TWI571044B - 高電壓保護系統 - Google Patents

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Description

高電壓保護系統
本發明描述了一種高電壓保護系統，尤指一種用於調整馬達線圈轉速的高電壓保護系統。
隨著科技日新月異，各種高性能的電子產品也被廣泛應用。現今的電子產品除了要求高處理速度、低反應時間、以及高規格的處理器之外，更要求具備可攜性及微型化的體積，以讓使用者能隨時隨地以高效率的方式使用產品。例如蘋果手機(i-phone)的iPhone 5s規格使用了A7處理器，而iPhone 6 Plus規格使用了更高階的A8處理器，或是家用型電腦的中央處理器也從Intel□ Core□ i5演化至Intel□ Core□ i7等級。隨著電子產品內處理器的時脈頻率增加，其所消耗的功率及所產生的溫度也隨之上升。因此，許多散熱風扇、水冷系統、散熱膠及散熱片的散熱品質也被使用者日益重視。在這些散熱機制中，水冷系統的散熱效果最佳，但存在體積大、價格而貴、且高噪音的缺點。散熱膠及散熱片的體積最小，但僅使用了熱導較佳的介質將熱量傳出至空氣，故散熱效果有限。因此，目前大多數的電子產品，其散熱方式仍以散熱風扇為主流。
一般電子產品在使用時，可能會發生電壓不穩定或是瞬間高電壓匯入的情況。例如使用家用電腦時外面發生雷擊而導致交流電壓不穩定，或使用筆記型電腦當電池壽命將近時，電池輸出的電壓也將不穩定，或使用者誤動作將插頭插入不符合規範的插座等。因此，傳統的散熱風扇電路會有兩種設計以保護散熱風扇不被高電壓破壞。第一種傳統的散熱風扇電路內包含過壓保護電路(Over Voltage Protection Circuit)，當異常高電源輸入時，會將風扇電源切斷，而使風扇停止運轉達到保護電路的功能。然而，在風扇停止運轉期間亦失去了其散熱功能。換言之，第一種傳統的散熱風扇電路，在異常高電源輸入時，可能會導致需要被散熱的元件(例如CPU)因過熱而損壞。第二種傳統的散熱風扇電路內包含穩壓電路(Voltage Regulator)，當有異常高電壓輸入時，會將其電壓轉為穩壓電壓以保護風扇電路。然而，當風扇電路在較大的工作電流運作時，穩壓電路的耐瓦功率也必須提高，因此導致穩壓電路的製作尺寸也隨之提高。
本發明一實施例提出一種高電壓保護系統，包含高電壓處理電路、脈波調變訊號輸出電路、驅動電路以及線圈模組。高電壓處理電路用以接收並處理高電壓，脈波調變訊號輸出電路耦接於高電壓處理電路，用以產生脈波調變訊號。驅動電路耦接於脈波調變訊號輸出電路，用以接收脈波調變訊號並依此產生驅動電壓。線圈模組耦接於驅動電路，並根據驅動電壓運轉。脈波調變訊號輸出電路透過高電壓處理電路，根據高電壓的電壓強度，產生對應的脈波調變訊號以保護線圈模組。
本發明另一實施例提出一種高電壓保護系統，包含高電壓處理電路、驅動晶片以及線圈模組。高電壓處理電路用以接收及處理高電壓，並產生脈波調變電壓。驅動晶片耦接於高電壓處理電路，用以產生至少一驅動電壓。線圈模組耦接於驅動晶片，並根據至少一驅動電壓運轉。驅動晶片透過高電壓處理電路，根據高電壓的電壓強度產生對應的至少一驅動電壓以保護線圈模組。
本發明另一實施例提出一種高電壓保護系統，包含穩壓電路、高電壓處理電路、驅動晶片及線圈模組。穩壓電路用以接收高電壓，並將該高電壓降壓為降壓後的高電壓。高電壓處理電路耦接於穩壓電路，用以接收並處理降壓後的高電壓，並產生脈波調變電壓。驅動晶片耦接於高電壓處理電路，用以產生至少一驅動電壓。線圈模組耦接於驅動晶片，並根據至少一驅動電壓運轉。其中驅動晶片透過高電壓處理電路及該穩壓電路，根據高電壓的一電壓強度產生對應的至少一驅動電壓以保護線圈模組。
第1圖係為本發明之高電壓保護系統100的電路架構圖。高電壓保護系統100包含高電壓處理電路10、脈波調變訊號輸出電路11、驅動電路12以及線圈模組13。高電壓處理電路10用以接收並處理高電壓VCC，脈波調變訊號輸出電路11耦接於高電壓處理電路10，用以產生脈波調變訊號PWM。驅動電路12耦接於脈波調變訊號輸出電路11，用以接收脈波調變訊號PWM並依此產生驅動電壓。線圈模組13耦接於驅動電路12，並根據驅動電壓運轉。於高電壓保護系統100中，高電壓處理電路10包含電阻R1、電阻R2及比較器CMP3。電阻R1包含用以接收高電壓VCC的第一端以及第二端。電阻R2包含耦接於電阻R1之第二端的第一端，以及耦接於接地端的第二端。比較器CMP3包含用以接收參考電壓VREF的第一端，耦接於電阻R2之第一端的第二端，以及用以輸出一個比較訊號S至脈波調變訊號輸出電路11的輸出端。高電壓處理電路10的運作模式描述於下，高電壓VCC會被電阻R1及電阻R2分壓，產生分壓電壓VR。接著，比較器CMP3會將分壓電壓VR與參考電壓VREF的電壓強度做比較，若分壓電壓VR大於參考電壓VREF(VR＞VREF)，則比較器CMP3就會輸出包含第一電壓準位的比較訊號S。若分壓電壓VR小於參考電壓VREF(VR＜VREF)，則比較器CMP3就會輸出包含第二電壓準位的比較訊號S。本發明所定義的第一電壓準位的比較訊號S及第二電壓準位的比較訊號S可為兩極性相同的比較訊號(Bipolar Signal)或是兩極性相異的比較訊號(Unipolar Signal)。參考電壓VREF可為系統內定或使用者自訂的直流電壓。而比較訊號S會被脈波調變訊號輸出電路11接收。在高電壓保護系統100中，脈波調變訊號輸出電路11包含多工器MUX。多工器MUX包含用以接收比較訊號S的控制端，用以接收第一訊號OVP的第一端，用以接收第二訊號DPWM的第二端，以及用以輸出脈波調變訊號PWM至驅動電路12的輸出端。在本實施例中，第一訊號OVP可為使用者自訂的風扇轉速過壓保護設定(Over Voltage Protection Fan Rotation Speed Setting)之脈波調變訊號。第二訊號DPWM可為系統預設的脈波調變信號。脈波調變訊號輸出電路11的運作模式如下。當多工器MUX的控制端接收到第一電壓準位的比較訊號S時(VR＞VREF)，多工器MUX就會選擇輸出第一訊號OVP至驅動電路12，換言之，驅動電路12所接收的脈波調變訊號PWM即為第一訊號OVP。當多工器MUX的控制端接收到包含第二電壓準位的比較訊號S時(VR＜VREF)，多工器MUX就會選擇輸出第二訊號DPWM至驅動電路12，換言之，驅動電路12所接收的脈波調變訊號PWM即為第二訊號DPWM。而驅動電路12在接收脈波調變訊號PWM後(可能為第一訊號OVP或第二訊號DPWM)，會產生驅動電壓至線圈模組13。特此說明，驅動電路12所產生的驅動電壓可為任何形式的驅動電壓，例如非差動型(Non-Differential)驅動電壓或是差動型(Differential)驅動電壓，或當線圈模組13為橋式線圈模組時，驅動電路12可產生多個對應於線圈模組13端點的驅動電壓。
在高電壓保護系統100中，高電壓VCC的分壓電壓VR會與參考電壓VREF比較而控制多工器MUX的輸出模式。因此，當高電壓VCC為正常操作電壓的區間時，高電壓VCC的分壓電壓VR可符合VR<VREF的條件，進而控制多工器MUX輸出第二訊號DPWM(系統預設的脈波調變信號)。而第二訊號DPWM可對應較大的工作週期(Duty Cycle)，使線圈模組13高速運轉。反之，當高電壓VCC為異常高電壓時，高電壓VCC的分壓電壓VR會符合VR>VREF的條件，因此多工器MUX將輸出第一訊號OVP(使用者自訂的脈波調變訊號)。而第一訊號OVP可對應較小的工作週期(Duty Cycle)。換言之，高電壓保護系統100於高電壓時可自動切換線圈模組13的操作模式為較小的自訂工作週期，因此具備高電壓保護的功能。
第2圖係為本發明之高電壓保護系統200之電路架構圖。高電壓保護系統200包含高電壓處理電路10、脈波調變訊號輸出電路11、驅動電路12以及線圈模組13。高電壓處理電路10用以接收並處理高電壓VCC，脈波調變訊號輸出電路11耦接於高電壓處理電路10，用以產生脈波調變訊號PWM。驅動電路12耦接於脈波調變訊號輸出電路11，用以接收脈波調變訊號PWM並依此產生驅動電壓。線圈模組13耦接於驅動電路12，並根據驅動電壓運轉。於高電壓保護系統200中，高電壓處理電路10包含電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻R6以及加法器ADD1。電阻R1包含用以接收高電壓VCC的第一端，以及第二端。電阻R2包含耦接於電阻R1之第二端的第一端，以及耦接於接地端的第二端。電阻R3包含耦接於電阻R2之第一端，以及第二端。電阻R4包含用以接收直 流電壓VDC1的第一端，以及耦接於電阻R3之第二端的第二端。電阻R5包含第一端以及耦接於接地端的第二端。加法器ADD1包含耦接於電阻R4之第二端的第一端，耦接於電阻R5之第一端的第二端，以及輸出端，用以輸出疊加電壓V0至脈波調變訊號輸出電路11。電阻R6包含耦接於加法器ADD1之第二端的第一端，以及耦接於加法器ADD1的輸出端的第二端。高電壓處理電路10中的加法器ADD1可為非反向式加法器。高電壓處理電路10的運作模式描述於下，高電壓VCC會被電阻R1及電阻R2分壓為分壓電壓VR，而分壓電壓VR與直流電壓VDC1會透過加法器ADD1(非反向式加法器)線性關係累加，而產生疊加電壓V0。而疊加電壓V0與直流電壓VDC1及分壓電壓VR的關係可為：V0=α*(β*VR+γ*VDC1)，其中常數α可為(R5+R6)/R5，常數β可為R4/(R3+R4)，且常數γ可為R3/(R3+R4)。換言之，當高電壓VCC變大時，分壓電壓VR也隨之變大，導致疊加電壓V0也會變大，且為線性關係。疊加電壓V0將被輸入至脈波調變訊號輸出電路11中。脈波調變訊號輸出電路11包含比較器CMP1、比較器CMP2以及多工器MUX。比較器CMP1包含耦接於加法器ADD1的輸出端且用於接收疊加電壓V0的第一端，用以接收鋸齒波訊號VSAW的第二端，以及用以輸出比較訊號H1的輸出端。比較器CMP2包含用以接收直流電壓VDC1的第一端，用以接收直流電壓VDC2的第二端，以及用以輸出比較訊號S的輸出端。多工器MUX包含用以接收比較訊號S的控制端，用以接收預定脈波調變訊號H0的第一端，用以接收比較訊號H1的第二端，以及用以輸出脈波調變訊號PWM至驅動電路12的輸出端。脈波調變訊號輸出電路11的操作模式說明如下。在脈波調變訊號輸出電路11中，直流電壓VDC1及直流電壓VDC2可為使用者自訂之兩直流電壓，預定脈波調變訊號H0可為使用者自訂的脈波調變訊號。當直流電壓VDC1大於直流電壓VDC2時(VDC1>VDC2)，比較器CMP2會輸出第一電壓準位的比較訊號S，當直流電壓VDC1小於直流電壓VDC2時(VDC1<VDC2)，比較器CMP2會輸出第二電壓準位 的比較訊號S。當多工器MUX的控制端接收到第一電壓準位的比較訊號S時(VDC1>VDC2)，多工器MUX會選擇輸出比較訊號H1至驅動電路12。換言之，驅動電路12所接收的脈波調變訊號PWM即為比較訊號H1。當多工器MUX的控制端接收到第二電壓準位的比較訊號S時(VDC1<VDC2)，多工器MUX會選擇輸出預定脈波調變訊號H0至驅動電路12。換言之，驅動電路12所接收的脈波調變訊號PWM即為預定脈波調變訊號H0。預定脈波調變訊號H0可為使用者自訂的脈波調變訊號。而比較訊號H1與疊加電壓V0以及鋸齒波訊號VSAW之間的關係將於後段詳述。當驅動電路12接收脈波調變訊號PWM後(可能為預定脈波調變訊號H0或是比較訊號H1)，會產生驅動電壓至線圈模組13。特此說明，驅動電路12所產生的驅動電壓可為任何形式的驅動電壓，例如非差動型(Non-Differential)驅動電壓或是差動型(Differential)驅動電壓，或當線圈模組13為橋式線圈模組時，驅動電路12可產生多個對應於線圈模組13端點的驅動電壓。
為了描述更加詳細，於此將說明高電壓保護系統200中，比較訊號H1、疊加電壓V0以及鋸齒波訊號VSAW之間的關係。當高電壓VCC變大時，對應的分壓電壓VR也會變大。因此，疊加電壓V0根據前述的公式：V0=α*(β*VR+γ*VDC1)，也會與分壓電壓VR呈線性增加。由於疊加電壓V0隨後會與鋸齒波訊號VSAW透過比較器CMP1而輸出。鋸齒波訊號VSAW係為固定的訊號。因此，當疊加電壓V0增加時，大於鋸齒波訊號VSAW電壓的時間區間也隨之降低。因此，比較器CMP1之輸出具有脈波調變訊號特徵的比較訊號H1中，其脈波寬度也隨之降低。換言之，當高電壓VCC變大時，會導致較小脈波寬度的比較訊號H1。並且，由於鋸齒波訊號VSAW為一個具有定斜率波形的訊號，因此高電壓VCC的電壓變化與比較訊號H1的脈波寬度為線性關係。亦即，當高電壓VCC變大時，比較訊號H1的脈波寬度會成比例的變小，因此導致線圈模組13以較小的工作週期(Duty Cycle)運轉。此外，在高電壓保護系統200中，當高電壓VCC 大過一個門檻值時，會導致比較器CMP1達到飽和操作電壓，因此疊加電壓V0的數值將被限制在飽和操作電壓。換言之，當高電壓VCC大過一個門檻值時，比較器CMP1輸出的比較訊號H1之脈波寬度為固定數值，因此導致線圈模組13以怠速的工作週期(Duty Cycle)運轉。換言之，若高電壓保護系統200在比較訊號H1之下運作時，當高電壓太大而超過門檻值時，線圈模組13並不會停止運轉，而會以怠速的工作週期(Duty Cycle)運轉。
簡言之，高電壓保護系統200具有下列幾種操作模式：(A)當使用者設定滿足VDC1<VDC2時，多工器MUX會選擇輸出預定脈波調變訊號H0至驅動電路12，因此線圈模組13會使用者自訂的工作週期運轉。(B)當使用者設定滿足VDC1>VDC2時，多工器MUX會選擇輸出比較訊號H1至驅動電路12，而比較訊號H1的脈波寬度與高電壓VCC呈現線性關係。當高電壓VCC的電壓越大，則比較訊號H1的脈波寬度就越小。因此線圈模組13會依照高電壓VCC的電壓比例自動調整對應的工作週期運轉。(C)當使用者設定滿足VDC1>VDC2且高電壓VCC大於一個門檻值時，線圈模組13會以怠速的工作週期(Duty Cycle)運轉。由於高電壓保護系統200可針對不同的高電壓VCC手動或自動選擇適當的工作週期使線圈模組13運轉，因此具有高電壓的保護功能。
第3圖係為本發明之高電壓保護系統300的電路架構圖。高電壓保護系統300包含高電壓處理電路10、脈波調變訊號輸出電路11、驅動電路12以及線圈模組13。高電壓處理電路10用以接收並處理高電壓VCC，脈波調變訊號輸出電路11耦接於高電壓處理電路10，用以產生脈波調變訊號PWM。驅動電路12耦接於脈波調變訊號輸出電路11，用以接收脈波調變訊號PWM並依此產生驅動電壓。線圈模組13耦接於驅動電路12，並根據驅動電壓運轉。於高電壓保護系統300中，高電壓處理電路10的電路架構及功能完全相同於高電壓保護系統200之高電壓處理電路10，因此將不再贅述。而高電壓保護系統300的脈波調變訊號輸 出電路11與高電壓保護系統200的脈波調變訊號輸出電路11相比，省略了比較器CMP2以及多工器MUX。換言之，在高電壓保護系統300中，僅包含比較器CMP1。比較器CMP1包含耦接於加法器ADD1的輸出端且用於接收疊加電壓V0的第一端，用以接收鋸齒波訊號VSAW的第二端，以及用以輸出比較訊號H1的輸出端。比較訊號H1將視為輸入至驅動電路12的脈波調變訊號PWM。驅動電路12接收比較訊號H1後，會產生驅動電壓至線圈模組13。換言之，高電壓保護系統300與高電壓保護系統200相比，省略了手動的功能。亦即，在高電壓保護系統300中，線圈模組13係根據下列模式操作。類似於高電壓保護系統200中的(B)模式以及(C)模式。當高電壓VCC越大，則比較訊號H1的脈波寬度就越小。因此線圈模組13會依照高電壓VCC的比例自動調整對應的工作週期運轉。當高電壓VCC大於一個門檻值時，線圈模組13會以怠速的工作週期(Duty Cycle)運轉。由於高電壓保護系統300可針對不同的高電壓VCC自動選擇適當的工作週期使線圈模組13運轉，因此具有高電壓的保護功能。
上述的高電壓保護系統100至300可為整合於積體電路(Integrated Circuit)之內的高電壓保護系統，為了不失一般性，本發明亦描述了外部電路之高電壓保護系統的實現方式，說明如下。
第4圖係為本發明之高電壓保護系統400的電路架構圖。高電壓保護系統400包含高電壓處理電路14、驅動晶片15以及線圈模組16。高電壓處理電路14用以接收及處理高電壓VCC’(節點A的電壓)，並產生脈波調變電壓VPWM。驅動晶片15耦接於高電壓處理電路14，用以產生至少一驅動電壓。線圈模組16耦接於驅動晶片15，並根據至少一驅動電壓運轉。為了緩和高電壓訊號VCC’的棘波(Spike Wave)干擾，高電壓保護系統400可另包含緩衝電路17(Snubber Circuit)，而緩衝電路耦接於高電壓處理電路14。特此說明，高電壓保護系統400中高電壓VCC會被二極體D0的陽極接收，而二極體D0的陰極將輸出高電壓訊號 VCC’。然而，此二極體D0的功能為防止逆電流，在順向電流時，二極體D0可等效為一個金屬導體。換言之，在一般順向電流的操作下，高電壓VCC的電壓強度會幾乎相等於高電壓訊號VCC’的電壓強度(節點A的電壓VCC’約等於高電壓VCC)。然而，在其它實施例中，也可以省略二極體D0。緩衝電路17可包含電阻R7以及電容C0。電阻R7包含耦接於二極體D0之陰極的第一端，以及第二端。電容C0包含耦接於電阻R7之第二端的第一端，以及耦接於接地端的第二端。在本實施例中，電阻R7可設定為小於4.7歐姆，以保護電容C0並降低棘波干擾。在其它實施例中，可以省略緩衝電路17。高電壓處理電路14包含齊納二極體ZD以及電阻R8。齊納二極體ZD包含用以接收高電壓VCC’的陰極，以及陽極。電阻R8包含耦接於齊納二極體ZD之陽極的第一端，用於輸出脈波調變電壓VPWM至驅動晶片15，以及耦接於接地端的第二端。高電壓處理電路14的操作模式如下，假設齊納二極體ZD的崩潰電壓為VZ(例如15伏特)且高電壓VCC’(約相等於高電壓VCC之電壓)為正常工作電壓範圍時，高電壓VCC’會滿足VCC’<VZ(15伏特)，齊納二極體ZD操作於順向區。因此，輸出脈波調變電壓VPWM的電壓為0。反之，假設齊納二極體ZD的崩潰電壓VZ(15伏特)且高電壓VCC’(約相等於高電壓VCC之電壓)為異常高壓時，高電壓VCC’會滿足VCC’>VZ(15伏特)，齊納二極體ZD操作於崩潰區。因此，輸出脈波調變電壓VPWM的電壓為VCC’-VZ。而輸出脈波調變電壓VPWM會被驅動晶片15接收。高電壓保護系統400的驅動晶片15包含耦接於電阻8之第一端的第一端，用以接收脈波調變電壓VPWM，耦接於接地端的第二端，以及用以輸出驅動電壓至線圈模組16的輸出端O1及O2。驅動晶片15的操作模式說明如下，當驅動晶片15接收到輸出脈波調變電壓VPWM的電壓為0時(表示高電壓VCC’為正常工作電壓)，驅動晶片15將會輸出大工作週期的驅動電壓至線圈模組16，使線圈模組16全速運轉。而當高電壓VCC’超過崩潰電壓VZ時，表示VCC’為異常高壓，驅動晶片15將會輸出對應的驅動電壓至線圈模組 16，且由於輸出脈波調變電壓VPWM與高電壓VCC’的電壓成比例(VCC’-VZ，VZ可視為偏移量)，因此線圈模組16將依照高電壓VCC’的電壓比例降速運轉。然而，高電壓保護系統400可引入怠速功能，例如將高電壓處理電路14經過適當設計後(例如引入另一顆齊納二極體)，則可使驅動晶片15在很大的高電壓VCC’之下仍然可驅動線圈模組16維持怠速運轉。由於高電壓保護系統400可針對不同的高電壓VCC’自動選擇適當的工作週期使線圈模組16運轉，因此具有高電壓的保護功能。
第5圖係為本發明之高電壓保護系統500之電路架構圖。高電壓保護系統500包含高電壓處理電路14、驅動晶片15以及線圈模組16。高電壓處理電路14用以接收及處理高電壓VCC’(節點A的電壓)，並產生脈波調變電壓VPWM。驅動晶片15耦接於高電壓處理電路14，用以產生至少一驅動電壓。線圈模組16耦接於驅動晶片15，並根據至少一驅動電壓運轉。為了緩和高電壓訊號VCC’的棘波(Spike Wave)干擾，高電壓保護系統500可另包含緩衝電路17(Snubber Circuit)，而緩衝電路耦接於高電壓處理電路14。特此說明，高電壓保護系統500中高電壓VCC會被二極體D0的陽極接收，而二極體D0的陰極將輸出高電壓訊號VCC’。然而，此二極體D0的功能為防止逆電流，在順向電流時，二極體D0可等效為一個金屬導體。換言之，在一般順向電流的操作下，高電壓VCC的電壓強度會幾乎相等於高電壓訊號VCC’的電壓強度(節點A的電壓VCC’約等於高電壓VCC)。然而，在其它實施例中，也可以省略二極體D0。緩衝電路17的電路架構及功能同於高電壓保護系統400之緩衝電路17，於此將不再贅述。然而在其它實施例中，也可省略緩衝電路17。而高電壓處理電路14內的電阻R1、電阻R2以及比較器CMP3的電路架構及功能同於高電壓保護系統100之高電壓處理電路10，於此將不再贅述。在本實施例中，高電壓處理電路14另包含分壓電路P，用以將高電壓處理電路14內比較器CMP3輸出的比較訊號(具有較高電壓)降壓。在本實 施例中，分壓電路P包含電阻Ra以及電阻Rb，而電阻Ra以及電阻Rb的電阻值可為使用者自訂。然而，在其它實施例中，分壓電路P可使用兩個以上的電阻組合而成。在本實施例中，當驅動晶片15接收到高電壓處理電路14所輸出之具有脈波調變電壓VPWM的訊號時，可對應使用者自訂的電壓參數(例如電阻Ra以及電阻Rb的自訂電阻值)執行不同的操作。更詳細地說，高電壓保護系統500的驅動晶片15包含耦接於分壓電路P的第一端，用以接收脈波調變電壓VPWM，耦接於接地端的第二端，以及用以輸出驅動電壓至線圈模組16的輸出端O1及O2。驅動晶片15的操作模式說明如下。在比較器CMP3輸出的比較訊號(具有較高電壓)被分壓電路P降壓後，其電壓即為脈波調變電壓VPWM。當驅動晶片15接收到輸出脈波調變電壓VPWM的電壓為第一準位時，表示高電壓VCC’的分壓電壓VR大於參考電壓VREF(VR>VREF)，驅動晶片15將會使用工作週期較小的模式讓線圈模組16運轉。反之，當驅動晶片15接收到輸出脈波調變電壓VPWM的電壓為第二準位時，表示高電壓VCC’的分壓電壓VR小於參考電壓VREF(VR<VREF)，驅動晶片15將會使用工作週期較大的模式甚至全速模式讓線圈模組16運轉。然而，因高電壓保護系統500內之高電壓處理電路14使用了分壓電路P，因此，驅動晶片15的兩種驅動模式(包含工作週期較大的模式或工作週期較小的模式)可由使用者自訂的方式彈性調整。換言之，於高電壓保護系統500中，當高電壓VCC’低於一個門檻值時，線圈模組16將會以使用者自訂之工作週期較大的模式甚至全速模式運轉，表示高電壓VCC’為正常的操作電壓範圍。然而，當高電壓VCC’高於一個門檻值時，線圈模組16將會以使用者自訂之工作週期較小的模式運轉，表示高電壓VCC’為異常的操作電壓範圍。然而，在其它實施例中，高電壓保護系統500內之高電壓處理電路14之分壓電路P也可省略。換言之，高電壓保護系統500內之驅動晶片15的第一端可直接耦接於比較器CMP3的輸出端。比較器CMP3可直接輸出具有脈波調變電壓VPWM的訊號至驅動晶片15。於此結構中，驅動晶片15的兩種驅動模式(包含工作週期較大的模式或工作週期較小的模式)可使用系統預設的參數電壓驅動。由於高電壓保護系統500可針對不同的高電壓VCC’選擇不同的工作週期使線圈模組16運轉，因此具有高電壓的保護功能。
第6圖係為本發明之高電壓保護系統600的電路架構圖。高電壓保護系統600包含穩壓電路18、高電壓處理電路14、驅動晶片15以及線圈模組16。穩壓電路18用以接收高電壓VCC’，並將高電壓VCC’降壓為一個降壓後的高電壓VCCA(節點A的電壓)。高電壓處理電路14，耦接於穩壓電路18，用以接收並處理降壓後的高電壓VCCA，並產生脈波調變電壓VPWM。驅動晶片15耦接於高電壓處理電路14，用以產生至少一驅動電壓。線圈模組16耦接於驅動晶片15，並根據至少一驅動電壓運轉。為了緩和降壓後的高電壓VCCA的棘波(Spike Wave)干擾，高電壓保護系統600可另包含緩衝電路17(Snubber Circuit)，而緩衝電路耦接於高電壓處理電路14。特此說明，高電壓保護系統600中高電壓VCC會被二極體D0的陽極接收，而二極體D0的陰極將輸出高電壓訊號VCC’。然而，此二極體D0的功能為防止逆電流，在順向電流時，二極體D0可等效為一個金屬導體。換言之，在一般順向電流的操作下，高電壓VCC的電壓強度會幾乎相等於高電壓訊號VCC’的電壓強度。然而，在其它實施例中，也可以省略二極體D0。緩衝電路17的電路架構及功能同於高電壓保護系統400之緩衝電路17，於此將不再贅述。在其它實施例中，緩衝電路17可省略。而高電壓處理電路14的電路架構及功能同於高電壓保護系統400之高電壓處理電路14，於此將不再贅述。驅動晶片15的電路架構及功能同於高電壓保護系統400之驅動晶片15，於此將不再贅述。在高電壓保護系統600中，穩壓電路18包含電阻R9、電阻R10、NPN型三極體Q1、電容C1以及齊納二極體ZD1。本實施例的穩壓電路18不限於上述的電路結構，任何具備穩壓功能的電路皆可被高電壓保護系統600應用。應先明瞭的是，每一個電路元件均有最大耐壓的極限，若高電壓VCC為極高的電壓時，可能會超過了電路元件的耐壓極限，則電路元件將會失去正常功能，導致高電壓保護系統失去保護功能。因此，當考慮極高的高電壓VCC時，穩壓電路18就有其存在的必要性。這邊以一個例子來說明高電壓保護系統600的操作模式。假設電路元件(例如IC元件)的耐壓極限為18伏特，則高電壓保護系統600中的穩壓電路18內之齊納二極體ZD1可選擇崩潰電壓為16伏特。因此，高電壓VCC(例如27伏特)將會被穩壓電路18降壓在16伏特以下。亦即，節點A對應之降壓後的高電壓VCCA係為16伏特以下的電壓。然而，若16伏特的電壓VCCA若對於線圈模組16而言仍為異常高壓時，可將高電壓處理電路14內的齊納二極體ZD選擇崩潰電壓為14伏特，以當成線圈模組16的保護點。換言之，高電壓VCC先被穩壓電路降壓後，可保證後面的電路元件為正常運作。然而，若降壓後的高電壓VCCA比齊納二極體ZD的崩潰電壓小，則驅動晶片15將會使用全速模式讓線圈模組16運轉。若降壓後的高電壓VCCA仍比齊納二極體ZD的崩潰電壓大，驅動晶片15將會使線圈模組16將依照降壓後的高電壓VCCA的電壓比例運轉。類似於高電壓保護系統400的功能，由於高電壓保護系統600可針對降壓後的高電壓VCCA自動選擇適當比例的工作週期使線圈模組16運轉，因此具有高電壓的保護功能。並且，由於高電壓保護系統600引入了穩壓電路18，相較於高電壓保護系統400，能忍受更高的高電壓VCC。並且，由於高電壓保護系統600的保護機制同時利用穩壓電路18及高電壓處理電路14，因此，穩壓電路18內的三極體Q1之體積需求亦能降低。
本發明之高電壓保護系統400、500及600內的驅動晶片15，當接收到脈波調變電壓VPWM時，可利用內部的邏輯電路、多項式電路、或是利用查詢表等任何方式產生對應的驅動電壓以驅動線圈模組16。換言之，任何具有將脈波調變電壓VPWM轉換成驅動電壓之功能的驅動晶片15都屬於本發明的揭露範圍。
綜上所述，本發明描述一種高電壓保護系統，而高電壓保護系統具有各種不同的實施例以實現高電壓保護的功能。而高電壓保護的方法可統整為下：(A)當有異常高電壓時，線圈模組依照使用者自訂的脈波調變訊號，在自訂的工作週期運轉，(B)當有異常高電壓時，線圈模組依照與高電壓成線性關係的工作週期下運轉，(C)當有異常高電壓時，線圈模組進入怠速模式下運轉，(D)當有異常高電壓時，利用穩壓電路先做降壓，以保護電子元件，線圈模組再依據降壓後的電壓，以對應的模式進行運轉。因此，本發明的高電壓保護系統具有處理異常高電壓發生時，可讓散熱風扇馬達持續在另一種保護工作模式運轉的功能。因此，本發明的高電壓保護系統不會在異常高電壓所造成驅動馬達功率增加的狀態下，進而造成驅動級無法承受過大功率而燒燬，相較於傳統的高電壓保護系統使用直接關閉電源的方式保護電路，具有更強的耐壓性、可適性、操作彈性以及可靠度。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
100、200、300、400、500、600‧‧‧高電壓保護系統
R1至R10‧‧‧電阻
ADD1‧‧‧加法器
CMP1至CMP3‧‧‧比較器
VDC1及VDC2‧‧‧直流電壓
VR‧‧‧分壓
V0‧‧‧疊加電壓
VSAW‧‧‧鋸齒波訊號
H1、H0、PWM、OVP、DPWM‧‧‧脈波調變訊號
S‧‧‧比較訊號
10、14‧‧‧高電壓處理電路
11‧‧‧脈波調變訊號輸出電路
12‧‧‧驅動電路
13、16‧‧‧線圈模組
VCC、VCC’、VCCA‧‧‧高電壓
VREF‧‧‧參考電壓
D0‧‧‧二極體
ZD及ZD1‧‧‧齊納二極體
C0及C1‧‧‧電容
15‧‧‧驅動晶片
17‧‧‧緩衝電路
18‧‧‧穩壓電路
A‧‧‧節點
Q1‧‧‧三極體
MUX‧‧‧多工器
VPWM‧‧‧脈波調變電壓
第1圖係為本發明之高電壓保護系統之第一實施例的電路架構圖。 第2圖係為本發明之高電壓保護系統之第二實施例的電路架構圖。 第3圖係為本發明之高電壓保護系統之第三實施例的電路架構圖。 第4圖係為本發明之高電壓保護系統之第四實施例的電路架構圖。 第5圖係為本發明之高電壓保護系統之第五實施例的電路架構圖。 第6圖係為本發明之高電壓保護系統之第六實施例的電路架構圖。
<TABLE border="1" borderColor="#000000" width="_0037"><TBODY><tr><td> 200 </td><td> 高電壓保護系統 </td></tr><tr><td> R1至R6 </td><td> 電阻 </td></tr><tr><td> ADD1 </td><td> 加法器 </td></tr><tr><td> CMP1及CMP2 </td><td> 比較器 </td></tr><tr><td> VDC1及VDC2 </td><td> 直流電壓 </td></tr><tr><td> VR </td><td> 分壓 </td></tr><tr><td> V0 </td><td> 疊加電壓 </td></tr><tr><td> VSAW </td><td> 鋸齒波訊號 </td></tr><tr><td> H1、H0及PWN </td><td> 脈波調變訊號 </td></tr><tr><td> S </td><td> 比較訊號 </td></tr><tr><td> 10 </td><td> 高電壓處理電路 </td></tr><tr><td> 11 </td><td> 脈波調變訊號輸出電路 </td></tr><tr><td> 12 </td><td> 驅動電路 </td></tr><tr><td> 13 </td><td> 線圈模組 </td></tr><tr><td> VCC </td><td> 高電壓 </td></tr><tr><td> MUX </td><td> 多工器 </td></tr></TBODY></TABLE>

Claims (14)

  1. 一種高電壓保護系統，包含： 一高電壓處理電路，用以接收並處理一高電壓； 一脈波調變訊號輸出電路，耦接於該高電壓處理電路，用以產生一脈波調變訊號； 一驅動電路，耦接於該脈波調變訊號輸出電路，用以接收該脈波調變訊號並依此產生一驅動電壓；及 一線圈模組，耦接於該驅動電路，並根據該驅動電壓運轉； 其中該脈波調變訊號輸出電路透過該高電壓處理電路，根據該高電壓的一電壓強度產生該脈波調變訊號以保護該線圈模組。
  2. 如請求項1所述之系統，其中該高電壓處理電路包含： 一第一電阻，包含： 一第一端，用以接收該高電壓；及 一第二端； 一第二電阻，包含： 一第一端，耦接於該第一電阻之該第二端；及 一第二端，耦接於一接地端；及 一比較器，包含： 一第一端，用以接收一參考電壓； 一第二端，耦接於該第二電阻之該第一端；及 一輸出端，用以輸出一比較訊號至該脈波調變訊號輸出電路。
  3. 如請求項2所述之系統，其中該脈波調變訊號輸出電路包含： 一多工器，包含： 一控制端，用以接收該比較訊號； 一第一端，用以接收一第一訊號； 一第二端，用以接收一第二訊號；及 一輸出端，用以輸出該脈波調變信號至該驅動電路； 其中該第一訊號係為一使用者自訂之脈波調變訊號，該第二訊號係為一系統預設之脈波調變訊號，當該參考電壓與該比較訊號滿足一第一關係時，該脈波調變訊號係為該第一訊號，當該參考電壓與該比較訊號滿足一第二關係時，該脈波調變訊號係為該第二訊號。
  4. 如請求項1所述之系統，其中該高電壓處理電路包含： 一第一電阻，包含： 一第一端，用以接收該高電壓；及 一第二端； 一第二電阻，包含： 一第一端，耦接於該第一電阻之該第二端；及 一第二端，耦接於一接地端； 一第三電阻，包含： 一第一端，耦接於該第二電阻之該第一端；及 一第二端； 一第四電阻，包含： 一第一端，用以接收一第一直流電壓；及 一第二端，耦接於該第三電阻之該第二端； 一第五電阻，包含： 一第一端；及 一第二端，耦接於一接地端； 一加法器，包含： 一第一端，耦接於該第四電阻之該第二端； 一第二端，耦接於該第五電阻之該第一端；及 一輸出端，用以輸出一疊加電壓至該脈波調變訊號輸出電路；及 一第六電阻，包含： 一第一端，耦接於該加法器之該第二端；及 一第二端，耦接於該加法器的輸出端。
  5. 如請求項4所述之系統，其中該脈波調變訊號輸出電路包含： 一第一比較器，包含： 一第一端，耦接於該加法器的輸出端，用以接收該疊加電壓； 一第二端，用以接收一鋸齒波訊號；及 一輸出端，用以輸出該脈波調變訊號至該驅動電路； 其中該疊加電壓係為該高電壓與該第一直流電壓依據一線性關係產生，且該脈波調變訊號的脈波寬度與該疊加電壓的一電壓強度係為一線性關係。
  6. 如請求項4所述之系統，其中該脈波調變訊號輸出電路包含： 一第一比較器，包含： 一第一端，耦接於該加法器的輸出端，用以接收該疊加電壓； 一第二端，用以接收一鋸齒波訊號；及 一輸出端，用以輸出一第一比較訊號； 一第二比較器，包含： 一第一端，用以接收該第一直流電壓； 一第二端，用以接收一第二直流電壓；及 一輸出端，用以輸出一第二比較訊號；及 一多工器，包含： 一控制端，用以接收該第二比較訊號； 一第一端，用以接收一預定脈波調變訊號； 一第二端，用以接收該第一比較訊號；及 一輸出端，用以輸出該脈波調變訊號至該驅動電路； 其中該疊加電壓係為該高電壓與該第一直流電壓依據一線性關係產生，當該第一直流電壓小於該第二直流電壓時，該多工器選擇並輸出該預定脈波調變訊號為該脈波調變訊號至該驅動電路，當該第一直流電壓大於該第二直流電壓時，該多工器選擇並輸出該第一比較訊號為該脈波調變訊號至該驅動電路。
  7. 一種高電壓保護系統，包含： 一高電壓處理電路，用以接收及處理一高電壓，並產生一脈波調變電壓； 一驅動晶片，耦接於該高電壓處理電路，用以產生至少一驅動電壓；及 一線圈模組，耦接於該驅動晶片，並根據該至少一驅動電壓運轉； 其中該驅動晶片係透過該高電壓處理電路，根據該高電壓的一電壓強度產生該至少一驅動電壓以保護該線圈模組。
  8. 如請求項7所述之系統，其中該高電壓處理電路包含： 一齊納二極體(Zener Diode)，包含： 一陰極，用以接收一高電壓；及 一陽極；及 一第一電阻，包含： 一第一端，耦接於該齊納二極體之該陽極，用以輸出該脈波調變電壓至該驅動晶片；及 一第二端，耦接於一接地端；及 該驅動晶片包含： 一第一端，耦接於該第一電阻之該第一端，用以接收該脈波調變電壓； 一第二端，耦接於一接地端；及 至少一輸出端，用以輸出該至少一驅動電壓至該線圈模組。
  9. 如請求項8所述之系統，另包含： 一二極體，包含： 一陽極；及 一陰極，耦接於該齊納二極體之該陰極；及 一緩衝電路(Snubber Circuit)，耦接於該高電壓處理電路，包含： 一第三電阻，包含： 一第一端，耦接於該齊納二極體之該陰極；及 一第二端； 及 一電容，包含： 一第一端，耦接於該第三電阻之該第二端；及 一第二端，耦接於該接地端； 其中該緩衝電路係用於緩和該高電壓的棘波(Spike Wave)干擾。
  10. 如請求項7所述之系統，其中該高電壓處理電路包含： 一第一電阻，包含： 一第一端，用以接收一高電壓；及 一第二端； 一第二電阻，包含： 一第一端，耦接於該第一電阻之該第二端；及 一第二端，耦接於一接地端；及 一比較器，包含： 一第一端，用以接收一參考電壓； 一第二端，耦接於該第二電阻之該第一端；及 一輸出端，耦接於該驅動晶片，用以輸出該脈波調變電壓；及 該驅動晶片包含： 一第一端，用以接收該脈波調變電壓； 一第二端，耦接於一接地端；及 至少一輸出端，用以輸出該至少一驅動電壓至該線圈模組。
  11. 如請求項7所述之系統，其中該高電壓處理電路包含： 一第一電阻，包含： 一第一端，用以接收一高電壓；及 一第二端； 一第二電阻，包含： 一第一端，耦接於該第一電阻之該第二端；及 一第二端，耦接於一接地端； 一比較器，包含： 一第一端，用以接收一參考電壓； 一第二端，耦接於該第二電阻之該第一端；及 一輸出端，用以輸出一比較信號；及 一分壓電路，耦接於該比較器及該驅動晶片，用以將該比較信號分壓以產生該脈波調變電壓至該驅動晶片；及 該驅動晶片包含： 一第一端，用以接收該脈波調變電壓； 一第二端，耦接於一接地端；及 至少一輸出端，用以輸出該至少一驅動電壓至該線圈模組； 其中該分壓電路包含至少二電阻。
  12. 如請求項10或11所述之系統，另包含： 一緩衝電路(Snubber Circuit)，耦接於該高電壓處理電路，包含： 一第三電阻，包含： 一第一端，耦接於該第一電阻之該第一端；及 一第二端； 及 一電容，包含： 一第一端，耦接於該第三電阻之該第二端；及 一第二端，耦接於該接地端； 其中該緩衝電路係用於緩和該高電壓訊號的棘波(Spike Wave)干擾。
  13. 一種高電壓保護系統，包含： 一穩壓電路，用以接收一高電壓，並將該高電壓降壓為一降壓後的高電壓； 一高電壓處理電路，耦接於該穩壓電路，用以接收並處理該降壓後的高電壓，並產生一脈波調變電壓； 一驅動晶片，耦接於該高電壓處理電路，用以產生至少一驅動電壓；及 一線圈模組，耦接於該驅動晶片，並根據該至少一驅動電壓運轉； 其中該驅動晶片係透過該高電壓處理電路及該穩壓電路，根據該高電壓的一電壓強度產生該至少一驅動電壓以保護該線圈模組。
  14. 如請求項13所述之系統，其中該高電壓處理電路包含： 一齊納二極體，包含： 一陰極，耦接於該穩壓電路，用以接收該降壓後的高電壓；及 一陽極；及 一第一電阻，包含： 一第一端，耦接於該齊納二極體之該陽極，用以輸出該脈波調變電壓；及 一第二端，耦接於一接地端；及 該驅動晶片包含： 一第一端，耦接於該第一電阻之該第一端，用以接收該脈波調變電壓； 一第二端，耦接於一接地端；及 至少一輸出端，用以輸出該至少一驅動電壓至該線圈模組。
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