电平调变信号至数-模转换单元310，且数-模转换单元310再次依据电平调变信号调整所输出的模拟参考信号，使得模拟参考信号具有第三警示电平，且第三警示电平高于第二警示电平。

比较单元320接着再比对感测信号与具有第三警示电平的模拟参考信号。然后，于时间t6，当异常情形又发生时，相对应的感测信号的电平上升而等于或高于第三警示电平，此时比较单元320相应输出比较信号，且处理单元330判断接收到比较信号的次数已经达预定次数(如：3次)，处理单元330依据此比较信号输出关闭信号(即低电平信号)，以关闭(shut down)控制电路365或整体系统的运转。

需注意的是，在此可以同一控制信号的不同低电平状态(如：不同低电平状态持续时间)来代表中断信号和关闭信号，但也可依据实际需求设定不同的信号分别作为中断信号和关闭信号。

此外，控制电路365或整体系统的运转关闭时，处理单元330也可通过第二输出端370输出错误信号至用户接口或操作接口，以告知系统端已经发生异常情形。

另一方面，在一些较佳实施例中，前述处理单元330通过通过软件设定方式产生电平调变信号至数-模转换单元310，或是通过学习机制(如：类神经控制或模糊控制)或经验累积机制弹性产生电平调变信号。在此所谓学习机制以及经验累积机制，指通过软件，并加入环境参数，预先设定数个参考电平、利用查表法或配合上述类神经控制或模糊控制等机制来产生电平调变信号，以达到输出最佳参考电平的效果。如此，上述方式可使模拟参考信号可弹性调整或放宽，以排除瞬间噪音所造成的异常误判动作。

图7为依照本发明内容的一较佳实施方式的一种电子装置的保护方法的流程示意图。首先，比对感测信号与模拟参考信号(步骤702)，接着判断感测信号的电平是否高于或等于模拟参考信号的电平(步骤704)，其中感测信号是一模拟信号，其对应所检测到的电压信号、电流信号、功率信号以及温度信号中的至少一者。

当感测信号的电平低于模拟参考信号的电平时，持续产生一致能信号至一控制电路(如：脉冲宽度调变控制电路)(步骤706)，并回到步骤704，继续判断感测信号的电平是否高于或等于模拟参考信号的电平。当感测信号的电平高于或等于模拟参考信号的电平时(如：异常情形下电压、电流或温度过高)，则产生一比较信号(步骤708)，并依据比较信号产生中断信号暂停控制电路(步骤710)。

然后，当控制电路暂停后而启动控制电路的致能信号于一时间区间内恢复产生时，产生一电平调变信号(步骤712)，之后依据电平调变信号调整模拟参考信号的电平(步骤714)，使得模拟参考信号可供进一步再与感测信号作比对。接着，于模拟参考信号的电平经调整之后，回到步骤702，并重新进行步骤702至步骤714，依此类推。

需注意的是，前述经多次重复进行步骤702至步骤714之后，也可于步骤708之后，依据比较信号产生一关闭信号关闭控制电路(或整体系统)，以结束前述流程，另外，上述该时间区间可通过在处理单元中预设以达到恢复产生致能信号的效果。

图8为依照本发明内容的另一较佳实施方式的一种电子装置的保护方法的流程示意图。相较于图7而言，在本实施例中，前述保护方法更包括在步骤708之后，判断比较信号产生的次数是否达一预定次数(如：3次)(步骤720)。当比较信号产生的次数未达预定次数时，则进行步骤710，依据比较信号产生中断信号暂停控制电路；相反地，当比较信号产生的次数已经达预定次数时，则依据比较信号产生一关闭信号关闭控制电路(步骤722)。

另一方面，于图7或图8所示的实施例中，前述保护方法更可包括当比较信号产生的次数达预定次数时，产生一错误信号以供警示，或输出错误信号至用户接口或操作接口，以告知系统端已经发生异常情形(如：电压、电流或温度过高)。在另一较佳实施例中，前述保护方法亦可于每次产生中断信号暂停控制电路时即产生错误信号，以供警示。

此外，于图7或图8所示的实施例中，步骤702、704、708由一比较单元所执行，步骤706、720、710、712、722由一处理单元所执行，而步骤714则由一数-模转换单元所执行，其中，于一较佳实施例中，比较单元、处理单元及模拟转换单元共同整合于一微控制器(MCU)中。

其次，图7或图8所示的保护方法也可应用于图3所示的实施例中，即利用图3中的比较单元320、处理单元330及数-模转换单元310来执行上述步骤。

相较于现有作法，在本发明内容的实施例中，可在不增加电路成本下将数-模转换器电路以及比较器电路整合并内建于微控制器中，由此通过数-模转换器电路和比较器电路处理模拟信号，使得信号处理速度加快，以即时且有效地发现操作异常的情形(如：过电压、过电流、...等)，进而中断微控制器外部的控制电路的运作，或者进一步关闭(shut down)控制电路，以避免控制电路损坏而造成整体系统受损。

此外，更可在前述保护电路中通过具学习机制或经验累积机制的方式，弹性调整数-模转换器电路所输出的模拟参考信号的电平，使电子装置可依据不同应用环境产生微调输出信号。再者，通过数位反馈方式调整数-模转换器电路所输出的参考信号的电平，可降低电路设计复杂度，减少制程或元件的误差所造成的参考电平偏移。

其次，本发明内容同时具备软件和硬件保护机制，可在错误发生时立即通过硬件的输出暂停控制电路的操作，随后再以软件设定方式渐进调整及放宽参考电平，以确认是否真正发生异常，或是否由噪音、突波干扰所导致，并且于确认异常及多次暂停操作后直接关闭控制电路或整体系统，避免控制电路或系统继续运作而受损。

在本发明内容中所提及的步骤，除特别叙明其顺序者外，均可依实际需要调整其前后顺序，甚至可同时或部分同时执行，而不以上述为限。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (17)

1.一种保护电路，包括：

一数-模转换单元，用以输出一模拟参考信号，该模拟参考信号具有一第一电平；

一比较单元，电性耦接该数-模转换单元，并用以比对一感测信号与该模拟参考信号，其中该比较单元于该感测信号的电平高于或等于该第一电平时输出一比较信号；以及

一处理单元，电性耦接该数-模转换单元以及该比较单元，用以产生一致能信号启动一控制电路，并用以接收该比较信号而输出一中断信号暂停该控制电路；

其中当该控制电路暂停后再经该致能信号启动时，该处理单元输出一电平调变信号至该数-模转换单元，该数-模转换单元依据该电平调变信号调整所输出的该模拟参考信号。

2.如权利要求1所述的保护电路，其中该模拟参考信号经调整后具有一第二电平，该第二电平高于该第一电平。

3.如权利要求2所述的保护电路，其中该比较单元更用以比对该感测信号与具有该第二电平的该模拟参考信号，并于该感测信号的电平高于或等于该第二电平时输出该比较信号，且该处理单元用以依据该比较信号暂停或关闭该控制电路。

4.如权利要求3所述的保护电路，其中该处理单元于该控制电路暂停时输出该电平调变信号至该数-模转换单元，该数-模转换单元依据该电平调变信号调整所输出的该模拟参考信号，使得该模拟参考信号具有一第三电平，其中该第三电平高于该第二电平。

5.如权利要求4所述的保护电路，其中该比较单元更用以比对该感测信号与具有该第三电平的该模拟参考信号，并于该感测信号的电平高于或等于该第三电平时输出该比较信号，且该处理单元依据该比较信号输出一关闭信号关闭该控制电路。

6.如权利要求1所述的保护电路，其中该处理单元依据接收该比较信号的次数来决定是否输出一关闭信号关闭该控制电路。

7.如权利要求6所述的保护电路，其中当该处理单元输出该关闭信号关闭该控制电路时，该处理单元并输出一错误信号。

8.如权利要求1所述的保护电路，其中该处理单元更包括：

一与门电路，具有一第一门输入端、一第二门输入端以及一门输出端，其中该第一门输入端用以接收该比较信号，该第二门输入端用以接收一预设临界信号，该门输出端用以输出该中断信号。

9.如权利要求1所述的保护电路，其中该数-模转换单元、该比较单元与该处理单元共同整合于一微控制器中。

10.如权利要求1所述的保护电路，其中该感测信号对应电压信号、电流信号、功率信号以及温度信号中的至少一者。

11.如权利要求1所述的保护电路，其中该处理单元通过一软件设定方式或一动态学习机制产生该电平调变信号。

12.一种电子装置的保护方法，包括：

(a)比对一感测信号与一模拟参考信号，并于该感测信号的电平高于或等于该模拟参考信号的电平时，产生一比较信号；

(b)依据该比较信号产生一中断信号暂停一控制电路；

(c)当该控制电路暂停后且启动该控制电路的一致能信号产生时，产生一电平调变信号；以及

(d)依据该电平调变信号调整该模拟参考信号的电平。

13.如权利要求12所述的保护方法，更包括：

于该模拟参考信号的电平经调整之后，再次进行步骤(a)至步骤(d)。

14.如权利要求13所述的保护方法，更包括：

于步骤(a)至步骤(d)经再次进行之后，更进行步骤(a)；以及

依据该比较信号产生一关闭信号关闭该控制电路。

15.如权利要求12所述的保护方法，更包括：

判断该比较信号产生的次数是否达到一预定次数；以及

当该比较信号产生的次数达该预定次数时，产生一关闭信号关闭该控制电路。

16.如权利要求15所述的保护方法，更包括：

当该比较信号产生的次数达该预定次数时，产生一错误信号以供警示。

17.如权利要求12所述的保护方法，其中步骤(a)由一比较单元所执行，步骤(b)和步骤(c)由一处理单元所执行，步骤(d)由一数-模转换单元所执行，且该数-模转换单元、该比较单元与该处理单元共同整合于一微控制器中。

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