TW201931712A - 具及時開關截止迴路的突波保護電路 - Google Patents

Abstract

本發明係一種具及時開關截止迴路的突波保護電路，包含有一第一開關，電連接於一電源輸入端及一負載連接端之間，且具有一第一控制端；一電容，電連接於該電源輸入端及該第一開關的控制端之間；一第一電阻，電連接於該第一控制端及一接地端之間；一第二電阻，電連接於該電源輸入端及該接地端之間；當一電連接該電源輸入端的輸入電源產生一高壓突波時，該電容的兩端等同短路，使得該第一開關及時截止，達到避免該高壓突波進入該負載電路之目的。

Description

具及時開關截止迴路的突波保護電路

一種突波保護電路，尤指一種具及時開關截止迴路的突波保護電路。

突波保護電路係一般電子裝置在實做上均會設置之電路，其目的在於避免該當電子裝置40的輸入電源產生一異常高壓時，例如一啟動突波，該異常高壓直接通入該電子裝置導致損壞。一般來說，該突波保電路包含有一開關Q及一驅動電路30，該開關Q電連接於該輸入電源VIN及該電子裝置40之間，且具有一控制端，該驅動電路30電連接於該輸入電源VIN及該開關Q的控制端之間，以接受一輸入電壓並根據該輸入電壓驅動該開關Q。當該輸入電源VIN產生一正常工作電壓時，該驅動電路30控制該開關Q導通，使得該電子裝置40接受該輸入電壓以進行工作；當該輸入電源VIN產生一異常高壓，例如一啟動突波時，該驅動電路30控制該開關Q形成開路，以斷開該輸入電源VIN及該電子裝置40間之電性連接，避免該輸入電源的異常高壓進入該電子裝置，達到保護該電子裝置40不受異常高壓損壞之目的。

由於該驅動電路30一般來說係由複數驅動開關組成，也就是說，該突波保護電路的運作機制包含複數個開關的交互動作，且每個驅動開關有各自的反應時間，因此從該輸入電源產生異常高壓，至該突波保護電路做動並切斷該輸入電源VIN及該負載電40路的導通，需要一特定的總反應時間，當驅動開關的數量越多時，該總反應時間也會越長。在該總反應時間內，該電子裝置40有可能已受該異常電壓的進入而導致損壞。因此，現有的突波保護電路勢必須進行進一步的改良。

有鑑於現有的驅動電路在輸入電源產生一高壓突波時，須要一較長的反應時間才能將該開關截止，使得透過該開關連接該輸入電源的負載電路在開關截止之前可能已受該高壓突波通入而損壞，本發明提供一種具及時開關截止迴路的突波保護電路，包含有一電源輸入端、一負載連接端、一第一開關、一電容、一第一電阻、一第二電阻。其中，該電源輸入端係供電連接至該輸入電源，且該負載連接端係供電連接至該負載電路；該第一開關電連接於該電源輸入端及該負載連接端之間，且該開關具有一第一控制端，該電容電連接於該電源輸入端及該第一開關的第一控制端之間，該第一電阻電連接於該第一開關的控制端及一接地端之間，該第二電阻電連接於該電源輸入端及該接地端之間。

當該輸入電源產生一高壓突波時，利用該電容及該第一電阻形成一微分電路，當該第一開關的第一控制端形成一電壓突波，該電容兩端的跨壓接近0V，電容兩端等同短路，使得該第一開關迅速截止，因此達到避免該高壓突波通過該第一開關進入該負載電路導致該負載電路的損壞之目的。

請參閱圖1所示，本發明的具及時開關截止迴路的突波保護電路係供電連接於一輸入電源VIN及一負載電路20之間，該具及時開關截止迴路的突波保護電路包含有一電源輸入端I/P、一負載連接端O/P、一第一開關Q1、一電容C、一第一電阻R1、一第二電阻R2。其中，該電源輸入端I/P係供電連接該輸入電源VIN，該負載連接端O/P係供電連接該負載電路20。

該開關Q1電連接於該電源輸入端I/P及該負載連接端O/P之間，且具有一第一控制端，該電容C電連接於該電源輸入端I/P及該第一開關Q1的第一控制端之間；該第一電阻R1電連接於該第一開關Q1的第一控制端及一接地端之間，且該第二電阻R2電連接於該電源輸入端I/P及該接地端之間。

當該輸入電源VIN提供一穩定電壓時，例如一穩定之工作電壓時，該第二電阻R2兩端之跨壓等同輸入VIN之電壓，且該電容C等同開路，也就是說，該第一電阻R1的跨壓為零，因此該電容C在該電源輸入端I/P及該第一開關Q1的第一控制端間形成一穩定之跨壓，使得該第一開關Q1導通該電源輸入端I/P及該負載連接端O/P；當該輸入電源VIN的電壓快速上升，使得該電源輸入端I/P在短時間內迅速升高時，由於該電容C無法透過該第一電阻R1及時的充電，該電容C上之電壓無法產生突然之變化，在該輸入電源快速升高時的一瞬間該電容C兩端等同於短路，該電容C兩端之跨壓為零，使得該第一開關Q1在該電壓突波發生時及時截止，並在該電源輸入端I/P及該負載連接端O/P間形成一開路，及時地避免該電壓突波進入負載電路20。進一步來說，該電容C與該第一電阻R1形成一微分電路，當該電源輸入端I/P的電壓快速上升時，該電容C與該第一電阻R1的連接端，也就是該第一開關Q1的第一控制端因此產生一電壓突波，使得該電容C兩端的跨壓接近零，因此使得該第一開關Q1在該電源輸入端I/P迅速上升時迅速地及時截止。

請參閱圖2所示，在本發明的第一較佳實例中，該具及時開關截止迴路的突波保護電路進一步包含一驅動單元10，電連接於該電源輸入端I/P及該第一開關Q1的第一控制端之間，且該驅動單元10係透過該第一電阻R1電連接該第一開關Q1的第一控制端，且該第一電阻R1及該第二電阻R2係透過該驅動單元10電連接該接地端。

該驅動單元10透過該電源輸入端I/P接收該輸入電源VIN，並根據該輸入電源VIN控制該第一開關Q1。當該輸入電源VIN提供的電壓大於一第一電壓時，該驅動單元10控制該第一開關Q1導通，且當該輸入電源VIN之電壓大於一第二電壓時，開驅動單元10控制該第一開關Q1截止，使得該第一開關在該電源輸入端I/P極該負載連接端O/P間形成開路。其中，該第二電壓大於該第一電壓。

進一步來說，當該電源輸入端I/P之電壓大於該第一電壓時，例如一正常工作電壓時，該驅動電路令該第一電阻R1及該第二電阻R2與該接地端之間導通，該電容C兩端之跨壓等同該輸入電源VIN之電壓，該第一開關Q1因此導通，該負載連接端O/P及該電源輸入端I/P間形成一通路。

當該電源輸入端I/P之電壓大於該第二電壓時，該驅動單元10令該第一電阻R1及該第二電阻R2與該接地端間形成一開路，使得該第二電阻R2兩端之電壓等同該輸入端I/P之電壓，該第二電阻R2兩端之跨壓為零，該電容C的兩端的電壓等同該輸入端I/P之電壓，該電容C之跨壓為零，因此該第一開關Q1截止，避免該輸入電源VIN提供該過高之電壓至該負載連接端O/P。

請參閱圖3所示，在本發明的第二較佳實例中，該具及時開關截止迴路的突波保護電路包含一第一基納二極體ZD1，該第一基納二極體ZD1具有一陽極及一陰極，該第一基納二極體ZD的該陽極連接該第一控制端，且其陰極電連接該電源輸入端I/P。

在本較佳實例中，該第一開關Q1係一P型金屬氧化物半導體場效電晶體（P-channel Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect Transistor；PMOSFET），具有一閘極、一源極，一漏極，其源極電連接該電源輸入端，其漏極連接該負載連接端，其閘極係該第一控制端。

當該輸入電源VIN之電壓於該第一基納二極體ZD1之崩潰電壓時，例如為一正常之工作電壓，該第一基納二極體ZD1受一反向電壓而不導通，該第一基納二極體ZD1兩端之電壓等同該電容C兩端之跨壓；當該輸入電源VIN提供之電壓大於該第一基納二極體ZD1之崩潰電壓，例如一電壓漣波之高峰電壓，該第一基納二極體ZD1崩潰而導通，並鉗制該第一開關Q1的源極及閘極間的跨電壓維持在該第一基納二極體ZD1的崩潰電壓，因此避免該第一開關Q1受該高於其額定承受電壓之輸入VIN之電壓損壞。

請參閱圖4所示，在本發明的第三較佳實例中，該驅動單元10包含：一第二開關Q2、一第三開關Q3，一第二基納二極體ZD2、一第三基納二極體ZD3，一第三電阻R3、一第四電阻R4、一第五點阻R5、一第六電阻R6。其中，該第二開關Q2具有一第二控制端，且該第一電阻R1係通過該第二開關Q2電連接至該接地端，該第三開關Q3電連接於該第二開關Q2的第二控制端及該接地端之間，且該第三開關Q3具有一第三控制端。

該第二基納二極體ZD2具有一陽極及一陰極，該第二基納二極體ZD2的陰極連接該電源輸入端I/P，該第三電阻R3電連接於該第二基納二極體ZD2的陽極及該第二開關Q2的第二控制端之間，且該第四電阻R4電連接於該第二基納二極體ZD2的陽極及該接地端之間。

該第三基納二極體ZD3具有一陽極及一陰極，該第三基納二極體ZD3陰極電連接該電源輸入端I/P，該第五電阻R5電連接於該第三基納二極體ZD3的陽極及該第二開關Q3的第三控制端之間，且該第六電阻R6電連接於該第三基納二極體ZD3的陽極及該接地端之間。

在本較佳實例中，該第一電壓係該第二基納二極體ZD2的崩潰電壓，且該第二電壓係該第三基納二極體ZD3的崩潰電壓。

在本較佳實例中，該第二開關Q2及該第三開關Q3分別係一npn型雙極性接面電晶體(npn-type Bipolar Junction Transistor；npn-type BJT)，且分別具有一基極、一集極、一射極。其中，該第二開關Q2的集極連接該第一電阻R1，該第二開關Q2的射極連接該接地端，且該第二開關Q2的基極為該第二控制端；該第三開關Q3的集極連接該第二開關的第二控制端，該第三開關Q3的射極連接該接地端，且該第三開關Q3的基極為該第三控制端。

當該輸入電源VIN的電壓大於該第一電壓且小於該第二電壓，例如係一穩定工作電壓，該輸入電源VIN的電壓小於該第三基納二極體ZD3的崩潰電壓，該第三基納二極體ZD3受一反向電壓而不導通，該第三開關Q3未受一導通電壓而不導通，因此該第三開關Q3在該第二開關Q2的第二控制端及該接地端間形成一開路。進一步來說，該輸入電源VIN的電壓大於該第二基納二極體ZD2的崩潰電壓，該第二基納二極體ZD2崩潰而導通，因此該輸入電源VIN透過該導通的第二基納二極體ZD2及該第三電阻R3提供該第二開關Q2的第二控制端一導通電壓，使得該第二開關Q2導通，進而該第二開關Q2在該第一電阻R1與該接地端間形成一通路。

由於該電容C與該第一電阻R1係串連於該電源輸入端I/P及該接地端之間，且該電容C與該第一電阻R1與該第二電阻R2並聯，也就是說，該第二電阻R2的跨壓等同於該電容C與該第一電阻R1的跨壓合，進一步來說，由於該輸入電源VIN係一穩定工作電壓，該電容C的兩端等同開路，且該第一電阻R1沒有一電流經過，因此該第一電阻R1的跨壓為零，該電容C的跨壓等於該輸入電源VIN之電壓，該第一開關Q2的閘極與源極間形成一導通跨壓，該第一開關Q1因此導通，使得該第一電源VIN的電壓透過該第一開關Q1提供至該負載連接端O/P。

當該輸入電源VIN的電壓大於該第二電壓，也就是說，大於該第三基納二極體ZD3的崩潰電壓，該第三基納二極體ZD3崩潰而導通，該輸入電源VIN因此通過該第三基納二極體ZD3及該第五電阻R5提供該第三開關Q3的第三控制端一導通電壓，該第三開關Q3因此在該第二開關Q2的第二控制端及該接地端間形成導通，使得該第二開關Q2的第二控制端等同電連接該接地端，該第二開關Q2因此截止，進而在該第一電阻R1與該接地端間形成一開路，該電容C兩端的電壓等同該輸入電源VIN之電壓，也就是說，該電容C在第一開關Q1的源極與閘極間的跨壓為零，該第一開關Q1因此截止而不導通。該第一開關Q1在該電源輸入端I/P及該負載連接端O/P間形成一開路，因此避免該大於該第二電壓的輸入電源VIN之電壓進入該負載電路20。

綜上所述，該驅動單元10在該輸入電源VIN提供一大於該第一電壓的穩定工作電壓時，該驅動單元導通該第一電阻R1與該接地端，令該電容C提供該第一開關Q1的閘極及源極間一導通電壓，該第一開關Q1導通；當該輸入電源VIN的電壓大於該第二電壓時，該驅動單元10令該第一電阻R1及該接地端間形成一開路，該電容C兩端之電壓等同該輸入電源VIN之電壓，該第一開關Q1因此截止。當該輸入電源VIN的電壓突然升高時，即使該驅動單元10的反應時間無法及時截止該第一開關Q1，由於該電容C及該第一電阻R1的微分效應，使得該電容C在該第一開關Q1的第一控制端產生一電壓突波，該電容C兩端之跨壓瞬間降為零，該第一開關Q1因此快速的及時截止，避免該突然升高之輸入電壓在該驅動單元10做動之前通過該尚未截止的第一開關Q1進入該負載電路20。

請參閱圖5所示，在本發明的第四較佳實施例中，進一步包含一輸出電容Cout，該輸出電容Cout電連接於該負載連接端O/P及該接地端之間，以抑制該負載連接端O/P之高頻電壓。

在本較佳實例中，該具及時開關截止迴路的突波保護電路進一步包含一輸入二極體Din，其中該第一開關Q1、該電容C、該第二電阻R2係通過該輸入二極體Din電連接至該電源輸入端I/P，且該輸入二極體Din具有一陽極及一陰極，其中，該輸入二極體Din的陽極電連接該電源輸入端I/P，該輸入二極體Din的陰極電連接該第一開關Q1、該電容C、該第二電阻R2。

該輸入二極體Din提供一整流保護，當該負載電路20產生一漣波電壓時，避免該漣波電壓的高峰電壓反像進入該輸入電源VIN，或避免該電容C產生放電時，其電能反向進入該電源VIN，因此避免該輸入電源VIN損壞。

以上所述僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明做任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案的範圍內，當可利用上述揭示的技術內容做出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。

VIN‧‧‧輸入電源

20‧‧‧負載電路

I/P‧‧‧電源輸入端

O/P‧‧‧負載連接端

Q1‧‧‧第一開關

R1‧‧‧第一電阻

R2‧‧‧第二電阻

C‧‧‧電容

ZD1‧‧‧第一基納二極體

ZD2‧‧‧第二基納二極體

ZD3‧‧‧第三基納二極體

R3‧‧‧第三電阻

R4‧‧‧第四電阻

R5‧‧‧第五電阻

R6‧‧‧第六電阻

Q2‧‧‧第二開關

Q3‧‧‧第三開關

Cout‧‧‧輸出電容

Din‧‧‧輸入二極體

30‧‧‧驅動單元

40‧‧‧電子裝置

Q‧‧‧開關

圖1係本發明具及時開關截止迴路的突波保護電路的實施例之電路示意圖。 圖2係本發明具及時開關截止迴路的突波保護電路的第一較佳實施例之電路示意圖。 圖3係本發明具及時開關截止迴路的突波保護電路的第二較佳實施例之電路示意圖。 圖4係本發明具及時開關截止迴路的突波保護電路的第三較佳實施例之電路示意圖。 圖5係本發明具及時開關截止迴路的突波保護電路的第四較佳實施例之電路示意圖。 圖6係習有技術的突波保護電路之電路示意圖。

Claims (8)

1. 一種具及時開關截止迴路的突波保護電路，係供電連接於一輸入電源及一負載電路之間，包含有： 一電源輸入端，供電連接至該輸入電源； 一負載連接端，供電連接至該負載電路； 一第一開關，電連接於該電源輸入端及該負載連接端之間，且該開關具有一第一控制端； 一電容，電連接於該電源輸入端及該第一開關的第一控制端之間； 一第一電阻，電連接於該第一開關的控制端及一接地端之間； 一第二電阻，電連接於該電源輸入端及該接地端之間。
2. 如請求項1所述之具及時開關截止迴路的突波保護電路，進一步包含： 一驅動單元，電連接於該電源輸入端，其中： 當該輸入電源的電壓大於一第一電壓併小於一第二電壓時，該驅動電路控制該第一開關導通； 當該輸入電源的電壓小於該第一電壓或大於該第二電壓時，該驅動電路控制該第一開關不導通。
3. 如請求項1所述之具及時開關截止迴路的突波保護電路，進一步包含： 一第一基納二極體，具有一陽極及一陰極，其陽極連接該第一開關的控制端，其陰極連接該電源輸入端。
4. 如請求項2所述之具及時開關截止迴路的突波保護電路，其中該驅動單元進一步包含有： 一第二開關，具有一第二控制端；其中該第一電阻係通過該第二開關電連接至該接地端； 一第三開關，電連接於該第二開關的第二控制端及該接地端之間，且具有一第三控制端； 一第二基納二極體，具有一陽極及一陰極，其陰極連接該電源輸入端； 一第三電阻，電連接於該第二基納二極體的陽極及該第二開關的第二控制端之間； 一第四電阻，電連接於該第二基納二極體的陽極及該接地端之間； 一第三基納二極體，具有一陽極及一陰極，其陰極連接該輸入電源； 一第五電阻，電漣接於該第三基納二極體的陽極及該第三開關的第三控制端之間； 一第六電阻，電連接於該第三基納二極體的陽極及該接地端之間；其中， 該第二基納二極體的崩潰電壓小於該第三基納二極體的崩潰電壓。
5. 如請求項4所述之具及時開關截止迴路的突波保護電路，其中： 該第二開關係一npn型雙極性接面電晶體，具有一基極、一集極、一射極，其中，該第二開關的集極連接該第一電阻，該第二開關的射極連接該接地端，且該第二開關的基極為該第二控制端； 該第三開關係一npn型雙極性接面電晶體，具有一集極、一射極一、基極，其中，該第三開關的集極連接該第二開關的第二控制端，該第三開關的射極連接該接地端，且該第三開關的基極為該第二控制端。
6. 如請求項1所述之具及時開關截止迴路的突波保護電路，其中該第一開關係一p型金屬氧化物半導體場效電晶體，具有一閘極、一源極，一漏極；其中， 該源極電連接該電源輸入端； 該漏極連接該負載連接端； 該閘極係該第一控制端。
7. 如請求項1所述之具及時開關截止迴路的突波保護電路，進一步包含： 一輸出電容，電連接於該負載電路及該接地端之間。
8. 如請求項1所述之具及時開關截止迴路的突波保護電路，進一步包含： 一輸入二極體；其中， 該第一開關、該電容、該第二電阻係通過該輸入二極體電連接至該電源輸入端，該輸入二極體具有一陽極及一陰極；其中， 該陽極電連接該電源輸入端，該陰極電連接該第一開關、該電容、該第二電阻。