TWI483501B - 過電壓保護裝置與方法 - Google Patents

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過電壓保護裝置與方法
本發明係有關於一種過電壓保護裝置與方法，特別係有關適用於通用串列匯流排連接埠之一種過電壓保護裝置與方法。
在新的一代通用串列匯流排(Universal Serial Bus,USB)規範中增加了一項功率傳輸(Power Delivery，以下簡稱PD)功能，也就是以後可以透過通用串列匯流排連接埠(Universal Serial Bus port,USB port)對筆記型電腦或是各種有串列匯流排連接埠的裝置供電或充電，但是此功能透過訊號的溝通是會將串列匯流排連接埠之VBUS原本的5V提升到12V、20V等兩種電壓。而現行的通用串列匯流排纜線(Universal Serial Bus cable,USB cable)種類很多，其中以Y型的通用串列匯流排纜線居多，所以當使用者利用Y型通用串列匯流排纜線來對系統充電時，此時VBUS透過溝通後電壓會達到20V，如果使用者將Y型通用串列匯流排纜線的另一個通用串列匯流排接頭插到其他的串列匯流排連接埠時，此時的VBUS電壓會把串列匯流排連接埠路徑上的元件燒毀。因此，在不支援PD功能的串列匯流排連接埠加入控制偵測線路，防止使用者將Y型通用串列匯流排纜線的另一個串列匯流排接頭插 入不支援PD功能的串列匯流排連接埠，進而防止系統燒毀。
有鑑於此，本發明提供一種過電壓保護裝置，位於一系統之一通用串列匯流排連接埠中，其中上述通用串列匯流排連接埠透過一連接線耦接至一通用串列匯流排主機，上述通用串列匯流排主機透過一第一電源線提供一供電電壓至上述通用串列匯流排連接埠之一第二電源線，並且上述通用串列匯流排主機發出一供電信號至上述通用串列匯流排連接埠，包括：一信號判斷裝置，接收上述通用串列匯流排主機所發出之上述供電信號，並根據上述供電信號判斷上述供電電壓是否大於上述參考電壓；一電壓保護裝置，當上述通用串列匯流排主機發出之上述供電電壓大於一參考電壓時，阻斷上述通用串列匯流排主機提供上述供電電壓至上述通用串列匯流排連接埠之上述第二電源線；以及一控制器，當上述信號判斷裝置根據上述供電信號判斷上述供電電壓大於上述參考電壓，且上述電壓保護裝置阻斷上述通用串列匯流排主機提供之上述供電電壓至上述通用串列匯流排連接埠之上述第二電源線時，發出一訊息通知上述系統上述供電電壓大於上述參考電壓，其中上述訊息係顯示於上述系統之一顯示器之一文字訊息。
上述信號判斷裝置更包括：一信號接收器，接收接收上述通用串列匯流排主機所發出之上述供電信號；以及一處理器，根據上述信號接收器接收之上述供電信號判斷上述供電電壓是否大於上述參考電壓，並將結果傳送至上述控制器。
上述電壓保護裝置更包括：一比較器，具有一輸 出端，用以判斷上述供電電壓是否大於上述參考電壓，當上述供電電壓大於上述參考電壓時輸出一第一訊號，當上述供電電壓小於或等於上述參考電壓時輸出一第二訊號；以及一開關，耦接於上述第一電源線以及上述第二電源線之間，具有一控制輸入端耦接至上述輸出端，其中當接收到上述第二訊號時，上述開關將上述第一電源線耦接至上述第二電源線其中當上述供電電壓大於上述參考電壓時，上述開關阻斷上述第一電源線耦接至上述第二電源線。
此外，本發明提出一種過電壓保護方法，適用於一通用串列匯流排連接埠，其中上述通用串列匯流排連接埠透過一連接線耦接至一通用串列匯流排主機，上述通用串列匯流排主機透過一第一電源線提供一供電電壓至上述通用串列匯流排連接埠之一第二電源線，並且上述通用串列匯流排主機發出一供電信號至上述通用串列匯流排連接埠，步驟包括：接收上述通用串列匯流排主機所發出之上述供電信號，並根據上述供電信號判斷上述供電電壓是否大於上述參考電壓；當上述通用串列匯流排主機發出之上述供電電壓大於一參考電壓時，阻斷上述通用串列匯流排主機提供上述供電電壓至上述通用串列匯流排連接埠之上述第二電源線；以及當上述信號判斷裝置根據上述供電信號判斷上述供電電壓大於上述參考電壓，且上述電壓保護裝置阻斷上述通用串列匯流排主機提供之上述供電電壓至上述通用串列匯流排連接埠之上述第二電源線時，發出一訊息通知上述系統上述供電電壓大於上述參考電壓，其中上述訊息係顯示於上述系統之一顯示器之一文字訊息。
其中過電壓保護方法之步驟更包括：當上述供電電壓沒有大於上述參考電壓時，上述開關將上述第一電源線耦接至上述第二電源線；以及當上述供電電壓大於上述參考電壓時，上述開關阻斷上述第一電源線耦接至上述第二電源線。
本發明更提出一種過電壓保護電路，適用於一系統，包括：一電壓判斷電路，具有一第一輸入端、一第二輸入端以及一第一輸出端，上述第一輸入端耦接至一第一參考電壓，上述第二輸入端耦接至一供應電壓，其中當上述供應電壓高於上述第一參考電壓時，上述第一輸出端輸出一第一電壓位準，當上述供應電壓小於等於上述參考電壓時，上述輸出端輸出一第二電壓位準；一開關電路，接收上述供應電壓並耦接於上述第一輸出端其中當上述第一輸出端輸出上述第一電壓位準時，則停止供應上述供應電壓至上述系統，當上述第一輸出端輸出上述第二電壓位準時，則供應上述供應電壓至上述系統；一信號判斷電路，具有一第二輸出端且接收一供電信號，其中當上述供電信號顯示上述供電電壓大於一第二參考電壓，則上述信號輸出端發出一第一信號；以及一邏輯判斷電路，耦接至上述電壓判斷電路之上述第一輸出端以及上述信號判斷電路之上述第二輸出端，其中當同時接收到上述第一電壓位準以及上述第一信號時，通知上述系統發出一文字訊息，其中上述訊息係顯示於上述系統之一顯示器之一文字訊息。
101‧‧‧通用串列匯流排主機
102‧‧‧Y型通用串列匯流排纜線
103‧‧‧支援PD功能的通用串列匯流排連接埠
104、207、407‧‧‧不支援PD功能的通用串列匯流排連接埠
105、205、405‧‧‧系統
201‧‧‧過電壓保護裝置
203、303、403‧‧‧電壓保護裝置
204、304、404‧‧‧信號判斷裝置
206、306、406‧‧‧控制器
311‧‧‧信號接收器
312‧‧‧處理器
411‧‧‧比較器
412‧‧‧開關
501~504‧‧‧步驟流程
Vbus‧‧‧供應電壓
Vref‧‧‧參考電壓
Spwr‧‧‧供電信號
So‧‧‧輸出信號
第1圖係顯示根據本發明之一實施例所述之Y型通用串列匯流排纜線之應用示意圖。
第2圖係顯示根據本發明之一實施例所述之過電壓保護裝置之方塊圖。
第3圖係顯示根據本發明之一實施例所述之信號判斷裝置之方塊圖。
第4圖係顯示根據本發明之一實施例所述之電壓保護裝置之電路圖。
第5圖係顯示根據本發明之一實施例所述之過電壓保護方法之流程圖。
為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特例舉一較佳實施例，並配合所附圖式，來作詳細說明如下：以下將介紹係根據本發明所述之較佳實施例。必須要說明的是，本發明提供了許多可應用之發明概念，在此所揭露之特定實施例，僅是用於說明達成與運用本發明之特定方式，而不可用以侷限本發明之範圍。
第1圖係顯示根據本發明之一實施例所述之Y型通用串列匯流排纜線之應用示意圖。如第1圖所示，通用串列匯流排主機101耦接至Y型通用串列匯流排纜線102之一端，並且藉由Y型通用串列匯流排纜線102耦接至一系統105，其中通用串列匯流排主機101支援Power Deliver。Y型通用串列匯流排纜線102除了一端耦接至通用串列匯流排主機101，其餘兩端分別 耦接至系統105之支援PD功能的通用串列匯流排連接埠103以及不支援PD功能的通用串列匯流排連接埠104。根據本發明之一實施例，通用串列匯流排主機101可透過支援PD功能的通用串列匯流排連接埠103對系統105充電，而同時經由不支援PD功能的通用串列匯流排連接埠104傳輸資料至系統105。根據本發明之一實施例，支援PD功能的通用串列匯流排使用的是12V或是20V之供應電壓，而不支援PD功能的通用串列匯流排使用的是5V之供應電壓。當Y型通用串列匯流排纜線102之一端插入至系統105之不支援PD功能的通用串列匯流排連接埠104，勢必要有一保護裝置避免不支援PD功能的通用串列匯流排連接埠104因為過高電壓而燒毀。
第2圖係顯示根據本發明之一實施例所述之過電壓保護裝置之方塊圖。過電壓保護裝置201位於第1圖之Y型通用串列匯流排纜線102中，用於保護系統205避免因過高電壓而燒毀，其中第2圖之系統205與第1圖之系統105相同。
如第2圖所示，過電壓保護裝置201包括電壓保護裝置203、信號判斷裝置204以及控制器206。電壓保護裝置203耦接至第1圖之通用串列匯流排主機101所提供之供電電壓Vbus，並將供電電壓Vbus與參考電壓Vref相比較，當供電電壓Vbus小於等於參考電壓Vref時，電壓保護裝置203將供電電壓Vref傳送至系統205之操作電壓Vpwr。反之，當供電電壓Vbus大於參考電壓Vref時，電壓保護裝置203停止將供電電壓Vref傳送至系統205之操作電壓Vpwr。
過電壓保護裝置201更包括信號判斷裝置204，接 收第1圖之通用串列匯流排主機101所發出之供電信號Spwr，並根據供電信號Spwr判斷通用串列匯流排主機101提供之供電電壓Vbus是否大於參考電壓Vref。
電壓保護裝置203以及信號判斷裝置204同時耦接至控制器206，當電壓保護裝置203阻斷第1圖之通用串列匯流排主機101提供之供電電壓Vbus至系統205之不支援PD功能的通用串列匯流排連接埠207，且信號判斷裝置204根據供電信號Spwr判斷通用串列匯流排主機101提供之供電電壓Vbus大於參考電壓Vref時，控制器206發出一訊息通知系統205供電電壓Vbus大於參考電壓Vref。根據本發明之一實施例，控制器206發出一文字訊息並顯示於系統205之顯示器，通知使用者移除耦接至不支援PD功能的通用串列匯流排連接埠207之連接線。
第3圖係顯示根據本發明之一實施例所述之信號判斷裝置之方塊圖。如第3圖所示，信號判斷裝置304包括信號接收器311以及處理器312。信號接收器311用以接收第1圖之通用串列匯流排主機101所發出之供電信號Spwr，並傳送至處理器312。處理器312根據信號接收器311接收之供電信號Spwr，判斷第1圖之通用串列匯流排主機101提供至電壓保護裝置303之供電電壓Vbus是否大於參考電壓Vref，並將結果傳送至控制器306。
第4圖係顯示根據本發明之一實施例所述之電壓保護裝置之電路圖。如第4圖所示，電壓保護裝置403包括比較器411以及開關412。比較器411具有一輸出端以及二輸入端，輸出端輸出一輸出信號So，輸入端分別耦接至供電電壓Vbus 以及參考電壓Vref。根據本發明之一實施例，當供電電壓Vbus大於參考電壓Vref，輸出信號So輸出一高邏輯位準而將開關412關閉，阻斷提供供電電壓Vbus至不支援PD功能的通用串列匯流排連接埠407。反之，當供電電壓Vbus小於參考電壓Vref，輸出信號So輸出一低邏輯位準而將開關412導通，持續提供供電電壓Vbus至不支援PD功能的通用串列匯流排連接埠407。在此開關412為一PMOS電晶體僅為本發明之一實施例，並不以任何形式限定，亦可為NMOS電晶體或其他一切能夠實現利用比較器411之輸出端So控制而導通關閉之開關元件。
第5圖係顯示根據本發明之一實施例所述之過電壓保護方法之流程圖。以下關於第5圖之說明，將搭配第1、4圖一併詳細說明。一開始，第4圖之信號判斷裝置404接收第1圖之通用串列匯流排主機101所發出之供電信號Spwr，信號判斷裝置404並根據第1圖之通用串列匯流排主機101所發出之供電信號Spwr判斷供電電壓Vbus是否大於參考電壓Vref(步驟501)。當第1圖之通用串列匯流排主機101發出之供電電壓Vbus大於參考電壓Vref時，第4圖之電壓保護裝置403阻斷第1圖之通用串列匯流排主機101提供之供電電壓Vbus傳導至不支援PD功能的通用串列匯流排連接埠407(步驟502)。當第4圖信號判斷裝置404根據供電信號Spwr也判斷供電電壓Vbus大於參考電壓Vref，控制器406發出一訊息通知系統405供電電壓Vbus大於參考電壓Vref(步驟503)。根據本發明之一實施例，控制器406發出一文字訊息顯示於系統405之顯示器，通知使用者移除耦接至不支援PD功能的通用串列匯流排連接埠407之連接線。
當第1圖之通用串列匯流排主機101發出之供電電壓Vbus小於或等於參考電壓Vref時，第4圖之電壓保護裝置403持續將第1圖之通用串列匯流排主機101提供之供電電壓Vbus傳導至不支援PD功能的通用串列匯流排連接埠407(步驟504)。
以上敘述許多實施例的特徵，使所屬技術領域中具有通常知識者能夠清楚理解本說明書的形態。所屬技術領域中具有通常知識者能夠理解其可利用本發明揭示內容為基礎以設計或更動其他製程及結構而完成相同於上述實施例的目的及/或達到相同於上述實施例的優點。所屬技術領域中具有通常知識者亦能夠理解不脫離本發明之精神和範圍的等效構造可在不脫離本發明之精神和範圍內作任意之更動、替代與潤飾。
201‧‧‧過電壓保護裝置
203‧‧‧電壓保護裝置
204‧‧‧信號判斷裝置
205‧‧‧系統
206‧‧‧控制器
207‧‧‧不支援PD功能的通用串列匯流排連接埠

Claims (9)

  1. 一種過電壓保護裝置，適用於一系統之一通用串列匯流排連接埠，其中上述通用串列匯流排連接埠透過一連接線耦接至一通用串列匯流排主機，上述通用串列匯流排主機透過一第一電源線提供一供電電壓至上述通用串列匯流排連接埠之一第二電源線，並且上述通用串列匯流排主機發出一供電信號至上述通用串列匯流排連接埠，包括：一信號判斷裝置，接收上述通用串列匯流排主機所發出之上述供電信號，並根據上述供電信號判斷上述供電電壓是否大於上述參考電壓，其中上述信號判斷裝置更包括：一信號接收器，接收上述通用串列匯流排主機所發出之上述供電信號；以及一處理器，根據上述信號接收器接收之上述供電信號判斷上述供電電壓是否大於上述參考電壓，並將結果傳送至上述控制器；一電壓保護裝置，當上述通用串列匯流排主機發出之上述供電電壓大於一參考電壓時，阻斷上述通用串列匯流排主機提供上述供電電壓至上述通用串列匯流排連接埠之上述第二電源線；以及一控制器，當上述信號判斷裝置根據上述供電信號判斷上述供電電壓大於上述參考電壓，且上述電壓保護裝置阻斷上述通用串列匯流排主機提供之上述供電電壓至上述通用串列匯流排連接埠之上述第二電源線時，發出一訊息通知上述系統上述供電電壓大於上述參考電壓。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之過電壓保護裝置，其中上述訊息係顯示於上述系統之一顯示器之一文字訊息。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之過電壓保護裝置，其中上述電壓保護裝置更包括：一比較器，具有一輸出端，用以判斷上述供電電壓是否大於上述參考電壓，當上述供電電壓大於上述參考電壓時輸出一第一訊號，當上述供電電壓小於或等於上述參考電壓時輸出一第二訊號；以及一開關，耦接於上述第一電源線以及上述第二電源線之間，具有一控制輸入端耦接至上述輸出端，其中當接收到上述第二訊號時，上述開關將上述第一電源線耦接至上述第二電源線。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之過電壓保護裝置，其中當上述供電電壓大於上述參考電壓時，上述開關阻斷上述第一電源線耦接至上述第二電源線。
  5. 一種過電壓保護方法，適用於一通用串列匯流排連接埠，其中上述通用串列匯流排連接埠透過一連接線耦接至一通用串列匯流排主機，上述通用串列匯流排主機透過一第一電源線提供一供電電壓至上述通用串列匯流排連接埠之一第二電源線，並且上述通用串列匯流排主機發出一供電信號至上述通用串列匯流排連接埠，步驟包括：接收上述通用串列匯流排主機所發出之上述供電信號，並根據上述供電信號判斷上述供電電壓是否大於上述參考電壓，其中更包括： 利用一信號接收器，接收上述通用串列匯流排主機所發出之上述供電信號；以及利用一處理器，根據上述信號接收器接收之上述供電信號判斷上述供電電壓是否大於上述參考電壓；當上述通用串列匯流排主機發出之上述供電電壓大於一參考電壓時，阻斷上述通用串列匯流排主機提供上述供電電壓至上述通用串列匯流排連接埠之上述第二電源線；以及當上述信號判斷裝置根據上述供電信號判斷上述供電電壓大於上述參考電壓，且上述電壓保護裝置阻斷上述通用串列匯流排主機提供之上述供電電壓至上述通用串列匯流排連接埠之上述第二電源線時，發出一訊息通知上述系統上述供電電壓大於上述參考電壓。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之過電壓保護方法，其中上述訊息係顯示於上述系統之一顯示器之一文字訊息。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之過電壓保護方法，其中步驟更包括：當上述供電電壓沒有大於上述參考電壓時，上述開關將上述第一電源線耦接至上述第二電源線；以及當上述供電電壓大於上述參考電壓時，上述開關阻斷上述第一電源線耦接至上述第二電源線。
  8. 一種過電壓保護裝置，適用於一系統，包括：一電壓判斷電路，具有一第一輸入端、一第二輸入端以及一第一輸出端，上述第一輸入端耦接至一第一參考電壓，上述第二輸入端耦接至一供應電壓，其中當上述供應電壓高於上述 第一參考電壓時，上述第一輸出端輸出一第一電壓位準，當上述供應電壓小於等於上述參考電壓時，上述輸出端輸出一第二電壓位準；一開關電路，接收上述供應電壓並耦接於上述第一輸出端其中當上述第一輸出端輸出上述第一電壓位準時，則停止供應上述供應電壓至上述系統，當上述第一輸出端輸出上述第二電壓位準時，則供應上述供應電壓至上述系統；一信號判斷電路，具有一第二輸出端且接收一供電信號，其中當上述供電信號顯示上述供電電壓大於一第二參考電壓，則上述信號輸出端發出一第一信號，其中上述信號判斷電路更包括：一信號接收器，接收上述通用串列匯流排主機所發出之上述供電信號；以及一處理器，根據上述信號接收器接收之上述供電信號判斷上述供電電壓是否大於上述參考電壓，並將結果傳送至上述控制器；以及一邏輯判斷電路，耦接至上述電壓判斷電路之上述第一輸出端以及上述信號判斷電路之上述第二輸出端，其中當同時接收到上述第一電壓位準以及上述第一信號時，通知上述系統發出一文字訊息。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之過電壓保護裝置，其中上述訊息係顯示於上述系統之一顯示器之一文字訊息。
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