TWM548792U - 阻抗偵測電路及電子裝置 - Google Patents

Description

阻抗偵測電路及電子裝置

本新型係關於一種電子裝置，特別是關於電子裝置中的阻抗偵測電路。

現有的可攜式電子裝置多透過電源接口進行充電。然而，電子裝置的電源接口經常因灰塵、液體等異物，導致電源路徑上形成低阻抗迴路。當供電端透過電源接口對電子裝置供電時，電源路徑上的低阻抗迴路容易導致溫度升高，進而引發電源接口熱熔及設備燒毀等問題。

本揭示內容的一態樣為一種阻抗偵測電路。阻抗偵測電路包含第一電阻、開關單元以及處理電路。第一電阻包含第一端以及第二端。開關單元包含第一端、第二端以及控制端。開關單元的第一端於第一節點電性耦接於第一電阻的第二端。開關單元的控制端電性耦接於第一電阻的第一端。開關單元的第二端電性耦接於電源接口的待測端子。處理電路用以根據第一節點的電壓準位判斷電源接口的阻抗值是否發生異常。

本揭示內容的另一態樣為一種電子裝置。電子裝置包含電源接口、後級系統以及阻抗偵測電路。電源接口包含複數個端子。後級系統電性耦接於電源接口，用以透過電源接口接收電源。阻抗偵測電路電性耦接於端子中之待測端子。阻抗偵測電路包含：第一電阻、開關單元以及處理電路。第一電阻包含第一端以及第二端。開關單元包含第一端、第二端以及控制端。開關單元的第一端於第一節點電性耦接於第一電阻的第二端。開關單元的控制端電性耦接於第一電阻的第一端。開關單元的第二端電性耦接於待測端子。處理電路用以根據第一節點的電壓準位判斷待測端子與接地端之間的阻抗值是否發生異常。

100‧‧‧電子裝置

120‧‧‧阻抗偵測電路

122‧‧‧開關單元

124‧‧‧處理電路

140‧‧‧電源接口

160‧‧‧後級系統

Q1、Q2、Q3‧‧‧電晶體

VBUS、GND‧‧‧端子

N1、N2‧‧‧節點

Vcc‧‧‧電源電壓

R1、R2、R3、Rx‧‧‧電阻

第1圖為根據本揭示內容一實施例所繪示的電子裝置的示意圖。

第2A圖與第2B圖分別為第1圖中所示的阻抗偵測電路於高阻抗值與低阻抗值狀態下的等效電路圖。

第3圖為根據本揭示內容另一實施例所繪示的電子裝置的示意圖。

第4A圖與第4B圖分別為第3圖中所示的阻抗偵測電路於高阻抗值與低阻抗值狀態下的等效電路圖。

於本文中，當一元件被稱為『連接』或『耦接』時，可指『電性連接』或『電性耦接』。『連接』或『耦接』亦可用以表示二或多個元件間相互搭配操作或互動。此外，雖然本文中使用『第一』、『第二』、…等用語描述不同元件，該用語僅是用以區別以相同技術用語描述的元件或操作。除非上下文清楚指明，否則該用語並非特別指稱或暗示次序或順位，亦非用以限定本揭示內容。

請參考第1圖。第1圖為根據本揭示內容一實施例所繪示的電子裝置100的示意圖。電子裝置100包含阻抗偵測電路120、電源接口140以及後級系統160。在本實施例中，電子裝置100可透過電源接口140接收電源，以對後級系統160供電。在一實施例中，電子裝置100可為平板電腦、智慧型手機等可攜式電子裝置。電源接口140可為各種不同規格的通用序列匯流排介面(Universal Serial Bus，USB)，例如Mini-USB、USB Type-C等等。

在一實施例中，電子裝置100的電源接口140可能由於灰塵等異物累積，導致電源接口140上的端子(如：VBUS端子與GND端子)之間形成低阻抗迴路。當電源接口140自外部接收電力時，電流流經低阻抗迴路便可能會導致電源接口140熱熔，或是進而導致電子裝置100燒毀，影響使用安全。

如第1圖所示，阻抗偵測電路120可用以判斷電源接口140的阻抗值是否異常。藉此，當電源接口140因異物導致阻抗值異常時，阻抗偵測電路120便可提供警示訊號，或自動終止供電，以避免發生危險。

在結構上，阻抗偵測電路120電性耦接於電源接口140的一待測端子。在本實施例中，阻抗偵測電路120電性耦接於電源接口140的VBUS端子，但本揭示內容並不以此為限。

如第1圖所示，在一實施例中阻抗偵測電路120包含電阻R1、開關單元122以及處理電路124。在結構上，電阻R1的第一端用以接收電源電壓Vcc。電阻R1的第二端電性耦接於節點N1。開關單元122的第一端於節點N1電性耦接於電阻R1的第二端。開關單元122的控制端電性耦接於電阻R1的第一端，用以接收電源電壓Vcc。開關單元122的第二端電性耦接於電源接口140的待測端子(如：VBUS端子)。

如第1圖所示，在一實施例中，開關單元122包含電晶體Q1、電晶體Q2以及電阻R2。在部分實施例中，電晶體Q1、電晶體Q2可為N型的金屬氧化物半導體場效電晶(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET)，但本揭示內容並不以此為限。如圖中所示，本實施例中電晶體Q1、電晶體Q2的源極與汲極之間存在本體二極體(Body Diode)。

電晶體Q1的汲極端電性耦接於開關單元122的第一端。電晶體Q1的閘極端電性耦接於開關單元122的控制端，用以接收電源電壓Vcc。電晶體Q2的汲極端電性耦接於待測端子(如：VBUS端子)，電晶體Q2的閘極端電性耦接於開關單元122的控制端，用以接收電源電壓Vcc。電晶體Q2的源極端與電晶體Q1的源極端彼此電性耦接。

電阻R2的第一端電性耦接於開關單元122的控制端，用以接收電源電壓Vcc。電阻R2的第二端電性耦接於電晶體Q1的源極端與電晶體Q2的源極端。

在正常狀態下，端子VBUS與接地端子GND之間為絕緣，兩者間的電阻Rx可視為高阻抗。此時，開關單元122中沒有電流流經電阻R2。因此，電晶體Q1與電晶體Q2的閘源級電壓約為零，使得電晶體Q1與電晶體Q2截止。開關單元122的第一端與第二端不導通。

另一方面，當端子之間形成阻抗迴路時，端子VBUS與接地端子GND之間可視為一電阻Rx。此時，電阻R2、電晶體Q2中順向的本體二極體以及低阻抗的電阻Rx形成通路。由於電流流經電阻R2導致電阻R2兩端產生電位差，電晶體Q1與電晶體Q2的閘源級電壓高於臨界電壓(如：0.7伏)，進而使得電晶體Q1與電晶體Q2分別導通，開關單元122的第一端與第二端彼此導通。

隨著端子接口電阻Rx的變化，節點N1的電壓準位也會隨之改變。阻抗偵測電路120便可根據節點N1的電壓準位的變化判斷電源接口140是否因異物產生低阻抗迴路。

請一併參考第2A圖與第2B圖。第2A圖與第2B圖分別為第1圖中所示的阻抗偵測電路120於Rx為高阻抗阻抗與Rx為低阻抗狀態下的等效電路圖。其中當Rx>10R2時定義為高阻抗，反之則定義為低阻抗。

如第2A圖所示，當絕緣正常，電阻Rx為高阻抗時，開關單元122截止。此時，處理電路124接收到的節點N1 的電壓準位為相應於電阻R1以及電源電壓Vcc的高準位。

如第2B圖所示，當絕緣異常發生，電阻Rx為低阻抗時，開關單元122導通。此時節點N1的電壓準位取決於電源電壓Vcc透過電阻R1以及電阻Rx的分壓，因此和第2A圖相比，節點N1的電壓準位降低。

因此，處理電路124可根據節點N1的電壓準位判斷電源接口140的阻抗值是否發生異常。在本實施例中，處理電路124電性耦接於節點N1，並直接偵測節點N1的電壓準位。

在一實施例中，處理電路124包含類比數位資料轉換器(Analog to Digital Converter)。類比數位資料轉換器(Analog to Digital Converter)可用以接收節點N1的電壓，並將節點N1的電壓準位轉換為數位訊號。當數位訊號指示節點N1的電壓準位低於門檻值時，處理電路124便可判斷電源接口140的阻抗值異常，線路的等效電路如第2B圖所示。

相對地，當數位訊號指示節點N1的電壓準位高於門檻值時，處理電路124便可判斷電源接口140的阻抗值正常，沒有因異物產生低阻抗迴路，線路的等效電路如第2A圖所示。

在一實施例中，處理電路124更可於判斷電源接口140的阻抗值異常時相應輸出警示訊號，透過聲、光等方式警示使用者，以避免持續充電導致電源接口140毀損。

請參考第3圖。第3圖為根據本揭示內容另一實施例所繪示的電子裝置100的示意圖。在本實施例中，和第1圖相比，阻抗偵測電路120更包含電阻R3以及電晶體Q3。在結 構上，電阻R3的第一端電性耦接於電阻R1的第一端，用以接收電源電壓Vcc。

電晶體Q3可為N型的金屬氧化物半導體場效電晶，但本揭示內容並不以此為限。如圖中所示，本實施例中電晶體Q3的源極與汲極之間亦存在本體二極體(Body Diode)。電晶體Q3的汲極端於節點N2電性耦接於電阻R3的第二端。電晶體Q3的閘極端電性耦接於節點N1。電晶體Q3的源極端電性耦接於接地端。

此外，在本實施例中，處理電路124電性耦接於節點N2，並用以根據節點N2的電壓準位判斷電源接口140的阻抗值是否發生異常。

請一併參考第4A圖與第4B圖。第4A圖與第4B圖分別為第3圖中所示的阻抗偵測電路120於高阻抗與低阻抗下的等效電路圖。

於先前實施例相似，當絕緣正常，電阻Rx為高阻抗時，開關單元122截止。相對地，當絕緣異常發生，電阻Rx為低阻抗時，開關單元122導通。

如第4A圖所示，當開關單元122截止時，節點N1的電壓準位為相應於電阻R1以及電源電壓Vcc的高準位。由於電晶體Q3的閘極端電性耦接至節點N1，因此當節點N1的電壓準位高於臨界電壓值時，電晶體Q3導通使得節點N2的電壓準位被拉低而處於低準位。

如第4B圖所示，當開關單元122導通時，節點N1的電壓準位降低。相似地，由於電晶體Q3的閘極端電性耦接 至節點N1，因此當節點N1的電壓準位低於臨界電壓值時，電晶體Q3截止使得節點N2的電壓準位相應於電源電壓Vcc以及電阻R3處於高準位。

當處理電路124偵測到節點N2的電壓準位處於高準位時，處理電路124便可判斷電源接口140的阻抗值異常，並相應輸出警示訊號。

綜上所述，在本揭示內容各個實施例中，處理電路124可根據節點N1的電壓準位判斷該電源接口140中待測端子(如：VBUS端子)與接地端之間的阻抗值是否發生異常。在一實施例中，處理電路124直接電性耦接於節點N1，並透過類比數位資料轉換器將節點N1的電壓準位轉換為數位訊號進行判斷。在一實施例中，阻抗偵測電路120透過設置電阻R3與電晶體Q3以形成下拉電路，並根據節點N1的電壓準位選擇性地導通或截止電晶體Q3，使得處理電路124相應接收低準位或高準位的偵測訊號。藉此，阻抗偵測電路120便可判斷是否有異物落入電源接口140，導致電源接口140的絕緣阻抗異常，並確保電子裝置100透過電源接口140供電時的安全。

在各個實施例中，電晶體Q1、Q2、Q3可由MOSFET元件實現以外，亦可由其他具開關功能的電路元件實現。處理電路124可以由微處理器(Microprocessor)、數位信號處理器(Discrete Signal Processor，DSP)或是系統單晶片(System on Chip，SoC)等多種方式實現。

雖然本揭示內容已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭示內容，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭示 內容之精神和範圍內，當可作各種更動與潤飾，因此本揭示內容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧電子裝置

120‧‧‧阻抗偵測電路

122‧‧‧開關單元

124‧‧‧處理電路

140‧‧‧電源接口

160‧‧‧後級系統

Q1、Q2‧‧‧電晶體

VBUS、GND‧‧‧端子

N1‧‧‧節點

Vcc‧‧‧電源電壓

R1、R2、Rx‧‧‧電阻

Claims (10)

1. 一種阻抗偵測電路，包含：一第一電阻，包含一第一端以及一第二端；一開關單元，包含一第一端、一第二端以及一控制端，其中該開關單元的該第一端於一第一節點電性耦接於該第一電阻的該第二端，該開關單元的該控制端電性耦接於該第一電阻的該第一端，該開關單元的該第二端電性耦接於一電源接口的一待測端子；以及一處理電路，用以根據該第一節點的電壓準位判斷該電源接口的阻抗值是否發生異常。
2. 如請求項1所述的阻抗偵測電路，其中該處理電路電性耦接於該第一節點，該處理電路包含一類比數位資料轉換器，該類比數位資料轉換器用以接收該第一節點的電壓，並將該第一節點的電壓準位轉換為一數位訊號。
3. 如請求項2所述的阻抗偵測電路，其中當該數位訊號指示該第一節點的電壓準位低於一門檻值時，該處理電路判斷該電源接口的阻抗值異常。
4. 如請求項1所述的阻抗偵測電路，其中該開關單元包含： 一第一電晶體，該第一電晶體的一汲極端電性耦接於該開關單元的該第一端，該第一電晶體的一閘極端電性耦接於該開關單元的該控制端；一第二電晶體，該第二電晶體的一汲極端電性耦接於該待測端子，該第二電晶體的一閘極端電性耦接於該開關單元的該控制端，該第二電晶體的一源極端電性耦接於該第一電晶體的一源極端；以及一第二電阻，該第二電阻的一第一端電性耦接於該開關單元的該控制端，該第二電阻的一第二端電性耦接於該第一電晶體的該源極端。
5. 如請求項1所述的阻抗偵測電路，更包含：一第三電阻，包含一第一端以及一第二端，其中該第三電阻的該第一端電性耦接於該第一電阻的該第一端；以及一第三電晶體，其中該第三電晶體的一汲極端於一第二節點電性耦接於該第三電阻的該第二端，該第三電晶體的一閘極端電性耦接於該第一節點，該第三電晶體的一源極端電性耦接於一接地端。
6. 如請求項5所述的阻抗偵測電路，其中該處理電路電性耦接於該第二節點，並用以根據該第二節點的電壓準位判斷該電源接口的阻抗 值是否發生異常。
7. 如請求項5所述的阻抗偵測電路，其中當該第一節點的電壓準位高於一臨界電壓值時，該第三電晶體導通使得該第二節點的電壓準位處於一低準位，當該第一節點的電壓準位低於該臨界電壓值時，該第三電晶體截止使得該第二節點的電壓準位處於一高準位。
8. 如請求項7所述的阻抗偵測電路，其中當該處理電路偵測到該第二節點的電壓準位處於該高準位時，該處理電路判斷該電源接口的阻抗值異常。
9. 如請求項1所述的阻抗偵測電路，其中該處理電路更用以於判斷該電源接口的阻抗值異常時相應輸出一警示訊號。
10. 一種電子裝置，包含：一電源接口，包含複數個端子；一後級系統，電性耦接於該電源接口，用以透過該電源接口接收電源；以及一阻抗偵測電路，電性耦接於該些端子中之一待測端子，該阻抗偵測電路包含：一第一電阻，包含一第一端以及一第二端； 一開關單元，包含一第一端、一第二端以及一控制端，其中該開關單元的該第一端於一第一節點電性耦接於該第一電阻的該第二端，該開關單元的該控制端電性耦接於該第一電阻的該第一端，該開關單元的該第二端電性耦接於該待測端子；以及一處理電路，用以根據該第一節點的電壓準位判斷該待測端子與一接地端之間的阻抗值是否發生異常。