TWI729835B - 遲滯電壓偵測電路 - Google Patents

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Abstract

一種遲滯電壓偵測電路，包括：穩壓單元、第一功率開關、第一分壓電阻、第二分壓電阻、第三分壓電阻以及第二功率開關。穩壓單元耦接可調電壓源。當第一功率開關以及第二功率開關均導通時，第一分壓電阻、第二分壓電阻以及第三分壓電阻對可調電壓源進行分壓。當第一功率開關以及第二功率開關均關斷時，第一分壓電阻以及第二分壓電阻對可調電壓源進行分壓。

Description

遲滯電壓偵測電路
本發明係有關一種電壓偵測電路，尤指偵測電壓變化以控制電壓之遲滯現象的一種遲滯電壓偵測電路。
在習知的電路實施態樣中，一般而言是採用比較器的正回授功能來達到電壓之遲滯現象。進一步而言，傳統電壓遲滯的現象可以通過功率開關調整參考電壓，並搭配比較器而產生遲滯電壓功能。傳統方式為搭配比較器而一併使用的雙極性接面電晶體(bipolar junction transistor,BJT)卻容易受到製程公差或環境溫度的變化而產生嚴重的電壓位準的飄移現象，對於電路在使用於轉態點偵測(例如溫度保護、避免雜訊干擾/誤動作等等)時，所對應產生電壓遲滯之操作點精確度不高，導致無法精確控制電壓遲滯現象的問題。進一步而言，傳統方式所使用比較器元件成本較高、功耗較高、且對應之線路複雜度亦較高。
為此，如何設計出一種遲滯電壓偵測電路，特別是解決現有技術之前述技術問題，乃為本案發明人所研究的重要課題。
本發明之目的在於提供一種遲滯電壓偵測電路，解決現有技術之電路在使用於轉態點偵測時，容易受到製程公差或環境溫度的變化而產生嚴重的電壓位準的飄移現象的技術問題，達到低成本、低功耗且可精確控制電壓遲滯現象之目的。
為了達到前述目的，本發明所提出的遲滯電壓偵測電路包括穩壓單元、第一功率開關電路以及第二功率開關電路。其中，穩壓單元包括陽極、陰極以及參考端，陽極接地，陰極耦接可調電壓源。第一功率開關電路包括第一功率開關，第一功率開關耦接穩壓單元的陰極以及可調電壓源。第二功率開關電路包括第一分壓電阻、第二分壓電阻、第三分壓電阻以及第二功率開關，第二功率開關為場效電晶體，穩壓單元的參考端通過第一分壓電阻耦接可調電壓源，第二分壓電阻以及第三分壓電阻耦接第二功率開關，第二分壓電阻接地，第二功率開關耦接第一功率開關，且第二功率開關通過第二分壓電阻以及第三分壓電阻耦接第一分壓電阻以及穩壓單元的參考端。其中，當第一功率開關以及第二功率開關均導通時，第一分壓電阻、第二分壓電阻以及第三分壓電阻對可調電壓源進行分壓，且產生第一電壓至穩壓單元的該參考端，使穩壓單元導通。其中，當第一功率開關以及第二功率開關均關斷時，第一分壓電阻以及第二分壓電阻對可調電壓源進行分壓，且產生第二電壓至穩壓單元的參考端，使穩壓單元關斷。
進一步而言，所述之遲滯電壓偵測電路中，穩壓單元的陰極通過第一限流電阻耦接可調電壓源。
進一步而言，所述之遲滯電壓偵測電路中，第一功率開關電路更包括二極體以及第二限流電阻，其中，第二限流電阻耦接二極體，第 一功率開關通過第二限流電阻以及二極體耦接第一限流電阻以及穩壓單元。
進一步而言，所述之遲滯電壓偵測電路中，第一功率開關通過第三限流電阻接地。
進一步而言，所述之遲滯電壓偵測電路中，第三限流電阻通過齊納二極體接地。
進一步而言，所述之遲滯電壓偵測電路中，第一電壓小於第二電壓。
進一步而言，所述之遲滯電壓偵測電路中，可調電壓源包括市電或弦波產生器。
進一步而言，所述之遲滯電壓偵測電路中，可調電壓源包括熱敏電阻。
在使用本發明所述遲滯電壓偵測電路時，由於可調電壓源的電壓位準是可變動的，根據所搭配具特定參數的第一分壓電阻、第二分壓電阻以及第三分壓電阻，可控制發生遲滯現象的遲滯進入點以及遲滯脫離點。當可調電壓源的電壓位準被調整到使第一功率開關以及第二功率開關均導通時，第一分壓電阻、第二分壓電阻以及第三分壓電阻對可調電壓源進行分壓，且產生第一電壓至穩壓單元的該參考端，使穩壓單元導通，此時所述遲滯電壓偵測電路位於遲滯進入點。當可調電壓源的電壓位準被調整到使第一功率開關以及第二功率開關均關斷時，第一分壓電阻以及第二分壓電阻對可調電壓源進行分壓，且產生第二電壓至穩壓單元的參考端，使穩壓單元關斷，此時所述遲滯電壓偵測電路位於遲滯脫離點。進一步而 言，由於所述遲滯電壓偵測電路下方分壓電阻(包括第二分壓電阻以及第三分壓電阻)的第二功率開關是場效電晶體，場效電晶體相較於傳統的電壓遲滯電路中使用的雙極性接面電晶體具有較佳溫度穩定性，且場效電晶體的導通阻抗較不易受到溫度變化而具有飄移現象，相對於分壓電阻可降低溫度對於電壓的影響。並且，本發明相較於傳統方式亦免除了使用比較器所帶來的高成本、高功耗以及線路複雜的缺點。
為此，本發明所述遲滯電壓偵測電路解決現有技術之電路在使用於轉態點偵測時，容易受到製程公差或環境溫度的變化而產生嚴重的電壓位準的飄移現象的技術問題，達到低成本、低功耗且可精確控制電壓遲滯現象之目的。
為了能更進一步瞭解本發明為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，相信本發明特徵與特點，當可由此得一深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
10:第一功率開關電路
20:第二功率開關電路
U1:穩壓單元
R11:第一限流電阻
R12:第二限流電阻
R13:第三限流電阻
R1:第一分壓電阻
R2:第二分壓電阻
R3:第三分壓電阻
Q1:第一功率開關
Q2:第二功率開關
D1:二極體
D3:齊納二極體
Vin:電壓量測點
Vol:電壓量測點
Vref:參考端
V:可調電壓源
V1:電壓
V2:電壓
VD3:電壓
T:時間軸
圖1為本發明遲滯電壓偵測電路的電路架構圖；以及圖2及圖3為本發明遲滯電壓偵測電路的遲滯現象波形圖。
以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟悉此技術之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點及 功效。本發明亦可藉由其他不同的具體實例加以施行或應用，本發明說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。
須知，本說明書所附圖式繪示之結構、比例、大小、元件數量等，均僅用以配合說明書所揭示之內容，以供熟悉此技術之人士瞭解與閱讀，並非用以限定本發明可實施之限定條件，故不具技術上之實質意義，任何結構之修飾、比例關係之改變或大小之調整，在不影響本發明所能產生之功效及所能達成之目的下，均應落在本發明所揭示之技術內容得能涵蓋之範圍內。
茲有關本發明之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下。
請參閱圖1至圖3所示。其中，圖1為本發明遲滯電壓偵測電路的電路架構圖，圖2及圖3為本發明遲滯電壓偵測電路的遲滯現象波形圖。
在本發明之一實施例中，所述遲滯電壓偵測電路包括穩壓單元U1、第一功率開關電路10以及第二功率開關電路20。其中，穩壓單元U1包括陽極、陰極以及參考端Vref，穩壓單元U1的陽極接地，穩壓單元U1的陰極通過第一限流電阻R11耦接可調電壓源V。進一步而言，所述穩壓單元U1可以是德州儀器(Texas Instruments,TI)的TL431可調式並聯穩壓器，然並不以此限制本發明，且於第一限流電阻R11與可調電壓源V之間設置有電壓量測點Vin。進一步而言，所述可調電壓源V可以是電壓位準可變動的市電或弦波產生器，亦可以是耦接熱敏電阻等負溫度係數(negative temperature coeffieient,NTC)之電子元件的偵測電路。
第一功率開關電路10包括第一功率開關Q1、二極體D1以及第二限流電阻R12。在本發明之所述實施例中，第二限流電阻R12的兩端分別耦接二極體D1以及第一功率開關Q1，二極體D1耦接第一限流電阻R11以及穩壓單元U1。然而，本發明不受此限制，換言之，二極體D1以及第二限流電阻R12只要是串聯耦接的方式皆可，亦即，在不同的實施例中，二極體D1的兩端分別耦接第二限流電阻R12以及第一功率開關Q1，第二限流電阻R12耦接第一限流電阻R11以及穩壓單元U1。其中，所述第一功率開關Q1可以是NPN型的雙極性接面電晶體(BJT)，第一功率開關Q1的集極(collector)耦接可調電壓源V以及第一限流電阻R11。第一功率開關Q1的基極(base)依序通過第二限流電阻R12以及二極體D1耦接第一限流電阻R11以及穩壓單元U1。第一功率開關Q1的射極(emitter)耦接第三限流電阻R13，且依序通過第三限流電阻R13以及齊納二極體(Zener diode)D3接地。其中，第三限流電阻R13以及齊納二極體D3之間具有電壓量測點Vol。在本發明之未圖示的另一實施例中可以不需要齊納二極體D3，即第一功率開關Q1的射極僅通過第三限流電阻R13接地。然而，本發明不受此限制。
第二功率開關電路20包括第一分壓電阻R1、第二分壓電阻R2、第三分壓電阻R3以及第二功率開關Q2。第二功率開關Q2可以是N型金氧半場效電晶體(metal-oxide-semiconductor field effect transistor,MOSFET)，然不以此限制本發明。穩壓單元U1的參考端Vref通過第一分壓電阻R1耦接可調電壓源V。第二分壓電阻R2的一端耦接第二功率開關Q2的源極(source)，另一端接地。第三分壓電阻R3的一端耦接第二分壓電阻R2，另一端耦接第二功率開關Q2的汲極(drain)。第二功率開關Q2的閘極(gate)耦接第一功率開關Q1的射極 (emitter)，且第二功率開關Q2通過第二分壓電阻R2以及第三分壓電阻R3耦接第一分壓電阻R1以及穩壓單元U1的參考端Vref。
在使用本發明所述遲滯電壓偵測電路時，由於可調電壓源V的電壓位準是可變動(可調整的)的，根據所搭配具特定參數的第一分壓電阻R1、第二分壓電阻R2以及第三分壓電阻R3，可控制發生遲滯現象的遲滯進入點以及遲滯脫離點。當可調電壓源V的電壓位準被調整到使第一功率開關Q1以及第二功率開關Q2均導通(ON)時，第一分壓電阻R1、第二分壓電阻R2以及第三分壓電阻R3對可調電壓源V進行分壓，此時，第二分壓電阻R2與第三分壓電阻R3為並聯，並且再與第一分壓電阻R1串聯，且產生第一電壓Vref-1至穩壓單元U1的參考端Vref，使穩壓單元U1導通(ON)(假設，TL431的導通臨界電壓為2.5V)，此時所述遲滯電壓偵測電路位於遲滯進入點。進一步而言，在進入所述遲滯進入點時，電壓量測點Vin所量到的電壓為V1(在本發明之所述實施例中電壓V1可以是14V)，且電壓量測點Vol的電壓波形亦隨時間軸T(單位為毫秒，μs)相應地產生變化，如圖2所示。且由於電壓量測點Vin所量到的電壓為V1的同時，第一功率開關Q1是呈導通狀態，故電壓量測點Vol所量測到的電壓即齊納二極體D3的電壓VD3，如圖3所示。
進一步而言，所述電壓V1的數值可由如下方程式計算：
Figure 109118590-A0305-02-0009-1
且第一電壓Vref-1的數值可由如下方程式計算：
Figure 109118590-A0305-02-0009-2
當可調電壓源V的電壓位準被調整到使第一功率開關Q1以及第二功率開關Q2均關斷(OFF)時，第一分壓電阻R1以及第二分壓電阻R2對可調電壓源V進行分壓，此時，第一分壓電阻R1與第二分壓電阻R2為串聯，且產生第二電壓Vref-2至穩壓單元U1的參考端Vref，使穩壓單元U1關斷(OFF)，此時所述遲滯電壓偵測電路位於遲滯脫離點。在本發明之所述實施例中，第一電壓Vref-1小於第二電壓Vref-2。進一步而言，在進入所述遲滯脫離點時，電壓量測點Vin所量到的電壓為V2(在本發明之所述實施例中電壓V2可以是10V)，且電壓量測點Vol的電壓波形亦隨時間軸T(單位為毫秒，μs)相應地產生變化，如圖2所示。進一步而言，由於所述遲滯電壓偵測電路下方分壓電阻(包括第二分壓電阻R2以及第三分壓電阻R3)的第二功率開關Q2是場效電晶體(FET)，場效電晶體相較於傳統的電壓遲滯電路中使用的雙極性接面電晶體(BJT)具有較佳溫度穩定性，且場效電晶體的導通阻抗較不易受到溫度變化而具有飄移現象，相對於第一分壓電阻R1、第二分壓電阻R2以及第三分壓電阻R3可降低溫度對於電壓的影響。並且，本發明相較於傳統方式亦免除了使用比較器所帶來的高成本、高功耗以及線路複雜的缺點。
進一步而言，所述電壓V2的數值可由如下方程式計算：
Figure 109118590-A0305-02-0010-3
且第二電壓Vref-2的數值可由如下方程式計算：
Figure 109118590-A0305-02-0010-4
為此，本發明所述遲滯電壓偵測電路解決現有技術之電路在使用於轉態點偵測時，容易受到製程公差或環境溫度的變化而產生嚴重的電壓位準 的飄移現象的技術問題，達到低成本、低功耗且可精確控制電壓遲滯現象之目的。
以上所述，僅為本發明較佳具體實施例之詳細說明與圖式，惟本發明之特徵並不侷限於此，並非用以限制本發明，本發明之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準，凡合於本發明申請專利範圍之精神與其類似變化之實施例，皆應包括於本發明之範疇中，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。
10:第一功率開關電路
20:第二功率開關電路
U1:穩壓單元
R11:第一限流電阻
R12:第二限流電阻
R13:第三限流電阻
R1:第一分壓電阻
R2:第二分壓電阻
R3:第三分壓電阻
Q1:第一功率開關
Q2:第二功率開關
D1:二極體
D3:齊納二極體
Vin:電壓量測點
Vol:電壓量測點
Vref:參考端
V:可調電壓源

Claims (7)

  1. 一種遲滯電壓偵測電路，包括：一穩壓單元，包括一陽極、一陰極以及一參考端，其中該陽極接地，該陰極耦接一可調電壓源；一第一功率開關電路，包括一第一功率開關，該第一功率開關耦接該穩壓單元的該陰極以及該可調電壓源；以及一第二功率開關電路，包括一第一分壓電阻、一第二分壓電阻、一第三分壓電阻以及一第二功率開關；其中，該第二功率開關為一場效電晶體，該穩壓單元的該參考端通過該第一分壓電阻耦接該可調電壓源；該第二分壓電阻以及該第三分壓電阻耦接該第二功率開關，該第二分壓電阻接地，該第二功率開關耦接該第一功率開關，且該第二功率開關通過該第二分壓電阻以及該第三分壓電阻耦接該第一分壓電阻以及該穩壓單元的該參考端；其中，當該第一功率開關以及該第二功率開關均導通時，該第一分壓電阻、該第二分壓電阻以及該第三分壓電阻對該可調電壓源進行分壓，且產生一第一電壓至該穩壓單元的該參考端，使該穩壓單元導通；其中，當該第一功率開關以及該第二功率開關均關斷時，該第一分壓電阻以及該第二分壓電阻對該可調電壓源進行分壓，且產生一第二電壓至該穩壓單元的該參考端，使該穩壓單元關斷；其中，該第一功率開關通過一第三限流電阻接地。
  2. 如請求項1所述之遲滯電壓偵測電路，其中，該穩壓單元的該陰極通過一第一限流電阻耦接該可調電壓源。
  3. 如請求項2所述之遲滯電壓偵測電路，其中，該第一功率開關電路更包括：一二極體；以及一第二限流電阻，耦接該二極體；其中，該第一功率開關通過該第二限流電阻以及該二極體耦接該第一限流電阻以及該穩壓單元。
  4. 如請求項1所述之遲滯電壓偵測電路，其中，該第三限流電阻通過一齊納二極體接地。
  5. 如請求項1所述之遲滯電壓偵測電路，其中，該第一電壓小於該第二電壓。
  6. 如請求項1所述之遲滯電壓偵測電路，其中，該可調電壓源包括一市電或一弦波產生器。
  7. 如請求項1所述之遲滯電壓偵測電路，其中，該可調電壓源包括一熱敏電阻。
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