TW201824672A

TW201824672A - 保護電路

Info

Publication number: TW201824672A
Application number: TW105144276A
Authority: TW
Inventors: 許再良; 林陳琦
Original assignee: 群光電能科技股份有限公司
Priority date: 2016-12-30
Filing date: 2016-12-30
Publication date: 2018-07-01
Also published as: CN108271287B; CN108271287A; TWI621317B

Abstract

一種保護電路包含一偵測電路、一控制電路以及一開關元件。偵測電路與一定電流元件電性連接於一第一節點。偵測電路用以偵測第一節點的一第一電壓，且依據第一電壓產生一第二電壓。控制電路電性連接偵測電路。控制電路用以依據第二電壓選擇性地輸出一第一控制訊號以及一第二控制訊號。開關元件電性連接定電流元件、控制電路以及一接地端。當第二電壓大於一參考電壓時，控制電路輸出第一控制訊號以斷開開關元件。當第二電壓小於參考電壓時，控制電路輸出第二控制訊號以導通開關元件。

Description

保護電路

本揭示中所述實施例內容是有關於一種電路技術，且特別是有關於一種保護電路。

在現有技術中，定電流元件可被加入至電路中，以達到定電流的目的。舉例來說，發光元件(例如：發光二極體)的亮度與驅動電流成正相關。因此，為了維持發光元件的亮度，會將發光元件與定電流元件進行串聯。

然而，當異常發生時，定電流元件的跨壓將會提高。如此，定電流元件的消耗功率以及溫度亦會相應地提高。

本揭示內容之一實施方式係關於一種保護電路包含一偵測電路、一控制電路以及一開關元件。偵測電路與一定電流元件電性連接於一第一節點。偵測電路用以偵測第一節點的一第一電壓，且依據第一電壓產生一第二電壓。控制電路電性連接偵測電路。控制電路用以依據第二電壓選擇性地輸出一第一控制訊號以及一第二控制訊號。開關元件電性連接定電流元件、控制電路以及一接地端。當第二電壓大於一參考電壓時，控制電路輸出第一控制訊號以斷開開關元件。當第二電壓小於參考電壓時，控制電路輸出第二控制訊號以導通開關元件。

在一些實施例中，偵測電路包含一第一電阻、一第二電阻以及一延遲電路。第一電阻電性連接於第一節點與一第二節點之間。第二電阻電性連接於第二節點與接地端之間。延遲電路電性連接於第二節點與接地端之間。

在一些實施例中，開關元件包含一第一開關。第一開關包含一第一控制端、一第一連接端以及一第二連接端。第一控制端與控制電路電性連接於一第三節點。第一連接端電性連接接地端。第二連接端電性連接定電流元件。

在一些實施例中，控制電路包含一第三電阻、一第四電阻、一電壓比較單元、一第二開關以及一第一電容。第三電阻用以接收一輸入電壓。第四電阻電性連接於第三電阻與接地端之間。第四電阻與第三電阻串聯連接於第三節點。電壓比較單元包含一第一輸入端、一第二輸入端以及一第一輸出端。第一輸入端電性連接第二節點。第二輸入端用以接收參考電壓。第二開關包含一第二控制端、一第三連接端以及一第四連接端。第二控制端電性連接第一輸出端。第三連接端電性連接接地端。第四連接端電性連接第三節點。第一電容電性連接於第三節點與接地端之間。

在一些實施例中，當第二電壓大於參考電壓時，電壓比較單元輸出一第三控制訊號至第二控制端以導通第二開關。第一控制端透過第二開關被拉降至一地電壓，使得第一開關斷開。當第二電壓小於參考電壓時，電壓比較單元輸出一第四控制訊號至第二控制端以斷開第二開關，使得第一開關依據位於第三節點的一第三電壓導通。

在一些實施例中，當第一開關斷開，一第一電流透過第一電阻以及第二電阻流至接地端。當第一開關導通，一第二電流透過定電流元件以及第一開關流至接地端。

在一些實施例中，延遲電路包含一第二電容。第二電容用以決定電壓比較單元輸出第三控制訊號或第四控制訊號的一響應時間。

在一些實施例中，控制電路包含一第三電阻、一第四電阻、一控制元件以及一第一電容。第三電阻用以接收一輸入電壓。第四電阻電性連接於第三電阻與接地端之間。第四電阻與第三電阻串聯連接於第三節點。控制元件電性連接第二節點、第三節點以及接地端。第一電容電性連接於第三節點與接地端之間。

在一些實施例中，控制元件內建參考電壓。當第二電壓大於參考電壓時，第一控制端透過控制元件被拉降至一地電壓，使得第一開關斷開。當第二電壓小於參考電壓時，第一開關依據位於第三節點的一第三電壓導通。

在一些實施例中，延遲電路包含一第二電容。第二電容用以決定控制元件的一響應時間。

綜上所述，在本揭示中的保護電路中，偵測電路偵測定電流元件的一端的電壓，使得控制電路依據該電壓控制開關元件是否導通。如此，可避免定電流元件的跨壓過高，進而保護電路系統。

100‧‧‧電路系統

120‧‧‧發光單元

140‧‧‧定電流元件

160‧‧‧保護電路

162‧‧‧偵測電路

1622‧‧‧延遲電路

164、264‧‧‧控制電路

2642‧‧‧控制元件

166‧‧‧開關元件

Vin‧‧‧輸入電壓

Vf‧‧‧跨壓

Vcom、Vp、V3‧‧‧電壓

CT1、CT2、CT3、CT4‧‧‧控制訊號

R1、R2、R3、R4、R5‧‧‧電阻

GND‧‧‧接地端

N1、N2、N3‧‧‧節點

Q1、Q2‧‧‧開關

G、B‧‧‧控制端

S、D、E、C‧‧‧連接端

U1‧‧‧電壓比較單元

IN1、IN2‧‧‧輸入端

O1‧‧‧輸出端

I1、I2‧‧‧電流

A‧‧‧陽極端

K‧‧‧陰極端

為讓本揭示之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖是依照本揭示一些實施例所繪示的一種電路系統的功能方塊圖；第2圖是依照本揭示一些實施例所繪示的第1圖的電路系統的電路圖；以及第3圖是依照本揭示一些實施例所繪示的第1圖的電路系統的電路圖。

下文係舉實施例配合所附圖式作詳細說明，但所提供之實施例並非用以限制本揭示所涵蓋的範圍，而結構運作之描述非用以限制其執行之順序，任何由元件重新組合之結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本揭示所涵蓋的範圍。此外，圖式僅以說明為目的，並未依照原尺寸作圖。為使便於理解，下述說明中相同元件或相似元件將以相同之符號標示來說明。

關於本文中所使用之「耦接」，可指二或多個元件相互「直接」作實體或電性接觸，或是相互「間接」作實體或電性接觸，亦可指二個或多個元件相互操作或動作。

請參考第1圖。第1圖是依照本揭示一些實施例所繪示的一種電路系統100的功能方塊圖。以第1圖示例而言，電路系統100包含發光單元120、定電流元件140以及保護電路160。

在一些實施例中，發光單元120包含至少一個發光元件。發光元件例如是發光二極體(LED)，但本揭示內容不以此為限制。以第1圖示例而言，發光單元120包含兩個發光元件。發光單元120用以接收輸入電壓Vin。輸入電壓Vin用以驅動發光單元120中的該些發光元件，使得該些發光元件發亮。

上述發光單元120中發光元件的數量僅用以示例之目的。發光單元120中發光元件的各種數量皆在本揭示內容的考量範圍內。

在一些實施例中，定電流元件140與發光單元120以串聯的方式電性連接於節點N1，如第1圖所示。定電流元件140用以使流經發光單元120的電流值為固定。在一些實施例中，定電流元件140為被動式的定電流元件。在一些其他的實施例中，定電流元件140為主動式的定電流元件。

在一些實施例中，保護電路160電性連接發光單元120以及定電流元件140於節點N1。以第1圖示例而言，保護電路160包含偵測電路162、控制電路164以及開關元件166。

在一些實施例中，偵測電路162電性連接節點N1。偵測電路162用以偵測位於節點N1的電壓Vcom，且依據電壓Vcom產生電壓Vp。控制電路164電性連接偵測電路162，以接收電壓Vp。控制電路164用以依據電壓Vp選擇性地輸出控制訊號CT1以及控制訊號CT2。開關元件166電性連接控制電路164，以接收控制訊號CT1或控制訊號CT2。另外，開關元件166電性連接於定電流元件140以及接地端GND之間。

在一些實施例中，當電壓Vp小於一參考電壓(例如：第2圖中的參考電壓Vref)時，控制電路164輸出控制訊號CT2以導通開關元件166，使得電路系統100正常地運作。

在一些實施例中，當電壓Vp大於參考電壓Vref時，控制電路164輸出控制訊號CT1以斷開開關元件166，進而達到保護電路系統100的目的。詳細運作內容將於下述段落進行描述。

假設發光單元120的跨壓為Vf。位於節點N1的電壓Vcom可由以下公式(1)得到：Vcom=Vin-Vf…(1)Vin代表輸入電壓，且Vf代表發光單元120的跨壓。

由上述公式(1)可知，當輸入電壓Vin增加時，電壓Vcom會相應地增加。當電壓Vcom增加時，定電流元件140的消耗功率以及溫度會相應地增加。也就是說，當輸入電壓Vin過高時，電路系統100將會存在危險。

由於電壓Vp是依據電壓Vcom所產生，因此，在一些實施例中，當電壓Vcom增加時，電壓Vp會相應地增加。當電壓Vp大於參考電壓Vref時，控制電路164輸出控制訊號CT1以斷開開關元件166。如此，電路系統100的主迴路(輸入電壓Vin、發光單元120、定電流元件140、開關元件166與接地端GND所形成的迴路)將形成斷路。在這種情況下，將不會有電流流經定電流元件140。藉此，可避免定電流元件140的消耗功率以及溫度過高，進而保護電路系統100。

另外，在一些實施例中，當發光單元120中的發光元件發生損壞(例如：短路)時，發光單元120的跨壓Vf會下降。由上述公式(1)可知，當跨壓Vf下降時，電壓Vcom會相應地增加。如前所述，在一些實施例中，當電壓Vcom增加時，電壓Vp會相應地增加。當電壓Vp大於參考電壓Vref時，控制電路164會輸出控制訊號CT1以斷開開關元件166。如前所述，在這種情況下，將不會有電流流經定電流元件140。藉此，可避免定電流元件140的消耗功率以及溫度過高，進而保護電路系統100。

請參考第2圖。第2圖是依照本揭示一些實施例所繪示的第1圖的電路系統100的電路圖。為易於理解之目的，第2圖中與第1圖中相似的元件將指定相同的標號。

在一些實施例中，偵測電路162包含電阻R1、電阻R2以及延遲電路1622。電阻R1與電阻R2是以串聯的方式電性連接於節點N2。電阻R1與電阻R2形成一分壓電路。另外，延遲電路1622與電阻R2則是以並聯的方式電性連接。在一些實施例中，延遲電路1622包含電容C2。

用另一種方式解釋，電阻R1電性連接於節點N1與節點N2之間。電阻R2與電容C2皆是電性連接於節點N2與接地端GND之間。

在一些實施例中，控制電路164與偵測電路162電性連接於節點N2。以第2圖示例而言，控制電路164包含電壓比較單元U1、開關Q2以及電容C1、電阻R3以及電阻R4。

在一些實施例中，電壓比較單元U1是以運算放大器實現，但本揭示內容不以此為限制。電壓比較單元U1包含輸入端IN1、輸入端IN2以及輸出端O1。輸入端IN1電性連接節點N2，以接收電壓Vp。輸入端IN2用以接收參考電壓Vref。在一些實施例中，參考電壓Vref是由一直流(DC)電壓源所提供。開關Q2包含控制端B、連接端E以及連接端C。控制端B電性連接輸出端O1。連接端E電性連接接地端GND。連接端C電性連接節點N3。電容C1電性連接於節點N3與接地端GND之間。電阻R3用以接收輸入電壓Vin。電阻R4與電阻R3以串聯的方式電性連接於節點N3。電阻R4電性連接於電阻R3與接地端GND之間。

以第2圖示例而言，開關Q2是以單獨一個N型雙載子接面電晶體(BJT)實現，但本揭示內容不以此為限制。各種得以實現開關Q2的開關元件皆在本揭示內容的考量範圍內。舉例來說，在一些實施例中，開關Q2可為金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)或絕緣閘雙極電晶體(IGBT)。

在一些實施例中，開關元件166與控制電路164電性連接於節點N3。在一些實施例中，開關元件166包含開關Q1。以第2圖示例而言，開關Q1是以單獨一個N型金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)實現，但本揭示內容不以此為限制。各種得以實現開關Q1的開關元件皆在本揭示內容的考量範圍內。舉例來說，在一些其他的實施例中，開關Q1可為雙載子接面電晶體(BJT)或絕緣閘雙極電晶體(IGBT)。

以第2圖示例而言，開關Q1包含控制端G、連接端S以及連接端D。在一些實施例中，控制端G為閘極端，連接端S為源極端，且連接端D為汲極端。控制端G電性連接電阻R3於節點N3。連接端S電性連接接地端GND。連接端D電性連接定電流元件140。在一些實施例中，定電流元件140包含電阻R5。電阻R5電性連接於節點N1與連接端D之間。

上述的偵測電路162、控制電路164以及開關元件166的配置僅用以示例之目的。偵測電路162、控制電路 164以及開關元件166的各種配置皆在本揭示內容的考量範圍內。

在一些實施例中，位於節點N2的電壓Vp可由以下公式(2)得到： r1代表電阻R1的電阻值，r2代表電阻R2的電阻值，Vcom代表位於節點N1的電壓，Vp代表位於節點N2的電壓，Vin代表輸入電壓，且Vf代表發光單元120的跨壓。

在一些實施例中，電阻R1的電阻值r1以及電阻R2的電阻值r2可依據實際需求進行選擇，以調整電壓Vp的電壓值。

在一些實施例中，透過調整電壓Vp以及設定參考電壓Vref，可決定電壓比較單元U1輸出控制訊號CT3或CT4的條件。

如前述實施例所述，當異常(例如：輸入電壓Vin過高或發光單元120短路)發生時，位於節點N1的電壓Vcom會相應地增加。由上述公式(2)可知，電壓Vp與電壓Vcom成正比。因此，當電壓Vcom增加時，電壓Vp亦會相應地增加。

當電壓Vp大於參考電壓Vref時，電壓比較單元U1輸出控制訊號CT3至控制端B，以導通開關Q2。在一些實施例中，開關Q2為N型開關元件，且控制訊號CT3為具有邏輯值1的控制訊號。當開關Q2導通後，開關Q1的控制端G透過開關Q2被拉降至接地端GND的地電壓(例如：0伏特)。如此，開關Q1會被斷開。當開關Q1斷開，將不會有電流流經定電流元件140。而保護電流(電流I1)將透過電阻R1以及電阻R2流至接地端GND。

在一些實施例中，電流I1可由以下公式(3)得到： r1代表電阻R1的電阻值，r2代表電阻R2的電阻值，Vin代表輸入電壓，且Vf代表發光單元120的跨壓。

在一些實施例中，電阻R1的電阻值r1以及電阻R2的電阻值r2可依據實際需求進行選擇，使得電流I1的電流值位於安全範圍內。

當異常排除後，位於節點N1的電壓Vcom會下降。由上述公式(2)可知，電壓Vp會依據電壓Vcom相應地下降。當電壓Vp小於參考電壓Vref時，電壓比較單元U1輸出控制訊號CT4至控制端B，以斷開開關Q2。在一些實施例中，開關Q2為N型開關元件，且控制訊號CT4為具有邏輯值0的控制訊號。當開關Q2斷開後，開關Q1依據位於節點N3的電壓V3而導通。

在一些實施例中，電壓V3可由以下公式(4)得到： r3代表電阻R3的電阻值，r4代表電阻R4的電阻值，且Vin代表輸入電壓。

當開關Q1導通，電流I2透過電阻R5以及開關Q1流至接地端GND。在這種情況下，電路系統100得以正常地運作。

另外，控制電路164中的電容C1用以濾除雜訊。偵測電路162的電容C2用以延遲訊號。據此，在一些實施例中，電容C1的電容值遠小於電容C2的電容值。

另一方面，延遲電路1622的電容C2用以決定電壓比較單元U1輸出控制訊號CT3或控制訊號CT4的響應時間。

舉例來說，當異常(例如：輸入電壓Vin過高或發光單元120短路)發生時，位於節點N1的電壓Vcom快速地增加。據此，電壓Vcom會對電容C2充電。在響應時間到達之前，位於節點N2的電壓Vp會因為電阻電容延遲(RC delay)效應而緩慢地增加。當響應時間到達後，電壓Vp才會增加至符合上述公式(2)。因此，藉由電容C2的設置，可避免保護電路160因為雜訊發生誤動作。

上述的響應時間與電阻R1的電阻值r1、電阻R2的電阻值r2以及電容C2的電容值相關。據此，電阻R1、電阻R2以及電容C2可依據實際需求進行選擇，以調整上述的響應時間。暫態響應的內容應為本領域具有通常知識者所熟知，故於此不再贅述。

請參考第3圖。第3圖是依照本揭示一些實施例所繪示的第1圖的電路系統100的電路圖。為易於理解之目的，第3圖中與第2圖中相似的元件將指定相同的標號。

以下僅針對第3圖中與第2圖中不同的地方進行詳述。其餘內容請參考相關於第2圖之實施例的段落，於此不再贅述。

在一些實施例中，控制電路264與偵測電路162電性連接於節點N2。控制電路264與開關元件166電性連接於節點N3。以第3圖示例而言，控制電路264包含電阻R3、電阻R4、控制元件2642以及電容C1。

電阻R3用以接收輸入電壓Vin。電阻R4與電阻R3以串聯的方式電性連接於節點N3。電阻R4電性連接於電阻R3與接地端GND之間。電容C1電性連接於節點N3與接地端GND之間。

在一些實施例中，控制元件2642電性連接節點N2，以接收電壓Vp。控制元件2642更電性連接於節點N3與接地端GND之間。以第3圖示例而言，控制元件2642包含陽極端A與陰極端K。陽極端A電性連接接地端GND。陰極端K電性連接節點N3。在一些實施例中，控制元件2642是以並聯穩壓器實現，例如：積體電路元件TL432。在一些實施例中，控制元件2642中內建有參考電壓(圖未示)。

上述的控制電路264的配置僅用以示例之目的。控制電路264的各種配置皆在本揭示內容的考量範圍內。

當電壓Vp大於控制元件2642的內建參考電壓時，控制元件2642的陽極端A與陰極端K將形成短路。如此，開關Q1的控制端G透過控制元件2642被拉降至接地端GND的地電壓，使得開關Q1斷開。在這種情況下，將不會有電流流經定電流元件140。藉此，可避免定電流元件140的消耗功率以及溫度過高，進而保護電路系統100。

當電壓Vp小於控制元件2642的內建參考電壓時，控制元件2642的陽極端A與陰極端K將形成開路。在這種情況下，開關Q1將依據位於節點N3的電壓V3而導通。電壓V3可由前述的公式(4)得到。如此，電路系統100得以正常地運作。

相似的，電容C2用以決定控制元件2642的響應時間。此響應時間與電阻R1的電阻值r1、電阻R2的電阻值r2以及電容C2的電容值相關。據此，電阻R1、電阻R2以及電容C2可依據實際需求進行選擇，以調整此響應時間。暫態響應的內容應為本領域具有通常知識者所熟知，故於此不再贅述。

雖然本揭示已以實施方式揭示如上，然其並非用以限定本揭示，任何本領域具通常知識者，在不脫離本揭示之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭示之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims

一種保護電路，包含：一偵測電路，與一定電流元件電性連接於一第一節點，該偵測電路用以偵測該第一節點的一第一電壓，且依據該第一電壓產生一第二電壓；一控制電路，電性連接該偵測電路，該控制電路用以依據該第二電壓選擇性地輸出一第一控制訊號以及一第二控制訊號；一開關元件，電性連接該定電流元件、該控制電路以及一接地端，其中當該第二電壓大於一參考電壓時，該控制電路輸出該第一控制訊號以斷開該開關元件，當該第二電壓小於該參考電壓時，該控制電路輸出該第二控制訊號以導通該開關元件。
如申請專利範圍第1項所述之保護電路，其中該偵測電路包含：一第一電阻，電性連接於該第一節點與一第二節點之間；一第二電阻，電性連接於該第二節點與該接地端之間；以及一延遲電路，電性連接於該第二節點與該接地端之間。
如申請專利範圍第2項所述之保護電路，其中該開關元件包含：一第一開關，包含一第一控制端、一第一連接端以及一第二連接端，其中該第一控制端與該控制電路電性連接於一第三節點，該第一連接端電性連接該接地端，該第二連接端電性連接該定電流元件。
如申請專利範圍第3項所述之保護電路，其中該控制電路包含：一第三電阻，用以接收一輸入電壓；以及一第四電阻，電性連接於該第三電阻與該接地端之間，該第四電阻與該第三電阻串聯連接於該第三節點；一電壓比較單元，包含一第一輸入端、一第二輸入端以及一第一輸出端，其中該第一輸入端電性連接該第二節點，該第二輸入端用以接收該參考電壓；一第二開關，包含一第二控制端、一第三連接端以及一第四連接端，其中該第二控制端電性連接該第一輸出端，該第三連接端電性連接該接地端，該第四連接端電性連接該第三節點；以及一第一電容，電性連接於該第三節點與該接地端之間。
如申請專利範圍第4項所述之保護電路，其中當該第二電壓大於該參考電壓時，該電壓比較單元輸出一第三控制訊號至該第二控制端以導通該第二開關，該第一控制端透過該第二開關被拉降至一地電壓，使得該第一開關斷開，當該第二電壓小於該參考電壓時，該電壓比較單元輸出一第四控制訊號至該第二控制端以斷開該第二開關，使得該第一開關依據位於該第三節點的一第三電壓導通。
如申請專利範圍第5項所述之保護電路，其中當該第一開關斷開，一第一電流透過該第一電阻以及該第二電阻流至該接地端，當該第一開關導通，一第二電流透過該定電流元件以及該第一開關流至該接地端。
如申請專利範圍第5項所述之保護電路，其中該延遲電路包含一第二電容，該第二電容用以決定該電壓比較單元輸出該第三控制訊號或該第四控制訊號的一響應時間。
如申請專利範圍第3項所述之保護電路，其中該控制電路包含：一第三電阻，用以接收一輸入電壓；一第四電阻，電性連接於該第三電阻與該接地端之間，該第四電阻與該第三電阻串聯連接於該第三節點；一控制元件，電性連接該第二節點、該第三節點以及該接地端；以及一第一電容，電性連接於該第三節點與該接地端之間。
如申請專利範圍第8項所述之保護電路，其中該控制元件內建該參考電壓，當該第二電壓大於該參考電壓時，該第一控制端透過該控制元件被拉降至一地電壓，使得該第一開關斷開，當該第二電壓小於該參考電壓時，該第一開關依據位於該第三節點的一第三電壓導通。
如申請專利範圍第9項所述之保護電路，其中當該第一開關斷開，一第一電流透過該第一電阻以及該第二電阻流至該接地端，當該第一開關導通，一第二電流透過該定電流元件以及該第一開關流至該接地端。
如申請專利範圍第9項所述之保護電路，其中該延遲電路包含一第二電容，該第二電容用以決定該控制元件的一響應時間。