TWI774430B

TWI774430B - 電流偵測短路保護電路

Info

Publication number: TWI774430B
Application number: TW110122244A
Authority: TW
Inventors: 盧武麟; 彭炯穎
Original assignee: 香港商香港德潤微電子股份有限公司
Priority date: 2021-06-18
Filing date: 2021-06-18
Publication date: 2022-08-11
Also published as: TW202301768A

Abstract

一種電流偵測短路保護電路，包括開關單元、電流感測單元、偵測單元與短路偵測模組。開關單元具有第一端、第二端與控制端。開關單元的第一端接收第一電壓，開關單元的控制端接收控制信號。電流感測單元具有第一端與第二端。電流感測單元的第一端耦接開關單元的第二端。電流感測單元的第二端接收第二電壓。偵測單元耦接電流感測單元的第一端與第二端，接收第二電壓與電流感測單元的第一端提供的第三電壓，並依據第二電壓與第三電壓，產生偵測信號。短路偵測模組耦接開關單元的第一端、電流感測單元的第二端與偵測單元，接收第一電壓、第二電壓與偵測信號，並依據第一電壓、第二電壓與偵測信號，以產生短路偵測信號。

Description

電流偵測短路保護電路

本發明實施例關於一種電流偵測保護裝置結合於電流偵測短路保護電路。

近年來，愈來愈多的電子裝置間的資料傳輸與電源供應採用C型通用序列匯流排(USB Type-C)連接埠。USB Type C連接埠除了傳輸介面單一，也支援雙向插拔，因此可以防止插錯方向，更可以提供大電流充電，也適用於影像畫面的輸出。

由於大電流的輸出已經成為未來趨勢，USB Type C連接埠之匯流排電源接腳的電流偵測路徑相對重要，若匯流排電源接腳所流過的電流過大可能造開關電路及其連接的元件嚴重損傷，除靜電放電(ESD)保護之外，USB Type C連接埠需有過電流保護裝置，以對過電流進行偵測。因此，過電流保護裝置是相當重要的元件。然而，在電子應用領域中，過電流保護裝置可能發生短路狀態，造成過大電流損壞電子元件，假若有一偵測電路能隨時偵測保護此狀態不發生，這將使過電流保護裝置更為安全可靠。

本發明實施例提供一種電流偵測短路保護電路，藉以有效地偵測電流偵測元件是否發生短路的現象，以增加使用上的安全性。

本發明實施例提供一種電流偵測短路保護電路，包括開關單元、電流感測單元、偵測單元與短路偵測模組。開關單元具有第一端、第二端與控制端。開關單元的第一端接收第一電壓，開關單元的控制端接收控制信號。電流感測單元具有第一端與第二端。電流感測單元的第一端耦接開關單元的第二端。電流感測單元的第二端接收第二電壓。偵測單元耦接電流感測單元的第一端、電流感測單元的第二端，接收第二電壓與電流感測單元的第一端提供的第三電壓，並依據第二電壓與第三電壓，產生偵測信號。短路偵測模組耦接開關單元的第一端、電流感測單元的第二端與偵測單元。短路偵測模組接收第一電壓、第二電壓與偵測信號，並依據第一電壓、第二電壓與偵測信號，以產生短路偵測信號。

本發明實施例所揭露之電流偵測短路保護電路，透過偵測單元偵測並依據電流感測單元之第二端的第二電壓與電流感測單元之第三端的第三電壓，產生偵測信號。短路偵測模組接收開關單元之第一端的第一電壓、電流感測單元之第二端的第二電壓與偵測單元的偵測信號，並依據第一電壓、第二電壓與偵測信號，以產生短路偵測信號。如此一來，可以有效地偵測電流感測單元是否發生短路或不正常的現象，以增加使用上的安全性。

在以下所列舉的各實施例中，將以相同的標號代表相同或相似的元件或組件。

第1圖為依據本發明之一實施例之電流偵測短路保護電路的示意圖。請參考第1圖，電流偵測短路保護電路100包括開關單元110、電流感測單元120、偵測單元130與短路偵測模組140。

開關單元110具有第一端111、第二端112與控制端113。開關單元110的第一端111可以接收第一電壓V1。開關單元110的控制端113可以接收控制信號CS，並且開關單元110可依據控制信號CS的信號準位而據以導通或斷開。在本實施例中，開關單元110可以是電晶體，例如金屬氧化物半導體場效電晶體(metal oxide semiconductor field effect transistor, MOSFET)或雙極性電晶體(bipolar transistor)等，但本發明實施範例不限於此。在一些實施範例中，開關單元110也可以是由兩個電晶體傳接而成。

電流感測單元120具有第一端121與第二端122。電流感測單元120的第一端121耦接開關單元110的第二端112。電流感測單元120的第二端122接收第二電壓V2。

在一些實施例中，第一電壓V1例如為系統電路的系統電壓(例如VIN)，且第二電壓V2例如為傳輸埠的匯流排電壓(例如VBUS)。另外，電流感測單元120通常是精密電阻，用於感測第一電壓V1至第二電壓V2的電流。但本發明實施範例不限於此。在一些實施範例中，第一電壓V1例如為傳輸埠(例如匯流排電源接腳)的匯流排電壓(例如VBUS)，且第二電壓V2例如為系統電路的系統電壓(例如VIN)。另外，電流感測單元120可以用於感測第二電壓V2至第一電壓V1的電流。

偵測單元130耦接電流感測單元120的第一端121、電流感測單元120的第二端122。偵測單元130接收第二電壓V2與電流感測單元120的第一端121提供的第三電壓V3，並依據第二電壓V2與第三電壓V3所產生的電壓差信號，產生偵測信號DS。

短路偵測模組140耦接開關單元110的第一端111、電流感測單元120的第二端122與偵測單元130。短路偵測模組140接收第一電壓V1、第二電壓V2與偵測單元130所產生的偵測信號DS，並依據第一電壓V1與第二電壓V2所產生電壓差信號，以及搭配偵測單元130所產生的偵測信號DS，以產生短路偵測信號SDS。

進一步來說，短路偵測模組140可以包括比較電路141。比較電路141可以依據偵測信號DS的信號狀態，決定是否啟動對第一電壓V1與第二電壓V2進行比較的操作，以產生短路偵測信號SDS。舉例來說，當偵測信號DS中之第二電壓V2與第三電壓V3之間的電壓差為預設電壓差或高於預設電壓差時，比較電路141不會啟動對第一電壓V1與第二電壓V2進行比較的操作。當偵測信號DS中之第二電壓V2與第三電壓V3之間的電壓差低於預設電壓差時，表示電流感測單元120可能發生短路或有不正常的情況，則比較電路141會啟動對第一電壓V1與第二電壓V2進行比較的操作。

舉例來說，比較電路141可以對第一電壓V1與第二電壓V2進行比較，以計算出第一電壓V1與第二電壓V2之間的電壓差(例如|V1-V2|)，並確認上述電壓差是否為預設電壓差，以產生短路偵測信號SDS。在本實施範例中，上述預設電壓差例如為對應開關單元110的電壓差與電流感測單元120的電壓差總和，並搭配偵測單元130所產生的偵測信號DS，但本發明實施範例不限於此。使用者可視其需求調整上述預設電壓差的數值，都可達到相同的效果。

當比較電路141確認上述電壓差低於預設電壓差時，並且表示偵測單元130所產生的偵測信號DS為低邏輯準位，表示電流感測單元120未發生短路或正常，比較電路141例如產生低邏輯準位的短路偵測信號SDS至系統電路，使得系統電路可以得知電流感測單元120未發生短路現象。

當比較電路141確認上述電壓差等於或高於預設電壓差時，並且偵測單元130所產生的偵測信號DS為高邏輯準位，表示電流感測單元120發生短路或不正常，比較電路141例如產生高邏輯準位的短路偵測信號SDS至系統電路，使得系統電路可以得知電流感測單元120已發生短路現象，並可發出警報信號，以便告知使用者電流感測單元120發生短路，進而對電流感測單元120進行後續更換或維護等操作。因此，可以有效地偵測電流感測單元120(電路元件)是否發生短路或不正常的現象，以增加使用上的安全性。

第2圖為依據本發明之另一實施例之電流偵測短路保護電路的示意圖。請參考第2圖，電流偵測短路保護電路200包括開關單元110、電流感測單元120、偵測單元130與短路偵測模組240。在本實施例中，開關單元110、電流感測單元120和偵測單元130與第1圖之開關單元110、電流感測單元120和偵測單元130相同或相似，可參考第1圖之實施例的說明，故在此不再贅述。

短路偵測模組240耦接開關單元110的第一端111與電流感測單元120的第二端122。短路偵測模組240接收第一電壓V1與第二電壓V2，並依據第一電壓V1與第二電壓V2所產生的電壓差信號，以及搭配偵測單元130所產生的偵測信號DS，以產生短路偵測信號SDS。

進一步來說，短路偵測模組240可以包括類比數位轉換電路241。類比數位轉換電路241可以依據偵測信號DS的信號狀態，決定是否啟動對第一電壓V1與第二電壓V2進行轉換及比較的操作，以產生短路偵測信號SDS。舉例來說，當偵測信號DS中之第二電壓V2與第三電壓V3之間的電壓差為預設電壓差或高於預設電壓差時，類比數位轉換電路241不會啟動對第一電壓V1與第二電壓V2進行轉換及比較的操作。當偵測信號DS中之第二電壓V2與第三電壓V3之間的電壓差低於預設電壓差時，表示電流感測單元120可能發生短路或有不正常的情況，則類比數位轉換電路241會啟動對第一電壓V1與第二電壓V2進行轉換及比較的操作。進一步來說，類比數位轉換電路241可以依據偵測信號DS將第一電壓V1與第二電壓V2進行類比數位轉換，並比較第一電壓V1與第二電壓V2之間的電壓差比例，以產生短路偵測信號SDS。

舉例來說，當偵測信號DS中之第二電壓V2與第三電壓V3之間的電壓差低於預設電壓差時，類比數位轉換電路241可以對第一電壓V1與第二電壓V2進行類比數位轉換，以將第一電壓V1與第二電壓V2分別轉換成電壓比例且計算出第一電壓V1與第二電壓V2之間的電壓差比例，並確認此電壓差比例是否為預設電壓差比例，以產生短路偵測信號SDS。

當類比數位轉換電路241確認上述電壓差比例低於預設電壓差比例時，並且偵測單元130所產生的偵測信號DS為低邏輯準位，表示電流感測單元120未發生短路或正常，類比數位轉換電路241例如產生低邏輯準位的短路偵測信號SDS至系統電路，使得系統電路可以得知電流感測單元120未發生短路現象。

當類比數位轉換電路241確認上述電壓差比例等於或高於預設電壓差比例時，並且偵測單元130所產生的偵測信號DS為高邏輯準位，表示電流感測單元120發生短路或不正常，類比數位轉換電路241例如產生高邏輯準位的短路偵測信號SDS至系統電路，使得系統電路可以得知電流感測單元120已發生短路現象，並可發出警報信號，以便告知使用者電流感測單元120發生短路，進而對電流感測單元120進行後續更換或維護等操作。因此，可以有效地偵測電流感測單元120(電路元件)是否發生短路或不正常的現象，以增加使用上的安全性。

第3圖為依據本發明之另一實施例之電流偵測短路保護電路的示意圖。請參考第3圖，電流偵測短路保護電路300包括開關單元110、電流感測單元120、偵測單元130與短路偵測模組140。在本實施例中，開關單元110、電流感測單元120、偵測單元130和短路偵測模組140與第1圖之開關單元110、電流感測單元120、偵測單元130和短路偵測模組140相同或相似，可參考第1圖之實施例的說明，故在此不再贅述。

在本實施例中，短路偵測模組140(比較電路141)接收第一電壓V1、第二電壓V2與偵測信號DS外，短路偵測模組140(比較電路141)更耦接電流感測單元120的第一端121，以接收第三電壓V3。並且，短路偵測模組140(比較電路141)可以依據第一電壓V1、第二電壓V2、第三電壓V3與偵測信號DS，以產生短路偵測信號SDS。進一步來說，短路偵測模組140(比較電路141)可以依據偵測信號DS的信號狀態，決定是否啟動對第一電壓V1、第二電壓V2與第三電壓V3進行比較的操作以產生短路偵測信號SDS。

舉例來說，當偵測信號DS中之第二電壓V2與第三電壓V3之間的電壓差為預設電壓差或高於預設電壓差時，短路偵測模組140(比較電路141)不會啟動對第一電壓V1、第二電壓V2與第三電壓V3進行比較的操作。當偵測信號DS中之第二電壓V2與第三電壓V3之間的電壓差低於預設電壓差時，表示電流感測單元120可能發生短路或有不正常的情況，則短路偵測模組140(比較電路141)會啟動對第一電壓V1、第二電壓V2與第三電壓V3進行比較的操作。進一步來說，短路偵測模組140(比較電路141)可以比較第一電壓V1和第二電壓V2之間的第一電壓差以及第二電壓V2和第三電壓V3之間的第二電壓差，以產生短路偵測信號SDS。

舉例來說，短路偵測模組140(比較電路141)可以對第一電壓V1和第二電壓V2以及第二電壓V2和第三電壓V3進行比較，以計算出第一電壓V1和第二電壓V2之間的第一電壓差(例如|V1-V2|)以及第二電壓V2和第三電壓V3的第二電壓差(例如|V2-V3|)，並確認上述第一電壓差與上述第二電壓差是否為預設電壓差，以產生短路偵測信號SDS。

當短路偵測模組140(比較電路141)確認上述第一電壓差與第二電壓差為預設電壓差時，並且偵測單元130所產生的偵測信號DS為低邏輯準位，表示電流感測單元120未發生短路或正常，短路偵測模組140(比較電路141)例如產生低邏輯準位的短路偵測信號SDS至系統電路，使得系統電路可以得知電流感測單元120未發生短路現象。

當短路偵測模組140(比較電路141)確認上述第一電壓差與第二電壓差等於或高於預設電壓差時，並且偵測單元130所產生的偵測信號DS為高邏輯準位，表示電流感測單元120發生短路或不正常，短路偵測模組140(比較電路141)例如產生高邏輯準位的短路偵測信號SDS至系統電路，使得系統電路可以得知電流感測單元120已發生短路現象，並可發出警報信號，以便告知使用者電流感測單元120發生短路，進而對電流感測單元120進行後續更換或維護等操作。因此，可以有效地偵測電流感測單元120(電路元件)是否發生短路或不正常的現象，以增加使用上的安全性。

第4圖為依據本發明之另一實施例之電流偵測短路保護電路的示意圖。請參考第4圖，電流偵測短路保護電路400包括開關單元110、電流感測單元120、偵測單元130與短路偵測模組240。在本實施例中，開關單元110、電流感測單元120、偵測單元130和短路偵測模組240與第2圖之開關單元110、電流感測單元120、偵測單元130和短路偵測模組240相同或相似，可參考第2圖之實施例的說明，故在此不再贅述。

在本實施例中，短路偵測模組240(類比數位轉換電路241)接收第一電壓V1、第二電壓V2與偵測信號DS外，短路偵測模組240(類比數位轉換電路241)更耦接電流感測單元120的第一端121，以接收第三電壓V3。並且，短路偵測模組240(類比數位轉換電路241)可以依據第一電壓V1、第二電壓V2、第三電壓V3與偵測信號DS，以產生短路偵測信號SDS。進一步來說，短路偵測模組240(類比數位轉換電路241)可以依據偵測信號DS的信號狀態，決定是否啟動對第一電壓V1、第二電壓V2與第三電壓V3進行轉換及比較的操作，以產生短路偵測信號SDS。

舉例來說，當偵測信號DS中之第二電壓V2與第三電壓V3之間的電壓差為預設電壓差或高於預設電壓差時，短路偵測模組240(類比數位轉換電路241)不會啟動對第一電壓V1、第二電壓V2與第三電壓V3進行轉換及比較的操作。當偵測信號DS中之第二電壓V2與第三電壓V3之間的電壓差低於預設電壓差時，表示電流感測單元120可能發生短路或有不正常的情況，則短路偵測模組240(類比數位轉換電路241)會啟動對第一電壓V1、第二電壓V2與第三電壓V3進行轉換及比較的操作。進一步來說，短路偵測模組240(類比數位轉換電路241)可以依據偵測信號DS將第一電壓V1、第二電壓V2與第三電壓V3進行類比數位轉換，並比較第一電壓V1與第二電壓V2之間的第一電壓差比例以及第二電壓V2與第三電壓V3之間的第二電壓差比例，以產生短路偵測信號SDS。

舉例來說，當偵測信號DS中之第二電壓V2與第三電壓V3之間的電壓差低於預設電壓差時，短路偵測模組240(類比數位轉換電路241)可以對第一電壓V1、第二電壓V2和第三電壓V3進行類比數位轉換，以將第一電壓V1、第二電壓V2和第三電壓V3分別轉換成電壓比例且計算出第一電壓V1和第二電壓V2之間的第一電壓差比例以及第二電壓V2和第三電壓V3之間的第二電壓差比例，並確認上述第一電壓差比例與上述第二電壓比例差是否為預設電壓差比例，以產生短路偵測信號SDS。

當短路偵測模組240(類比數位轉換電路241)確認上述第一電壓差比例與上述第二電壓比例差為預設電壓差比例時，並且偵測單元130所產生的偵測信號DS為低邏輯準位，表示電流感測單元120未發生短路或正常，短路偵測模組240(類比數位轉換電路241)例如產生低邏輯準位的短路偵測信號SDS至系統電路，使得系統電路可以得知電流感測單元120未發生短路現象。

當短路偵測模組240(類比數位轉換電路241)確認上述第一電壓差比例與第二電壓差比例等於或高於預設電壓差比例時，並且偵測單元130所產生的偵測信號DS為高邏輯準位，表示電流感測單元120發生短路或不正常，短路偵測模組240(類比數位轉換電路241)例如產生高邏輯準位的短路偵測信號SDS至系統電路，使得系統電路可以得知電流感測單元120已發生短路現象，並可發出警報信號，以便告知使用者電流感測單元120發生短路，進而對電流感測單元120進行後續更換或維護等操作。因此，可以有效地偵測電流感測單元120(電路元件)是否發生短路或不正常的現象，以增加使用上的安全性。

綜上所述，本發明實施例所揭露之電流偵測短路保護電路，透過偵測單元偵測並依據電流感測單元之第二端的第二電壓與電流感測單元之第三端的第三電壓，產生偵測信號短路偵測模組接收開關單元之第一端的第一電壓、電流感測單元之第二端的第二電壓與偵測單元的偵測信號，並依據第一電壓、第二電壓與偵測信號，以產生短路偵測信號。另外，本發明實施例之短路偵測模組還可以接收第三電壓，且短路偵測模組更可以依據第一電壓、第二電壓、第三電壓與偵測信號，以產生短路偵測信號。因此，可以有效地偵測電流感測單元(電路元件)是否發生短路或不正常的現象，且可對過電流進行偵測，以增加使用上的安全性。

本發明雖以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100,200,300,400:電流偵測短路保護電路 110:開關單元 111,121:第一端 112,122:第二端 113:控制端 120:電流感測單元 130:偵測單元 140,240:短路偵測模組 141:比較電路 241:類比數位轉換電路 V1:第一電壓 V2:第二電壓 V3:第三電壓 SDS:短路偵測信號 DS:偵測信號 CS:控制信號

第1圖為依據本發明之一實施例之電流偵測短路保護電路的示意圖。第2圖為依據本發明之另一實施例之電流偵測短路保護電路的示意圖。第3圖為依據本發明之另一實施例之電流偵測短路保護電路的示意圖。第4圖為依據本發明之另一實施例之電流偵測短路保護電路的示意圖。

100:電流偵測短路保護電路

110:開關單元

111,121:第一端

112,122:第二端

113:控制端

120:電流感測單元

130:偵測單元

140:短路偵測模組

141:比較電路

V1:第一電壓

V2:第二電壓

V3:第三電壓

SDS:短路偵測信號

DS:偵測信號

CS:控制信號

Claims

一種電流偵測短路保護電路，包括：一開關單元，具有一第一端、一第二端與一控制端，該開關單元的該第一端接收一第一電壓，該開關單元的該控制端接收一控制信號；一電流感測單元，具有一第一端與一第二端，該電流感測單元的該第一端耦接該開關單元的該第二端，該電流感測單元的該第二端接收一第二電壓；一偵測單元，耦接該電流感測單元的該第一端與該電流感測單元的該第二端，接收該第二電壓與該電流感測單元的該第一端提供的一第三電壓，並依據該第二電壓與該第三電壓，產生一偵測信號；以及一短路偵測模組，耦接該開關單元的該第一端、該電流感測單元的該第二端與偵測單元，接收該第一電壓與、第二電壓與該偵測信號，並依據該第一電壓、該第二電壓與該偵測信號，以產生一短路偵測信號。
如請求項1所述之電流偵測短路保護電路，其中該短路偵測模組更耦接該電流感測單元的該第一端與該電流感測單元的該第二端，該短路偵測模組更接收該第三電壓，且該短路偵測模組更依據該第一電壓、該第二電壓、該第三電壓與該偵測信號，以產生該短路偵測信號。
如請求項2所述之電流偵測短路保護電路，其中該短路偵測模組包括一比較電路，該比較電路依據該偵測信號，比較該第一電壓與該第二電壓之間的一第一電壓差以及該第二電壓與該第三電壓之間的一第二電壓差，以產生該短路偵測信號。
如請求項2所述之電流偵測短路保護電路，其中該短路偵測模組包括一類比數位轉換電路，該類比數位轉換電路依據該偵測信號將該第一電壓、該第二電壓與該第三電壓進行一類比數位轉換，並比較該第一電壓與該第二電壓之間的一第一電壓差比例以及該第二電壓與該第三電壓之間的一第二電壓差比例，以產生該短路偵測信號。
如請求項1所述之電流偵測短路保護電路，其中該短路偵測模組包括一比較電路，該比較電路依據該偵測信號，比較該第一電壓與該第二電壓之間的一電壓差，以產生該短路偵測信號。
如請求項1所述之電流偵測短路保護電路，其中該短路偵測模組包括一類比數位轉換電路，該類比數位轉換電路依據該偵測信號，將該第一電壓與該第二電壓進行一類比數位轉換，並比較該第一電壓與該第二電壓之間的一電壓差比例，以產生該短路偵測信號。
如請求項1所述之電流偵測短路保護電路，其中該第一電壓為一系統電壓，該第二電壓為一匯流排電壓。
如請求項1所述之電流偵測短路保護電路，其中該第一電壓為一匯流排電壓，該第二電壓為一系統電壓。