TWI664785B - 用於電子裝置的保護電路及相關的保護方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭露一種用於一電子裝置的保護電路，其中該電子裝置包含一第一電源輸出介面以及一第二電源輸出介面。該保護電路包含有一第一開關元件以及一偵測電路，其中該第一開關元件耦接於一第一電壓源以及該第一電源輸出介面之間。在該保護電路的操作中，該偵測電路係用以偵測該第二電源輸出介面之一輸出電壓值以產生一偵測結果，且該第一開關元件根據該偵測結果以將該第一電壓源連接至該第一電源輸出介面以允許該第一電源輸出介面對外輸出功率，或是將該第一電壓源隔絕於該第一電源輸出介面。

Description

用於電子裝置的保護電路及相關的保護方法
本發明係有關於具有多個電源輸出介面的電子裝置。
在符合通用序列匯流排(Universal Serial Bus，USB)型式C(type -C)之規格中，其提供了多種具有不同輸出功率的供電規格，以允許電子裝置具有更高的電源輸出效率。然而，由於一般電子裝置的功率供應是有限制的，因此，若是電子裝置同時對兩個或以上的行動裝置進行充電，且其中一個行動裝置所使用的是通用序列匯流排型式C中具有高功率輸出的供電規格的話，則很有可能會造成電子裝置的功率消耗過大，導致系統異常或是毀損。
因此，本發明的目的之一在於提供一種保護電路，其可以在系統有可能發生功率消耗過大的情形下快速地關閉其中一個電源輸出，以避免系統異常或是毀損。
在本發明的一個實施例中，揭露了一種用於一電子裝置的保護電路，其中該電子裝置包含一第一電源輸出介面以及一第二電源輸出介面。該保護電路包含有一第一開關元件以及一偵測電路，其中該第一開關元件耦接於一第一電壓源以及該第一電源輸出介面之間。在該保護電路的操作中，該偵測電路係用以偵測該第二電源輸出介面之一輸出電壓值以產生一偵測結果，且該第一開關元件根據該偵測結果以將該第一電壓源連接至該第一電源輸出介面以允許該第一電源輸出介面對外輸出功率，或是將該第一電壓源隔絕於該第一電源輸出介面。
在本發明的另一個實施例中，揭露了一種用於一電子裝置的保護方法，其中該電子裝置包含一第一電源輸出介面以及一第二電源輸出介面，且該保護方法包含有：偵測該第二電源輸出介面之一輸出電壓值以產生一偵測結果；以及根據該偵測結果以將一第一電壓源連接至該第一電源輸出介面以允許該第一電源輸出介面對外輸出功率，或是將該第一電壓源隔絕於該第一電源輸出介面。
第1圖為根據本發明一實施例之電子裝置100的方塊圖。如第1圖所示，電子裝置100包含了一第一電壓源110、一第二電壓源120、一第一電源輸出介面130、一第二電源輸出介面140以及一保護電路150，其中保護電路150包含了一開關元件152以及一偵測電路154。在本實施例中，電子裝置100可以是一顯示器或是任何可以對其他裝置進行充電的電子裝置，第一電源輸出介面130為任何可以輸出固定的功率/電壓值的資料傳輸接頭，而第二電源輸出介面140係具有多種具有不同輸出功率/電壓值的供電規格，例如第二電源輸出介面140係支援通用序列匯流排型式C的規格。
在第1圖所示的實施例中，第一電壓源110係用以產生一第一供應電壓DC1至第一電源輸出介面130，以使得第一電源輸出介面130可以對所連接到的裝置進行充電；另一方面，第二電壓源120係用以產生一第二供應電壓DC2至第二電源輸出介面140，以使得第二電源輸出介面140可以對所連接到的裝置進行充電。在本實施例中，第一電壓源110所提供的第一供應電壓DC1是一個固定的電壓值，而第二電壓源120係根據第一供應電壓DC1來產生一個準位可因裝置間協商而改變的第二供應電壓DC2，然而，本發明並不以此為限，在其他的實施例中第二電壓源120可以根據其他的電壓值來產生第二供應電壓DC2。
由於第二電源輸出介面140的輸出電壓值(亦即，第二電壓源120所提供的第二供應電壓DC2)並非一直是一個固定值，因此，為了避免電子裝置100的整體的功率消耗過高，本實施例提供了保護電路150以在第二供應電壓DC2過高時強制關閉開關元件152來隔絕第一電壓源110以及第一電源輸出介面130，以避免造成系統異常或是毀損。具體來說，偵測電路154可以偵測第二供應電壓DC2的準位以產生一偵測結果Vc，而開關元件152再根據偵測結果Vc來決定是否將第一電壓源110連結至第一電源輸出介面130。舉例來說，當偵測結果Vc指出第二供應電壓DC2高於一臨界值時，開關元件152係會將第一電壓源110隔絕於第一電源輸出介面130，以避免第一電源輸出介面130對外部裝置進行充電而導致電子裝置100的整體功耗過高；而當偵測結果Vc指出第二供應電壓DC2不高於該臨界值時，開關元件152係會將第一電壓源110連結至第一電源輸出介面130，以允許第一電源輸出介面130對外部裝置進行充電。
以一例子來做為說明，在以下的說明係假設第一電壓源110的最大輸出功率為145瓦特，外部裝置插入第一電源輸出介面130時第一電源輸出介面130輸出功率為60瓦特，電子裝置100的固定消耗功率為70瓦特(例如，面板、音訊、及其他基本運作)，且第二電源輸出介面140所支援的供電規格包含了5V/3A、9V/3A、10V/5A、12V/5A、20V/3.25A，其中“V”為伏特(volt)、“A”為安培(ampere)。在此例子中，在第一電源輸出介面130有對外部裝置進行充電的情形下，第二電源輸出介面140所允許的功率輸出僅剩下15瓦特(145-70-60=15)，因此在此狀況下第二電源輸出介面140僅可以輸出5V/3A(亦即，15瓦特)，而若是輸出9V/3A、10V/5A、12V/5A、20V/3.25A的情形下則會超出第一電壓源110的供電能力，導致系統異常或是毀損。因此，若是偵測電路154所產生之偵測結果Vc指出第二供應電壓DC2的準位高於5V時，則開關元件152係會將第一電壓源110隔絕於第一電源輸出介面130，以避免第一電源輸出介面130對外部裝置進行充電；而若是偵測電路154所產生之偵測結果Vc指出第二供應電壓DC2的準位不高於5V時，則開關元件152係會將第一電壓源110連接至第一電源輸出介面130以允許第一電源輸出介面130對外部裝置進行充電。需注意的是，上述例子僅是作為範例說明，在實際應用上可以根據電子裝置100的系統功耗來調整對應到第二供應電壓DC2的臨界值。
此外，為了讓保護電路150可以快速且有效率地反映出第二供應電壓DC2的準位以對系統進行保護，保護電路150所包含的偵測電路154與開關元件152完全採用硬體來實現，而不涉及軟體的控制。舉例來說，第2圖為根據本發明一實施例之偵測電路154與開關元件152的示意圖，其中偵測電路154包含了由電阻R1、R2所構成的一分壓電路，開關元件152包含了由連接至一參考電壓VDD與接地電壓的電晶體Q1、Q2及電阻R3、R4所構成的一邏輯電路、以及一P型金氧半場效電晶體M1。在偵測電路154與開關元件152的操作中，電阻R1、R2所構成的該分壓電路對第二供應電壓DC2進行分壓以產生一分壓後訊號，而在本實施例中該分壓後訊號即為偵測電路154所產生的偵測結果Vc，而由電晶體Q1、Q2及電阻R3、R4所構成的該邏輯電路則為根據偵測結果Vc來控制P型金氧半場效電晶體M1的開啟/關閉，以選擇性地將第一供應電壓DC1連接至第一電源輸出介面130。詳細來說，透過對電阻R1~R4設計出適當的電阻值，當端點A為高電壓準位時(亦即，表示第二供應電壓DC2的準位高於該臨界值)，會使得端點B為低電壓準位且端點C為高電壓準位，以使得P型金氧半場效電晶體M1關閉而隔絕第一電壓源110與第一電源輸出介面130；反之當端點A為低電壓準位時，會使得端點B為高電壓準位且端點C為低電壓準位，以使得P型金氧半場效電晶體M1開啟而使得第一電壓源110連接至第一電源輸出介面130。
需注意的是，第2圖所示的電路架構僅為一範例說明，而非是作為本發明的限制。在本發明之其他實施例中，開關元件152內所包含的邏輯電路可以具有不同的架構(例如，更多或是更少的電晶體數量)，或是P型金氧半場效電晶體M1可以被替換為一N型金氧半場效電晶體。只要偵測電路154與開關元件152可以在第二供應電壓DC2的準位高於一臨界值時隔絕第一電壓源110與第一電源輸出介面130，相關電路設計上的變化均應隸屬於本發明的範疇。
第3圖為根據本發明一實施例之用於一電子裝置的保護方法的流程圖。參考以上所揭露的內容，本實施例的流程如下所述。
步驟300：流程開始。
步驟302：使用者將一外部裝置插入第一電源輸出介面130，且第一電源輸出介面130開始使用第一電壓源110所提供的第一供應電壓DC1對該外部裝置進行供電。
步驟304：使用者將另一外部裝置插入第二電源輸出介面140，且第二電源輸出介面140開始使用第二電壓源120所提供的第二供應電壓DC2對該另一外部裝置進行供電。
步驟306：保護電路150判斷第二供應電壓DC2是否大於一臨界值，若是，則流程進入步驟308；若否，流程進入步驟310。
步驟308：保護電路150將第一電壓源110隔絕於第一電源輸出介面130，以停止對該外部裝置進行供電。
步驟310：保護電路150繼續將第一電壓源110連接於第一電源輸出介面130，以允許第一電源輸出介面130繼續對該外部裝置進行供電。
第4圖為根據本發明一實施例之電子裝置400的方塊圖。如第4圖所示，電子裝置100包含了一第一電壓源410、一第二電壓源420、一第一電源輸出介面430、一第二電源輸出介面440以及一保護電路450，其中保護電路450包含了第一開關元件452_1、第二開關元件452_2、第一偵測電路454_1以及第二偵測電路454_2。在本實施例中，電子裝置400可以是一顯示器或是任何可以對其他裝置進行充電的電子裝置，第一電源輸出介面430與第二電源輸出介面440係具有多種具有不同輸出功率/電壓值的供電規格，例如第一電源輸出介面430與第二電源輸出介面440係支援通用序列匯流排型式C的規格。
在第4圖所示的實施例中，第一電壓源410係用以產生一第一供應電壓DC1至第一電源輸出介面430，以使得第一電源輸出介面430可以對所連接到的裝置進行充電；另一方面，第二電壓源420係用以產生一第二供應電壓DC2至第二電源輸出介面440，以使得第二電源輸出介面440可以對所連接到的裝置進行充電。
由於第一電源輸出介面430與第二電源輸出介面440具有多種具有不同輸出功率/電壓值的供電規格，因此，為了避免電子裝置400的整體的功率消耗過高，本實施例提供了保護電路450以在第二供應電壓DC2過高時強制關閉第一開關元件452_1來隔絕第一電壓源410以及第一電源輸出介面430，以及在第一供應電壓DC1過高時強制關閉第二開關元件452_2來隔絕第二電壓源420以及第二電源輸出介面440，以避免造成系統異常或是毀損。具體來說，第一偵測電路454_1可以偵測第一供應電壓DC1的準位以產生一偵測結果Vc1，而第二開關元件452_2再根據偵測結果Vc1來決定是否將第二電壓源420連結至第二電源輸出介面440。舉例來說，當偵測結果Vc1指出第一供應電壓DC1高於一臨界值時，第二開關元件452_2係會將第二電壓源420隔絕於第二電源輸出介面440，以避免第二電源輸出介面440對外部裝置進行充電而導致電子裝置400的整體功耗過高；而當偵測結果Vc1指出第一供應電壓DC1不高於該臨界值時，第二開關元件452_2係會將第二電壓源420連結至第二電源輸出介面440，以允許第二電源輸出介面440對外部裝置進行充電。另一方面，第二偵測電路454_2可以偵測第二供應電壓DC2的準位以產生一偵測結果Vc2，而第一開關元件452_1再根據偵測結果Vc2來決定是否將第一電壓源410連結至第一電源輸出介面430。舉例來說，當偵測結果Vc2指出第二供應電壓DC2高於一臨界值時，第一開關元件452_1係會將第一電壓源410隔絕於第一電源輸出介面430，以避免第一電源輸出介面430對 外部裝置進行充電而導致電子裝置400的整體功耗過高；而當偵測結果Vc2指出第二供應電壓DC2不高於該臨界值時，第一開關元件452_1係會將第一電壓源410連結至第一電源輸出介面430，以允許第一電源輸出介面430對外部裝置進行充電。
以一例子來做為說明，在以下的說明係假設電子裝置400的最大輸出功率為145瓦特，電子裝置400的固定消耗功率為70瓦特(例如，面板、音訊、及其他基本運作)，且第一電源輸出介面430與第二電源輸出介面440所支援的供電規格包含了5V/3A、9V/3A、10V/5A、12V/5A、20V/3.25A。在此例子中，在第一電源輸出介面430第二電源輸出介面440有其中之一是採用20V/3.25A(65瓦特)來對外部裝置進行充電的情形下，則由於所允許的功率輸出僅剩下10瓦特(145-70-65=10)，故另外一個電源輸出介面不論選擇哪一個供電規格都會超出電子裝置400的供電能力，導致系統或是毀損。因此，若是偵測結果Vc1、Vc2中指出第一供應電壓DC1與第二供應電壓DC2中有任何一個的準位高於/等於20V時，則關閉另一個電源輸出介面以避免系統毀損。舉例來說，假設第一偵測電路454_1偵測到第一供應電壓DC1的準位高於/等於20V時，則第二開關452_2便會將第二電壓源420隔絕於第二電源輸出介面440。需注意的是，上述例子僅是作為範例說明，在實際應用上可以根據電子裝置400的系統功耗來調整對應到第一供應電壓DC1及/或第二供應電壓DC2的臨界值。
此外，為了讓保護電路450可以快速且有效率地反映出第一供應電壓DC1與第二供應電壓DC2的準位以對系統進行保護，保護電路450內的元件係完全採用硬體來實現，而不涉及軟體的控制。由於本領域技術人員可以參考第2圖所示的實施例後進行修改來得到保護電路450的實現方式，故細節不再贅述。
簡要歸納本發明，在本發明之應用在電子裝置的保護電路中，其可以在系統有可能發生功率消耗過大的情形下關閉其中一個電源輸出，以避免系統異常或是毀損。此外，上述保護電路係完全由硬體來實現，以迅速地對電子裝置進行有效率的保護。 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‧‧‧電子裝置
110、410‧‧‧第一電壓源
120、420‧‧‧第二電壓源
130、430‧‧‧第一電源輸出介面
140、440‧‧‧第二電源輸出介面
150、450‧‧‧保護電路
152‧‧‧開關元件
154‧‧‧偵測電路
452_1‧‧‧第一開關元件
452_2‧‧‧第二開關元件
454_1‧‧‧第一偵測電路
454_2‧‧‧第二偵測電路
DC1‧‧‧第一供應電壓
DC2‧‧‧第二供應電壓
Vc、Vc1、Vc2‧‧‧偵測結果
VDD‧‧‧參考電壓
第1圖為根據本發明一實施例之電子裝置的方塊圖。 第2圖為根據本發明一實施例之偵測電路與開關元件的示意圖。 第3圖為根據本發明一實施例之用於一電子裝置的保護方法的流程圖。 第4圖為根據本發明另一實施例之電子裝置的方塊圖。

Claims (16)

  1. 一種用於一電子裝置的保護電路，其中該電子裝置包含一第一電源輸出介面以及一第二電源輸出介面，且該保護電路包含有：一第一開關元件，耦接於一第一電壓源以及該第一電源輸出介面之間；以及一偵測電路，用以偵測該第二電源輸出介面之一輸出電壓值以產生一偵測結果；其中當該偵測結果指出該第二電源輸出介面之該輸出電壓值高於一臨界值時，將該第一電壓源隔絕於該第一電源輸出介面；以及當該偵測結果指出該第二電源輸出介面之該輸出電壓值不高於該臨界值時，該第一開關元件將該第一電壓源連接至該第一電源輸出介面以允許該第一電源輸出介面之對外輸出功率。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之保護電路，其中該第二電源輸出介面係具有多種不同輸出電壓值的供電規格。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之保護電路，其中該第二電源輸出介面符合通用序列匯流排(Universal Serial Bus，USB)型式C(type-C)的規格。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之保護電路，其中該偵測電路包含了一分壓電路，用以將該第二電源輸出介面之該輸出電壓值進行分壓以產生一分壓後訊號，其中該偵測結果係根據該分壓後訊號所產生。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之保護電路，其中該分壓後訊號直接作為該偵測結果，且該開關元件直接根據該分壓後訊號的準位來決定將該第一電壓源連接至該第一電源輸出介面，或是將該第一電壓源隔絕於該第一電源輸出介面。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之保護電路，其中該偵測電路為一第二偵測電路，該偵測結果為一第二偵測結果，以及該保護電路另包含有：一第二開關元件，耦接於一第二電壓源以及該第二電源輸出介面之間；以及一第一偵測電路，用以偵測該第一電源輸出介面之一輸出電壓值以產生一第一偵測結果；其中該第二開關元件根據該第一偵測結果以將該第二電壓源連接至該第二電源輸出介面以允許該第二電源輸出介面對外輸出功率，或是將該第二電壓源隔絕於該第二電源輸出介面。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之保護電路，其中該第一電源輸出介面與該第二電源輸出介面係具有多種不同輸出電壓值的供電規格。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之保護電路，其中該第一電源輸出介面與該第二電源輸出介面中至少其一符合通用序列匯流排型式C的規格。
  9. 一種用於一電子裝置的保護方法，其中該電子裝置包含一第一電源輸出介面以及一第二電源輸出介面，且該保護方法包含有：偵測該第二電源輸出介面之一輸出電壓值以產生一偵測結果；當該偵測結果指出該第二電源輸出介面之該輸出電壓值高於一臨界值時，將該第一電壓源隔絕於該第一電源輸出介面；以及當該偵測結果指出該第二電源輸出介面之該輸出電壓值不高於該臨界值時，將該第一電壓源連接至該第一電源輸出介面以允許該第一電源輸出介面之對外輸出功率。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之保護方法，其中該第二電源輸出介面係具有多種不同輸出電壓值的供電規格。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之保護方法，其中該第二電源輸出介面符合通用序列匯流排(Universal Serial Bus，USB)型式C(type-C)的規格。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之保護方法，其中偵測該第二電源輸出介面之該輸出電壓值以產生該偵測結果的步驟包含有：使用一分壓電路以將該第二電源輸出介面之該輸出電壓值進行分壓以產生一分壓後訊號；以及根據該分壓後訊號以產生該偵測結果。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之保護方法，其中該分壓後訊號直接作為該偵測結果，且根據該偵測結果以將該第一電壓源連接至該第一電源輸出介面以允許該第一電源輸出介面對外輸出功率，或是將該第一電壓源隔絕於該第一電源輸出介面的步驟包含有：直接根據該分壓後訊號的準位來決定將該第一電壓源連接至該第一電源輸出介面，或是將該第一電壓源隔絕於該第一電源輸出介面。
  14. 如申請專利範圍第9項所述之保護方法，其中該偵測結果為一第二偵測結果，以及該保護方法另包含有：偵測該第一電源輸出介面之一輸出電壓值以產生一第一偵測結果；以及根據該第一偵測結果以將該第二電壓源連接至該第二電源輸出介面以允許該第二電源輸出介面對外輸出功率，或是將該第二電壓源隔絕於該第二電源輸出介面。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之保護方法，其中該第一電源輸出介面與該第二電源輸出介面係具有多種不同輸出電壓值的供電規格。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之保護方法，其中該第一電源輸出介面與該第二電源輸出介面中至少其一符合通用序列匯流排型式C的規格。
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