TWI653800B - Water resistance overvoltage protection circuit - Google Patents

Abstract

本發明係一被水電阻過壓保護電路，包含有：一第一開關，電連接於一被水電阻的一第二端及一接地端之間；一第二開關，電連接於該第一開關的一控制端及該接地端之間；一基納二極體，電連接於該第二開關的一控制端及該被水電阻的一第一端之間，當電連接至該被水電阻的地一端的一輸入電源產生一高壓突波，該基納二極體崩潰導通提供該第二開關的控制端一導通電壓，該第二開關導通該第一開關的控制端與接地端，該第一開關因此不導通且在該被水電阻的第二端及該接地端之間形成一開路，令該高壓突波不會通過該被水電阻，保護該被水電阻不被損毀。

Description

被水電阻過壓保護電路

本發明係一種保護電路，尤指一種被水電阻過壓保護電路。

許多電路裝置因應用上的需求，部分或全部裝置設置於戶外的露天環境，即使設有外部殼體的保護，當長時間暴露在戶外環境中，受到天氣因素或意外情況的作用，該電路裝置的開關部件仍有可能受到雨水等低電阻液體的滲入，令該開關部件應為不導通的開路狀態時，該開關部件形成一非無限大的電阻使得一漏電流得以通過，提供該負載電路一電壓，而使負載電路產生誤動作。為避免此情形的發生，請參閱圖6所示，習有的被水電阻電路包含有一輸入電源VIN、一輸入開關S、一負載電路30、一被水電阻R，該開關S電連接於該輸入電源VIN及該負載電路30之間，以控制該輸入電源VIN能否提供電力至該負載電路30；該被水電阻R的一端連接該開關S與該負載電路30的連接點，另一端接地。雖然該輸入開關S在不應導通時，會形成開路狀態，使該輸入電源VIN的電力無法被提供至該負載電路30。由於該輸入開關S可能受低電阻值的液體滲入，使得該輸入開關S兩端得以通過滲入的低電阻值液體而產生漏電流，造成該輸入電源VIN提供的電力能通過滲入的低電阻值液體而被提供至該負載電路30。但當該輸入開關S兩端產生漏電流時，該被水電阻R產生一衰減作用，令通過該輸入開關S的電壓不足以啟動該負載電路30，避免該負載電路30產生誤動作。

然而，當該輸入電源VIN產生一遠高於常態運作時所提供的電壓，且該電壓高於該被水電阻R的額定承受電壓，例如一啟動電壓突波，由於該被水電阻R的另一端係直接連接接地端，該被水電阻R將被該過高的電壓突波擊穿或燒毀，導致該被水電阻R失去效用。綜上所述，現有技術勢必須作進一步的改良。

有鑑於現有的被水電阻的一端透過一開關電連接一輸入電源，另一端直接連接接地端，導致該輸入電源產生一異常之高電壓時，該異常之高電壓將直接通過該被水電阻，導致該被水電阻被擊穿或燒毀，本發明提供一被水電阻過壓保護電路，包含有：一被水電阻，具有一第一端及一第二端，該第一端係供通過一輸入開關電連接至一輸入電源，並供電連接至一負載電路；一第一開關，電連接於該被水電阻的第二端及一接地端之間，且具有一第一控制端，該第一控制端電連接至該被水電阻之第一端；一第二開關，電連接於該第一開關的第一控制端及該接地端之間，且該第二開關具有一第二控制端；一基納二極體，電連接於該被水電阻的第一端與該第二開關的第二控制端之間。

當該輸入電源產生一異常之高電壓時，該基納二極體崩潰而導通，因此提供該第二開關的控制端一導通電壓，令該第二開關導通，該第一開關的第一控制端通過該第二開關該接地端導通，該第一開關的控制端為0電壓，該第一開關因此不導通，並在該被水電阻的第二端及該接地端間形成一開路，該輸入電源的異常高電壓因此無法產生一電流通過該被水電阻，避免了該異常高電壓擊穿該被水電阻而導致該被水電阻損壞的狀況，達到保護該被水電阻之目的。

R‧‧‧被水電阻

S‧‧‧輸入開關

VIN‧‧‧輸入電源

20‧‧‧負載電路

Q1‧‧‧第一開關

Q2‧‧‧第二開關

ZD‧‧‧基納二極體

Rb1‧‧‧第一基極電阻

Rb2‧‧‧第二基極電阻

11‧‧‧第一基極電阻單元

111‧‧‧電阻

12‧‧‧衰減單元

R1‧‧‧第一電阻

R2‧‧‧第二電阻

R3‧‧‧第三電阻

Cout‧‧‧輸出電容

Din‧‧‧輸入二極體

30‧‧‧負載電路

圖1係本發明的被水電阻過壓保護電路的第一較佳實施例之電路示意圖。

圖2係本發明的被水電阻過壓保護電路的第二較佳實施例之電路示意圖。

圖3係本發明的被水電阻過壓保護電路的第三較佳實施例之電路示意圖。

圖4係本發明的被水電阻過壓保護電路的第四較佳實施例之電路示意圖。

圖5係本發明的被水電阻過壓保護電路的第五較佳實施例之電路示意圖。

圖6係習有被水電阻電路的電路示意圖。

請參閱圖1所示，本發明係一種被水電阻過壓保護電路，該被水電阻過壓保護電路係包含有：一被水電阻R、一第一開關Q1、一第二開關Q2、一基納二極體ZD；該被水電阻R具有一第一端及一第二端，該第一端係供透過一輸入開關S電連接至一輸入電源VIN，並供電連接至一負載電路20；該第一開關Q1電連接於該被水電阻R的第二端及一接地端之間，且該第一開關Q1具有一第一控制端，該第一控制端連接該被水電阻R的第一端；該第二開關Q2電連接於該第一開關Q1的控制端及該接地端之間，且該第二開關Q2具有一第二控制端；該基納二極體ZD電連接於該第二開關Q2的第二控制端及該第一開關Q1的第一控制端之間。

當該輸入電源VIN提供一第一電壓，且該輸入開關S為導通，由於該第一電壓小於該基納二極體ZD的崩潰電壓，該基納二極體ZD受一反向電壓而不導通，使得該第二開關Q2的第二控制端無法接收到一導通電壓，故該第二開關Q2為一開路而不導通，因此該第一開關Q1的第一控制端直接接收該第一電壓，使該第一開關Q1導通，進而使該被水電阻R的第二端通過導通的第一 開關Q1而電連接至該接地端，使得電流可以通過該被水電阻R，讓該被水電阻R能正常運作。

進一步來說，當該輸入開關S應為關閉形成一開路，但受一低電阻之液體滲入時，可能形成一非無限大的電阻值，使得該輸入電源VIN透過該低電阻液體形成一漏電流。由於該第一電壓小於該基納二極體ZD的崩潰電壓，該輸入電源VIN電壓經該輸入開關S形成之電阻產生一壓降後，該被水電阻R的第一端之電壓必然也小於該基納二極體ZD的崩潰電壓，如上段所述，該第一開關Q1的第一控制端接受一導通電壓而導通，使該被水電阻R的第二端通過該導通的第一開關Q1而電連接至該接地端，該被水電阻R因此能正常運作以產生一衰減作用，令該輸入電源VIN因該非正常導通狀態而通過該輸入開關S的漏電壓不足以提供該負載電路20啟動，因此避免該負載電路20因為低電阻液體滲入該輸入開關S而產生誤動作。

當該輸入電源VIN提供一第二電壓，且該輸入開關S為導通時，由於該第二電壓大於該基納二極體ZD的崩潰電壓，該基納二極體ZD崩潰而導通，令該第二開關Q2的第二控制端能接收到一導通電壓而導通，使該第一開關Q1的第一控制端能通過導通的第二開關Q2電連接至該接地端。因此使得該第一開關Q1的第一控制端為0電壓而不導通，進而使該被水電阻R的第二端與該接地端間形成一開路，無法讓電流流過。舉例來說，該第二電壓可能為一異常高的啟動突波電壓。

進一步來說，當該輸入開關S應關閉形成一開路，但因該低電阻之液體滲入導致該輸入開關S處為一非開路的狀態時，且該第二電壓通過該非正常導通狀態的輸入開關S之分壓大於該基納二極體ZD的崩潰電壓，如上段所述，該第一開關Q1的第一控制端電連接至該接地端，因此該第一開關Q1截 止，進而使得該被水電阻R的第二端與該接地端間形成一開路，使得該被水電阻R的第一端之異常高壓不會通過該被水電阻R。

綜上所述，不論該輸入開關S為一正常工作的開啟導通狀態，或因該低電阻液體的滲入形成一非正常的導通狀態，當該被水電阻R的第一端的電壓大於該基納二極體ZD的崩潰電壓，該被水保護電路均能截斷該被水電阻R的第二端及該接地端，避免該異常高壓通過該被水電阻R導致該被水電阻R的損壞。

請繼續參閱圖1所示，在本發明的第一較佳實例中，該第一開關Q1及該第二開關Q2均係一npn型雙極性接面電晶體，分別具有一基極、一集極、一射極，該第一開關Q1之集極連接該被水電阻R的第二端，其射極連接該接地端，其基極為該第一控制端；該第二開關Q2的集極連接該第一開關Q1的基極，該第二開關Q2的射極連接該接地端，該第二開關Q2的基極為該第二控制端。

在本較佳實例中，該基納二極體ZD具有一陽極及一陰極，其陽極連接該第二開關Q2的第二控制端，且其陰極連接該被水電阻R的第一端。如此一來，當該被水電阻R的第一端的電壓值為該第一電壓時，該基納二極體受一反向電壓而不導通，當該被水電阻R的第一端的電壓值為該第二電壓時，由於該第二電壓大於該基納二極體ZD的崩潰電壓，使得該基納二極體ZD崩潰而導通。

請參閱圖2所示，在本發明的第二較佳實例中，該被水電阻過壓保護電路進一步包含有一第一基極電阻Rb1及一第二基極電阻Rb2，該第一開關Q1的第一控制端係透過該第一基極電阻Rb1電連接該被水電阻R的第一端，且該基納二極體ZD的陽極係透過該第二基極電阻Rb2電連接該第二開關Q2的第二控制端。

該第一基極電阻Rb1提供該第一開關Q1的控制端一過電流保護，當該輸入電源VIN產生一過高的電壓時，該第一基極電阻Rb1避免一過高的電壓或電流直接進入該第一開關Q1的第一控制端，導致該第一開關Q1損壞；類似的，該第二基極電阻Rb2提供該第二開關Q2的第二控制端一過電流保護，當該輸入電源VIN產生一突波電壓或一異常高電壓，且該基納二極體ZD崩潰而導通時，避免一異常高電壓或電流直接通過該第二開關Q2的第二控制端導致該第二開關Q2損壞。

請參閱圖3所示，在本發明的第三較佳實例中，該被水電阻過壓保護電路進一步包含有一第一基極電阻單元11，該第一開關Q1的第一控制端係通過該第一基極電阻單元11電連接該被水電阻R的第一端，且該第一基極電阻單元11係由複數個電阻111並聯形成。

該第一基極電阻單元11提供該第一開關Q1的第一控制端一過電流保護，當該輸入電源VIN產生一過高的電壓時，避免該第一開關Q1的第一控制端被該過高之電壓或電流直接通過而損壞。進一步來說，該第一基極電阻單元11由複數電阻111並聯形成，以提高該第一基極電阻單元11之承受功率，且避免了一般單一高功率電阻體積較大，所需之放置空間較大的問題。

請參閱圖4所示，本發明的第四較佳實例中，該被水電阻過壓保護電路進一步包含有一衰減單元12，該衰減單元12包含有一第一電阻R1、一第二電阻R2、一第三電阻R3，其中，該基納二極體ZD的陽極係透過該第二電阻R2連接該第二開關Q2的第二控制端，該第一電阻R1電連接於該第二開關Q2的第二控制端及該接地端之間，且該第三電阻R3電連接於該基納二極體ZD的陽極及該接地端之間。該第一電阻R1、該第二電阻R2、該第三電阻R3形成一π形電阻電路。

當該輸入電源VIN產生一第二電壓，例如該啟動突波或該異常之高電壓，且該基納二極體ZD崩潰而導通時，該衰減單元12產生一分壓及分流的功效，避免該突波電壓或該異常之高電壓及其所產生之大電流通入該第二開關Q2的第二控制端，導致該第二開關Q2損壞。

請參閱圖5所示，在本發明的第五較佳實例中，該被水電阻過壓保護電路進一步包含一輸出電容Cout，該輸出電容Cout電連接於該被水電阻R的第一端及該接地端之間。

該輸出電容Cout進一步提供該負載電路20一突波保護，當該輸入電源VIN產生一突波電壓時，該輸出電容Cout吸收該突波電壓，避免該電壓突波電壓直接進入該負載電路20。

在本較佳實例中，該被水電阻過壓保護電路進一步包含一輸入二極體Din，電連接於該輸入開關S與該被水電阻R的第一端之間。該輸入二極體Din包含一陽極及一陰極，其陽極連接該輸入開關S，其陰極連接該被水電阻R的第一端。

該輸入二極體Din提供一整流保護，當該被水電阻過壓保護電路或該負載電路20產生一漣波電壓時，避免該漣波電壓的高峰電壓反向流入該輸入電源VIN，導致該輸入電源VIN的損壞。

以上所述僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明做任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案的範圍內，當可利用上述揭示的技術內容做出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。

Claims (9)

1. 一被水電阻過壓保護電路，係包含有：一被水電阻，具有一第一端及一第二端，該第一端係供通過一輸入開關電連接至一輸入電源，並供電連接至一負載電路；一第一開關，電連接於該被水電阻的第二端及一接地端之間，且具有一第一控制端，該第一控制端電連接至該被水電阻之第一端；當該第一控制端接收一導通電壓，該第一開關導通；一第二開關，電連接於該第一開關的第一控制端及該接地端之間，且該第二開關具有一第二控制端；當該第二控制端接收該導通電壓，該第二開關導通；一基納二極體，電連接於該被水電阻的第一端與該第二開關的第二控制端之間，該基納二極體具有一陽極及一陰極，其陽極連接該第二開關的第二控制端，其陰極連接該被水電阻的第一端。
2. 如請求項1所述之被水電阻過壓保護電路，其中：當該被水電阻的第一端電壓為一第一電壓時，該基納二極體受到一反向偏壓而不導通，該第一開關的第一控制端受到該第一電壓而導通該被水電阻之第二端與該接地端；當該被水電阻的第一端電壓為一第二電壓時，該基納二極體崩潰而導通，該第二開關的第二控制端受到該第二電壓而導通該第一開關的第一控制端與該接地端，使該第一開關斷開該被水電阻之第二端與該接地端；該第二電壓大於該基納二極體的崩潰電壓，該第一電壓小於該基納二極體的崩潰電壓。
3. 如請求項1所述之被水電阻過壓保護電路，其中： 該第一開關係一雙極性接面電晶體(BJT；Bipolar Junction Transistor)，具有一基極、一集極、一射極，其集極連接該被水電阻的第二端，其射極連接該接地端，其基極為該第一控制端；該第二開關係一雙極性接面電晶體，具有一基極、一集極、一射極，該第二開關的集極連接該第一開關的基極，該第二開關的射極連接該接地端，該第二開關的基極為該第二控制端。
4. 如請求項1所述之被水電阻過壓保護電路，進一步包含有：第一基極電阻，其中，該第一開關的第一控制端係透過該第一基極電阻電連接該被水電阻的第一端。
5. 如請求項1所述之被水電阻過壓保護電路，進一步包含有：一第二基極電阻，其中，該基納二極體的陽極係透過該第二基極電阻電連接該第二開關的控制端。
6. 如請求項1所述之被水電阻過壓保護電路，進一步包含有：一第一基極電阻單元，該第一開關的第一控制端係透過該第一基極電阻單元電連接該被水電阻的第一端，其中該第一基極電阻單元係由複數個並聯的電阻形成。
7. 如請求項1所述之被水電阻過壓保護電路，進一步包含有：一衰減單元，包含有一第一電阻、一第二電阻、一第三電阻，其中：該第一電阻連接於該第二開關的第二控制端及該接地端之間。 該基納二極體的陽極係透過該第二電阻連接該第二開關的控制端；該第三電阻連接於該基納二極體的陽極及該接地端之間。
8. 如請求項1或3所述之被水電阻過壓保護電路，進一步包含有：一輸出電容，電連接於該被水電阻的第一端及該接地端之間。
9. 如請求項1或3所述之被水電阻過壓保護電路，進一步包含有： 一輸入端二極體，其陽極連接該輸入開關，其陰極連接該被水電阻的第一端。