TWI532285B - 電子裝置之保護電路及保護方法 - Google Patents

Description

電子裝置之保護電路及保護方法

本發明係關於一種保護電路，且特別是應用於一電子裝置之一保護電路及其控制方法。

現行電子裝置之保護電路係透過對電子裝置之各種輸出信號進行偵測，以獲取對應之感測信號，隨後透過軟體方式或硬體方式比對感測信號與參考信號，以判斷電子裝置是否過載。

舉例來說，第1圖繪示係習知技術中電子裝置之保護電路100的電路方塊示意圖。習知保護電路100包括參考電壓產生電路110、比較單元120、處理單元130以及類比數位轉換單元140。參考電壓產生電路110係用以產生電子裝置之保護位準對應的參考電壓位準，例如，1.2V、1.8V、2.5V或是3.3V。

比較單元120係用以比對電子裝置產生之輸出信號對應的感測信號以及參考電壓位準。當電子裝置之輸出過載時，感測信號到達參考電壓位準，比較單元120輸出相對應之比較結果給處理單元130。因此，處理單元130可在感測信號到達參考電壓位準時產生錯誤訊息，並停止輸出控制信號，以關斷電子裝置，達到電路過載保護之功能。

然而，若感測信號因外界瞬間雜訊而超出參考電壓位準時，保護電路100仍會產生錯誤訊息，並停止輸出控制信號，進而關斷電子裝置，造成電子裝置之誤動作。此外， 保護電路100中必須具備參考電壓產生電路110，使得電路設計成本增加。

第2圖繪示係習知技術中另一種電子裝置之保護電路200的電路方塊示意圖。保護電路200包括類比數位轉換單元240以及處理單元230，其中，類比數位轉換單元240用以將電子裝置產生之輸出信號對應的感測信號轉換為數位型式，以傳送至處理單元230中與預設參考位準進行比對。當感測信號到達預設參考位準時，處理單元230可產生錯誤信息，並停止輸出控制信號，以關斷電子裝置，達到電路過載保護之功能。然而在本習知技術中，處理單元230係以輪詢方式判斷感測信號是否到達預設參考位準時，則處理單元230之輪詢週期可能隨著電子裝置之複雜度的增加而提升至數秒，使得保護電路200之即時保護功能大打折扣。

因此，迄今習知技術仍具有上述缺陷與不足之處需要解決。

於一較佳實施例中，本發明提供一種電子裝置之保護電路，其包括數位類比轉換單元、比較單元以及處理單元。 數位類比轉換單元用以輸出一類比參考信號，且類比參考信號具有一第一位準。比較單元電性耦接數位類比轉換單元，並用以比對一感測信號與類比參考信號，其中比較單元係於感測信號之位準高於或等於第一位準時輸出一比較信號。處理單元電性耦接數位類比轉換單元以及比較單 元，用以產生一致能信號啟動一控制電路，並用以接收比較信號而輸出一中斷信號暫停控制電路。當控制電路暫停後再經致能信號啟動時，處理單元輸出一位準調變信號至數位類比轉換單元，數位類比轉換單元依據位準調變信號調整所輸出之類比參考信號。

於一較佳實施例中，本發明更提供一種電子裝置之保護方法，其包括下列操作步驟。首先，比對一感測信號與一類比參考信號，並於感測信號之位準高於或等於類比參考信號之位準時，產生一比較信號。其次，依據比較信號產生一中斷信號暫停一控制電路。再者，當控制電路暫停後且啟動控制電路之一致能信號產生時，產生一位準調變信號。此外，依據位準調變信號調整類比參考信號之位準。

根據本發明之技術內容，應用前述電子裝置之保護電路及保護方法，在錯誤發生時立即暫停控制電路之操作，隨後再調整及放寬參考位準，以確認是否真正發生異常，或是否由雜訊、突波干擾所導致，並且於確認異常及多次暫停操作後直接關閉控制電路或整體系統，避免控制電路或系統繼續運作而受損。

本發明內容旨在提供本揭示內容的簡化摘要，以使閱讀者對本揭示內容具備基本的理解。此發明內容並非本揭示內容的完整概述，且其用意並非在指出本發明實施例的重要/關鍵元件或界定本發明的範圍。

以下將以圖式及詳細敘述清楚說明本揭示內容之精 神，任何所屬技術領域中具有通常知識者在瞭解本揭示內容之較佳實施例後，當可由本揭示內容所教示之技術，加以改變及修飾，其並不脫離本揭示內容之精神與範圍。

關於本文中所使用之『耦接』或『連接』，均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，而『耦接』還可指二或多個元件相互操作或動作。

第3圖繪示係依照本揭示內容之一較佳實施方式的一種電子裝置之保護電路的電路方塊示意圖。保護電路300包括數位類比轉換單元310、比較單元320以及處理單元330，且數位類比轉換單元310、比較單元320與處理單元330相互耦接以形成一閉迴路(closed loop)。

此外，保護電路300包括輸入端350、第一輸出端360以及第二輸出端370，其中，輸入端350係用以接收一感測信號，且此感測信號是一類比信號，其對應所偵測到的電壓信號、電流信號、功率信號以及溫度信號中之至少一者，第一輸出端360係連接至一控制電路365，第二輸出端370係連接至一使用者介面。

如第3圖所示，數位類比轉換單元310係用以輸出一類比參考信號，而比較單元320電性耦接數位類比轉換單元310，並用以比對感測信號與類比參考信號。在正常操作狀態下，感測信號之位準低於類比參考信號之位準，而在操作異常情形(如：電壓、電流或溫度過高)下，感測信號之位準則高於或等於類比參考信號之位準。當感測信號之位準高於或等於類比參考信號之位準時，比較單元320 輸出比較信號。其次，處理單元330電性耦接數位類比轉換單元310以及比較單元320；在正常操作狀態下，處理單元330用以產生一致能信號經由第一輸出端360輸出，以啟動位於保護電路300外部之控制電路365(如：脈衝寬度調變控制電路)，而在操作異常情形下，處理單元330則用以接收比較信號而輸出一中斷信號暫停上述控制電路365(或進一步暫停整體系統的運轉)。

此外，當控制電路365暫停後再經致能信號啟動時，處理單元330透過一回授路徑380輸出一位準調變信號至數位類比轉換單元310，且數位類比轉換單元310依據位準調變信號調整所輸出之類比參考信號。

實作上，數位類比轉換單元310與比較單元320可以電路型式或其它硬體方式來實現(例如：數位類比轉換器電路以及比較器電路)，而處理單元330則可以硬體搭配軟體的方式來實現，但不以此為限。

在一較佳實施例中，數位類比轉換單元310、比較單元320與處理單元330係共同整合於一微控制器(MCU)中。如此一來，於微控制器中便可透過數位類比轉換單元310和比較單元320處理類比信號，使得信號處理速度加快，讓操作異常的情形(如：過電壓、過電流、...等)能夠即時且有效地由處理單元330判斷，並由處理單元330迅速地中斷控制電路365的運作，或者進一步關閉(shut down)控制電路365，以避免控制電路365損壞而造成整體系統受損。

在另一較佳實施例中，前述保護電路300即是以一微 控制器來實現，亦即直接以微控制器來實現前述保護電路300判斷感測信號進而保護整體系統的機制。

第4圖繪示如第3圖所示之處理單元其較佳實施方式的電路示意圖。如第4圖所示，處理單元330包括一及閘(AND gate)335，且及閘335具有第一閘輸入端336、第二閘輸入端337以及閘輸出端338，其中第一閘輸入端336用以接收比較單元320所輸出之比較信號，第二閘輸入端337用以接收一預設臨界信號，閘輸出端338則用以輸出中斷信號。一般而言，前述預設臨界信號可以依據不同情形或是實際需求而經預先設定，例如預設臨界信號可經預先設定為對應900安培的電流臨界值。

於操作上，當異常的情形(如：過電流)發生時，比較單元320據以輸出比較信號(亦即具高邏輯位準的信號)，而此時預設臨界信號(例如：對應900安培之電流臨界值的高邏輯位準信號)亦相對應產生，則及閘335會對比較信號和預設臨界信號進行邏輯運算，以產生相應的高邏輯位準信號作為中斷信號，藉此暫停外部控制電路及其運作，或進一步暫停整體系統的運轉。

需注意的是，前述比較信號亦可以不經由處理單元330處理，而是直接輸出作為中斷信號，藉此暫停外部之控制電路及其運作，或進一步暫停整體系統的運轉。

第5圖繪示係依照本揭示內容之另一較佳實施方式的一種具有保護電路之電子裝置的電路方塊示意圖。在本較佳實施例中，電子裝置50包括感測電路52以及如第3圖所示之保護電路300，其中感測電路52之一端電性耦接保 護電路300之輸入端350，其另一端係連接電子裝置中需感測的部份，感測電路52在對需感測的部份中之電壓、電流、溫度、...等相關參數進行感測之後，輸出感測信號至保護電路300之輸入端350。於本實施例中，保護電路300之裝置結構與配置方式與前述實施方式相似，故在此不再贅述。

在另一較佳實施例中，前述處理單元330係依據接收比較信號之次數來決定是否輸出一關閉信號關閉控制電路365，使控制電路365完全停止運作(或整體系統完全停止運轉)。具體來說，處理單元330輸出位準調變信號至數位類比轉換單元310，數位類比轉換單元310依據位準調變信號調整所輸出之類比參考信號，使得類比參考信號具有不同的位準，接著，比較單元320再比對感測信號與類比參考信號，並同樣於感測信號之位準高於或等於類比參考信號之位準時輸出比較信號，處理單元330再依據比較信號輸出中斷信號暫停控制電路365，依此類推反覆進行，而處理單元330更判斷接收到比較信號的次數，並於接收到比較信號的次數達一預定次數(如：3次)時輸出關閉信號，以關閉控制電路365。

在另一較佳實施例中，當處理單元330輸出關閉信號關閉控制電路365時，處理單元330透過第二輸出端370輸出一錯誤信號，以供聲音警示或顯示於一使用者介面以通知使用者。

如此一來，便可先透過中斷信號暫停控制電路365，以判斷是否確實為異常情形發生，抑或是由雜訊、突波干 擾所導致，並且於判斷確認異常以及多次暫停操作後直接關閉控制電路365或整體系統，避免控制電路365或系統繼續運作而受損。

下述將以一實施例來說明如第3圖所示之保護電路300其操作時的情形。第6圖繪示如第3圖所示之保護電路其操作時的信號波形示意圖。同時參照第3圖和第6圖，首先，於時間t1，類比參考信號具有第一警示位準，且處理單元330正常操作狀態下產生致能信號(即高位準信號)，以啟動位於保護電路300外部之控制電路365(如：脈衝寬度調變控制電路)。

接著，於時間t2，當異常情形(如：過電流)發生時，相對應之感測信號的位準上升而等於或高於第一警示位準，此時比較單元320相應輸出比較信號，且處理單元330相應輸出中斷信號(即低位準信號)，以暫停控制電路365或整體系統的運轉。

需特別說明的是，在此可以同一控制信號的高位準狀態及低位準狀態分別代表致能信號和中斷信號，但亦可依據實際需求分設不同的信號分別作為致能信號和中斷信號，另外，在處理單元330輸出中斷信號後的一預設時間區間內，該處理單元330係恢復輸出致能訊號。

其次，於時間t3，處理單元330透過回授路徑380輸出位準調變信號至數位類比轉換單元310，且數位類比轉換單元310依據位準調變信號調整所輸出之類比參考信號，使得類比參考信號具有第二警示位準，且第二警示位準係高於第一警示位準。

比較單元320接著比對感測信號與具有第二警示位準之類比參考信號。然後，於時間t4，當異常情形又發生時，相對應之感測信號的位準上升而等於或高於第二警示位準，此時比較單元320相應輸出比較信號，且處理單元330相應輸出中斷信號(即低位準信號)，以暫停控制電路365或整體系統的運轉。

需特別說明的是，若此時處理單元330判斷接收到比較信號的次數達一預定次數(如：2次)的話，則處理單元330可改為輸出關閉信號(即低位準信號)，以關閉控制電路365，以及在處理單元330輸出中斷信號後的一預設時間區間內，該處理單元330係恢復輸出致能訊號，且上述該時間區間係可藉由在處理單元330中預設以達到恢復產生致能信號之效果。

另一方面，在處理單元330判斷接收到比較信號的次數達一預定次數(如：3次)的情形下，於時間t5，處理單元330係再次透過回授路徑380輸出位準調變信號至數位類比轉換單元310，且數位類比轉換單元310再次依據位準調變信號調整所輸出之類比參考信號，使得類比參考信號具有第三警示位準，且第三警示位準高於第二警示位準。

比較單元320接著再比對感測信號與具有第三警示位準之類比參考信號。然後，於時間t6，當異常情形又發生時，相對應之感測信號的位準上升而等於或高於第三警示位準，此時比較單元320相應輸出比較信號，且處理單元330判斷接收到比較信號的次數已經達預定次數(如：3 次)，處理單元330依據此比較信號輸出關閉信號(即低位準信號)，以關閉(shut down)控制電路365或整體系統的運轉。

需注意的是，在此可以同一控制信號的不同低位準狀態(如：不同低位準狀態持續時間)來代表中斷信號和關閉信號，但亦可依據實際需求設定不同的信號分別作為中斷信號和關閉信號。

此外，控制電路365或整體系統之運轉關閉時，處理單元330亦可透過第二輸出端370輸出錯誤信號至使用者介面或操作介面，以告知系統端已經發生異常情形。

另一方面，在一些較佳實施例中，前述處理單元330係透過透過軟體設定方式產生位準調變信號至數位類比轉換單元310，或是透過學習機制(如：類神經控制或模糊控制)或經驗累積機制彈性產生位準調變信號。在此所謂學習機制以及經驗累積機制，係指透過軟體，並加入環境參數，預先設定數個參考位準、利用查表法或配合上述類神經控制或模糊控制等機制來產生位準調變信號，以達到輸出最佳參考位準之效果。如此，上述方式可使類比參考信號可彈性調整或放寬，以排除瞬間雜訊所造成之異常誤判動作。

第7圖繪示係依照本揭示內容之一較佳實施方式的一種電子裝置之保護方法的流程示意圖。首先，比對感測信號與類比參考信號(步驟702)，接著判斷感測信號之位準是否高於或等於類比參考信號之位準(步驟704)，其中感測信號是一類比信號，其對應所偵測到的電壓信號、電流 信號、功率信號以及溫度信號中之至少一者。

當感測信號之位準低於類比參考信號之位準時，持續產生一致能信號至一控制電路(如：脈衝寬度調變控制電路)(步驟706)，並回到步驟704，繼續判斷感測信號之位準是否高於或等於類比參考信號之位準。當感測信號之位準高於或等於類比參考信號之位準時(如：異常情形下電壓、電流或溫度過高)，則產生一比較信號(步驟708)，並依據比較信號產生中斷信號暫停控制電路(步驟710)。

然後，當控制電路暫停後而啟動控制電路之致能信號於一時間區間內恢復產生時，產生一位準調變信號(步驟712)，之後依據位準調變信號調整類比參考信號之位準(步驟714)，使得類比參考信號可供進一步再與感測信號作比對。接著，於類比參考信號之位準經調整之後，回到步驟702，並重新進行步驟702至步驟714，依此類推。

需注意的是，前述經多次重複進行步驟702至步驟714之後，亦可於步驟708之後，依據比較信號產生一關閉信號關閉控制電路(或整體系統)，以結束前述流程，另外，上述該時間區間係可藉由在處理單元中預設以達到恢復產生致能信號之效果。

第8圖繪示係依照本揭示內容之另一較佳實施方式的一種電子裝置之保護方法的流程示意圖。相較於第7圖而言，在本實施例中，前述保護方法更包括在步驟708之後，判斷比較信號產生之次數是否達一預定次數(如：3次)(步驟720)。當比較信號產生之次數未達預定次數時，則進行步驟710，依據比較信號產生中斷信號暫停控制電路；相 反地，當比較信號產生之次數已經達預定次數時，則依據比較信號產生一關閉信號關閉控制電路(步驟722)。

另一方面，於第7圖或第8圖所示之實施例中，前述保護方法更可包括當比較信號產生之次數達預定次數時，產生一錯誤信號以供警示，或輸出錯誤信號至使用者介面或操作介面，以告知系統端已經發生異常情形(如：電壓、電流或溫度過高)。在另一較佳實施例中，前述保護方法亦可於每次產生中斷信號暫停控制電路時即產生錯誤信號，以供警示。

此外，於第7圖或第8圖所示之實施例中，步驟702、704、708係由一比較單元所執行，步驟706、720、710、712、722係由一處理單元所執行，而步驟714則由一數位類比轉換單元所執行，其中，於一較佳實施例中，比較單元、處理單元及類比轉換單元共同整合於一微控制器(MCU)中。

其次，第7圖或第8圖所示之保護方法亦可應用於第3圖所示之實施例中，亦即利用第3圖中的比較單元320、處理單元330及數位類比轉換單元310來執行上述步驟。

相較於習知作法，在本揭示內容之實施例中，可在不增加電路成本下將數位類比轉換器電路以及比較器電路整合並內建於微控制器中，藉此透過數位類比轉換器電路和比較器電路處理類比信號，使得信號處理速度加快，以即時且有效地發現操作異常的情形(如：過電壓、過電流、...等)，進而中斷微控制器外部之控制電路的運作，或者進一步關閉(shut down)控制電路，以避免控制電路損壞而造 成整體系統受損。

此外，更可在前述保護電路中透過具學習機制或經驗累積機制的方式，彈性調整數位類比轉換器電路所輸出之類比參考信號的位準，使電子裝置可依據不同應用環境產生微調輸出信號。再者，透過數位回授方式調整數位類比轉換器電路所輸出之參考信號的位準，可降低電路設計複雜度，減少製程或元件的誤差所造成之參考位準偏移。

其次，本揭示內容同時具備軟體和硬體保護機制，可在錯誤發生時立即透過硬體的輸出暫停控制電路之操作，隨後再以軟體設定方式漸進調整及放寬參考位準，以確認是否真正發生異常，或是否由雜訊、突波干擾所導致，並且於確認異常及多次暫停操作後直接關閉控制電路或整體系統，避免控制電路或系統繼續運作而受損。

在本揭示內容中所提及的步驟，除特別敘明其順序者外，均可依實際需要調整其前後順序，甚至可同時或部分同時執行，而不以上述為限。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範 圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100、200、300‧‧‧保護電路

110‧‧‧參考電壓產生電路

120、320‧‧‧比較單元

130、230、330‧‧‧處理單元

140、240‧‧‧類比數位轉換單元

150、250、350‧‧‧輸入端

160、260、360‧‧‧第一輸出端

170、270、370‧‧‧第二輸出端

310‧‧‧數位類比轉換單元

335‧‧‧及閘

336‧‧‧第一閘輸入端

337‧‧‧第二閘輸入端

338‧‧‧閘輸出端

365‧‧‧控制電路

380‧‧‧回授路徑

50‧‧‧電子裝置

52‧‧‧感測電路

702、704、706、708、710、712、714、720、722‧‧‧步驟

為讓本發明之上述和其他目的、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圖繪示係習知技術中電子裝置之保護電路的電路 方塊示意圖。

第2圖繪示係習知技術中另一種電子裝置之保護電路的電路方塊示意圖。

第3圖繪示係依照本揭示內容之一較佳實施方式的一種電子裝置之保護電路的電路方塊示意圖。

第4圖繪示如第3圖所示之處理單元其較佳實施方式的電路示意圖。

第5圖繪示係依照本揭示內容之另一較佳實施方式的一種具有保護電路之電子裝置的電路方塊示意圖。

第6圖繪示如第3圖所示之保護電路其操作時的信號波形示意圖。

第7圖繪示係依照本揭示內容之一較佳實施方式的一種電子裝置之保護方法的流程示意圖。

第8圖繪示係依照本揭示內容之另一較佳實施方式的一種電子裝置之保護方法的流程示意圖。

300‧‧‧保護電路

310‧‧‧數位類比轉換單元

320‧‧‧比較單元

330‧‧‧處理單元

350‧‧‧輸入端

360‧‧‧第一輸出端

365‧‧‧控制電路

370‧‧‧第二輸出端

380‧‧‧回授路徑

Claims (14)

1. 一種保護電路，包括：一數位類比轉換單元，用以輸出一類比參考信號，該類比參考信號具有一第一位準；一比較單元，電性耦接該數位類比轉換單元，並用以比對一感測信號與該類比參考信號，其中該比較單元係於該感測信號之位準高於或等於該第一位準時輸出一比較信號；以及一處理單元，電性耦接該數位類比轉換單元之輸入端以及該比較單元之輸出端，用以產生一致能信號啟動一控制電路，並用以接收該比較信號而輸出一中斷信號暫停該控制電路；其中當該控制電路暫停後再經該致能信號啟動時，該處理單元輸出一位準調變信號至該數位類比轉換單元，該數位類比轉換單元依據該位準調變信號調整所輸出之該類比參考信號，其中該處理單元係依據接收該比較信號之次數來決定是否輸出一關閉信號關閉該控制電路。
2. 如請求項1所述之保護電路，其中該類比參考信號經調整後具有一第二位準，該第二位準高於該第一位準。
3. 如請求項2所述之保護電路，其中該比較單元更用以比對該感測信號與具有該第二位準之該類比參考信號，並於該感測信號之位準高於或等於該第二位準時輸出該比較信號，且該處理單元用以依據該比較信號暫停或關閉該 控制電路。
4. 如請求項3所述之保護電路，其中該處理單元係於該控制電路暫停時輸出該位準調變信號至該數位類比轉換單元，該數位類比轉換單元依據該位準調變信號調整所輸出之該類比參考信號，使得該類比參考信號具有一第三位準，其中該第三位準高於該第二位準。
5. 如請求項4所述之保護電路，其中該比較單元更用以比對該感測信號與具有該第三位準之該類比參考信號，並於該感測信號之位準高於或等於該第三位準時輸出該比較信號，且該處理單元依據該比較信號輸出一關閉信號關閉該控制電路。
6. 如請求項1所述之保護電路，其中當該處理單元輸出該關閉信號關閉該控制電路時，該處理單元並輸出一錯誤信號。
7. 如請求項1所述之保護電路，其中該處理單元更包括：一及閘，具有一第一閘輸入端、一第二閘輸入端以及一閘輸出端，其中該第一閘輸入端用以接收該比較信號，該第二閘輸入端用以接收一預設臨界信號，該閘輸出端用以輸出該中斷信號。
8. 如請求項1所述之保護電路，其中該數位類比轉換單元、該比較單元與該處理單元係共同整合於一微控制器中。
9. 如請求項1所述之保護電路，其中該感測信號係對應電壓信號、電流信號、功率信號以及溫度信號中之至少一者。
10. 如請求項1所述之保護電路，其中該處理單元係透過一軟體設定方式或一動態學習機制產生該位準調變信號。
11. 一種電子裝置之保護方法，包括：(a)比對一感測信號與一類比參考信號，並於該感測信號之位準高於或等於該類比參考信號之位準時，產生一比較信號；(b)依據該比較信號產生一中斷信號暫停一控制電路；(c)當該控制電路暫停後且啟動該控制電路之一致能信號產生時，產生一位準調變信號；以及(d)依據該位準調變信號調整該類比參考信號之位準；(e)於該類比參考信號之位準經調整之後，再次進行步驟(a)至步驟(d)；以及 (f)依據該比較信號產生之次數來決定是否輸出一關閉信號關閉該控制電路。
12. 如請求項11所述之保護方法，其中步驟(f)包括：判斷該比較信號產生之次數是否達一預定次數；以及當該比較信號產生之次數達該預定次數時，產生一關閉信號關閉該控制電路。
13. 如請求項12所述之保護方法，更包括：當該比較信號產生之次數達該預定次數時，產生一錯誤信號以供警示。
14. 如請求項11所述之保護方法，其中步驟(a)係由一比較單元所執行，步驟(b)和步驟(c)係由一處理單元所執行，步驟(d)係由一數位類比轉換單元所執行，且該數位類比轉換單元、該比較單元與該處理單元係共同整合於一微控制器中。