TW201349694A - 電壓保護電路 - Google Patents

Abstract

一種電壓保護電路，包括穩壓電路、比較器及第一電子開關。穩壓電路用於輸出穩定電壓，比較器用於比較穩定電壓與參考電壓的大小，並在穩定電壓大於參考電壓時輸出高電平訊號至第一電子開關的控制端，以使得第一電子開關的第一端與第二端連通，穩壓電路的控制端接收到低電平訊號以停止輸出該穩定電壓；當穩定電壓小於參考電壓時，比較器輸出低電平訊號至第一電子開關的控制端，以使得第一電子開關的第一端與第二端斷開，穩壓電路的控制端接收到高電平訊號以繼續輸出該穩定電壓。

Description

電壓保護電路

本發明涉及一種電壓保護電路。

電腦主機板上各部件均有其穩定工作的電壓範圍，若超出此電壓範圍就會出現工作異常，甚至於損壞電子元件。

鑒於以上內容，有必要提供一種電壓保護電路，當電壓超過預設值時即自動停止供電，以防止電子元件受到損壞。

一種電壓保護電路，包括一穩壓電路、一比較器及一第一電子開關，該穩壓電路的輸入端與一第一電源相連，輸出端與比較器的同相輸入端相連，該比較器的反相輸入端與一參考電壓相連，該比較器的輸出端與該第一電子開關的控制端相連，該第一電子開關的第一端與第一電源相連，還直接與穩壓電路的控制端相連；該穩壓電路用於輸出一穩定電壓，該比較器用於比較穩定電壓與參考電壓的大小，並在穩定電壓大於參考電壓時輸出一高電平訊號至第一電子開關的控制端，以使得第一電子開關的第一端與第二端連通，該穩壓電路的控制端接收到低電平訊號以停止輸出該穩定電壓；當穩定電壓小於參考電壓時，該比較器輸出一低電平訊號至第一電子開關的控制端，以使得第一電子開關的第一端與第二端斷開，該穩壓電路的控制端接收到高電平訊號以繼續輸出該穩定電壓。

上述電壓保護電路透過比較器比較穩壓電路輸出的電壓值與參考電壓的大小，並在穩壓電路輸出的電壓值大於參考電壓時導通第一電子開關，進而使得穩壓電路的控制端接收到低電平訊號，該穩壓電路則停止繼續輸出電壓。

請參考圖1及圖3，本發明電壓保護電路的較佳實施方式包括一穩壓電路10、一比較器U2及一電子開關30（本實施方式中為場效應電晶體Q5，見圖3所示）。該穩壓電路10的輸入端與輸入電源50（本實施方式中為電源P5V_DUAL，見圖3所示）相連，以從其輸出端輸出一穩定的電壓Vout。該穩壓電路10的輸出電壓Vout經分壓電阻R12及R13分壓後（請參圖2）後與比較器U2的正相輸入端相連，該比較器U2的反相輸入端與一參考電壓60相連，輸出端與場效應電晶體Q5的閘極相連。該場效應電晶體Q5的源極接地，汲極透過電阻R17與電源P5V_DUAL相連，該場效應電晶體Q5的汲極還直接與穩壓電路10的控制端相連。當穩定電壓Vout經分壓電阻R12及R13分壓後大於參考電壓時，該比較器U2輸出高電平訊號至場效應電晶體Q5的閘極，以使得場效應電晶體Q5的汲極與源極連通。此時，該穩壓電路10的控制端將接收到低電平訊號以停止繼續輸出該穩定電壓Vout。當穩定電壓Vout經分壓電阻R12及R13分壓後小於參考電壓時，該比較器U2輸出低電平訊號至場效應電晶體Q5的閘極，以使得場效應電晶體Q5的源極與汲極斷開，此時，該穩壓電路10的控制端將接收到高電平訊號以繼續輸出該穩定電壓Vout。

請繼續參考圖2，該穩壓電路10包括一控制晶片U1、三極體Q1、Q2、場效應電晶體Q3-Q4。該三極體Q1的基極透過電阻R1與主機板上的平臺控制器（PCH）11相連，以接收來自PCH 11的控制訊號。該三極體Q1的射極接地，集極透過電阻R2與電源P5V_DUAL相連。該三極體Q1的集極還直接與三極體Q2的基極相連，該三極體Q2的射極接地，集極與控制晶片U1的控制引腳1相連。

該控制晶片U1的控制引腳1還依序透過電阻R3及電容C1與控制晶片U1的回饋引腳2相連，該控制晶片U1的控制引腳1還透過電容C2與回饋引腳2相連，該控制晶片U1的回饋引腳2透過電阻R4接地。該控制晶片U1的回饋引腳2還透過電容C2與控制引腳1相連。

該控制晶片U1的重啟引腳3透過電阻R5與電源P5V_DUAL相連，還與電源供應器（PSU）13相連，以接收來自電源供應器13的電源準備好（PWRGOOD）訊號。該控制晶片U1的電壓引腳4透過電容C3接地，還透過電阻R6與電源P5V_DUAL相連。該電源P5V_DUAL還與肖特基二極體D1的陽極相連，該肖特基二極體D1的陰極與控制晶片U1的啟動引腳5相連。該控制晶片U1的啟動引腳5還透過電阻R7及電容C4與控制晶片U1的相位引腳6相連。該控制晶片U1的第一門引腳7透過電阻R8與場效應電晶體Q3的閘極相連，該場效應電晶體Q3的汲極透過電感L1與電源P5V_DUAL相連，還透過電容C5接地，該電容C6與電容C5並聯連接。

該場效應電晶體Q3的閘極還透過電阻R9與場效應電晶體Q4的汲極相連，該場效應電晶體Q4的閘極與控制晶片U1的第二門引腳8相連，還透過電阻R10與控制晶片U1的接地引腳9相連，該控制晶片U1的接地引腳9接地。該場效應電晶體Q4的源極接地，還依序透過電容C7及電阻R11與場效應電晶體Q4的汲極相連，該場效應電晶體Q4的汲極還依序透過電感L2及電容C8接地。該電感L2與電容C8之間的節點還依序透過電阻R12與R13接地，該電感L2與電容C8之間的節點還透過電阻R15與控制晶片U1的回饋引腳2相連。該電阻R16及電容C9串聯後與電阻R15並聯連接。

該比較器U2的正相輸入端與電阻R12及R13之間的節點相連。該比較器U2的反相輸入端與電池Vdd的陽極相連，該電池Vdd的陰極接地。該比較器U2的輸出端與場效應電晶體Q5的閘極相連。該場效應電晶體Q5的源極接地，汲極透過電阻R17與電源P5V_DUAL相連。該場效應電晶體Q5的汲極還直接與控制晶片U1的控制引腳1相連。

下面將對上述電壓保護電路的工作原理進行說明：

該控制晶片U1的啟動引腳5用於為場效應電晶體Q3提供偏置電壓。該相位引腳6既與場效應電晶體Q3的源極相連，又與場效應電晶體Q4的汲極相連，用於偵測場效應電晶體Q4的電壓降落狀態，起到過流保護作用。該第一門引腳7用於提供脈寬調製訊號，以驅動場效應電晶體Q3。該第二門引腳8用於提供脈寬調製訊號，以驅動場效應電晶體Q4。該重啟引腳3用於實現軟啟動功能。該肖特基二極體D1、電阻R7和電容C4組成自舉電路，用於放大來自電源P5V_DUAL的電壓。該電阻R3、電容C1及C2組成補償電路，用於使得控制晶片U1工作穩定，避免振盪。

當主機板處於S0狀態（主機板處於正常工作狀態）、S1狀態（CPU處於不工作狀態）、S2狀態（CPU處於關閉狀態）以及S3（除了記憶體外其他的元件全部停止工作）狀態時，該PCH 11發出的控制訊號為高電平訊號。此時，該三極體Q1導通，三極體Q2截止，控制晶片U1的控制引腳1接收高電平訊號。該控制晶片U1得以開始工作。此時，該控制晶片U1的第一門引腳7及第二門引腳8交替輸出高電平脈衝訊號，以使得場效應電晶體Q3及Q4依次輪流導通。當第一門引腳引腳7輸出高電平訊號時，場效應電晶體Q3導通，電源P5V_DUAL經過電感L1、電容C5及C6濾波之後再透過場效應電晶體Q3為電感L2及電容C8充電。之後，第一門引腳引腳7輸出低電平訊號，第二門引腳8輸出高電平訊號，此時場效應電晶體Q3截止，場效應電晶體Q4導通，電感L2及電容C8即透過場效應電晶體Q4開始放電。如此周而復始，即可在電感L2與電容C8的節點處得到穩定的電壓Vout。該電壓Vout經電阻R4及R15分壓後輸入控制晶片U1的回饋引腳2。本實施方式中，該控制晶片U1的型號為ISL6341，根據其規範可知，其回饋引腳2與內部的比較器相連，該回饋引腳2的電壓為一固定值，因此可知電壓Vout的值等於回饋引腳2的電壓值乘以（1+R15/R4），其中R15與R4分別為電阻R15及R4的電阻值。如此，透過調節電阻R15與R4的電阻值即可調節電壓Vout的值。該電壓Vout經電阻R12及R13分壓後即被輸出至比較器U2的正相輸入端。

當電壓Vout的電壓值超過預設值時，其經過電阻R12及R13後的分壓將超過比較器U2的反相輸入端所接收的來自電池Vdd的電壓。此時，該比較器U2輸出高電平訊號，使得場效應電晶體Q5導通。此時，該控制晶片U1的控制引腳1將接收到低電平訊號，該控制晶片U1將停止工作，即不再輸出電壓Vout。

當電壓Vout的電壓值不超過預設值時，其經過電阻R12及R13後的分壓將不會超過比較器U2的反相輸入端所接收的來自電池Vdd的電壓。此時，該比較器U2輸出低電平訊號，使得場效應電晶體Q5不導通。此時，該控制晶片U1的控制引腳1將接收到高電平訊號，該控制晶片U1繼續工作，即繼續輸出電壓Vout。

當主機板處於S4狀態（休眠狀態）及S5狀態（關機狀態）時，該PCH 11發出的控制訊號為低電平訊號。此時，該三極體Q1截止，三極體Q2導通，控制晶片U1的控制引腳1接收低電平訊號。該控制晶片U1停止工作，該電壓Vout停止輸出。

從上述描述可以看出，該三極體Q1、Q2及場效應電晶體Q3-Q5均起到電子開關的作用，因此其他實施方式中，該三極體Q1、Q2及場效應電晶體Q3-Q5可用其他電子開關替代，比如分別用場效應電晶體及三極體來替代。其中，三極體Q1、Q2的基極以及場效應電晶體Q3-Q5的閘極均為電子開關的控制端，三極體Q1、Q2的集極以及場效應電晶體Q3-Q5的汲極均為電子開關的第一端，三極體Q1、Q2的射極以及場效應電晶體Q3-Q5的源極均為電子開關的第二端。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，在爰依本發明精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下之申請專利範圍內。

10．．．穩壓電路

U2．．．比較器

30．．．電子開關

50．．．輸入電源

60．．．參考電壓

U1．．．控制晶片

13．．．電源供應器

11．．．PCH

Q1、Q2．．．三極體

Q3-Q5．．．場效應電晶體

R1-R7．．．電阻

C1-C9．．．電容

L1、L2．．．電感

D1．．．肖特基二極體

圖1是本發明電壓保護電路的較佳實施方式的方框圖。

圖2及圖3是圖1中電壓保護電路的電路圖。

10．．．穩壓電路

U2．．．比較器

30．．．電子開關

50．．．輸入電源

60．．．參考電壓

Claims (8)

1. 一種電壓保護電路，包括一穩壓電路、一比較器及一第一電子開關，該穩壓電路的輸入端與一第一電源相連，輸出端與比較器的同相輸入端相連，該比較器的反相輸入端與一參考電壓相連，該比較器的輸出端與該第一電子開關的控制端相連，該第一電子開關的第一端與第一電源相連，還直接與穩壓電路的控制端相連；該穩壓電路用於輸出一穩定電壓，該比較器用於比較穩定電壓與參考電壓的大小，並在穩定電壓大於參考電壓時輸出一高電平訊號至第一電子開關的控制端，以使得第一電子開關的第一端與第二端連通，該穩壓電路的控制端接收到低電平訊號以停止輸出該穩定電壓；當穩定電壓小於參考電壓時，該比較器輸出一低電平訊號至第一電子開關的控制端，以使得第一電子開關的第一端與第二端斷開，該穩壓電路的控制端接收到高電平訊號以繼續輸出該穩定電壓。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電壓保護電路，其中該穩壓電路包括第二至第五電子開關及一型號為ISL6341的控制晶片，該第二電子開關的控制端用於接收來自平臺控制器的控制訊號，第一端與第一電源及第三電子開關的控制端相連，該第二電子開關的第二端接地，該第三電子開關的第一端與控制晶片的控制引腳相連，該第三電子開關的第二端接地，該控制晶片的第一門引腳與第四電子開關的控制端相連，該第四電子開關的第一端與第一電源相連，該第四電子開關的第二端與第五電子開關的第一端相連，該第五電子開關的控制端與控制晶片的第二門引腳相連，該第五電子開關的第二端接地，該第五電子開關的第一端還依序透過第一電感及第一電容接地，該第一電感與第一電容之間的節點作為穩壓電路的輸出端用於輸出該穩定電壓；該第一電感與第一電容之間的節點還依序透過第一電阻及第二電阻接地，該第一及第二電阻之間的節點與控制晶片的回饋引腳相連；該控制晶片的啟動引腳依序透過第三電阻及第二電容與控制晶片的相位引腳相連，該控制晶片的啟動引腳還與一肖特基二極體的陰極相連，該肖特基二極體的陽極與第一電源相連，該控制晶片的控制引腳與該第五電子開關的第一端相連，該控制晶片的軟啟動引腳及電源引腳均與第一電源相連，該控制晶片的接地引腳接地。
3. 如申請專利範圍第2項所述之電壓保護電路，其中該穩壓電路還包括第三電容、第四電容及第四電阻，該控制晶片的控制引腳依序透過第四電阻及第三電容與控制晶片的回饋引腳相連，該控制晶片的控制引腳還直接透過第四電容與控制晶片的回饋引腳相連。
4. 如申請專利範圍第2項所述之電壓保護電路，其中該穩壓電路還包括第二電感、第五及第六電容，該第四電子開關的第一端透過第二電感與第一電源相連，還透過第五電容接地，該第六電容與第五電容並聯連接。
5. 如申請專利範圍第2項所述之電壓保護電路，其中該穩壓電路還包括第五電阻及第七電容，該第五電子開關的第一端依序透過第五電阻及第七電容接地。
6. 如申請專利範圍第2項所述之電壓保護電路，其中該穩壓電路還包括第六電阻及第八電容，該第六電阻與第八電容串聯連接後與第一電阻並聯連接。
7. 如申請專利範圍第1項所述之電壓保護電路，其中該第一電子開關為一場效應電晶體或一三極體，該第一電子開關的控制端為場效應電晶體的閘極或三極體的基極，該第一電子開關的第一端為場效應電晶體的汲極或三極體的集極，該第一電子開關的第一端為場效應電晶體的源極或三極體的射極。
8. 如申請專利範圍第2項所述之電壓保護電路，其中該第二至第五電子開關為場效應電晶體或三極體，該第二至第五電子開關的控制端為場效應電晶體的閘極或三極體的基極，該第二至第五電子開關的第一端為場效應電晶體的汲極或三極體的集極，該第二至第五電子開關的第一端為場效應電晶體的源極或三極體的射極。