TW202146909A - 欠電壓檢測電路及利用其之控制器和電子設備 - Google Patents

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丁春楠
樊磊
曲孔寧
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Abstract

一種欠電壓檢測電路，其具有：一分壓電阻單元，具有多個分壓點以提供一電源電壓之多個分壓；一數位類比轉換電路，具有一電壓選擇並組合單元以依一第一修整信號之控制對所述多個分壓進行選擇並組合以產生佔該電源電壓一第一預定比例之一檢測電壓；一參考電壓產生電路，用以依一第二修整信號產生一第二預定比例，及依一帶隙參考電壓與該第二預定比例的倒數的乘積產生一參考電壓；以及一比較器，具有一正輸入端、一負輸入端及一輸出端，該正輸入端係與該檢測電壓耦接，該負輸入端係與該參考電壓耦接，且該輸出端係用以提供一輸出電壓。

Description

欠電壓檢測電路及利用其之控制器和電子設備
本發明係關於欠電壓檢測電路，尤指一種可提供精準電壓檢測功能的欠電壓檢測電路。
請參照圖1，其繪示一習知欠電壓檢測電路的電路圖。如圖1所示，該習知欠電壓檢測電路包含一分壓電路10及一檢測電路20，用以偵測一電源電壓VPP 是否產生一過低壓狀態，並在VPP 產生所述過低壓狀態時使一輸出電壓VOUT 呈現一低電位。
分壓電路10包含一電阻單元11及多個開關(12a、12b、12c)，電阻單元11係耦接於電源電壓VPP 與一參考地之間，且其具有多個接點(A、B、C、D、E、F、G)，其中，接點A係用以提供一檢測電壓VX ，接點B、C係與開關12a之通道兩端連接，接點D、E係與開關12b之通道兩端連接，接點F、G係與開關12c之通道兩端連接，俾以藉由開關(12a、12b、12c)之導通/斷開組合決定VX 與VPP 間之比例關係。
檢測電路20包含一PMOS電晶體20a、一電阻20b及一反相器20c，其中，PMOS電晶體20a具有一源極、一閘極及一汲極，該源極係與一直流電壓VDD 耦接，該閘極係與檢測電壓VX 耦接；電阻20b係耦接於該汲極與該參考地之間以在該汲極產生一初級輸出電壓VY ；以及反相器20c，具有一輸入端及一輸出端，該輸入端係與初級輸出電壓VY 耦接，該輸出端係用以提供輸出電壓VOUT 。
於實際操作的過程中，當電源電壓VPP 低於一預定準位致使PMOS電晶體20a產生的電流ID 超過一臨界值時，電流ID 在電阻20b所建立的初級輸出電壓VY 的準位會升高至驅使反相器20c的輸出電壓VOUT 由高電位反轉成低電位以指示電源電壓VPP 出現低電壓狀態，其中，電流ID 係和KP (VDD -VX -VTH )2 成正相關，其中，KP 係PMOS電晶體20a的物理結構參數，其與(W/L)成正比，W為通道的寬度，L為通道的長度，而VTH 為PMOS電晶體20a的導通閾值電壓。
然而，由於PMOS電晶體20a的KP 和VTH 以及電阻20b的阻值均對工藝制程的變化高度敏感，其絕對值變化約20~40%，因此，該習知欠電壓檢測電路在生產後容易發生錯誤指示電源電壓VPP 出現低電壓狀態的情況。請參照圖2，其繪示一批圖1的欠電壓檢測電路所產生的偵測電壓變異現象。如圖2所示，圖1的欠電壓檢測電路的偵測電壓變異範圍約1.4V。
因此，本領域亟需能夠提供精準電壓檢測的欠電壓檢測電路。
本發明之主要目的在於提供一種欠電壓檢測電路，其可藉由一分壓電阻單元及一DAC(數位類比轉換)電路精準地產生與一電源電壓成正比之一檢測電壓，再利用一帶隙參考電壓產生一比較電壓以與該檢測電壓進行比較，從而可精準地在該電源電壓出現低電壓狀態時產生一指示信號。
為達成上述目的，一種欠電壓檢測電路乃被提出，其具有：
一分壓電阻單元，具有多個分壓點以提供一電源電壓之多個分壓；
一數位類比轉換電路，具有一電壓選擇並組合單元以依一第一修整信號之控制對所述多個分壓進行選擇並組合以產生佔該電源電壓一第一預定比例之一檢測電壓；
一參考電壓產生電路，用以依一第二修整信號產生一第二預定比例，及依一帶隙參考電壓與該第二預定比例的倒數的乘積產生一參考電壓；以及
一比較器，具有一正輸入端、一負輸入端及一輸出端，該正輸入端係與該檢測電壓耦接，該負輸入端係與該參考電壓耦接，且該輸出端係用以提供一輸出電壓。
在一實施例中，該參考電壓產生電路具有：
一分壓電阻電路，具有一第一端、一控制端、一第二端及一分壓輸出端，其中，該第一端與該第二端之間具有一總電阻值，該控制端係與該第二修整信號耦接，該第二端係一參考接地耦接，且該分壓電阻電路係藉由該第二修整信號之控制使該分壓輸出端至該參考接地間之電阻值佔該總電阻值之所述第二預定比例。
在一實施例中，該參考電壓產生電路進一步具有：
一運算放大器，具有一正輸入端、一負輸入端及一輸出端，該正輸入端係與該帶隙參考電壓耦接，該負輸入端係與該分壓輸出端耦接，且該輸出端係與該第一端耦接以產生該參考電壓。
為達成上述目的，本發明進一步提出一種控制器，其具有一欠電壓檢測電路及一中央處理單元，其中，該欠電壓檢測電路係用以在偵測到一電源電壓出現一低電壓狀態時利用一輸出電壓產生一指示信號以通知該中央處理單元，該欠電壓檢測電路具有：
一分壓電阻單元，具有多個分壓點以提供一電源電壓之多個分壓；
一數位類比轉換電路，具有一電壓選擇並組合單元以依一第一修整信號之控制對所述多個分壓進行選擇並組合以產生佔該電源電壓一第一預定比例之一檢測電壓；
一參考電壓產生電路，用以依一第二修整信號產生一第二預定比例，及依一帶隙參考電壓與該第二預定比例的倒數的乘積產生一參考電壓；以及
一比較器，具有一正輸入端、一負輸入端及一輸出端，該正輸入端係與該檢測電壓耦接，該負輸入端係與該參考電壓耦接，且該輸出端係用以提供一輸出電壓。
在一實施例中，該參考電壓產生電路具有：
一分壓電阻電路，具有一第一端、一控制端、一第二端及一分壓輸出端，其中，該第一端與該第二端之間具有一總電阻值，該控制端係與該第二修整信號耦接，該第二端係一參考接地耦接，且該分壓電阻電路係藉由該第二修整信號之控制使該分壓輸出端至該參考接地間之電阻值佔該總電阻值之所述第二預定比例。
在一實施例中，該參考電壓產生電路進一步具有：
一運算放大器，具有一正輸入端、一負輸入端及一輸出端，該正輸入端係與該帶隙參考電壓耦接，該負輸入端係與該分壓輸出端耦接，且該輸出端係與該第一端耦接以產生該參考電壓。
在可能的實施例中，所述之控制器可為一觸控晶片、一顯示器驅動晶片或一TDDI晶片。
為達成上述目的，本發明進一步提出一種電子設備，其具有一控制器及一週邊電路，該控制器係用以在偵測到一電源電壓出現一低電壓狀態時執行一對應的程序以控制該週邊電路，該控制器具有一欠電壓檢測電路及一中央處理單元，其中，該欠電壓檢測電路係用以在偵測到該低電壓狀態時利用一輸出電壓產生一指示信號以通知該中央處理單元以執行該對應的程序，該欠電壓檢測電路具有：
一分壓電阻單元，具有多個分壓點以提供該電源電壓之多個分壓；
一數位類比轉換電路，具有一電壓選擇並組合單元以依一第一修整信號之控制對所述多個分壓進行選擇並組合以產生佔該電源電壓一第一預定比例之一檢測電壓；
一參考電壓產生電路，用以依一第二修整信號產生一第二預定比例，及依一帶隙參考電壓與該第二預定比例的倒數的乘積產生一參考電壓；以及
一比較器，具有一正輸入端、一負輸入端及一輸出端，該正輸入端係與該檢測電壓耦接，該負輸入端係與該參考電壓耦接，且該輸出端係用以提供所述的輸出電壓。
在一實施例中，該參考電壓產生電路具有：
一分壓電阻電路，具有一第一端、一控制端、一第二端及一分壓輸出端，其中，該第一端與該第二端之間具有一總電阻值，該控制端係與該第二修整信號耦接，該第二端係一參考接地耦接，且該分壓電阻電路係藉由該第二修整信號之控制使該分壓輸出端至該參考接地間之電阻值佔該總電阻值之所述第二預定比例。
在一實施例中，該參考電壓產生電路進一步具有：
一運算放大器，具有一正輸入端、一負輸入端及一輸出端，該正輸入端係與該帶隙參考電壓耦接，該負輸入端係與該分壓輸出端耦接，且該輸出端係與該第一端耦接以產生該參考電壓。
在可能的實施例中，所述之電子設備可為一LCD顯示器、一LED顯示器、一OLED顯示器、一資訊處理裝置或一電動車的電力系統，且該資訊處理裝置可為智慧型手機、平板電腦、筆記型電腦、一體式電腦、指紋式打卡裝置或門禁裝置。
為使  貴審查委員能進一步瞭解本發明之結構、特徵、目的、與其優點，茲附以圖式及較佳具體實施例之詳細說明如後。
本發明的欠電壓檢測電路的原理在於：
1.藉由一分壓電阻單元的多個分壓點提供一電源電壓之多個分壓至一DAC(數位類比轉換)電路，再以一第一修整(trimming)信號驅動該DAC電路以對所述多個分壓進行選擇並組合以使該DAC電路精準地產生佔該電源電壓一第一預定比例之一檢測電壓；
2.藉由一第二修整信號驅動一參考電壓產生電路，以使該參考電壓產生電路內之一分壓電阻電路產生一第二預定比例，以精準地依一帶隙參考電壓產生一預定的參考電壓；以及
3.將該檢測電壓與該預定的參考電壓進行比較，以在該電源電壓出現低電壓狀態而使該檢測電壓低於該預定的參考電壓時產生一指示信號。
請參照圖3，其繪示本發明之欠電壓檢測電路之一實施例的電路圖。如圖3所示，一欠電壓檢測電路100具有一分壓電阻單元110、一數位類比轉換電路120、一參考電壓產生電路130及一比較器140，其中，數位類比轉換電路120具有一電壓選擇並組合單元121；參考電壓產生電路130具有一分壓電阻電路131及一運算放大器132。
分壓電阻單元110具有多個分壓點以提供一電源電壓VPP 之多個分壓至數位類比轉換電路120。
數位類比轉換電路120內之電壓選擇並組合單元121係依一第一修整信號A之控制對所述多個分壓進行選擇並組合以使數位類比轉換電路120精準地產生佔電源電壓VPP 一第一預定比例之一檢測電壓VDET ，該第一預定比例係介於0和1之間的實數，例如(但不限於為)0.4。
參考電壓產生電路130內之分壓電阻電路131具有一第一端、一控制端、一第二端及一分壓輸出端，其中，該第一端與該第二端之間具有一總電阻值，該控制端係與一第二修整信號B耦接，該第二端係一參考接地耦接，且分壓電阻電路131係藉由第二修整信號B之控制使該分壓輸出端至該參考接地間之電阻值佔該總電阻值之一第二預定比例，該第二預定比例係介於0和1之間的實數，例如(但不限於為)0.5，且該第二預定比例和該第一預定比例係互為獨立的數值。
運算放大器132具有一正輸入端、一負輸入端及一輸出端，該正輸入端係與一帶隙參考電壓VRO 耦接，該負輸入端係與該分壓輸出端耦接，且該輸出端係與該第一端耦接以使該參考電壓產生電路130精準地依帶隙參考電壓VRO 及第二預定比例之倒數產生一預定的參考電壓VREF 。例如，假設帶隙參考電壓VRO =1.25V，該第二預定比例=0.5，則參考電壓VREF =2.5V。
比較器140具有一正輸入端、一負輸入端及一輸出端，該正輸入端係與檢測電壓VDET 耦接，該負輸入端係與參考電壓VREF 耦接，且該輸出端係用以提供一輸出電壓VOUT 。
由於所述的第一預定比例及第二預定比例都是電阻之間的相對比例數值而非絕對數值，因此其具有高精準度，加上帶隙參考電壓VRO 又具有不隨供應電壓變化的精確準位，因此，本發明乃可在電源電壓VPP 出現低電壓狀態而使檢測電壓VDET 低於預定的參考電壓VREF 時使輸出電壓VOUT 產生由高電位轉換至低電位之一指示信號。例如，假設帶隙參考電壓VRO =1.25V，該第一預定比例=0.5，該第二預定比例=0.5，則參考電壓VREF 會等於2.5V。依此，當電源電壓VPP 出現低於5V的低電壓狀態時，檢測電壓VDET 會低於2.5V(=5V*0.5)，亦即低於參考電壓VREF (=2.5V)，從而使輸出電壓VOUT 產生由高電位轉換至低電位之一指示信號。請參照圖4，其繪示一批圖3的欠電壓檢測電路所產生的偵測電壓變異量與一批習知欠電壓檢測電路所產生的偵測電壓變異量的比較圖。如圖4所示，本發明的欠電壓檢測電路的偵測電壓變異範圍(約0.05V)遠小於習知欠電壓檢測電路的偵測電壓變異範圍(約1.4V)。
依上述的說明，本發明進一步提出一控制器。請參照圖5，其繪示本發明之控制器之一實施例的方塊圖。如圖5所示，一控制器200，例如但不限於為一觸控晶片、一顯示器驅動晶片或一TDDI(touch display driver integration；觸控顯示驅動整合)晶片，具有一欠電壓檢測電路210及一中央處理單元220，其中，欠電壓檢測電路210係由圖3之欠電壓檢測電路100實現，用以在偵測到電源電壓VPP 出現低電壓狀態時利用輸出電壓VOUT 產生一指示信號以通知中央處理單元220，而中央處理單元220在收到該指示信號後會進行一對應的程序。控制器200可應用於對電力供應狀態敏感之電子設備中。請參照圖6，其繪示採用本發明之控制器之電子設備之一實施例的方塊圖。如圖6所示，一電子設備300具有一控制器310及一週邊電路320，控制器310係由圖5之控制器200實現，用以在偵測到電源電壓VPP 出現低電壓狀態時執行一對應的程序以控制週邊電路320(例如禁能週邊電路320)。電子設備300可為一LCD顯示器、一LED顯示器、一OLED顯示器、一資訊處理裝置或一電動車的電力系統，且該資訊處理裝置可為智慧型手機、平板電腦、筆記型電腦、一體式電腦、指紋式打卡裝置或門禁裝置。
如此，上述已完整且清楚地說明本發明之技術方案；並且，經由上述可得知本發明具有下列優點：
1.本發明的欠電壓檢測電路藉由修整(trimming)信號調整分壓電阻單元之電阻間的相對比例數值(而非絕對數值)提供精準的檢測電壓，可有效解決習知以絕對電阻值產生檢測電壓之受電阻製造誤差影響精確度的問題。
2. 本發明的欠電壓檢測電路藉由帶隙參考電壓不隨供應電壓變化的特性提供精確的參考電壓。
3.本發明的欠電壓檢測電路藉由比較所述的檢測電壓及參考電壓即可在一電源電壓出現低電壓狀態而使所述檢測電壓低於所述的參考電壓時使一輸出電壓產生一指示信號。
必須加以強調的是，前述本案所揭示者乃為較佳實施例，舉凡局部之變更或修飾而源於本案之技術思想而為熟習該項技藝之人所易於推知者，俱不脫本案之專利權範疇。
綜上所陳，本案無論目的、手段與功效，皆顯示其迥異於習知技術，且其首先發明合於實用，確實符合發明之專利要件，懇請  貴審查委員明察，並早日賜予專利俾嘉惠社會，是為至禱。
10:分壓電路 11:電阻單元 12a:開關 12b:開關 12c:開關 20:檢測電路 20a:PMOS電晶體 20b:電阻 20c:反相器 100:欠電壓檢測電路 110:分壓電阻單元 120:數位類比轉換電路 121:電壓選擇並組合單元 130:參考電壓產生電路 131:分壓電阻電路 132:運算放大器 140:比較器 200:控制器 210:欠電壓檢測電路 220:中央處理單元 300:電子設備 310:控制器 320:週邊電路
圖1繪示一習知欠電壓檢測電路的電路圖。 圖2繪示一批圖1的欠電壓檢測電路所產生的偵測電壓變異現象。 圖3繪示本發明之欠電壓檢測電路之一實施例的電路圖。 圖4繪示一批圖3的欠電壓檢測電路所產生的偵測電壓變異量與一批習知欠電壓檢測電路所產生的偵測電壓變異量的比較圖。 圖5繪示本發明之控制器之一實施例的方塊圖。 圖6繪示採用本發明之控制器之電子設備之一實施例的方塊圖。
100:欠電壓檢測電路
110:分壓電阻單元
120:數位類比轉換電路
121:電壓選擇並組合單元
130:參考電壓產生電路
131:分壓電阻電路
132:運算放大器
140:比較器

Claims (11)

  1. 一種欠電壓檢測電路，其具有： 一分壓電阻單元，具有多個分壓點以提供一電源電壓之多個分壓； 一數位類比轉換電路，具有一電壓選擇並組合單元以依一第一修整信號之控制對所述多個分壓進行選擇並組合以產生佔該電源電壓一第一預定比例之一檢測電壓； 一參考電壓產生電路，用以依一第二修整信號產生一第二預定比例，及依一帶隙參考電壓與該第二預定比例的倒數的乘積產生一參考電壓；以及 一比較器，具有一正輸入端、一負輸入端及一輸出端，該正輸入端係與該檢測電壓耦接，該負輸入端係與該參考電壓耦接，且該輸出端係用以提供一輸出電壓。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之欠電壓檢測電路，其中，該參考電壓產生電路具有： 一分壓電阻電路，具有一第一端、一控制端、一第二端及一分壓輸出端，其中，該第一端與該第二端之間具有一總電阻值，該控制端係與該第二修整信號耦接，該第二端係一參考接地耦接，且該分壓電阻電路係藉由該第二修整信號之控制使該分壓輸出端至該參考接地間之電阻值佔該總電阻值之所述第二預定比例。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之欠電壓檢測電路，其中，該參考電壓產生電路進一步具有： 一運算放大器，具有一正輸入端、一負輸入端及一輸出端，該正輸入端係與該帶隙參考電壓耦接，該負輸入端係與該分壓輸出端耦接，且該輸出端係與該第一端耦接以產生該參考電壓。
  4. 一種控制器，其具有一欠電壓檢測電路及一中央處理單元，其中，該欠電壓檢測電路係用以在偵測到一電源電壓出現一低電壓狀態時利用一輸出電壓產生一指示信號以通知該中央處理單元，該欠電壓檢測電路具有： 一分壓電阻單元，具有多個分壓點以提供一電源電壓之多個分壓； 一數位類比轉換電路，具有一電壓選擇並組合單元以依一第一修整信號之控制對所述多個分壓進行選擇並組合以產生佔該電源電壓一第一預定比例之一檢測電壓； 一參考電壓產生電路，用以依一第二修整信號產生一第二預定比例，及依一帶隙參考電壓與該第二預定比例的倒數的乘積產生一參考電壓；以及 一比較器，具有一正輸入端、一負輸入端及一輸出端，該正輸入端係與該檢測電壓耦接，該負輸入端係與該參考電壓耦接，且該輸出端係用以提供一輸出電壓。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之控制器，其中，該參考電壓產生電路具有： 一分壓電阻電路，具有一第一端、一控制端、一第二端及一分壓輸出端，其中，該第一端與該第二端之間具有一總電阻值，該控制端係與該第二修整信號耦接，該第二端係一參考接地耦接，且該分壓電阻電路係藉由該第二修整信號之控制使該分壓輸出端至該參考接地間之電阻值佔該總電阻值之所述第二預定比例。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之控制器，其中，該參考電壓產生電路進一步具有： 一運算放大器，具有一正輸入端、一負輸入端及一輸出端，該正輸入端係與該帶隙參考電壓耦接，該負輸入端係與該分壓輸出端耦接，且該輸出端係與該第一端耦接以產生該參考電壓。
  7. 如申請專利範圍第4項所述之控制器，其係由一觸控晶片、一顯示器驅動晶片和一TDDI晶片所組成群組所選擇的一種晶片。
  8. 一種電子設備，具有一控制器及一週邊電路，該控制器係用以在偵測到一電源電壓出現一低電壓狀態時執行一對應的程序以控制該週邊電路，該控制器具有一欠電壓檢測電路及一中央處理單元，其中，該欠電壓檢測電路係用以在偵測到該低電壓狀態時利用一輸出電壓產生一指示信號以通知該中央處理單元以執行該對應的程序，該欠電壓檢測電路具有： 一分壓電阻單元，具有多個分壓點以提供該電源電壓之多個分壓； 一數位類比轉換電路，具有一電壓選擇並組合單元以依一第一修整信號之控制對所述多個分壓進行選擇並組合以產生佔該電源電壓一第一預定比例之一檢測電壓； 一參考電壓產生電路，用以依一第二修整信號產生一第二預定比例，及依一帶隙參考電壓與該第二預定比例的倒數的乘積產生一參考電壓；以及 一比較器，具有一正輸入端、一負輸入端及一輸出端，該正輸入端係與該檢測電壓耦接，該負輸入端係與該參考電壓耦接，且該輸出端係用以提供所述的輸出電壓。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之電子設備，其中，該參考電壓產生電路具有： 一分壓電阻電路，具有一第一端、一控制端、一第二端及一分壓輸出端，其中，該第一端與該第二端之間具有一總電阻值，該控制端係與該第二修整信號耦接，該第二端係一參考接地耦接，且該分壓電阻電路係藉由該第二修整信號之控制使該分壓輸出端至該參考接地間之電阻值佔該總電阻值之所述第二預定比例。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之電子設備，其中，該參考電壓產生電路進一步具有： 一運算放大器，具有一正輸入端、一負輸入端及一輸出端，該正輸入端係與該帶隙參考電壓耦接，該負輸入端係與該分壓輸出端耦接，且該輸出端係與該第一端耦接以產生該參考電壓。
  11. 如申請專利範圍第8至10項中任一項所述之電子設備，其係一LCD顯示器、一LED顯示器、一OLED顯示器、一資訊處理裝置或一電動車的電力系統，且該資訊處理裝置係由智慧型手機、平板電腦、筆記型電腦、一體式電腦、指紋式打卡裝置和門禁裝置所組成群組中所選擇的一種裝置。
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