TWI818657B - 供電電路與具有該供電電路之電子裝置 - Google Patents

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Abstract

一種供電電路，適於對一電腦系統進行供電。此供電電路包含一電源連接器、一充電單元、一短路保護電路以及一第一開關電路。電源連接器用以連接一適配器以接收一輸入電壓。充電單元具有一輸入端以及一輸出端，輸入端用以接收輸入電壓，充電單元用以將輸入電壓轉換為一系統電壓對系統進行供電。短路保護電路包含一偵測電路以及一第一邏輯控制電路。偵測電路偵測輸入端與輸出端中至少其中之一之阻抗，以產生一偵測訊號。第一邏輯控制電路依據偵測訊號產生一供電控制訊號。第一開關電路連接於電源連接器以及輸入端之間，且受控於供電控制訊號。

Description

供電電路與具有該供電電路之電子裝置
本案係關於一種供電電路，尤其是關於一種具有短路保護功能之供電電路與具有此供電電路之電子裝置。
目前電腦系統中使用的短路保護機制(short current protection, SCP)，都是倚靠晶片本身的短路保護功能，也就是透過偵測晶片之輸出端之輸出電壓是否降低到一定程度，來觸發低電壓保護機制(under voltage protection, UVP)，進而產生短路保護功能。
不過，傳統之短路保護方法無法針對電腦系統之供電端(VCC)提供短路保護功能。由於電腦系統之供電端的電壓通常會提供給多組電軌(power rail)使用，供電端短路產生之大電流遠大於晶片輸出端短路產生的電流，容易連帶損毀電腦系統內之其他元件，而導致維修成本增加。
本案提供一種供電電路，連接一適配器，並適於對一電腦系統進行供電。此供電電路包含一電源連接器、一充電單元、一短路保護電路以及一第一開關電路。電源連接器用以連接適配器(Adapter)以接收一輸入電壓。充電單元電性耦接於電源連接器，且具有一輸入端以及一輸出端，輸入端係用以接收輸入電壓，充電單元係將輸入電壓轉換為一系統電壓，並透過輸出端將系統電壓對電腦系統進行供電。短路保護電路電性耦接於充電單元，且包含一偵測電路以及一第一邏輯控制電路。偵測電路偵測輸入端與輸出端中至少其中之一之阻抗，以產生一偵測訊號。第一邏輯控制電路依據偵測訊號產生一供電控制訊號。第一開關電路連接於電源連接器以及輸入端之間，且受控於供電控制訊號。
本案並提供一種電子裝置。此電子裝置包含一電腦系統以及一供電電路。供電電路用以對電腦系統進行供電，且包含一電源連接器、一充電單元、一短路保護電路以及一第一開關電路。電源連接器用以連接一適配器以接收一輸入電壓。充電單元電性耦接於電源連接器，且具有一輸入端以及一輸出端，輸入端係用以接收輸入電壓，充電單元係用以將輸入電壓轉換為一系統電壓，並透過輸出端將系統電壓對電腦系統進行供電。短路保護電路電性耦接於電源連接器，且包含一偵測電路以及一第一邏輯控制電路。偵測電路偵測輸入端與輸出端中至少其中之一之阻抗，以產生一偵測訊號。第一邏輯控制電路依據偵測訊號產生一供電控制訊號。第一開關電路連接於電源連接器以及輸入端之間，且受控於供電控制訊號。
本案所提供之供電電路可以對電腦系統之供電端提供整體的短路保護，避免充電單元之輸入端或輸出端短路所產生之大電流連帶損毀電腦系統內之其他元件而導致維修成本增加。
下面將結合示意圖對本案的具體實施方式進行更詳細的描述。根據下列描述和申請專利範圍，本案的優點和特徵將更清楚。需說明的是，圖式均採用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本案實施例的目的。
第一圖係依據本案一實施例所提供之電子裝置10之方塊示意圖。
如圖中所示，此電子裝置10包含一電腦系統12以及一供電電路14。電腦系統12包含複數電軌122（圖中僅標註其中之一）。這些電軌122分別具有轉換器1222，用以轉換出不同的電壓，例如3.3V, 5V, 12V等，以符合不同電子元件1224（例如中央處理器、圖形處理器、風扇等）運作的需求。一實施例中，此電子裝置10更包含一電池16。供電電路14係用以選擇性地對電腦系統12進行供電或是對電池16進行充電。
供電電路14包含一電源連接器142、一充電單元144、一短路保護電路146以及一第一開關電路147。
電源連接器142用以連接一適配器(adapter)20以接收一輸入電壓Vin1。一實施例中，電源連接器142係一電源插座(DC Jack)。不過本案亦不限於此。其他實施例中，電源連接器142亦可以是一通用序列埠連接器，例如通用序列埠Type C連接器，用以連接一通用序列埠適配器。
充電單元144具有一輸入端P1以及一輸出端P2，輸入端P1係用以接收輸入電壓Vin1，充電單元144係用以將輸入電壓Vin1轉換為一系統電壓Vsys提供至輸出端P2。輸出端P2係對電腦系統12之多個電軌122進行供電。
短路保護電路146包含一偵測電路1462以及一第一邏輯控制電路1464。偵測電路1462偵測輸入端P1與輸出端P2之阻抗，以產生一偵測訊號S1。此偵測訊號S1可用以顯示輸入端P1或輸出端P2是否出現短路。不過本案亦不限於此。其他實施例中，偵測電路1462亦可以只偵測輸入端P1之阻抗或是只偵測輸出端P2之阻抗，以簡化電路設計。
第一邏輯控制電路1464依據偵測訊號S1產生一供電控制訊號S2。第一開關電路147連接於電源連接器142以及輸入端P1之間，且受控於供電控制訊號S2。一實施例中，第一開關電路147包含一金氧半場效電晶體(metal-oxide-semiconductor field effect transistor, MOSFET)元件，此金氧半場效電晶體元件係受控於供電控制訊號S2。不過亦不限於此。其他實施例中，第一開關電路147包含二個背對背(back-to-back)之金氧半場效電晶體元件，此二金氧半場效電晶體元件係受控於供電控制訊號S2，以提供雙向電流阻斷效果。
當偵測訊號S1顯示輸入端P1或輸出端P2中至少其中之一出現短路，第一邏輯控制電路1464會產生供電控制訊號S2，使第一開關電路147維持在不導通狀態。反之，當偵測訊號S1顯示輸入端P1與輸出端P2均未出現短路，第一邏輯控制電路1464就會產生供電控制訊號S2，使第一開關電路147切換為導通狀態。
請一併參照第二圖，第二圖係第一圖中之短路保護電路146之偵測電路1462以及第一邏輯控制電路1464一實施例之電路圖。
如圖中所示，偵測電路1462包含一偵測訊號輸出端P3、一第一電阻R1、一第一二極體D1以及一第二二極體D2。其中，第一電阻R1係連接於偵測訊號輸出端P3以及一第一供電電壓端P4之間。第一供電電壓端P4係提供一固定電壓，例如3V。第一二極體D1係順向連接於輸入端P1以及偵測訊號輸出端P3之間，第二二極體D2係順向連接於輸出端P2以及偵測訊號輸出端P3之間，偵測訊號輸出端P3係產生偵測訊號S1。
第一邏輯控制電路1464包含一第一開關元件SW1。第一開關元件SW1包含一第一控制端N11、一第一低壓端N12以及一第一高壓端N13，第一控制端N11係受控於偵測訊號S1，第一高壓端N13產生供電控制訊號S2。一實施例中，第一開關元件SW1係一金氧半場效電晶體元件。
以下說明本案供電電路14之三種可能運作狀況。
狀況一：插入適配器且未短路
偵測電路1462偵測到輸入端P1 (AC_SOURCE_IN)以及輸出端P2(AC_BAT_SYS)並未出現短路，而產生高電位之偵測訊號S1，使第一開關元件SW1(PQ9504B)切換為導通狀態。
第一開關元件SW1導通後，第一高壓端N13就會產生低電位的供電控制訊號S2，而使第一開關電路147切換為導通狀態。此時，輸入電壓Vin1就會提供至充電單元144之輸入端P1，並經由充電單元144轉換產生系統電壓Vsys提供至電腦系統12，對多個電軌122進行供電。
狀況二：插入適配器後發生短路
假設輸入端P1發生短路。短路會產生大電流並使輸入端P1之電壓準位降低至0V。此時，偵測電路1462會產生低電位之偵測訊號S1，其電壓準位大致對應於第一二極體D1之順向偏壓。
類似於輸入端P1發生短路之情形，若是輸出端P2發生短路，輸出端P2之電壓準位也會降低至0V，而使偵測電路產生低電位之偵測訊號S1。
此低電位之偵測訊號S1不足以使第一開關元件SW1維持在導通狀態，因此，第一開關元件SW1會切換為不導通狀態。此時，第一高壓端N13會產生高電位之供電控制訊號S2，而使第一開關電路147切換為不導通狀態。因此可以避免持續的大電流損毀電腦系統12之內部元件。
狀況三：先短路才插入適配器
由於本案之短路保護電路146會在充電單元144運作前就開始啟動，因此，偵測電路1462在偵測到輸入端P1或輸出端P2發生短路時，即可將第一開關電路147切換為不導通狀態，以避免持續的大電流損毀電腦系統12之內部元件。
請參照第三圖，第三圖係本案供電電路24另一實施例之方塊示意圖。
本實施例之供電電路24包含一電源連接器242、一充電單元244、一短路保護電路246、一第一開關電路247、一通用序列埠連接器248以及一第二開關電路249。且短路保護電路246包含一偵測電路2462、一第一邏輯控制電路2464以及一第二邏輯控制電路2466。
其中，電源連接器242、充電單元244、第一開關電路247以及短路保護電路246中之偵測電路2462與第一邏輯控制電路2464類似於第一與二圖中之對應元件，偵測電路2462、第一邏輯控制電路2464以及第一開關電路247之運作可參照第二圖及其相關說明，在此不予贅述。以下針對第二邏輯控制電路2466以及第二開關電路249之運作進行說明。
第二邏輯控制電路2466係依據偵測訊號S1產生一電力傳輸控制訊號S3。第二開關電路249係連接於通用序列埠連接器248以及輸入端P1之間，且受控於電力傳輸控制訊號S3。一實施例中，第二開關電路249包含二個背對背之金氧半場效電晶體元件，以提供雙向電流阻斷效果。此二金氧半場效電晶體元件係受控於電力傳輸控制訊號S3。
當偵測訊號S1顯示輸入端P1或輸出端P2中至少其中之一出現短路，第二邏輯控制電路2466會產生電力傳輸控制訊號S3，使第二開關電路249維持在不導通狀態。反之，當偵測訊號S1顯示輸入端P1與輸出端P2均未出現短路，第二邏輯控制電路2466就會產生電力傳輸控制訊號S3，將第二開關電路249切換為導通狀態。
請一併參照第四圖，第四圖係第三圖中之短路保護電路246之第二邏輯控制電路2466一實施例之電路圖。
第二邏輯控制電路2466係電性連接於偵測電路2462以接收偵測訊號S1。第二邏輯控制電路2466包含一第二電阻R2、一第二開關元件SW2以及一第三開關元件SW3。
第二開關元件SW2包含一第二控制端N21、一第二低壓端N22以及一第二高壓端N23。第二控制端N21係受控於偵測訊號S1，第二電阻R2係連接於第二高壓端N23以及一第二供電電壓端P5之間。第二供電電壓端P5係提供一固定電壓，例如3V。第三開關元件SW3包含一第三控制端N31、一第三低壓端N32以及一第三高壓端N33，第三控制端N31受控於第二高壓端N23，第三高壓端N33產生電力傳輸控制訊號S3。
以下說明本案供電電路24之三種可能運作狀況。
狀況一：插入通用序列埠適配器且未短路時
偵測電路2462偵測到輸入端P1 (AC_SOURCE_IN)以及輸出端P2(AC_BAT_SYS)並未出現短路，而產生高電位之偵測訊號S1，使第二開關元件SW2(PQ9506B)切換為導通狀態。
第二開關元件SW2導通後，第二高壓端N23就會轉變為低電位狀態，而使第三開關元件SW3(PQ9506A)切換為不導通狀態，進而使第三高壓端N33維持在高電位狀態（也就是產生高電位的電力傳輸控制訊號S3）。
此高電位之電力傳輸控制訊號S3會使第二開關電路249維持在導通狀態。此時，來自通用序列埠連接器248之通用序列埠輸入電壓Vin2可提供至充電單元144之輸入端P1，並經由充電單元144轉換產生系統電壓Vsys提供至電腦系統12，對多個電軌122進行供電。
狀況二：插入通用序列埠適配器後發生短路
假設輸入端P1發生短路。短路會產生大電流並使輸入端P1之電壓準位降低至0V。偵測電路2462會產生低電位之偵測訊號S1，其電壓準位大致對應於第一二極體D1之順向偏壓。
此低電位之偵測訊號S1不足以使第二開關元件SW2維持在導通狀態，因此，第二開關元件SW2會切換為不導通狀態。此時，第二高壓端N23轉變為高電位狀態，而使第三開關元件SW3切換為導通狀態，進而拉低第三高壓端N33之電位（也就是產生低電位的電力傳輸控制訊號S3）。此低電位之電力傳輸控制訊號S3會使第二開關電路249切換為不導通狀態。因此可以避免持續的大電流損毀電腦系統12之內部元件。
狀況三：先短路才插入通用序列埠適配器
由於本案之短路保護電路246會在充電單元244運作前就開始啟動，因此，偵測電路2462在偵測到輸入端P1或輸出端P2發生短路時，即可將第二開關電路249切換為不導通狀態，以避免持續的大電流損毀電腦系統12之內部元件。
綜上所述，透過本案所提供之供電電路14, 24，可以對電腦系統12之供電端提供整體的短路保護，避免充電單元144, 244之輸入端P1或輸出端P2短路所產生之大電流連帶損毀電腦系統12內之其他元件而導致維修成本增加。
上述僅為本案較佳之實施例而已，並不對本案進行任何限制。任何所屬技術領域的技術人員，在不脫離本案的技術手段的範圍內，對本案揭露的技術手段和技術內容做任何形式的等同替換或修改等變動，均屬未脫離本案的技術手段的內容，仍屬於本案的保護範圍之內。
10:電子裝置 20:適配器 12:電腦系統 122:電軌 1222:轉換器 1224:電子元件 14,24:供電電路 142,242:電源連接器 144,244:充電單元 146,246:短路保護電路 147,247:第一開關電路 1462,2462:偵測電路 1464,2464:第一邏輯控制電路 16:電池 248:通用序列埠連接器 249:第二開關電路 2466:第二邏輯控制電路 Vin1:輸入電壓 Vin2:通用序列埠輸入電壓 Vsys:系統電壓 S1:偵測訊號 S2:供電控制訊號 S3:電力傳輸控制訊號 P1:輸入端 P2:輸出端 P3:偵測訊號輸出端 P4:第一供電電壓端 P5:第二供電電壓端 R1:第一電阻 R2:第二電阻 D1:第一二極體 D2:第二二極體 SW1:第一開關元件 SW2:第二開關元件 SW3:第三開關元件 N11:第一控制端 N12:第一低壓端 N13:第一高壓端 N21:第二控制端 N22:第二低壓端 N23:第二高壓端 N31:第三控制端 N32:第三低壓端 N33:第三高壓端
第一圖係依據本案一實施例所提供之電子裝置之方塊示意圖； 第二圖係第一圖中之短路保護電路之偵測電路以及第一邏輯控制電路一實施例之電路圖； 第三圖係本案供電電路另一實施例之方塊示意圖；以及 第四圖係第三圖中之短路保護電路之第二邏輯控制電路一實施例之電路圖。
10:電子裝置
20:適配器
12:電腦系統
122:電軌
1222:轉換器
1224:電子元件
14:供電電路
142:電源連接器
144:充電單元
146:短路保護電路
147:第一開關電路
1462:偵測電路
1464:第一邏輯控制電路
16:電池
Vin1:輸入電壓
Vsys:系統電壓
S1:偵測訊號
S2:供電控制訊號
P1:輸入端
P2:輸出端

Claims (12)

  1. 一種供電電路，用以連接一適配器(Adapter)，並適於對一電腦系統進行供電，該供電電路包含：一電源連接器，用以連接該適配器以接收一輸入電壓；一充電單元，電性耦接於該電源連接器，且具有一輸入端以及一輸出端，該輸入端係用以接收該輸入電壓，該充電單元係將該輸入電壓轉換為一系統電壓，並透過該輸出端將該系統電壓對該電腦系統進行供電；以及一短路保護電路，電性耦接於該充電單元，且包含：一偵測電路，偵測該輸入端與該輸出端中至少其中之一之阻抗，以產生一偵測訊號；以及一第一邏輯控制電路，依據該偵測訊號產生一供電控制訊號；以及一第一開關電路，連接於該電源連接器以及該輸入端之間，且受控於該供電控制訊號，其中，該偵測電路包含一偵測訊號輸出端、一第一電阻、一第一二極體以及一第二二極體，該第一電阻係連接於該偵測訊號輸出端以及一第一供電電壓端之間，該第一二極體係順向連接於該輸入端以及該偵測訊號輸出端之間，該第二二極體係順向連接於該輸出端以及該偵測訊號輸出端之間，該偵測訊號輸出端係產生該偵測訊號。
  2. 如請求項1所述之供電電路，其中，該第 一邏輯控制電路包含一第一開關元件，該第一開關元件包含一第一控制端、一第一低壓端以及一第一高壓端，該第一控制端係受控於該偵測訊號，該第一高壓端產生該供電控制訊號。
  3. 如請求項1所述之供電電路，其中，該第一開關元件係一金氧半場效電晶體元件。
  4. 如請求項1所述之供電電路，其中，該第一開關電路包含二個背對背之金氧半場效電晶體元件，且該二金氧半場效電晶體元件係受控於該供電控制訊號。
  5. 如請求項1所述之供電電路，其中，該電源連接器係一電源插座(DC Jack)。
  6. 如請求項5所述之供電電路，更包含一通用序列埠連接器、一第二邏輯控制電路以及一第二開關電路，該第二開關電路係連接於該通用序列埠連接器以及該輸入端之間，該第二邏輯控制電路係依據該偵測訊號產生一電力傳輸控制訊號，該第二開關電路係受控於該電力傳輸控制訊號。
  7. 如請求項6所述之供電電路，其中，該第二邏輯控制電路包含一第二電阻、一第二開關元件以及一第三開關元件，該第二開關元件包含一第二控制端、一第二低壓端以及一第二高壓端，該第二控制端係受控於該偵測訊號，該第二電阻係連接於該第二高壓端以及一第二供電電壓端之間，該第三開關元件包含一第三控制端、一第三低壓端以及一第三高壓端， 該第三控制端受控於該第二高壓端，該第三高壓端產生該電力傳輸控制訊號。
  8. 如請求項7所述之供電電路，其中，該第二開關電路包含二個背對背之金氧半場效電晶體元件，且該二金氧半場效電晶體元件係受控於該電力傳輸控制訊號。
  9. 如請求項1所述之供電電路，其中，該電源連接器係一通用序列埠連接器。
  10. 如請求項1所述之供電電路，其中，該電腦系統包含複數電軌(power rail)，該輸出端係對該些電軌進行供電。
  11. 如請求項1所述之供電電路，更包含一電池，該供電電路係選擇性地對該電腦系統進行供電或是對該電池進行充電。
  12. 一種電子裝置，包含：一電腦系統；以及一供電電路，適於對該電腦系統進行供電，該供電電路包含：一電源連接器，用以連接一適配器(Adapter)以接收一輸入電壓；一充電單元，電性耦接於該電源連接器，且具有一輸入端以及一輸出端，該輸入端係用以接收該輸入電壓，該充電單元係用以將該輸入電壓轉換為一系統電壓，並透過該輸出端將該系統電壓對該電腦系統進行供電； 一短路保護電路，電性耦接於該電源連接器，且包含：一偵測電路，偵測該輸入端與該輸出端中至少其中之一之阻抗，以產生一偵測訊號；以及一第一邏輯控制電路，依據該偵測訊號產生一供電控制訊號；以及一第一開關電路，連接於該電源連接器以及該輸入端之間，且受控於該供電控制訊號，其中，該偵測電路包含一偵測訊號輸出端、一第一電阻、一第一二極體以及一第二二極體，該第一電阻係連接於該偵測訊號輸出端以及一第一供電電壓端之間，該第一二極體係順向連接於該輸入端以及該偵測訊號輸出端之間，該第二二極體係順向連接於該輸出端以及該偵測訊號輸出端之間，該偵測訊號輸出端係產生該偵測訊號。
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