TWI641225B - 電壓帶通致能電路 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一致能電路，包括一第一偵測控制器，具有一第一輸入端耦接一第一輸入電壓和一第一輸出端；一第二偵測控制器，具有一第二輸入端耦接該第一輸入電壓和一第二輸出端；其中該第二輸入端更耦接該第一輸出端；一致能開關，具有一控制端耦接該第二輸出端、一第三輸入端耦接一第二輸入電壓，和一第三輸出端；其中，當該第一輸入電壓處於一第一設定電壓和一第二設定電壓之範圍內時，該致能電路透過該第二輸出端耦接至一接地，驅動該致能開關導通以從該第三輸出端輸出透過該第二輸入電壓而提供的一致能訊號。

Description

電壓帶通致能電路
本發明係有關於致能電路，特別是有關於一電壓帶通致能電路，當該致能電路所監測的一輸入電壓落在一特定電壓範圍內時，該致能電路可輸出一致能訊號給所要致能的電路或裝置。
市面上常看到的電子裝置(或元件)都有各自的電源輸入接腳以及致能(enable)接腳，大部分的電子裝置都會被設計在該電源輸入接腳所接收的電源穩定時或是所接收的電壓達到一定的準位時，再將該電子裝置致能。因為供應至電源輸入接腳上的電源電壓未達到穩定或未達到一定的準位時就對該電子裝置致能，可能會造成該電子裝置有異常的動作或甚至損壞。
有一些特殊的電源轉換電路的應用，例如一系統的輸入電壓範圍為5V到20V，而該系統內有一升壓轉換器(Boost Converter)，可將該輸入電壓由5V升至12V。但對該升壓轉換器而言，其輸入電壓都低於其輸出電壓。換句話說，若該升壓轉換器的輸入電壓大於12V時，則可將該升壓轉換器除能(disable)，並且直接將該升壓轉換器的該輸入電壓(大於12V)直接供給與其相耦接的後級裝置或系統。如此一來可以更提升 整個系統的轉換效率，改善系統電源的穩定度。
有鑑於此，本發明揭露一致能電路，當輸入電源大於一致能電壓時才對一電路致能；當輸入電源大於一除能電壓時，則要對該電路做除能，其中該除能電壓大於該致能電壓。本發明提出一可調整的第一設定電壓VL(即該致能電壓)和一第二設定電壓VH(即該除能電壓)的電路架構，以送出一致能或除能訊號給該電路。
依據本發明一實施例之致能電路，包括一第一偵測控制器，具有一第一輸入端耦接一第一輸入電壓和一第一輸出端；其中，當偵測到該第一輸入電壓不大於一第一設定電壓時，將該第一輸出端與接地連接；當該第一輸入電壓大於該第一設定電壓時，將該第一輸出端與該接地斷開；一第二偵測控制器，具有一第二輸入端耦接該第一輸入電壓和一第二輸出端；其中該第二輸入端更耦接該第一輸出端，且當偵測到該第一輸入電壓不大於一第二設定電壓時，將第二輸出端與該接地連接；當該第一輸入電壓大於該第二設定電壓時，該第二輸出端與該接地斷開；該第二設定電壓大於該第一設定電壓。一致能開關，具有一控制端耦接該第二輸出端、一第三輸入端耦接一第二輸入電壓，和一第三輸出端；其中，當該第一輸入電壓處於該第一和該第二設定電壓之範圍內時，該致能電路透過該第二輸出端耦接至該接地，驅動該致能開關導通以從該第三輸出端輸出透過該第二輸入電壓而提供的一致能訊號。
如上所述之致能電路，其中該第一輸入電壓係由 一第一輸入電源所提供，該第一輸入電源啟動後，在該第一輸入電壓從該第一設定電壓上升至該第二設定電壓的期間，該致能電路輸出該致能訊號。
如上所述之致能電路，更包括一至多個電壓箝制裝置，耦接於該第一偵測控制器的該第一輸入端、該第二偵測控制器的該第二輸入端，或該致能開關的該第三輸入端與該接地之間，以將該第一輸入電壓，或該第二輸入電壓箝制在該第一偵測控制器或該第二偵測控制器之額定電壓之內。
依據本發明一實施例之電源切換系統，包括申請專利範圍第1項所述之致能電路，接收該第一輸入電壓，當該第一輸入電壓處於該第一和該第二設定電壓之範圍內時，從該第三輸出端輸出該致能訊號；一雙切開關，具有一輸入端、一輸出控制端、一第四輸出端和一第五輸出端；該輸入端接收該第一輸入電壓，且該輸出控制端耦接該致能電路的該第三輸出端，且當接收到該致能訊號時該雙切開關將該輸入端連接至該第四輸出端，否則該雙切開關將該輸入端連接至該第五輸出端；以及一直流-直流升壓轉換器，耦接該雙切開關的該第四輸出端，當接收到該致能電路輸出的該致能訊號時，該直流-直流升壓轉換器將接收自該第四輸出端的該第一輸入電壓進行升壓轉換。
100‧‧‧致能電路
102‧‧‧第一偵測控制器
104‧‧‧第二偵測控制器
106‧‧‧致能開關
200、204‧‧‧電壓比較器
202‧‧‧第一開關
206‧‧‧第二開關
500‧‧‧電源切換系統
502‧‧‧雙切開關
504‧‧‧直流-直流升壓轉換器
第1圖為本揭露實施例之致能電路示意圖；第2A圖為本揭露實施例第1圖之第一偵測控制器的內部電 路示意圖；第2B圖為本揭露實施例第1圖之第二偵測控制器的內部電路示意圖；第3圖為本揭露實施例第1圖之第三輸出端的電壓與第一、第二輸入電壓的關係圖；第4圖為本揭露另一實施例之致能電路示意圖；第5圖為本揭露實施例第4圖之第三輸出端的電壓與電壓VIN的關係圖；第6圖為本揭露實施例第1圖之致能電路應用於一電源切換系統之電路方塊圖。
第1圖為本揭露實施例之致能電路示意圖。如第1圖所示，致能電路100包括一第一偵測控制器102、一第二偵測控制器104、一致能開關106、複數個分壓電阻(R1-R6)，以及可選擇性地設置的一至多個箝制裝置。在此，例如是採用三個齊納二極體(D1-D3)作為箝制裝置。第一偵測控制器102，具有耦接一第一輸入電壓(VA)的一第一輸入端IN1和一第一輸出端OUT1；第二偵測控制器104，具有耦接該第一輸入電壓(VA)的一第二輸入端IN2、和一第二輸出端OUT2，其中該第二輸入端IN2更耦接該第一輸出端OUT1；致能開關106，具有一控制端TC耦接該第二輸出端OUT2、一第三輸入端IN3耦接一第二輸入電壓(VB)，和一第三輸出端OUT3。
當第一偵測控制器102透過分壓電阻R1、R2偵測到 該第一輸入電壓(VA)不大於一第一設定電壓(VL)時，將該第一輸出端OUT1接地連接；當該第一輸入電壓(VA)大於該第一設定電壓(VL)時，將該第一輸出端OUT1與該接地斷開。當第二偵測控制器104透過分壓電阻R3、R4偵測到該第一輸入電壓(VA)不大於一第二設定電壓(VH)時，將第二輸出端OUT2與該接地連接；當該第一輸入電壓(VA)大於該第二設定電壓(VH)時，該第二輸出端OUT2與該接地斷開。需注意的是該第二設定電壓(VH)大於該第一設定電壓(VL)。當該第一輸入電壓(VA)處於該第一和該第二設定電壓(VL和VH)之範圍內時，該致能電路透過該第二輸出端OUT2耦接至該接地，驅動致能開關106導通以從該第三輸出端OUT3輸出透過該第二輸入電壓(VB)而提供的一致能訊號。
第2A圖為本揭露實施例第1圖之第一偵測控制器的內部電路示意圖；更詳細地說，第一偵測控制器102的內部結構，如第2A圖所示，可包括一電壓比較器200，以及一第一開關202。第一偵測控制器102內部的該電壓比較器接收該第一輸入電壓(VA)經過分壓電阻R1、R2分壓後的電壓V1，並且與該第一設定電壓(VL)成特別比例(在此例中為R2/R1+R2)的一第一參考電壓(Vref1)做比較，當電壓V1不大於該第一參考電壓(Vref1)時，表示該第一輸入電壓(VA)不大於該第一設定電壓(VL)，則第一偵測控制器102內部的第一開關202，使得第一偵測控制器102的該第一輸出端OUT1與接地相連接。當電壓V1大於該第一參考電壓(Vref1)時，亦即該第一輸入電壓(VA)大於該第一設定電壓(VL)時，第一偵測控制器102內部的該第一開 關202，使得第一偵測控制器102的該第一輸出端OUT1與接地斷開。此時，該第一輸出端OUT1的電壓(V2)為第一輸入電壓VA透過分壓電阻R3、R4分壓後的電壓。
第二偵測控制器104與第一偵測控制器102有相同的內部結構。如第2B圖所示，第二偵測控制器104內部的電壓比較器204接收該第一輸入電壓(VA)經過分壓電阻R3、R4分壓後的電壓V2，並且與該第二設定電壓(VH)成特別比例(在此例中為R4/R3+R4)的一第二參考電壓(Vref2)做比較，當電壓V2不大於該第二參考電壓(Vref2)時，表示該第一輸入電壓(VA)不大於該第二設定電壓(VH)，則第二偵測控制器104內部的該第二開關206，使得第二偵測控制器104的該第二輸出端OUT2與接地相連接。當電壓V2大於該第二參考電壓(Vref2)時，亦即該第一輸入電壓(VA)大於該第二設定電壓(VH)時，第二偵測控制器104內部的第二開關206，使得第二偵測控制器104的該第二輸出端OUT2與接地斷開。
致能開關106具有一控制端TC耦接第二偵測控制器104的該第二輸出端OUT2，一第三輸入端IN3耦接一第二輸入電壓(VB)，以及一第三輸出端OUT3。在此，致能開關106為一PMOS電晶體，其閘極作為控制端TC、源極作為第三輸入端IN3、汲極作為第三輸出端OUT3。當第一輸入電壓(VA)大於該第一設定電壓(VL)時，亦即電壓V1大於該第一參考電壓(Vref1)時，第一偵測控制器102將該第一輸出端OUT1與接地斷開，因此該第一輸出端OUT1的電壓V2係為透過電阻R3、R4將該第一輸入電壓VA分壓而得到。在該第一輸入電壓VA並未大於該第 二設定電壓VH時，亦即電壓V2不大於該第二參考電壓(Vref2)時，第二偵測控制器104將該第二輸出端OUT2與接地相連接。此時，由於該第二輸出端OUT2的電壓為0V(接地)，電阻R6的兩端的電壓會對PMOS電晶體(致能開關106)的閘極(gate)與源極(source)以負電壓(-V3)進行偏壓，使得PMOS電晶體導通，因此該第三輸出端OUT3會將該第三輸入端IN3的電壓V3輸出以作為致能訊號給後級相耦接的電路或裝置。其中，電壓V3是透過電阻R5、R6將第二輸入電壓VB分壓而得到。
當該第一輸入電壓VA大於該第二設定電壓VH時，亦即電壓V2大於該第二參考電壓(Vref2)時，第二偵測控制器104將該第二輸出端OUT2與接地斷開，因此電阻R6的兩端的電壓無法提供對PMOS電晶體(致能開關106)的閘極(gate)與源極(source)偏壓，PMOS電晶體不會導通，第三輸入端IN3的電壓V3無法從第3輸出端OUT3輸出以作為致能訊號。
第3圖為本揭露實施例第1圖之第三輸出端OUT3的電壓(VC)與第一輸入電壓(VA)的關係圖。在本實施例中，依據第1圖的電路圖，第一輸入電壓為VA，第二輸入電壓為VB，依據分壓定理，則電壓V1、V2與該等分壓電阻(R1-R4)的關係如下：V1=VA×R2/(R1+R2)
V2=VA×R4/(R3+R4)
當第二偵測控制器104的該第二輸出端與接地相耦接時，則電壓V3與該等分壓電阻(R5、R6)的關係如下：V3=VB×R6/(R5+R6)
第一偵測控制器102的該第一設定電壓(VL)，以及第二偵測控制器104的該第二設定電壓(VH)，與第一參考電壓Vref1、第二參考電壓Vref2的關係如下：VL=Vref1×(1+R1/R2)
VH=Vref2×(1+R3/R4)
因此，藉由調整、或設定第一偵測控制器102和第二偵測控制器104內的參考電壓Vref1、Vref2，及/或調整、設定電阻R1~R4的值，即可以設定該第一設定電壓VL和該第二設定電壓VH。藉此，可以使本發明實施例之致能電路100達到可以在第一輸入電壓在該第一設定電壓VL和該第二設定電壓VH範圍時輸出致能訊號。所以，本發明實施例之致能電路100運作為電壓帶通(voltage band-pass)致能電路，亦即在第一設定電壓VL和該第二設定電壓VH的電壓帶範圍內才發出致能訊號。
如第3圖所示，在致能電路100所在的電路裝置或系統開機時，隨著由一輸入電源(第1圖未圖示)提供的第一輸入電壓(VA)從0V逐漸增加，電壓V1也依據上述關係式做線性增加。當電壓V1不大於該第一參考電壓(Vref1)時，即第一輸入電壓(VA)不大於第一設定電壓(VL)，此時第一偵測控制器102將該第一輸出端OUT1與接地相連接，因此第一偵測控制器102的該第一輸出端OUT1的電壓為0V，電壓V2也為0V。當電壓V1大於該第一參考電壓(Vref1)時，即第一輸入電壓(VA)大於第一設定電壓(VL)，此時第一偵測控制器102將該第一輸出端OUT1與接地斷開，因此第一輸出端OUT1的電壓V2從原本接地的0V變成成VA×R4/R3+R4。隨後，電壓V2也隨著第一輸入電壓(VA) 的增加而線性增加，當第二輸入端IN2(亦即第一輸出端OUT1)的電壓V2不大於該第二參考電壓(Vref2)時，即第一輸入電壓(VA)不大於第二設定電壓(VH)，此時第二偵測控制器104將該第二輸出端OUT2與接地相連接，致能開關106因而導通，電壓V3通過致能開關106而從第三輸出端OUT3輸出，因而提供一致能訊號(電壓VC)給後級相耦接的電路或裝置。當第一電壓VA大於該第二設定電壓(VH)時，亦即該第二輸入端IN2的電壓V2大於該第二參考電壓Vref2時，此時第二偵測控制器104將該第二輸出端OUT2與接地斷開，因此致能開關106不導通，致能開關106的該第三輸出端OUT3的電壓變為0V，而停止輸出該致能訊號。需注意，在此實例中，第二輸入電壓VB可以是直接由一第二輸入電源直接提供的電壓，或是由該第二輸入電源經過穩壓裝置後所提供的電壓。因此，前述裝置或系統開啟之後，在第一輸入電壓VA上升至該第一設定電壓VL和該第二設定電壓VH的範圍時，該第二輸入電壓VB可以是持續上升的或是固定的；在此實施例假設第二輸入電壓VB在此期間是固定的，因此第2圖中致能電路100所輸出的致能訊號的電壓VC係為固定。
第4圖為本揭露另一實施例之致能電路400示意圖。第4圖與第1圖的差異在於，第4圖的第一輸入電壓端係與第二輸入端相偶接，因此第1圖的致能電路100的第一輸入電壓(VA)與第二輸入電壓(VB)，在第4圖的致能電路400是相等的電壓VIN。除此之外，第4圖的致能電路400的動作與第1圖的致能電路100相同，在此不再予以贅述。第5圖為本揭露實施例第3圖 之第三輸出端的電壓(VC)與電壓VIN的關係圖。如第5圖所示，由於將第二輸入電壓(VB)與第一輸入電壓(VA)相耦接的緣故，當該電壓VIN落在該第一設定電壓(VL)以及該第二設定電壓(VH)之間的範圍時，此時第三輸出端(OUT3)的電壓VC也會隨著該電壓VIN的增加而呈現線性增加，使得第5圖與第3圖的第三輸出端OUT3的電壓VC有著不相同的對應線圖。
第1圖與第4圖的齊納二極體D1、D2、D3可以箝制電壓V1、V2、V3，而保護第一偵測控器102及第二偵測控制器104不會因過高輸入電壓發生損毀。
第6圖為本揭露實施例第1圖之致能電路100應用於一電源切換系統之電路方塊圖。如第6圖所示，電源切換系統500包括一致能電路100、一雙切開關502，以及一直流-直流升壓轉換器504。如前述第1圖與相關內容所述，致能電路100接收該第一輸入電壓(VA)，當該第一輸入電壓(VA)於上述第一設定電壓VL與上述第二設定電壓VH的範圍內時，決定輸出該致能訊號(即由第1圖的第三輸出端OUT3所輸出的電壓VC)。雙切開關502，具有一第四輸入端IN4接收該第一輸入電壓(VA)、一第四輸出端OUT4、一第五輸出端OUT5，以及一第一控制端TC1接收該致能訊號；當該致能訊號為邏輯高準位時，雙切開關502將該第四輸入端IN4與該第四輸出端OUT4相耦接；當該致能訊號為邏輯低準位時，雙切開關502將該第四輸入端IN4與該第五輸出端OUT5相耦接。值得注意的是，雙切開關502在運作後的預設切換位置為將第四輸入端IN4與第五輸出端OUT5相耦接。換句話說，在雙切開關502的第一控制端TC1沒 有接收到該致能訊號時，雙切開關502的第四輸入端IN4係與其第五輸出端OUT5相耦接，因而將第一輸入電壓(VA)導通至雙切開關502的該第五輸出端OUT5。
直流-直流升壓轉換器504，具有一第五輸入端IN5與雙切開關502的該第四輸出端OUT4相耦接，以及一第二控制端TC2接收該致能訊號；當該致能訊號為邏輯高準位時，直流-直流升壓轉換器504被致能而運作，且透過雙切開關502以接收該第一輸入電壓(VA)，並且將該第一輸入電壓(VA)升壓至一特定電壓(VD)，其中該特定電壓(VD)大於該第一輸入電壓(VA)；當該致能訊號為邏輯低準位時，則將直流-直流升壓轉換器504去能。
本發明所揭露的該致能電路，可運用於具有多重電源輸入的電子裝置。舉例來說，螢幕可拆式筆記型電腦具有底板及可拆式螢幕兩部分。一般來說，該底板的工作電壓為5V，但可拆式螢幕的工作電壓為12V，因此需要透過底板內的一直流-直流升壓轉換器(例如第5圖的504)，將電壓5V升壓為12V，以供應該可拆式螢幕所需的電源。但是當該螢幕可拆式筆記型電腦接上一外部電源，對該筆記型電腦的電池充電時，該外部電源的電壓為20V，此時應該將該直流-直流升壓轉換器504去能(disable)，該可拆式螢幕可直接利用20V的電源(如第5圖雙切開關502在低邏輯準位下，雙切開關502透過第五輸出端OUT5而將該第一輸入電壓(VA)輸出)，並經降壓後來執行運作。此時，可應用本發明所揭露的該致能電路100，將第一設定電壓(VL)設為5V，第二設定電壓(VH)設為12V。在該螢幕可拆式筆 電由該外部電源供電的情況下(20V)，因為輸入電壓20V大於第二設定電壓(VH)的12V，因此該致能電路100可將該直流-直流升壓轉換器504去能(disable)，以達到省電的目的，並改善系統的穩定度。
雖然本發明的實施例如上述所描述，我們應該明白上述所呈現的只是範例，而不是限制。依據本實施例上述示範實施例的許多改變是可以在沒有違反發明精神及範圍下被執行。因此，本發明的廣度及範圍不該被上述所描述的實施例所限制。更確切地說，本發明的範圍應該要以以下的申請專利範圍及其相等物來定義。

Claims (4)

  1. 一種致能電路，包括：一第一偵測控制器，具有一第一輸入端和一第一輸出端；其中該第一輸入端耦接一第一輸入電壓；其中，當偵測到該第一輸入電壓不大於一第一設定電壓時，將該第一輸出端與接地連接；當該第一輸入電壓大於該第一設定電壓時，將該第一輸出端與該接地斷開；一第二偵測控制器，具有一第二輸入端和一第二輸出端；其中該第二輸入端耦接該第一輸入電壓；其中該第二輸入端更耦接該第一輸出端，且當偵測到該第一輸入電壓不大於一第二設定電壓時，將第二輸出端與該接地連接；當該第一輸入電壓大於該第二設定電壓時，該第二輸出端與該接地斷開；該第二設定電壓大於該第一設定電壓；以及一致能開關，具有一控制端耦接該第二輸出端、一第三輸入端耦接一第二輸入電壓，和一第三輸出端；其中，當該第一輸入電壓處於該第一和該第二設定電壓之範圍內時，該致能電路透過該第二輸出端耦接至該接地，驅動該致能開關導通以從該第三輸出端輸出透過該第二輸入電壓而提供的一致能訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之致能電路，其中該第一輸入電壓係由一第一輸入電源所提供，該第一輸入電源啟動後，在該第一輸入電壓從該第一設定電壓上升至該第二設定電壓的期間，該致能電路輸出該致能訊號。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之致能電路，更包括一至多個電壓箝制裝置，耦接於該第一偵測控制器的該第一輸入端、該第二偵測控制器的該第二輸入端，或該致能開關的該第三輸入端與該接地之間，以將該第一輸入電壓，或該第二輸入電壓箝制在該第一偵測控制器或該第二偵測控制器之額定電壓之內。
  4. 一種電源切換系統，包括：申請專利範圍第1項所述之致能電路，接收該第一輸入電壓，當該第一輸入電壓處於該第一和該第二設定電壓之範圍內時，從該第三輸出端輸出該致能訊號；一雙切開關，具有一輸入端、一輸出控制端、一第四輸出端和一第五輸出端；該輸入端接收該第一輸入電壓，且該輸出控制端耦接該致能電路的該第三輸出端，且當接收到該致能訊號時該雙切開關將該輸入端連接至該第四輸出端，否則該雙切開關將該輸入端連接至該第五輸出端；以及一直流-直流升壓轉換器，耦接該雙切開關的該第四輸出端，當接收到該致能電路輸出的該致能訊號時，該直流-直流升壓轉換器將接收自該第四輸出端的該第一輸入電壓進行升壓轉換。
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