TWI654811B - 用於直流電源之保護電路及保護模組 - Google Patents

Abstract

一種用於直流電源之保護電路及保護模組。保護電路包含一電晶體、一箝位二極體及一第一保護元件。第一保護元件用以吸收輸入端上的突波電流。箝位二極體控制電晶體之二端電極間之壓降，以對輸出端提供過壓保護。

Description

用於直流電源之保護電路及保護模組

本發明係關於一種用於直流電源之保護電路及保護模組。具體而言，本發明之保護電路可設置於一受電端裝置內，或以保護模組的形式設置於直流電源供應裝置及受電端裝置之間。

隨著科技的發展，大多的電子裝置之直流電源供應電路皆設置保護電路，以防止電子裝置之受電端元件因突波（例如：雷擊所產生之突波）而損壞。

傳統的保護電路為了使突波產生的電流能經由保護元件，故需使用大電感器作為解耦元件。然而，由於電感器之阻抗與頻率相關，故隨著突波的電流頻率不同其阻抗亦不同，進而使得解耦效果不穩定。再者，電感器產生阻抗是因應突波的電流流過而產生的，故保護電路無法立即地對突波產生反應，而存在響應速度上的問題。

有鑑於此，如何提供一種保護電路，其解耦元件具有穩定的解耦效果且能提高響應速度，乃為此業界亟待解決的問題。

本發明之目的在於提供一種用於直流電源之保護電路及保護模組，其解耦元件具有穩定的解耦效果且能提高響應速度，並強化鉗位型保護元件的鉗位效果。

為達上述目的，本發明揭露一種用於直流電源之保護電路，包含一第一輸入接腳、一第二輸入接腳、一第一輸出接腳、一第二輸出接腳、一電晶體、一第一傳輸線、一第二傳輸線、一第三傳輸線、一第一電阻器、一箝位二極體及一第一保護元件。該電晶體具有一第一端電極、一第二端電極及一控制電極。該第一傳輸線耦接於該第一輸入接腳與該電晶體之該第一端電極之間。該第二傳輸線耦接於該電晶體之該第二端電極與該第一輸出接腳之間。該第三傳輸線耦接於該第二輸入接腳與該第二輸出接腳之間。該第一電阻器耦接於該電晶體之該第一端電極及該控制電極之間。該箝位二極體耦接於該電晶體之該控制電極與該第三傳輸線之間。該第一保護元件耦接於該第一傳輸線及該第三傳輸線之間。

此外，本發明更揭露一種用於直流電源之保護模組包含一輸入介面、一輸出介面以及一保護電路。該輸入介面具有一第一輸入端點及一第二輸入端點。該輸出介面具有一第一輸出端點及一第二輸出端點。該保護電路包含一第一輸入接腳、一第二輸入接腳、一第一輸出接腳、一第二輸出接腳、一電晶體、一第一傳輸線、一第二傳輸線、一第三傳輸線、一第一電阻器、一箝位二極體及一第一保護元件。該第一輸入接腳耦接至該第一輸入端點。該第二輸入接腳耦接至該第二輸入端點。該第一輸出接腳耦接至該第一輸出端點。該第二輸出接腳耦接至該第二輸出端點。該電晶體具有一第一端電極、一第二端電極及一控制電極。該第一傳輸線耦接於該第一輸入端點與該電晶體之該第一端電極之間。該第二傳輸線耦接於該電晶體之該第二端電極與該第一輸出端點之間。該第三傳輸線耦接於該第二輸入端點與該第二輸出端點之間。該第一電阻器耦接於該電晶體之該第一端電極及該控制電極之間。該箝位二極體耦接於該電晶體之該控制電極與該第三傳輸線之間。該第一保護元件耦接於該第一傳輸線及該第三傳輸線之間。

在參閱圖式及隨後描述之實施方式後，此技術領域具有通常知識者便可瞭解本發明之其他目的，以及本發明之技術手段及實施態樣。

以下之實施例係用以舉例說明本發明之技術內容，並非用以限制本發明之範圍。需說明者，以下實施例及圖式中，與本發明無關之元件已省略而未繪示，且圖式中各元件間之尺寸關係僅為求容易瞭解，非用以限制實際比例。

本發明第一實施例請參考第1-2、5A-5D圖。第1-2圖係本發明用於直流電源之保護電路PC，其包含一第一輸入接腳PIN1、一第二輸入接腳PIN2、一第一輸出接腳POUT1、一第二輸出接腳POUT2、一電晶體TR、一第一傳輸線T1、一第二傳輸線T2、一第三傳輸線T3、一第一電阻器R1、一箝位二極體CD及一第一保護元件PE1。第一輸入接腳PIN1與第二輸入接腳PIN2用於連接至供電端電路（例如：包含一交流轉直流的電路），以接收一直流電源，而第一輸出接腳POUT1與一第二輸出接腳POUT2用於連接至受電端電路（例如：包含一發光二極體的電路），以一輸出一直流電源。

第一傳輸線T1耦接於第一輸入接腳PIN1與電晶體TR之第一端電極TE1之間。第二傳輸線T2耦接於電晶體TR之第二端電極TE2與第一輸出接腳POUT1之間。第三傳輸線T3耦接於第二輸入接腳PIN2與第二輸出接腳POUT2之間。第一保護元件PE1耦接於第一傳輸線T1及第三傳輸線T3之間。舉例而言，第一保護元件PE1可為一單向瞬態抑制二極體TVS，如第5A圖所示。於保護電路PC中，第一保護元件PE1係將來自於第一輸入接腳PIN1或第二輸入接腳PIN2中的突波電流導向彼此，以避免過大的電流流向受電端電路，而造成主要受電端元件的損壞。

於本發明中，解耦元件係由電晶體TR、第一電阻器R1、一箝位二極體CD所組成。電晶體TR可為一金屬氧化物半導體場效電晶體（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor；MOSFET）或一雙極性接面電晶體（Bipolar Junction Transistor；BJT）。於第1圖中電晶體TR係N型MOSFET，而於第2圖中，電晶體TR係NPN型BJT。電晶體TR具有一第一端電極TE1、一第二端電極TE2及一控制電極CE。箝位二極體CD耦接於電晶體TR之控制電極CE與第三傳輸線T3之間，用於控制電晶體TR之第一端電極TE1與第二端電極TE2間之壓降，使電晶體TR之第二端電極TE2之電壓可基於箝位二極體CD之箝位電壓而被限制。如此一來，突波電流流經第一保護元件PE1時所產生的過大殘壓可由電晶體TR承受，進而避免造成受電端元件的損壞。

舉例而言，以第1圖作為說明，箝位二極體CD係一瞬態抑制二極體，其具有一箝位電壓（例如：50伏特（volt；V）），則使得電晶體TR之第二端電極TE2之電壓被限制至為箝位電壓減去電晶體TR之控制電極CE與第二端電極TE2間的電壓差。因此，不論突波電流流經第一保護元件PE1時所產生的電壓大小為何（即第一端電極TE1之電壓為何），本發明皆可使得電晶體TR之第二端電極TE2之電壓被限制，避免過大的電壓提供至供電端電路。

第一電阻器R1耦接於電晶體TR之第一端電極TE1及控制電極CE之間，用於對箝位二極體CD進行限流，即降低流過箝位二極體CD之電流。第一電阻器R1之電阻值範圍介於100歐姆（Ohm；Ω）至100KΩ，其可依據保護電路PC的需求進行配置。此外，如第2圖所示，當電晶體TR為BJT時，本發明之保護電路PC更包含一第二電阻器R2，使得第一電阻器R1及箝位二極體CD係共同透過第二電阻器R2耦接至電晶體TR之控制電極CE。第二電阻器R2係用以避免BJT之基極（base）與射極（emitter）間之電流過大而被燒毀。第二電阻器R2之電阻值範圍介於100Ω至100KΩ，可依據保護電路PC的需求進行配置。

此外，於一實施例中，當保護電路PC設置於一裝置中時，第三傳輸線T3可透過第二輸入接腳PIN2或第二輸出接腳POUT2連接至共通接地端，亦即裝置內部接地端，通常電壓為0伏特（V）。

本發明第二實施例如第3-4圖所示。第二實施例為第一實施例之延伸。於本實施例中，若受電端裝置所需之保護要求較高時，則保護電路PC更包含一第二保護元件PE2，耦接於第二傳輸線T2及第三傳輸線T3之間。舉例而言，第二保護元件PE2可為一單向瞬態抑制二極體TVS、一雙向瞬態抑制二極體BTVS、一晶體閘流管TSPD、一氣體放電管GDT及一壓敏電阻器VDR其中之一，如同第5A-5E圖所示。如同前述，由於電晶體TR之第二端電極TE2之電壓因箝位二極體CD而被限制，故第二保護元件PE2可確實地發揮其鉗位功能。

本發明第三實施例如第6、7圖所示。第三實施例為第一、二實施例之延伸。於本實施例中，為了避免突波的高電壓位於第二輸入接腳PIN2，而直接透過第三傳輸線T3傳遞至受電端電路而使受電端元件被損壞，因此當第一保護元件PE1為一雙向導通元件（例如：雙向瞬態抑制二BTVS極體、晶體閘流管TSPD、氣體放電管GDT及壓敏電阻器VDR）時，保護電路PC更包含一二極體D。二極體D係一單向導通二極體，其與第一保護元件PE1並聯且耦接於第一傳輸線T1及第三傳輸線T3之間。由於二極體D之導通電壓相當低，而其阻抗相對於受電端電路的等效阻抗較低，故突波電流將經由二極體D被傳遞制第一傳輸線T1上，而不會直接經由第三傳輸線T3被傳遞至受電端電路。須說明者，當保護元件PE1為單向導通元件的情況下，保護電路PC中亦可設置二極體D。換言之，當保護元件PE1為單向導通元件的情況下，二極體D可非必要元件。

本發明第三實施例如第8圖所示，其係本發明保護模組PM之示意圖。保護模組PM係用於一直流電源。保護模組PM包含一輸入介面INI、一輸出介面OUTI以及一保護電路PC。輸入介面INI具有一第一輸入端點IN1及一第二輸入端點IN2。輸出介面OUTI具有一第一輸出端點OUT1及一第二輸出端點OUT2。

輸入介面INI可連接至一直流電源供應裝置（例如：一交流-直流適配器（AC-DC Adapter）），以接收一直流電壓。輸出介面OUTI可供一電子產品（例如：手機、LED燈泡等各種電子產品）連接，以輸出一直流電壓。保護電路PC可如同前述任一實施例所述。保護電路PC之第一輸入接腳PIN1耦接至第一輸入端點IN1，第二輸入接腳PIN2耦接至第二輸入端點IN2、第一輸出接腳POUT1耦接至該第一輸出端點OUT1、第二輸出接腳POUT2耦接至第二輸出端點OUT2。

綜上所述，本發明之保護電路基於由電晶體TR、第一電阻器R1、一箝位二極體CD所組成之解耦元件的阻抗與電流的頻率無關之特性，以提高保護電路的響應速度，並確保突波電流會經由第一保護元件PE1流向供電端電路，而避免過大的電流流至受電端電路。再者，電晶體TR可有效地吸收第一保護元件PE1因突波電流於其端點所產生之電壓，而使得第二保護元件PE2可確實地發揮其鉗位功能，故可有效地避免因突波而產生過大的電壓至受電端電路。

上述之實施例僅用來列舉本發明之實施態樣，以及闡釋本發明之技術特徵，並非用來限制本發明之保護範疇。任何熟悉此技術者可輕易完成之改變或均等性之安排均屬本發明所主張之範疇。

PIN1‧‧‧第一輸入接腳

PIN2‧‧‧第二輸入接腳

POUT1‧‧‧第一輸出接腳

POUT2‧‧‧第二輸出接腳

T1‧‧‧第一傳輸線

T2‧‧‧第二傳輸線

T3‧‧‧第三傳輸線

INI‧‧‧輸入介面

OUTI‧‧‧輸出介面

PE1‧‧‧第一保護元件

PE2‧‧‧第二保護元件

D‧‧‧二極體

R1‧‧‧第一電阻器

R2‧‧‧第二電阻器

TR‧‧‧電晶體

CD‧‧‧箝位二極體

PC‧‧‧保護電路

PM‧‧‧保護模組

IN1‧‧‧第一輸入端點

IN2‧‧‧第二輸入端點

OUT1‧‧‧第一輸出端點

OUT2‧‧‧第二輸出端點

TVS‧‧‧單向瞬態抑制二極體

BTVS‧‧‧雙向瞬態抑制二極體

VDR‧‧‧壓敏電阻器

GDT‧‧‧氣體放電管

TSPD‧‧‧晶體閘流管

TE1‧‧‧第一端電極

TE2‧‧‧第二端電極

CE‧‧‧控制電極

第1-2圖係分別為本發明第一實施例之保護電路PC之示意圖； 第3-4圖係分別為本發明第二實施例之保護電路PC之示意圖； 第5A-5E圖分別為本發明第一保護元件PE1及第二保護元件PE2之示意圖； 第6-7圖係分別為本發明第三實施例之保護電路PC之示意圖；以及 第8圖係本發明保護模組PM之示意圖。

Claims (16)

1. 一種用於直流電源之保護電路，包含： 　　一第一輸入接腳； 　　一第二輸入接腳； 　　一第一輸出接腳； 　　一第二輸出接腳； 　　一電晶體，具有一第一端電極、一第二端電極及一控制電極； 　　一第一傳輸線，耦接於該第一輸入接腳與該電晶體之該第一端電極之間； 　　一第二傳輸線，耦接於該電晶體之該第二端電極與該第一輸出接腳之間； 　　一第三傳輸線，耦接於該第二輸入接腳與該第二輸出接腳之間； 　　一第一電阻器，耦接於該電晶體之該第一端電極及該控制電極之間； 　　一箝位二極體，耦接於該電晶體之該控制電極與該第三傳輸線之間；以及 　　一第一保護元件，耦接於該第一傳輸線及該第三傳輸線之間。
2. 如請求項1所述之保護電路，其中該第一保護元件為一單向瞬態抑制二極體。
3. 如請求項1所述之保護電路，其中當該第一保護元件為一雙向瞬態抑制二極體、一晶體閘流管、一氣體放電管及一壓敏電阻器其中之一時，該保護電路更包含： 　　一二極體，與該第一保護元件並聯且耦接於該第一傳輸線及該第三傳輸線之間。
4. 如請求項1所述之保護電路，更包含一第二保護元件，耦接於該第二傳輸線及該第三傳輸線之間。
5. 如請求項4所述之保護電路，其中該第二保護元件為一單向瞬態抑制二極體、一雙向瞬態抑制二極體、一晶體閘流管、一氣體放電管及一壓敏電阻器其中之一。
6. 如請求項1所述之保護電路，其中該電晶體係一金屬氧化物半導體場效電晶體及一雙極性接面電晶體其中之一。
7. 如請求項6所述之保護電路，更包含一第二電阻器，且該第一電阻器及該箝位二極體係共同透過該第二電阻器耦接至該電晶體之該控制電極。
8. 如請求項1所述之保護電路，其中該箝位二極體係一瞬態抑制二極體。
9. 一種用於直流電源之保護模組，包含： 　　一輸入介面，具有一第一輸入端點及一第二輸入端點； 　　一輸出介面，具有一第一輸出端點及一第二輸出端點；以及 　　一保護電路，包含： 　　　　一第一輸入接腳，耦接至該第一輸入端點； 　　　　一第二輸入接腳，耦接至該第二輸入端點； 　　　　一第一輸出接腳，耦接至該第一輸出端點； 　　　　一第二輸出接腳，耦接至該第二輸出端點； 　　　　一電晶體，具有一第一端電極、一第二端電極及一控制電極； 　　　　一第一傳輸線，耦接於該第一輸入接腳與該電晶體之該第一端電極之間； 　　　　一第二傳輸線，耦接於該電晶體之該第二端電極與該第一輸出接腳之間； 　　　　一第三傳輸線，耦接於該第二輸入接腳與該第二輸出接腳之間； 　　　　一第一電阻器，耦接於該電晶體之該第一端電極及該控制電極之間； 　　　　一箝位二極體，耦接於該電晶體之該控制電極與該第三傳輸線之間；以及 　　　　一第一保護元件，耦接於該第一傳輸線及該第三傳輸線之間。
10. 如請求項9所述之保護模組，其中該第一保護元件為一單向瞬態抑制二極體。
11. 如請求項9所述之保護模組，其中當該第一保護元件為一雙向瞬態抑制二極體、一晶體閘流管、一氣體放電管及一壓敏電阻器其中之一時，，該保護電路更包含： 　　一二極體，與該第一保護元件並聯且耦接於該第一傳輸線及該第三傳輸線之間。
12. 如請求項9所述之保護模組，更包含一第二保護元件，耦接於該第一傳輸線及該第二傳輸線之間。
13. 如請求項12所述之保護模組，其中該第二保護元件為一單向瞬態抑制二極體、一雙向瞬態抑制二極體、一晶體閘流管、一氣體放電管及一壓敏電阻器其中之一。
14. 如請求項9所述之保護模組，其中該電晶體係一金屬氧化物半導體場效電晶體及一雙極性接面電晶體其中之一。
15. 如請求項14所述之保護模組，其中該保護電路更包含一第二電阻器，且該第一電阻器及該箝位二極體係共同透過該第二電阻器耦接至該電晶體之該控制電極。
16. 如請求項9所述之保護模組，其中該箝位二極體係一瞬態抑制二極體。