TW202226698A - 湧浪電流抑制電路 - Google Patents

Abstract

一種湧浪電流抑制電路，用以與電容性裝置串聯且與電容性裝置耦接於第一及第二電源輸入端之間，並且包括主動開關單元及電流檢測單元。主動開關單元係與電容性裝置串聯且具有控制端，控制端用以接收控制電壓訊號。電流檢測單元係與主動開關單元串聯且用以根據流經的第一電流產生檢測電壓訊號。當第一電流自第一電源輸入端流入並通過電流檢測單元時，電流檢測單元產生檢測電壓訊號，當檢測電壓訊號大於或等於檢測電壓門檻值時，主動開關單元關閉，從而抑制第一電流。

Description

湧浪電流抑制電路

本發明係關於一種保護電路，更特別的是關於一種湧浪電流抑制電路。

對於電子裝置的內部電路而言，為了抑制輸入湧浪電流，通常會設置電流抑制電路於電子裝置的輸入端。習知的電流抑制電路，例如包含電阻及與該電阻並聯的開關如繼電器。於電子裝置開機啟動時，輸入電源訊號所產生的湧浪電流由電流抑制電路的電阻來限制。當電流抑制電路進入穩態後，電流抑制電路的開關將會開啟，從而使輸入電源訊號透過開關進入電子裝置的內部電路（或稱系統負載）以減少損耗。

然而，於電子裝置開機啟動後，當提供輸入電源訊號的源頭(例如市電)因不穩而造成輸入電源訊號異常時，湧浪電流會再次產生，並透過開關進入電子裝置的內部電路。一旦開關的瞬間耐流不足以耐受湧浪電流時，開關將會損毀。為解決此問題，可採用瞬間耐流較高的開關。雖可避免開關損毀，但仍無法抑制湧浪電流流至電子裝置的內部電路，而造成電子裝置的內部電路瞬間所需的電流升高，造成保險絲熔斷或斷路器斷開的狀況，進而影響電路安全性。換言之，習知的電流抑制電路僅能抑制電子裝置開機啟動時，初始輸入電源訊號所產生的湧浪電流；而無法抑制電子裝置開機啟動後，輸入電源訊號異常所產生的湧浪電流。

是以，為了提升電子裝置在初始輸入電源訊號輸入時及輸入電源訊號異常時的電路安全性，目前的電流抑制技術仍有待改善。

本發明之一目的在於提出一種湧浪電流抑制電路，其透過主動開關單元以及電流檢測單元的協同運作以抑制湧浪電流，能夠提升電子裝置在輸入電源訊號異常時的電路安全性。

為達至少上述目的，本發明提出一種湧浪電流抑制電路，用以與電容性裝置串聯，且與電容性裝置耦接於第一電源輸入端與第二電源輸入端之間，湧浪電流抑制電路包括：主動開關單元以及電流檢測單元。主動開關單元係與電容性裝置串聯，且具有控制端，其中控制端用以接收控制電壓訊號。電流檢測單元係與主動開關單元串聯，且用以根據流經的第一電流產生檢測電壓訊號。當第一電流自第一電源輸入端流入並通過電流檢測單元時，電流檢測單元產生檢測電壓訊號，當檢測電壓訊號大於或等於檢測電壓門檻值時，主動開關單元關閉，從而抑制第一電流。

在湧浪電流抑制電路的一些實施例中，主動開關單元更具有第一端及第二端，電容性裝置耦接於第一電源輸入端與主動開關單元的第一端之間，電流檢測單元耦接於主動開關單元的第二端與第二電源輸入端之間。

在湧浪電流抑制電路的一實施例中，湧浪電流抑制電路，更包含單向導通單元，單向導通單元與電流檢測單元並聯，其中當第二電流自第二電源輸入端流入時，第二電流依序通過單向導通單元、主動開關單元及電容性裝置而流向第一電源輸入端。

在湧浪電流抑制電路的一些實施例中，當檢測電壓訊號大於或等於檢測電壓門檻值時，主動開關單元的控制端與第二端之間的跨壓無法達到主動開關單元之導通電壓門檻值，以使主動開關單元關閉，從而抑制第一電流。

在湧浪電流抑制電路的一實施例中，控制端所接收的控制電壓訊號係藉由將控制端耦接至第二電源輸入端來獲得。

在湧浪電流抑制電路的一些實施例中，主動開關單元更具有第一端及第二端，電流檢測單元耦接於第一電源輸入端與主動開關單元的第二端之間，電容性裝置耦接於主動開關單元的第一端與第二電源輸入端與之間。

在湧浪電流抑制電路的一些實施例中，湧浪電流抑制電路更包含單向導通單元，單向導通單元與電流檢測單元並聯，其中當第二電流自第二電源輸入端流入時，第二電流依序通過電容性裝置、主動開關單元及單向導通單元而流向第一電源輸入端。

在湧浪電流抑制電路的一些實施例中，當檢測電壓訊號大於或等於檢測電壓門檻值時，主動開關單元的第二端與控制端之間的跨壓無法達到主動開關單元之導通電壓門檻值，以使主動開關單元關閉，從而抑制第一電流。

在湧浪電流抑制電路的一實施例中，控制端所接收的控制電壓訊號係藉由將控制端耦接至第一電源輸入端來獲得。

在湧浪電流抑制電路的一些實施例中，湧浪電流抑制電路更包括開關控制單元用以提供該控制電壓訊號，其中於該控制電壓訊號的大小係大於該主動開關單元的該控制端與該第二端之間的跨壓的大小時，該主動開關單元開啟，當該第一電流自該第一電源輸入端流入並通過該電流檢測單元時，該電流檢測單元產生該檢測電壓訊號，當該檢測電壓訊號大於或等於該檢測電壓門檻值時，該主動開關單元關閉。

在湧浪電流抑制電路的一些實施例中，湧浪電流抑制電路更包括開關控制單元，開關控制單元用以提供控制電壓訊號；開關控制單元耦接於主動開關單元的控制端與電流檢測單元之間，當第一電流自第一電源輸入端流入並通過電流檢測單元時，電流檢測單元產生檢測電壓訊號，當檢測電壓訊號大於或等於檢測電壓門檻值時，開關控制單元根據檢測電壓訊號控制主動開關單元關閉，從而抑制第一電流。

在湧浪電流抑制電路的一些實施例中，湧浪電流抑制電路更包含單向導通單元，單向導通單元與電流檢測單元並聯；當第二電流自第二電源輸入端流入時，第二電流依序通過單向導通單元、主動開關單元及電容性裝置而流向第一電源輸入端。

在湧浪電流抑制電路的一些實施例中，湧浪電流抑制電路更包含單向導通單元，單向導通單元與電流檢測單元並聯；當第二電流自第二電源輸入端流入時，第二電流依序通過電容性裝置、主動開關單元及單向導通單元而流向第一電源輸入端。

如上多個實施例，湧浪電流抑制電路係透過主動開關單元以及電流檢測單元的協同運作，從而抑制第一電流。相較於在開機啟動後，上述習知的電流抑制電路因開關（如繼電器）開啟而不能產生抑制湧浪電流的作用的狀況，本發明之湧浪電流抑制電路的實施例，不受輸入電源訊號異常的影響，在初始輸入電源訊號輸入時及輸入電源訊號異常時皆能產生抑制湧浪電流的作用，故能提升電子裝置在輸入電源訊號異常時的電路安全性。

為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做詳細說明，說明如後：

請參考圖1，其為湧浪電流抑制電路之一種實施方式的應用情景的示意方塊圖。如圖1所示，湧浪電流抑制電路10可應用於一種電子裝置以抑制電子裝置輸入電容（如電容性裝置5）的電流大小。舉例而言，電子裝置例如是電源轉換裝置、電子測試裝置或其他裝置等，且具有第一電源輸入端IN1與第二電源輸入端IN2以接收輸入電源訊號V _IN，並包含電容性裝置5及內部電路9。內部電路9是後級電路或系統負載，例如對應的電源轉換電路、電子測試電路或其他電路等。然而，本發明的實現並不受此應用情景限制。

如圖1所示，湧浪電流抑制電路10用以與電容性裝置5串聯，湧浪電流抑制電路10耦接於電容性裝置5與第二電源輸入端IN2之間。湧浪電流抑制電路10包括主動開關單元110以及電流檢測單元120。

主動開關單元110係與電容性裝置5串聯，且具有控制端N _c，其中控制端N _c耦接開關控制單元100，且用以接收控制電壓訊號V _set。舉例而言，主動開關單元110可以包含一個或多個電晶體來實現，例如金屬氧化物半導體場效電晶體（MOSFET）。控制電壓訊號V _set例如可以由開關控制單元100來提供。

電流檢測單元120係與主動開關單元110串聯，且用以根據流經的第一電流I ₁產生檢測電壓訊號。當第一電流I ₁自第一電源輸入端IN1流入並通過電流檢測單元120時，電流檢測單元120產生檢測電壓訊號。當檢測電壓訊號大於或等於檢測電壓門檻值時，主動開關單元110關閉，從而抑制第一電流I ₁。舉例而言，電流檢測單元120可以利用各種能依據流過電流檢測單元120的電流而產生對應的電壓訊號以反應電流大小的元件來實現，例如電阻或其他元件。

此外，控制電壓訊號V _set的產生方式不限於開關控制單元100。又開關控制單元100可被視為環境元件，或被視為湧浪電流抑制電路10的元件之一。

圖1為適用於利用N型電晶體來實現主動開關單元的電路架構。以下基於圖1之湧浪電流抑制電路10的電路架構，提出湧浪電流抑制電路的各種實施例。

圖2A為基於圖1之湧浪電流抑制電路10之一實施例的示意方塊圖。如圖2A所示，湧浪電流抑制電路10A包括開關控制單元100A、主動開關單元110A以及電流檢測單元120A。舉例而言，開關控制單元100A可以實現為包含電源電路或其他合適電路，以提供控制電壓訊號V _set，其中控制電壓訊號V _set例如為固定值。主動開關單元110A具有控制端N _c、第一端N ₁及第二端N ₂。電容性裝置5耦接於第一電源輸入端IN1與主動開關單元110A的第一端N ₁之間。電流檢測單元120A耦接於主動開關單元110A的第二端N ₂與第二電源輸入端IN2之間。在圖2A中，主動開關單元110A可以包含一個N型電晶體，例如N型MOSFET(或簡稱NMOS)，如增強型NMOS，故圖2A為利用NMOS來實現主動開關單元110A時的電路架構的實施例。此外，電流檢測單元120A例如包含一個電阻來實現，且根據流經的第一電流I ₁產生檢測電壓訊號V _R，其中V _R= I _R*R，I _R為流經電阻的電流，R為電阻的電阻值。在第一電流I ₁流經電阻的情況下，電流I _R等於第一電流I ₁。

在圖2A之湧浪電流抑制電路10A的實施例中，利用NMOS來實現主動開關單元110A，故當檢測電壓訊號大於或等於檢測電壓門檻值時，主動開關單元110A的控制端N _c與第二端N ₂之間的跨壓（如電晶體的閘極及源極之間的電壓V _GS）無法達到主動開關單元110A之導通電壓門檻值（如電晶體的導通電壓門檻值V _th），以使主動開關單元110A關閉，從而抑制第一電流I ₁。

以下進一步說明主動開關單元110A的開啟及關閉條件。在電路啟動的瞬間，主動開關單元110A為導通的狀態，此時會有第一電流I ₁對電容性裝置5（如電容）充電。由圖2A的電路可知，V _­set、V _GS、V _R之間的關係為： V _set=V _GS+V _R。            (公式1) 在控制電壓訊號V _set為固定值且大於V _GS的狀況下，隨著第一電流I ₁的變大，V _R也變大，相對之下V _GS變小；當V _GS＜V _th時，主動開關單元110A關閉。故在實現本實施例時，可透過調整電流檢測單元120A中電阻的電阻值來限制最大電流(如記作I _max)，從而達到限流的功能。詳言之，在圖2A中，電晶體關閉的條件為： V _GS＜V _th。                    (條件式1) 由公式1可知V _GS=V _set- V _R，其中 V _R= I _R*R，故由條件式1可得出： V _set- V _R＜ V _th； V _set-I _R*R ＜ V _th； 由此可推導出電流I _R的大小能夠令電晶體關閉的條件為： I _R＞ (V _set-V _th)/R。       (條件式2) 由條件式2可知，當電流I _R大小符合條件式2時，則電晶體關閉。就抑制湧流電流的目的來說，欲限制電流I _R小於最大電流I _max，則調整電阻R的大小即可。藉此，可進一步設定 V _max= I _max*R，其中V _max為檢測電壓門檻值。是以，當檢測電壓訊號V _R大於或等於檢測電壓門檻值(V _max)時，主動開關單元110A的控制端N _c與第二端N ₂之間的跨壓（如電晶體的閘極及源極之間的電壓V _GS）將無法達到主動開關單元110A之導通電壓門檻值（如電晶體的導通電壓門檻值V _th），從而使主動開關單元110關閉，以抑制第一電流I ₁。

請參考圖2B，其為基於圖2A之湧浪電流抑制電路10A之實施例的波形示意圖。於圖2B的上方的波形係示意當第一電源輸入端IN1與第二電源輸入端IN2接收的輸入電源訊號V _IN從零電位上升到一電壓位準(如約380 V)並維持定值時的波形。從前述湧浪電流抑制電路10A的主動開關單元110A的關閉條件的說明可知，依據公式1，如前所述在控制電壓訊號V _set為固定值且大於V _GS的狀況下，隨著第一電流I ₁的變大，流經電阻的電流I _R變大（如圖2B的中間的波形所示），因此V _R也變大，相對之下V _GS變小（如圖2B的下方的波形所示）。當V _GS＜V _th時，使主動開關單元110關閉，以抑制第一電流I ₁，如圖2B的中間的波形所示，流經電阻的電流I _R被抑制在預定的電流值(如23A)以下。

再次回到圖2A的實施例中，湧浪電流抑制電路10A更包含單向導通單元130A，且單向導通單元130A與電流檢測單元120A並聯。單向導通單元130A具有提供電流路徑的作用。舉例來說，當圖1的內部電路9需要自電容性裝置5汲取電流而使電容性裝置5放電時，有與前述第一電流I ₁的電流方向相反的第二電流I ₂自第二電源輸入端IN2流入，且第二電流I ₂依序通過單向導通單元130A、主動開關單元110A及電容性裝置5而流向第一電源輸入端IN1。單向導通單元130A例如包含一個二極體。此外，單向導通單元130A也具有保護主動開關單元110A的作用。當第二電流I _2­產生時，電流檢測單元120A會產生反向電壓。由於電流檢測單元120A與單向導通單元130A並聯，故單向導通單元130A將電流檢測單元120A的反向電壓限制為與二極體的跨壓相同，從而使主動開關單元110A能避免承受過大的跨壓而損壞的狀況發生。再者，由於第二電流I ₂主要(或理想中完全)經由單向導通單元130A而流向第一電源輸入端IN1，從而減少了第二電流I ₂通過湧浪電流抑制電路10A時的功耗。

如上，當圖2A的湧浪電流抑制電路10A應用於如圖1所述的電子裝置中，當電子裝置開啟而使輸入電源訊號V _IN由零電位升至預定的電壓位準時，第一電流I ₁將自第一電源輸入端IN1流入，且第一電流I ₁依序通過電容性裝置5、主動開關單元110A及電流檢測單元120A而流向第二電源輸入端IN2，此時電容性裝置5將開始充電，此第一電流I ₁的電流路徑可定義為充電電流路徑。反之，當圖1的內部電路9需要自電容性裝置5汲取電流時，第二電流I ₂將自第二電源輸入端IN2流入，且第二電流I ₂依序通過單向導通單元130A、主動開關單元110A及電容性裝置5而流向第一電源輸入端IN1，此時電容性裝置5將開始放電，此第二電流I ₂的電流路徑可定義為放電電流路徑。如此，圖2A之湧浪電流抑制電路10A能因應電容性裝置5充電或放電而提供合適的電流路徑，使設置湧浪電流抑制電路10A的電子裝置能得以正常的運作。

圖3A為基於圖1之湧浪電流抑制電路10之一實施例的示意方塊圖。相較於圖2A的湧浪電流抑制電路10A，圖3A的湧浪電流抑制電路10B與圖2A的湧浪電流抑制電路10A的差異在於，圖3A的湧浪電流抑制電路10B係使用空乏型NMOS來實現主動開關單元110B。如圖3A所示，湧浪電流抑制電路10B包括開關控制單元100B、主動開關單元110B、電流檢測單元120B。開關控制單元100B可以實現為包含電源電路或其他合適電路，以提供控制電壓訊號V _set，例如控制電壓訊號V _set大於V _GS。主動開關單元110B具有控制端N _c、第一端N ₁及第二端N ₂，電容性裝置5耦接於第一電源輸入端IN1與主動開關單元110B的第一端N ₁之間，電流檢測單元120B耦接於主動開關單元110B的第二端N ₂與第二電源輸入端IN2之間。在圖3A中，主動開關單元110B包含空乏型NMOS，電流檢測單元120B包含電阻。

以下進一步說明主動開關單元110B的開啟及關閉條件。在電路啟動的瞬間，空乏型NMOS為導通的狀態，此時會有第一電流I ₁對電容性裝置5充電。由於V _set=V _GS+V _R，隨著第一電流I ₁的變大，V _R也變大，相對之下V _GS變小。當檢測電壓訊號V _R大於或等於檢測電壓門檻值時，主動開關單元110B的控制端N _c與第二端N ₂之間的跨壓（如電晶體的閘極及源極之間的電壓V _GS）將無法達到主動開關單元110B之導通電壓門檻值（如電晶體的導通電壓門檻值-V _th），即使得則空乏型NMOS的關閉條件V _GS＜-V _th得以滿足，從而使主動開關單元110B關閉，以抑制第一電流I ₁。在一示例中，當控制電壓訊號V _set為與第二電源輸入端IN2的電位相同(如V _set為零電位，V _set=0)時，則V _GS+V _R=0；隨著第一電流I ₁的變大，V _R也變大，相對之下V _GS變小；當空乏型NMOS的關閉條件V _GS＜-V _th得以滿足時，則會使主動開關單元110B關閉，從而抑制第一電流I ₁。

此外，圖3B為基於圖1之湧浪電流抑制電路10之另一實施例的示意方塊圖，其中圖3B也是利用空乏型NMOS來實現主動開關單元。相較於圖3A的湧浪電流抑制電路10B，圖3B的湧浪電流抑制電路10B1與圖3A的湧浪電流抑制電路10B的差異在於，圖3B的湧浪電流抑制電路10B1中不需使用開關控制單元來提供控制電壓訊號V _set，控制端N _c所接收的控制電壓訊號V _set係藉由將控制端N _c耦接至第二電源輸入端IN2來獲得。如此一來，控制端N _c所接收的控制電壓訊號V _set即為第二電源輸入端IN2的電位。此時，控制電壓訊號V _set為與第二電源輸入端IN2的電位相同(如V _set為零電位，V _set=0)時，則V _GS+V _R=0；隨著第一電流I ₁的變大，V _R也變大，相對之下V _GS變小；當空乏型NMOS的關閉條件V _GS＜-V _th得以滿足時，則會使主動開關單元110B關閉，從而抑制第一電流I ₁。

再者，圖3A的湧浪電流抑制電路10B或圖3B的湧浪電流抑制電路10B1更包含單向導通單元130B，單向導通單元130B例如包含二極體。在圖3A或圖3B中，單向導通單元130B提供的放電電流路徑，其電路運作方式與圖2A的湧浪電流抑制電路10A的單向導通單元130A的實施例相似，故不再贅述。

又前述圖2A、圖3A、圖3B中顯示基於圖1的湧浪電流抑制電路10的電路架構且主動開關單元為NMOS時，湧浪電流抑制電路的各種實施例。然而，本發明的實現並不受此等示例限制。

請參考圖4，其為湧浪電流抑制電路之另一種實施方式的應用情景的示意方塊圖。圖4的湧浪電流抑制電路11與圖1的湧浪電流抑制電路10同樣可應用於一種電子裝置以抑制電子裝置輸入電容（如電容性裝置5）的電流大小。圖4的湧浪電流抑制電路11與圖1的湧浪電流抑制電路10的實施方式的差異在於，圖4的湧浪電流抑制電路11係耦接於第一電源輸入端IN1與電容性裝置5之間，而且圖4的湧浪電流抑制電路11所包括的主動開關單元110P以及電流檢測單元120的排列方式與圖1的湧浪電流抑制電路10中對應的元件的排列方式不同，尤其是電流檢測單元120耦接於第一電源輸入端IN1與主動開關單元110P之間。

電流檢測單元120係與主動開關單元110P串聯，且用以根據流經的第一電流I ₁產生檢測電壓訊號。當第一電流I ₁自第一電源輸入端IN1流入並通過電流檢測單元120時，電流檢測單元120產生檢測電壓訊號。當檢測電壓訊號大於或等於檢測電壓門檻值時，主動開關單元110P關閉，從而抑制第一電流I ₁。舉例而言，電流檢測單元120可以利用各種能依據流過電流檢測單元120的電流而產生對應的電壓訊號以反應電流大小的元件來實現，例如電阻或其他元件。

圖4為適用於利用P型電晶體來實現主動開關單元的電路架構。以下基於圖4之湧浪電流抑制電路11的電路架構，提出湧浪電流抑制電路的各種實施例。

圖5A為基於圖4之湧浪電流抑制電路11之一實施例的示意方塊圖。如圖5A所示，湧浪電流抑制電路10C包括開關控制單元100C、主動開關單元110C以及電流檢測單元120C。舉例而言，開關控制單元100C可以實現為包含電源電路或其他合適電路，以提供控制電壓訊號V _set，其中控制電壓訊號V _set例如為固定值。主動開關單元110C具有控制端N _c、第一端N ₁及第二端N ₂。電容性裝置5則耦接於主動開關單元110C的第一端N1與第二電源輸入端IN2與之間。電流檢測單元120C耦接於第一電源輸入端IN1與主動開關單元110C的第二端N ₂之間。在圖5A中，主動開關單元110C可以包含一個P型電晶體，例如P型MOSFET (或簡稱PMOS)，如增強型PMOS，故圖5A為利用PMOS來實現主動開關單元110C時的電路架構的實施例。此外，電流檢測單元120C例如包含一個電阻來實現。

在圖5A之湧浪電流抑制電路10C的實施例中，利用PMOS來實現主動開關單元110C，故當檢測電壓訊號大於或等於檢測電壓門檻值時，主動開關單元110C的第二端N ₂與控制端N _c之間的跨壓（如電晶體的源極及閘極之間的電壓V _SG）無法達到主動開關單元110C之導通電壓門檻值（如電晶體的導通電壓門檻值-V _th），以使主動開關單元110C關閉，從而抑制第一電流I ₁。

此外，在圖5A之湧浪電流抑制電路的實施例中，可透過調整電流檢測單元120C中電阻的電阻值來限制最大電流，從而達到限流的功能。當檢測電壓訊號V _R大於或等於檢測電壓門檻值時，主動開關單元110C的第二端N ₂與控制端N _c之間的跨壓（如電晶體的源極及閘極之間的電壓V _SG）將無法達到主動開關單元110C之導通電壓門檻值（如電晶體的導通電壓門檻值-V _th），即使得增強型PMOS的關閉條件V _SG≤-V _th得以滿足，從而使主動開關單元110C關閉，以抑制第一電流I ₁。

請參考圖5B，其為基於圖5A之湧浪電流抑制電路10C之實施例的波形示意圖。於圖5B的上方的波形係示意當第一電源輸入端IN1與第二電源輸入端IN2接收的輸入電源訊號V _IN從零電位上升到一電壓位準(如約380 V)並維持定值時的波形。從前述湧浪電流抑制電路10C的主動開關單元110C的關閉條件的說明可知，在控制電壓訊號V _set為固定值且大於V _SG的狀況下，隨著第一電流I ₁的變大，流經電阻的電流I _R變大（如圖5B的中間的波形所示），因此V _R也變大，相對之下V _SG變小（如圖2B的下方的波形為V _GS，其相反為V _SG）。當V _SG＜-V _th時，使主動開關單元110C關閉，以抑制第一電流I ₁，如圖5B的中間的波形所示，流經電阻的電流I _R被抑制在預定的電流值(如23A)以下，從而提升電子裝置在啟動時的電路安全性。

再次回到圖5A的實施例中，湧浪電流抑制電路10C更包含單向導通單元130C，且單向導通單元130C與電流檢測單元120C並聯。單向導通單元130C具有提供電流路徑的作用。具體來說，當電容性裝置5放電時，有與前述第一電流I ₁的電流方向相反的第二電流I ₂將自第二電源輸入端IN2流入，且第二電流I ₂依序通過電容性裝置5、主動開關單元110C及單向導通單元130C而流向第一電源輸入端IN1。單向導通單元130C例如包含一個二極體。此外，單向導通單元130C也具有保護主動開關單元110C的作用。當第二電流I _2­產生時，電流檢測單元120C會產生反向電壓。由於電流檢測單元120C與單向導通單元130C並聯，故單向導通單元130C將電流檢測單元120C的反向電壓限制為與二極體的跨壓相同，從而使主動開關單元110C能避免承受過大的跨壓而損壞的狀況發生。再者，單向導通單元130C提供電流路徑，使第二電流I ₂主要(或理想中完全)經由單向導通單元130C而流向第一電源輸入端IN1，從而減少了第二電流I ₂通過湧浪電流抑制電路10C時的功耗。

如上，當圖5A的湧浪電流抑制電路10C應用於如圖4所述的電子裝置中，當電子裝置開啟而使輸入電源訊號V _IN由零電位上升至預定的電壓位準時，第一電流I ₁將自第一電源輸入端IN1流入，且第一電流I ₁依序通過電流檢測單元120C、主動開關單元110C及電容性裝置5而流向第二電源輸入端IN2，此時電容性裝置5將開始充電，此第一電流I ₁的電流路徑可定義為充電電流路徑。反之，當圖4的內部電路9需要自電容性裝置5汲取電流時，第二電流I ₂將自第二電源輸入端IN2流入，且第二電流I ₂依序通過電容性裝置5、主動開關單元110C及單向導通單元130C而流向第一電源輸入端IN1，此時電容性裝置5將開始放電，此第二電流I ₂的電流路徑可定義為放電電流路徑。如此，圖5A之湧浪電流抑制電路10C能因應電容性裝置5充電或放電而提供合適的電流路徑，從而使設置湧浪電流抑制電路10C的電子裝置能得以正常的運作，也能提升電子裝置在輸入電源訊號V _IN異常時的電路安全性。

圖6A為基於圖4之湧浪電流抑制電路11之一實施例的示意方塊圖。圖6A為利用空乏型PMOS來實現主動開關單元時的電路架構的實施例。相較於圖5A的湧浪電流抑制電路10C，圖5A的湧浪電流抑制電路10C與圖6A的湧浪電流抑制電路10D的差異在於，圖6A的湧浪電流抑制電路10D係使用空乏型PMOS來實現主動開關單元110D。如圖6A所示，湧浪電流抑制電路10D包括開關控制單元100D、主動開關單元110D、電流檢測單元120D、單向導通單元130D。開關控制單元100D可以實現為包含電源電路或其他合適電路，以提供控制電壓訊號V _set，例如控制電壓訊號V _set大於 V _SG。主動開關單元110D具有控制端N _c、第一端N ₁及第二端N ₂，電容性裝置5耦接於第二電源輸入端IN2與主動開關單元110D的第一端N ₁之間，電流檢測單元120D耦接於主動開關單元110D的第二端N ₂與第二電源輸入端IN2之間。在圖6A中，主動開關單元110D包含空乏型PMOS，電流檢測單元120D包含電阻。

此外，在圖6A之湧浪電流抑制電路10D的實施例中，可透過調整電流檢測單元120D中電阻的電阻值來限制最大電流，從而達到限流的功能。當檢測電壓訊號大V­ _R於或等於檢測電壓門檻值時，主動開關單元110D的第二端N ₂與控制端N _c之間的跨壓（如電晶體的源極及閘極之間的電壓V _SG）將無法達到主動開關單元110D之導通電壓門檻值（如電晶體的導通電壓門檻值V _th），即使得空乏型PMOS的關閉條件V _SG＜V _th得以滿足，從而使主動開關單元110D關閉，以抑制第一電流I ₁。在一示例中，當控制電壓訊號V _set為與第一電源輸入端的電位相同時，則V _SG+V _R=0；隨著第一電流I ₁的變大，V _R也變大，相對之下V _SG變小；當空乏型PMOS的關閉條件V _SG＜V _th得以滿足時，則會使主動開關單元110D關閉，從而抑制第一電流I ₁。

此外，圖6B為基於圖4之湧浪電流抑制電路11之另一實施例的示意方塊圖，其中圖6B也是利用空乏型PMOS來實現主動開關單元。相較於圖6A的湧浪電流抑制電路10D，圖6B的湧浪電流抑制電路10D1與圖6A的湧浪電流抑制電路10D的差異在於，圖6B的湧浪電流抑制電路10D1中不需使用開關控制單元來提供控制電壓訊號V _set，控制端N _c所接收的控制電壓訊號V _set係藉由將控制端N _c耦接至第一電源輸入端IN1來獲得。如此一來，控制端N _c所接收的控制電壓訊號V _set即為第一電源輸入端IN1的電位。當控制電壓訊號V _set為與第一電源輸入端的電位相同時，則V _SG+V _R=0；隨著第一電流I ₁的變大，V _R也變大，相對之下V _SG變小；當空乏型PMOS的關閉條件V _SG＜V _th得以滿足時，則會使主動開關單元110D關閉，從而抑制第一電流I ₁。

再者，圖6A的湧浪電流抑制電路10D或圖6B的湧浪電流抑制電路10D1更包含單向導通單元130D，單向導通單元130D例如包含二極體。在圖6A或圖6B中，單向導通單元130D提供的放電電流路徑，其電路運作方式與圖5A的湧浪電流抑制電路10C的單向導通單元130C的實施例相似，故不再贅述。

又前述圖5A、圖6A、圖6B中顯示基於圖4的湧浪電流抑制電路11的電路架構且主動開關單元為PMOS時，湧浪電流抑制電路的各種實施例。然而，本發明的實現並不受此等示例限制。

請參考圖7，其為基於圖1之湧浪電流抑制電路10之一實施例的示意方塊圖。如圖7所示，湧浪電流抑制電路10E包括開關控制單元100E、主動開關單元110E以及電流檢測單元120E。圖7的湧浪電流抑制電路10E與基於圖1之湧浪電流抑制電路10的其他實施例(如圖2A)的湧浪電流抑制電路(如10A)的差異在於，圖7的湧浪電流抑制電路10E中的電流檢測單元120E係電性耦接至開關控制單元100E，電流檢測單元120E將檢測電壓訊號傳送至開關控制單元100E，開關控制單元100E依據檢測電壓訊號而控制主動開關單元110E的開啟或關閉。在本實施例中，開關控制單元100E耦接於主動開關單元110E的控制端N _c與電流檢測單元120E之間。當第一電流I ₁自第一電源輸入端IN1流入並通過電流檢測單元120E時，電流檢測單元120E產生檢測電壓訊號；當檢測電壓訊號大於或等於一檢測電壓門檻值時，開關控制單元100E根據檢測電壓訊號控制主動開關單元110E關閉，從而抑制第一電流I ₁。

開關控制單元100E可以根據檢測電壓訊號來控制主動開關單元110E開啟或關閉。例如，可利用圖7之湧浪電流抑制電路10E需要限制的最大電流來配置電流檢測單元120E，使最大電流流過電流檢測單元120E時產生對應的代表最大電流流過的檢測電壓訊號，並設定此條件下的檢測電壓訊號對應的訊號值或數值為檢測電壓門檻值。另一方面，開關控制單元100E可被配置為依據檢測電壓訊號是否大於或等於檢測電壓門檻值來決定是否將主動開關單元110E開啟或關閉。若檢測電壓訊號小於檢測電壓門檻值，則開關控制單元100E將主動開關單元110E開啟；若檢測電壓訊號大於或等於檢測電壓門檻值，則開關控制單元100E將主動開關單元110E關閉，從而抑制第一電流I ₁。

開關控制單元100E將主動開關單元110E開啟或關閉的實現方式有多種，例如開關控制單元100E透過一開關元件來暫停提供控制電壓訊號V _set給主動開關單元110E，或例如開關控制單元100E改變控制電壓訊號V _set的位準使主動開關單元110E不能導通。開關控制單元100E可包含產生控制電壓訊號的電源電路及控制電路，或包含控制電路以控制外部提供的控制電壓訊號。開關控制單元100E可以利用類比電路、數位電路、邏輯電路或微控制器等任何合適的控制電路來實現。

舉例而言，主動開關單元110E可以包含一個或多個電晶體，如增強型NMOS之類的NMOS。電流檢測單元120E例如是利用霍爾效應感測器（Hall effect sensor）來實現，或其他能夠依據流過電流檢測單元120E的電流而產生對應的電壓訊號作為檢測電壓訊號以反應電流大小的元件來實現。

再者，圖7的湧浪電流抑制電路10E更包含單向導通單元130E，單向導通單元130E例如包含二極體。圖7的湧浪電流抑制電路10E的單向導通單元130E提供的放電電流路徑，其電路運作方式與圖2A的湧浪電流抑制電路10A的單向導通單元130A的實施例相似，故不再贅述。

藉此，當圖7的湧浪電流抑制電路10E應用於如圖1所述的電子裝置中，電子裝置開啟的瞬間，輸入電源訊號V _IN由零電位升至預定的位準時，第一電流I ₁自第一電源輸入端IN1流入對電容性裝置5充電，此第一電流I _1­為圖7的湧浪電流抑制電路10E所具有的充電電流的路徑。反之，當電容性裝置5放電時，與第一電流I _1­的電流方向相反的第二電流I ₂­於圖7的湧浪電流抑制電路10E也具有放電電流的路徑。如此，圖7之湧浪電流抑制電路10E能因應電容性裝置5充電或放電而提供合適的電流路徑，使設置湧浪電流抑制電路10E的電子裝置能得以正常的運作，也能提升電子裝置在輸入電源訊號V _IN異常時的電路安全性。

請參考圖8，其為基於圖4之湧浪電流抑制電路11之一實施例的示意方塊圖。如圖8所示，湧浪電流抑制電路10F包括開關控制單元100F、主動開關單元110F以及電流檢測單元120F。圖8的湧浪電流抑制電路10F與圖7的湧浪電流抑制電路10E的差異在於圖8的湧浪電流抑制電路10F使用增強型PMOS來實現主動開關單元110F，故其他元件及運作原理可參考圖7的實施例來加以實現。在本實施例中，開關控制單元100F耦接於主動開關單元110F的控制端N _c與電流檢測單元120F之間。當第一電流I ₁自第一電源輸入端IN1流入並通過電流檢測單元120F時，電流檢測單元120F產生檢測電壓訊號；當檢測電壓訊號大於或等於一檢測電壓門檻值時，開關控制單元100F根據檢測電壓訊號控制主動開關單元110F關閉，從而抑制第一電流I ₁。

圖8的湧浪電流抑制電路10F亦同樣能夠就電容性裝置5提供充電電流的路徑及放電電流的路徑。

再者，圖8的湧浪電流抑制電路10F更包含單向導通單元130F，單向導通單元130F例如包含二極體。圖8的湧浪電流抑制電路10F的單向導通單元130F提供的放電電流路徑，其電路運作方式與圖5A的湧浪電流抑制電路10C的單向導通單元130C的實施例相似，故不再贅述。

如此，圖8之湧浪電流抑制電路10F能因應電容性裝置5充電或放電而提供合適的電流路徑，使設置湧浪電流抑制電路10F的電子裝置能得以正常的運作，也能提升電子裝置在輸入電源訊號V _IN異常時的電路安全性。

在上述圖2A、3A~3B、5A、6A~6B、7、8或其相關示例中，雖然主動開關單元(如110A、110B、110C、110D、110E、110F)係示意利用一個電晶體來實現，然而主動開關單元也可以包含複數個電晶體來實現。

此外，在上述圖2A、3A~3B、5A、6A~6B或其相關示例中，雖然電流檢測單元(如120A、102B、102C、102D)示意利用一個電阻來實現，然而電流檢測單元也可以包含多個串聯或並聯的電阻來實現。

此外，在上述圖2A、3A~3B、5A、6A~6B、7、8或其相關示例中，雖然示意單向導通單元(如130A、130B、130C、130D、130E、130F)利用一個二極體來實現，然而單向導通單元也可以包含多個串聯或並聯的二極體來實現。

如上所述，湧浪電流抑制電路的實施例係透過主動開關單元以及電流檢測單元的協同運作，例如可設計合適的檢測電壓門檻值的大小，從而抑制第一電流。相較於在開機啟動後，上述習知的電流抑制電路因開關（如繼電器）開啟而不能產生抑制湧浪電流的作用的狀況，本發明之湧浪電流抑制電路的實施例，不受輸入電源訊號V _IN異常（如直流的輸入電壓瞬間降低至零電位、由零電位回升至原有直流位準，或電壓位準多次大幅度跳動）的影響，在初始輸入電源訊號輸入時及輸入電源訊號異常時皆能產生抑制湧浪電流的作用，故能提升電子裝置在輸入電源訊號V _IN異常時的電路安全性。且依據本發明的實施例的湧浪電流抑制電路可使用相較於習知的電流抑制電路而言（如前述繼電器）體積較小的電路元件來實現，有助於減少電子裝置整體的體積。

本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，上述各實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該等實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。

5:電容性裝置 9:內部電路 10、11、10A~10F:湧浪電流抑制電路 10B1、10D1:湧浪電流抑制電路 100、100A~100F:開關控制單元 110、110A~110F、110P:主動開關單元 120、120A~120F:電流檢測單元 130A~130D:單向導通單元 I ₁:第一電流 I ₂:第二電流 I _R:流經電阻的電流 IN1:第一電源輸入端 IN2:第二電源輸入端 N ₁:第一端 N ₂:第二端 N _c:控制端 V _set:控制電壓訊號 V _IN:輸入電源訊號 V _GS:控制端N _c與第二端N ₂之間的跨壓 V _SG第二端N ₂與控制端N _c之間的跨壓 V _R:檢測電壓訊號

圖1為湧浪電流抑制電路之一種實施方式的應用情景的示意方塊圖。 圖2A為基於圖1之湧浪電流抑制電路之一實施例的示意方塊圖。 圖2B為基於圖2A之湧浪電流抑制電路之實施例的波形示意圖。 圖3A為基於圖1之湧浪電流抑制電路之一實施例的示意方塊圖。 圖3B為基於圖1之湧浪電流抑制電路之另一實施例的示意方塊圖。 圖4為湧浪電流抑制電路之另一種實施方式的應用情景的示意方塊圖。 圖5A為基於圖4之湧浪電流抑制電路之一實施例的示意方塊圖。 圖5B為基於圖5A之湧浪電流抑制電路之實施例的波形示意圖。 圖6A為基於圖4之湧浪電流抑制電路之一實施例的示意方塊圖。 圖6B為基於圖4之湧浪電流抑制電路之另一實施例的示意方塊圖。 圖7為基於圖1之湧浪電流抑制電路之另一實施例的示意方塊圖。 圖8為基於圖4之湧浪電流抑制電路之另一實施例的示意方塊圖。

5:電容性裝置

9:內部電路

10:湧浪電流抑制電路

100:開關控制單元

110:主動開關單元

120:電流檢測單元

I₁:第一電流

IN1:第一電源輸入端

IN2:第二電源輸入端

N₁:第一端

N₂:第二端

N_c:控制端

V_set:控制電壓訊號

V_IN:輸入電源訊號

Claims (13)

1. 一種湧浪電流抑制電路，用以與一電容性裝置串聯，且與該電容性裝置耦接於一第一電源輸入端與一第二電源輸入端之間，該湧浪電流抑制電路包括： 一主動開關單元，其與該電容性裝置串聯，該主動開關單元具有一控制端，其中該控制端用以接收一控制電壓訊號；以及 一電流檢測單元，其與該主動開關單元串聯，用以根據流經的一第一電流產生一檢測電壓訊號； 其中當該第一電流自該第一電源輸入端流入並通過該電流檢測單元時，該電流檢測單元產生該檢測電壓訊號，當該檢測電壓訊號大於或等於一檢測電壓門檻值時，該主動開關單元關閉，從而抑制該第一電流。
2. 如請求項1所述之湧浪電流抑制電路，其中該主動開關單元更具有一第一端及一第二端，該電容性裝置耦接於該第一電源輸入端與該主動開關單元的該第一端之間，該電流檢測單元耦接於該主動開關單元的該第二端與該第二電源輸入端之間。
3. 如請求項2所述之湧浪電流抑制電路，其中該湧浪電流抑制電路更包含一單向導通單元，該單向導通單元與該電流檢測單元並聯，其中當一第二電流自該第二電源輸入端流入時，該第二電流依序通過該單向導通單元、該主動開關單元及該電容性裝置而流向該第一電源輸入端。
4. 如請求項2所述之湧浪電流抑制電路，其中當該檢測電壓訊號大於或等於該檢測電壓門檻值時，該主動開關單元的該控制端與該第二端之間的跨壓無法達到該主動開關單元之一導通電壓門檻值，以使該主動開關單元關閉，從而抑制該第一電流。
5. 如請求項2所述之湧浪電流抑制電路，其中該控制端所接收的控制電壓訊號係藉由將該控制端耦接至該第二電源輸入端來獲得。
6. 如請求項1所述之湧浪電流抑制電路，其中該主動開關單元更具有一第一端及一第二端，該電流檢測單元耦接於該第一電源輸入端與該主動開關單元的該第二端之間，該電容性裝置耦接於該主動開關單元的該第一端與該第二電源輸入端與之間。
7. 如請求項6所述之湧浪電流抑制電路，其中該湧浪電流抑制電路更包含一單向導通單元，該單向導通單元與該電流檢測單元並聯，其中當一第二電流自該第二電源輸入端流入時，該第二電流依序通過該電容性裝置、該主動開關單元及該單向導通單元而流向該第一電源輸入端。
8. 如請求項6所述之湧浪電流抑制電路，其中當該檢測電壓訊號大於或等於該檢測電壓門檻值時，該主動開關單元的該第二端與該控制端之間的一跨壓無法達到該主動開關單元之一導通電壓門檻值，以使該主動開關單元關閉，從而抑制該第一電流。
9. 如請求項6所述之湧浪電流抑制電路，其中該控制端所接收的控制電壓訊號係藉由將該控制端耦接至該第一電源輸入端來獲得。
10. 如請求項2、3、4、6、7、8中任一項所述之湧浪電流抑制電路，其中該湧浪電流抑制電路更包括： 一開關控制單元，用以提供該控制電壓訊號，其中於該控制電壓訊號的大小係大於該主動開關單元的該控制端與該第二端之間的跨壓的大小時，該主動開關單元開啟，當該第一電流自該第一電源輸入端流入並通過該電流檢測單元時，該電流檢測單元產生該檢測電壓訊號，當該檢測電壓訊號大於或等於該檢測電壓門檻值時，該主動開關單元關閉。
11. 如請求項1所述之湧浪電流抑制電路，其中該湧浪電流抑制電路更包括：一開關控制單元，用以提供該控制電壓訊號；該開關控制單元耦接於該主動開關單元的該控制端與該電流檢測單元之間；當該第一電流自該第一電源輸入端流入並通過該電流檢測單元時，該電流檢測單元產生該檢測電壓訊號，當該檢測電壓訊號大於或等於一檢測電壓門檻值時，該開關控制單元根據該檢測電壓訊號控制該主動開關單元關閉，從而抑制該第一電流。
12. 如請求項11所述之湧浪電流抑制電路，其中該湧浪電流抑制電路更包含一單向導通單元，該單向導通單元與該電流檢測單元並聯；當一第二電流自該第二電源輸入端流入時，該第二電流依序通過該單向導通單元、該主動開關單元及該電容性裝置而流向該第一電源輸入端。
13. 如請求項11所述之湧浪電流抑制電路，其中該湧浪電流抑制電路更包含一單向導通單元，該單向導通單元與該電流檢測單元並聯；當一第二電流自該第二電源輸入端流入時，該第二電流依序通過該電容性裝置、該主動開關單元及該單向導通單元而流向該第一電源輸入端。

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