CN108271287A - 保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种保护电路，其包含侦测电路、控制电路以及开关元件。侦测电路与定电流元件电性连接于第一节点。侦测电路用以侦测第一节点的第一电压，且依据第一电压产生第二电压。控制电路电性连接侦测电路。控制电路用以依据第二电压选择性地输出第一控制信号以及第二控制信号。开关元件电性连接定电流元件、控制电路以及接地端。当第二电压大于参考电压时，控制电路输出第一控制信号以断开开关元件。当第二电压小于参考电压时，控制电路输出第二控制信号以导通开关元件。如此，可避免定电流元件的跨压过高，进而保护电路系统。

Description

保护电路

技术领域

本发明是有关于一种电路技术，且特别是有关于一种保护电路。

背景技术

在现有技术中，定电流元件可被加入至电路中，以达到定电流的目的。举例来说，发光元件(例如：发光二极管)的亮度与驱动电流成正相关。因此，为了维持发光元件的亮度，会将发光元件与定电流元件进行串联。

然而，当异常发生时，定电流元件的跨压将会提高。如此，定电流元件的消耗功率以及温度亦会相应地提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可避免定电流元件的跨压过高，进而保护电路系统的保护电路。

本发明的一实施方式是关于一种保护电路，其包含侦测电路、控制电路以及开关元件。侦测电路与定电流元件电性连接于第一节点。侦测电路用以侦测第一节点的第一电压，且依据第一电压产生第二电压。控制电路电性连接侦测电路。控制电路用以依据第二电压选择性地输出第一控制信号以及第二控制信号。开关元件电性连接定电流元件、控制电路以及接地端。当第二电压大于参考电压时，控制电路输出第一控制信号以断开开关元件。当第二电压小于参考电压时，控制电路输出第二控制信号以导通开关元件。

在一些实施例中，侦测电路包含第一电阻、第二电阻以及延迟电路。第一电阻电性连接于第一节点与第二节点之间。第二电阻电性连接于第二节点与接地端之间。延迟电路电性连接于第二节点与接地端之间。

在一些实施例中，开关元件包含第一开关。第一开关包含第一控制端、第一连接端以及第二连接端。第一控制端与控制电路电性连接于第三节点。第一连接端电性连接接地端。第二连接端电性连接定电流元件。

在一些实施例中，控制电路包含第三电阻、第四电阻、电压比较单元、第二开关以及第一电容。第三电阻用以接收输入电压。第四电阻电性连接于第三电阻与接地端之间。第四电阻与第三电阻串联连接于第三节点。电压比较单元包含第一输入端、第二输入端以及第一输出端。第一输入端电性连接第二节点。第二输入端用以接收参考电压。第二开关包含第二控制端、第三连接端以及一第四连接端。第二控制端电性连接第一输出端。第三连接端电性连接接地端。第四连接端电性连接第三节点。第一电容电性连接于第三节点与接地端之间。

在一些实施例中，当第二电压大于参考电压时，电压比较单元输出第三控制信号至第二控制端以导通第二开关。第一控制端通过第二开关被拉降至地电压，使得第一开关断开。当第二电压小于参考电压时，电压比较单元输出第四控制信号至第二控制端以断开第二开关，使得第一开关依据位于第三节点的第三电压导通。

在一些实施例中，当第一开关断开，第一电流通过第一电阻以及第二电阻流至接地端。当第一开关导通，第二电流通过定电流元件以及第一开关流至接地端。

在一些实施例中，延迟电路包含第二电容。第二电容用以决定电压比较单元输出第三控制信号或第四控制信号的响应时间。

在一些实施例中，控制电路包含第三电阻、第四电阻、控制元件以及第一电容。第三电阻用以接收输入电压。第四电阻电性连接于第三电阻与接地端之间。第四电阻与第三电阻串联连接于第三节点。控制元件电性连接第二节点、第三节点以及接地端。第一电容电性连接于第三节点与接地端之间。

在一些实施例中，控制元件内建参考电压。当第二电压大于参考电压时，第一控制端通过控制元件被拉降至地电压，使得第一开关断开。当第二电压小于参考电压时，第一开关依据位于第三节点的第三电压导通。

在一些实施例中，当第一开关断开，第一电流通过第一电阻以及第二电阻流至接地端。当第一开关导通，第二电流通过定电流元件以及第一开关流至接地端。

在一些实施例中，延迟电路包含第二电容。第二电容用以决定控制元件的响应时间。

综上所述，在本发明的保护电路中，侦测电路侦测定电流元件的一端的电压，使得控制电路依据该电压控制开关元件是否导通。如此，可避免定电流元件的跨压过高，进而保护电路系统。

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，接合附图说明如下：

图1是依照本发明一些实施例所绘示的一种电路系统的功能方块图；

图2是依照本发明一些实施例所绘示的图1的电路系统的电路图；

图3是依照本发明一些实施例所绘示的图1的电路系统的电路图。

具体实施方式

下文是举实施例配合附图作详细说明，但所提供的实施例并非用以限制本发明所涵盖的范围，而结构运作的描述非用以限制其执行的顺序，任何由元件重新组合的结构，所产生具有均等功效的装置，皆为本发明所涵盖的范围。此外，附图仅以说明为目的，并未依照原尺寸作图。为使便于理解，下述说明中相同元件或相似元件将以相同之符号标示来说明。

关于本文中所使用的“耦接”，可指二个或多个元件相互“直接”作实体或电性接触，或是相互“间接”作实体或电性接触，也可指二个或多个元件相互操作或动作。

请参考图1。图1是依照本发明一些实施例所绘示的一种电路系统100的功能方块图。以图1示例而言，电路系统100包含发光单元120、定电流元件140以及保护电路160。

在一些实施例中，发光单元120包含至少一个发光元件。发光元件例如是发光二极管(LED)，但本发明内容不以此为限制。以图1示例而言，发光单元120包含两个发光元件。发光单元120用以接收输入电压Vin。输入电压Vin用以驱动发光单元120中的这些发光元件，使得这些发光元件发亮。

上述发光单元120中发光元件的数量仅用以示例的目的。发光单元120中发光元件的各种数量皆在本发明内容的考量范围内。

在一些实施例中，定电流元件140与发光单元120以串联的方式电性连接于节点N1，如图1所示。定电流元件140用以使流经发光单元120的电流值为固定。在一些实施例中，定电流元件140为被动式的定电流元件。在一些其他的实施例中，定电流元件140为主动式的定电流元件。

在一些实施例中，保护电路160电性连接发光单元120以及定电流元件140于节点N1。以图1示例而言，保护电路160包含侦测电路162、控制电路164以及开关元件166。

在一些实施例中，侦测电路162电性连接节点N1。侦测电路162用以侦测位于节点N1的电压Vcom，且依据电压Vcom产生电压Vp。控制电路164电性连接侦测电路162，以接收电压Vp。控制电路164用以依据电压Vp选择性地输出控制信号CT1以及控制信号CT2。开关元件166电性连接控制电路164，以接收控制信号CT1或控制信号CT2。另外，开关元件166电性连接于定电流元件140以及接地端GND之间。

在一些实施例中，当电压Vp小于参考电压(例如：图2中的参考电压Vref)时，控制电路164输出控制信号CT2以导通开关元件166，使得电路系统100正常地运作。

在一些实施例中，当电压Vp大于参考电压Vref时，控制电路164输出控制信号CT1以断开开关元件166，进而达到保护电路系统100的目的。详细运作内容将于下述段落进行描述。

假设发光单元120的跨压为Vf。位于节点N1的电压Vcom可由以下公式(1)得到：

Vcom＝Vin-Vf…(1)

Vin代表输入电压，且Vf代表发光单元120的跨压。

由上述公式(1)可知，当输入电压Vin增加时，电压Vcom会相应地增加。当电压Vcom增加时，定电流元件140的消耗功率以及温度会相应地增加。也就是说，当输入电压Vin过高时，电路系统100将会存在危险。

由于电压Vp是依据电压Vcom所产生，因此，在一些实施例中，当电压Vcom增加时，电压Vp会相应地增加。当电压Vp大于参考电压Vref时，控制电路164输出控制信号CT1以断开开关元件166。如此，电路系统100的主回路(输入电压Vin、发光单元120、定电流元件140、开关元件166与接地端GND所形成的回路)将形成断路。在这种情况下，将不会有电流流经定电流元件140。借此，可避免定电流元件140的消耗功率以及温度过高，进而保护电路系统100。

另外，在一些实施例中，当发光单元120中的发光元件发生损坏(例如：短路)时，发光单元120的跨压Vf会下降。由上述公式(1)可知，当跨压Vf下降时，电压Vcom会相应地增加。如前所述，在一些实施例中，当电压Vcom增加时，电压Vp会相应地增加。当电压Vp大于参考电压Vref时，控制电路164会输出控制信号CT1以断开开关元件166。如前所述，在这种情况下，将不会有电流流经定电流元件140。借此，可避免定电流元件140的消耗功率以及温度过高，进而保护电路系统100。

请参考图2。图2是依照本发明一些实施例所绘示的图1的电路系统100的电路图。为易于理解的目的，图2中与图1中相似的元件将指定相同的标号。

在一些实施例中，侦测电路162包含电阻R1、电阻R2以及延迟电路1622。电阻R1与电阻R2是以串联的方式电性连接于节点N2。电阻R1与电阻R2形成分压电路。另外，延迟电路1622与电阻R2则是以并联的方式电性连接。在一些实施例中，延迟电路1622包含电容C2。

用另一种方式解释，电阻R1电性连接于节点N1与节点N2之间。电阻R2与电容C2皆是电性连接于节点N2与接地端GND之间。

在一些实施例中，控制电路164与侦测电路162电性连接于节点N2。以图2示例而言，控制电路164包含电压比较单元U1、开关Q2以及电容C1、电阻R3以及电阻R4。

在一些实施例中，电压比较单元U1是以运算放大器实现，但本发明不以此为限制。电压比较单元U1包含输入端IN1、输入端IN2以及输出端O1。输入端IN1电性连接节点N2，以接收电压Vp。输入端IN2用以接收参考电压Vref。在一些实施例中，参考电压Vref是由直流(DC)电压源所提供。开关Q2包含控制端B、连接端E以及连接端C。控制端B电性连接输出端O1。连接端E电性连接接地端GND。连接端C电性连接节点N3。电容C1电性连接于节点N3与接地端GND之间。电阻R3用以接收输入电压Vin。电阻R4与电阻R3以串联的方式电性连接于节点N3。电阻R4电性连接于电阻R3与接地端GND之间。

以图2示例而言，开关Q2是以单独一个N型双载子接面晶体管(BJT)实现，但本发明不以此为限制。各种得以实现开关Q2的开关元件皆在本发明的考量范围内。举例来说，在一些实施例中，开关Q2可为金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)或绝缘栅双极晶体管(IGBT)。

在一些实施例中，开关元件166与控制电路164电性连接于节点N3。在一些实施例中，开关元件166包含开关Q1。以图2示例而言，开关Q1是以单独一个N型金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)实现，但本发明不以此为限制。各种得以实现开关Q1的开关元件皆在本发明的考量范围内。举例来说，在一些其他的实施例中，开关Q1可为双载子接面晶体管(BJT)或绝缘栅双极晶体管(IGBT)。

以图2示例而言，开关Q1包含控制端G、连接端S以及连接端D。在一些实施例中，控制端G为栅极端，连接端S为源极端，且连接端D为漏极端。控制端G电性连接电阻R3于节点N3。连接端S电性连接接地端GND。连接端D电性连接定电流元件140。在一些实施例中，定电流元件140包含电阻R5。电阻R5电性连接于节点N1与连接端D之间。

上述的侦测电路162、控制电路164以及开关元件166的配置仅用以示例的目的。侦测电路162、控制电路164以及开关元件166的各种配置皆在本发明的考量范围内。

在一些实施例中，位于节点N2的电压Vp可由以下公式(2)得到：

r1代表电阻R1的电阻值，r2代表电阻R2的电阻值，Vcom代表位于节点N1的电压，Vp代表位于节点N2的电压，Vin代表输入电压，且Vf代表发光单元120的跨压。

在一些实施例中，电阻R1的电阻值r1以及电阻R2的电阻值r2可依据实际需求进行选择，以调整电压Vp的电压值。

在一些实施例中，通过调整电压Vp以及设定参考电压Vref，可决定电压比较单元U1输出控制信号CT3或CT4的条件。

如前述实施例所述，当异常(例如：输入电压Vin过高或发光单元120短路)发生时，位于节点N1的电压Vcom会相应地增加。由上述公式(2)可知，电压Vp与电压Vcom成正比。因此，当电压Vcom增加时，电压Vp也会相应地增加。

当电压Vp大于参考电压Vref时，电压比较单元U1输出控制信号CT3至控制端B，以导通开关Q2。在一些实施例中，开关Q2为N型开关元件，且控制信号CT3为具有逻辑值1的控制信号。当开关Q2导通后，开关Q1的控制端G通过开关Q2被拉降至接地端GND的地电压(例如：0伏特)。如此，开关Q1会被断开。当开关Q1断开，将不会有电流流经定电流元件140。而保护电流(电流I1)将通过电阻R1以及电阻R2流至接地端GND。

在一些实施例中，电流I1可由以下公式(3)得到：

r1代表电阻R1的电阻值，r2代表电阻R2的电阻值，Vin代表输入电压，且Vf代表发光单元120的跨压。

在一些实施例中，电阻R1的电阻值r1以及电阻R2的电阻值r2可依据实际需求进行选择，使得电流I1的电流值位于安全范围内。

当异常排除后，位于节点N1的电压Vcom会下降。由上述公式(2)可知，电压Vp会依据电压Vcom相应地下降。当电压Vp小于参考电压Vref时，电压比较单元U1输出控制信号CT4至控制端B，以断开开关Q2。在一些实施例中，开关Q2为N型开关元件，且控制信号CT4为具有逻辑值0的控制信号。当开关Q2断开后，开关Q1依据位于节点N3的电压V3而导通。

在一些实施例中，电压V3可由以下公式(4)得到：

r3代表电阻R3的电阻值，r4代表电阻R4的电阻值，且Vin代表输入电压。

当开关Q1导通，电流I2通过电阻R5以及开关Q1流至接地端GND。在这种情况下，电路系统100得以正常地运作。

另外，控制电路164中的电容C1用以滤除杂讯。侦测电路162的电容C2用以延迟信号。据此，在一些实施例中，电容C1的电容值远小于电容C2的电容值。

另一方面，延迟电路1622的电容C2用以决定电压比较单元U1输出控制信号CT3或控制信号CT4的响应时间。

举例来说，当异常(例如：输入电压Vin过高或发光单元120短路)发生时，位于节点N1的电压Vcom快速地增加。据此，电压Vcom会对电容C2充电。在响应时间到达之前，位于节点N2的电压Vp会因为电阻电容延迟(RC delay)效应而缓慢地增加。当响应时间到达后，电压Vp才会增加至符合上述公式(2)。因此，通过电容C2的设置，可避免保护电路160因为杂讯发生误动作。

上述的响应时间与电阻R1的电阻值r1、电阻R2的电阻值r2以及电容C2的电容值相关。据此，电阻R1、电阻R2以及电容C2可依据实际需求进行选择，以调整上述的响应时间。暂态响应的内容应为本领域一般技术人员所熟知，故于此不再赘述。

请参考图3。图3是依照本发明一些实施例所绘示的图1的电路系统100的电路图。为易于理解的目的，图3中与图2中相似的元件将指定相同的标号。

以下仅针对图3中与图2中不同的地方进行详述。其余内容请参考相关于图2的实施例的段落，于此不再赘述。

在一些实施例中，控制电路264与侦测电路162电性连接于节点N2。控制电路264与开关元件166电性连接于节点N3。以图3示例而言，控制电路264包含电阻R3、电阻R4、控制元件2642以及电容C1。

电阻R3用以接收输入电压Vin。电阻R4与电阻R3以串联的方式电性连接于节点N3。电阻R4电性连接于电阻R3与接地端GND之间。电容C1电性连接于节点N3与接地端GND之间。

在一些实施例中，控制元件2642电性连接节点N2，以接收电压Vp。控制元件2642还电性连接于节点N3与接地端GND之间。以图3示例而言，控制元件2642包含阳极端A与阴极端K。阳极端A电性连接接地端GND。阴极端K电性连接节点N3。在一些实施例中，控制元件2642是以并联稳压器实现，例如：集成电路元件TL432。在一些实施例中，控制元件2642中内建有参考电压(图未示)。

上述的控制电路264的配置仅用以示例的目的。控制电路264的各种配置皆在本发明的考量范围内。

当电压Vp大于控制元件2642的内建参考电压时，控制元件2642的阳极端A与阴极端K将形成短路。如此，开关Q1的控制端G通过控制元件2642被拉降至接地端GND的地电压，使得开关Q1断开。在这种情况下，将不会有电流流经定电流元件140。借此，可避免定电流元件140的消耗功率以及温度过高，进而保护电路系统100。

当电压Vp小于控制元件2642的内建参考电压时，控制元件2642的阳极端A与阴极端K将形成开路。在这种情况下，开关Q1将依据位于节点N3的电压V3而导通。电压V3可由前述的公式(4)得到。如此，电路系统100得以正常地运作。

相似的，电容C2用以决定控制元件2642的响应时间。此响应时间与电阻R1的电阻值r1、电阻R2的电阻值r2以及电容C2的电容值相关。据此，电阻R1、电阻R2以及电容C2可依据实际需求进行选择，以调整此响应时间。暂态响应的内容应为本领域一般技术人员所熟知，故于此不再赘述。

综上所述，在本发明中的保护电路中，侦测电路侦测定电流元件的一端的电压，使得控制电路依据该电压控制开关元件是否导通。如此，可避免定电流元件的跨压过高，进而保护电路系统。

虽然本发明已以实施方式公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域一般技术人员，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权利要求所界定的为准。

Claims (11)

1.一种保护电路，其特征在于，包含：

侦测电路，与定电流元件电性连接于第一节点，所述侦测电路用以侦测所述第一节点的第一电压，且依据所述第一电压产生第二电压；

控制电路，电性连接所述侦测电路，所述控制电路用以依据所述第二电压选择性地输出第一控制信号以及第二控制信号；以及

开关元件，电性连接所述定电流元件、所述控制电路以及接地端，

其中当所述第二电压大于参考电压时，所述控制电路输出所述第一控制信号以断开所述开关元件，当所述第二电压小于所述参考电压时，所述控制电路输出所述第二控制信号以导通所述开关元件。

2.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述侦测电路包含：

第一电阻，电性连接于所述第一节点与第二节点之间；

第二电阻，电性连接于所述第二节点与所述接地端之间；以及

延迟电路，电性连接于所述第二节点与所述接地端之间。

3.如权利要求2所述的保护电路，其特征在于，所述开关元件包含：

第一开关，包含第一控制端、第一连接端以及第二连接端，其中所述第一控制端与所述控制电路电性连接于第三节点，所述第一连接端电性连接所述接地端，所述第二连接端电性连接所述定电流元件。

4.如权利要求3所述的保护电路，其特征在于，所述控制电路包含：

第三电阻，用以接收输入电压；

第四电阻，电性连接于所述第三电阻与所述接地端之间，所述第四电阻与所述第三电阻串联连接于所述第三节点；

电压比较单元，包含第一输入端、第二输入端以及第一输出端，其中所述第一输入端电性连接所述第二节点，所述第二输入端用以接收所述参考电压；

第二开关，包含第二控制端、第三连接端以及第四连接端，其中所述第二控制端电性连接所述第一输出端，所述第三连接端电性连接所述接地端，所述第四连接端电性连接所述第三节点；以及

第一电容，电性连接于所述第三节点与所述接地端之间。

5.如权利要求4所述的保护电路，其特征在于，当所述第二电压大于所述参考电压时，所述电压比较单元输出第三控制信号至所述第二控制端以导通所述第二开关，所述第一控制端通过所述第二开关被拉降至地电压，使得所述第一开关断开，当所述第二电压小于所述参考电压时，所述电压比较单元输出第四控制信号至所述第二控制端以断开所述第二开关，使得所述第一开关依据位于所述第三节点的第三电压导通。

6.如权利要求5所述的保护电路，其特征在于，当所述第一开关断开，第一电流通过所述第一电阻以及所述第二电阻流至所述接地端，当所述第一开关导通，第二电流通过所述定电流元件以及所述第一开关流至所述接地端。

7.如权利要求5所述的保护电路，其特征在于，所述延迟电路包含第二电容，所述第二电容用以决定所述电压比较单元输出所述第三控制信号或所述第四控制信号的响应时间。

8.如权利要求3所述的保护电路，其特征在于，所述控制电路包含：

第三电阻，用以接收输入电压；

第四电阻，电性连接于所述第三电阻与所述接地端之间，所述第四电阻与所述第三电阻串联连接于所述第三节点；

控制元件，电性连接所述第二节点、所述第三节点以及所述接地端；以及

第一电容，电性连接于所述第三节点与所述接地端之间。

9.如权利要求8所述的保护电路，其特征在于，所述控制元件内建所述参考电压，当所述第二电压大于所述参考电压时，所述第一控制端通过所述控制元件被拉降至地电压，使得所述第一开关断开，当所述第二电压小于所述参考电压时，所述第一开关依据位于所述第三节点的第三电压导通。

10.如权利要求9所述的保护电路，其特征在于，当所述第一开关断开，第一电流通过所述第一电阻以及所述第二电阻流至所述接地端，当所述第一开关导通，第二电流通过所述定电流元件以及所述第一开关流至所述接地端。

11.如权利要求9所述的保护电路，其特征在于，所述延迟电路包含第二电容，所述第二电容用以决定所述控制元件的响应时间。