專利名稱：過載保護裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電路保護裝置，具體地說，是一種過載保護裝置及方法。
背景技術(shù)：
在電路板上充斥著各種不同的電壓，因此在設(shè)計芯片時會根據(jù)不同的耐壓而加以 設(shè)計。在一般使用狀況下，不同工作電壓的電路是彼此斷路的。然而在實際狀況中，可能因 為灰塵的累積或是如水或金屬等導電物質(zhì)掉入，造成不同工作電壓的電路發(fā)生接腳短路。 在一般無保護裝置的設(shè)計架構(gòu)下，不同工作電壓的電路的接腳短路會導致芯片因為電流過 大而功耗過大，溫度因此急升，使芯片燒毀甚至起火，造成安全上的問題。美國專利號6，829，129將保險絲和交流電源的各路電源串聯(lián)，以及金屬氧化物壓 敏電阻并聯(lián)于各兩路電源之間，當有電路異常時，便會因金屬氧化物壓敏電阻燒斷或保險 絲燒斷使電路斷開以保護電路。但是在實際應用上，金屬氧化物壓敏電阻及保險絲有難以 估計并且燒不斷的問題存在，并不能完全有效的保護電路。美國專利號7，274，543在芯片的輸出入接腳上連接一過電壓保護電路，檢測其電 壓是否于正確的工作電壓下，據(jù)以控制一耐高壓的MOS晶體管去斷開不正常的大電壓的輸 入電源。由于每一輸出入接腳都有短路的可能，因此每一輸出入接腳都需要一個過電壓保 護電路，占用許多電路空間。美國專利號7，253，505將一可變電阻層連接于芯片的接地端和接地層之間，當過 大的脈沖產(chǎn)生時，其脈沖的能量通過所述可變電阻層，將因所述可變電阻層的特性，使所述 脈沖趨于平緩，進而保護芯片免于損壞。由于此技術(shù)必須有配合的制程，并非所有芯片皆可 實施，而且因為其有一可變電阻層在接地層上，會因電流增加而產(chǎn)生壓降，所以無法應用在 電流較大的芯片上。因此已知的過載保護裝置存在著上述種種不便和問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，在于提出一種過載保護裝置及方法。本發(fā)明的另一目的，在于提出一種小尺寸的過載保護電路。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種過載保護裝置，其特征在于包 括一接地端，連接于所述過載保護裝置；一負載端，連接于所述過載保護裝置；一開關(guān)連接于所述負載端及所述接地端之間；一過電流檢測器連接所述開關(guān)，檢測通過所述開關(guān)的電流，據(jù)以決定一過電流信 號控制所述開關(guān)。本發(fā)明的過載保護裝置還可以采用以下的技術(shù)措施來進一步實現(xiàn)。前述的過載保護裝置，其中所述開關(guān)包括一 MOS晶體管。
前述的過載保護裝置，其中所述開關(guān)包括一 BJT晶體管。前述的過載保護裝置，其中更包含一電阻與所述開關(guān)并聯(lián)于所述負載端及所述接 地端之間。前述的過載保護裝置，其中所述過電流檢測器包括一輸出端提供所述過電流信號；一電阻連接在一電源端及所述輸出端之間；一第二開關(guān)連接于所述輸出端及所述接地端之間，受控于所述負載端的電壓以決 定所述過電流信號。前述的過載保護裝置，其中所述過電流檢測器包括一第一電阻及一電容串聯(lián)在一電源端及所述接地端之間；一第二電阻及一第二開關(guān)串聯(lián)在所述電源端及所述接地端之間；一第三開關(guān)與所述電容并聯(lián)，受控于所述負載端的電壓；一反相器連接在所述電容及所述第二開關(guān)之間；—輸出端從所述第二電阻的一端抽出，供應所述過電流信號。一種過載保護裝置，其特征在于包括一接地端，連接于所述過載保護裝置；一負載端，連接于所述過載保護裝置；一電源端，連接于所述過載保護裝置；一開關(guān)連接于所述負載端及所述接地端之間；一過電壓檢測器連接所述開關(guān)及所述電源端，檢測所述電源端的電壓，據(jù)以決定 一過電壓信號控制所述開關(guān)。前述的過載保護裝置，其中所述開關(guān)包括一 MOS晶體管。前述的過載保護裝置，其中所述開關(guān)包括一 BJT晶體管。前述的過載保護裝置，其中更包含一電阻與所述開關(guān)并聯(lián)于所述負載端及所述接 地端之間?！N過載保護電路，其特征在于包括一接地端，連接于所述過載保護裝置；一負載端，連接于所述過載保護裝置；一開關(guān)連接于所述負載端及所述接地端之間；一過溫度檢測器檢測一負載系統(tǒng)的溫度，據(jù)以決定一過溫度信號控制所述開關(guān)。前述的過載保護裝置，其中所述開關(guān)包括一 MOS晶體管。前述的過載保護裝置，其中所述開關(guān)包括一 BJT晶體管。前述的過載保護裝置，其中更包含一電阻與所述開關(guān)并聯(lián)于所述負載端及所述接 地端之間。一種過載保護方法，其特征在于包括下列步驟(A)檢測通過一負載系統(tǒng)的電流而決定一過電流信號；(B)藉所述過電流信號切換一開關(guān)，所述開關(guān)連接于所述負載系統(tǒng)與接地端之間。前述的過載保護方法，其中所述步驟A包含檢測所述開關(guān)的電壓來決定所述過電
流信號。
前述的過載保護方法，其中所述步驟B包含在所述開關(guān)開路期間使用一電阻在所 述負載系統(tǒng)及接地端之間形成一路徑。一種過載保護方法，其特征在于包括下列步驟(A)檢測一負載系統(tǒng)的輸入電壓而決定一過電壓信號；(B)藉所述過電壓信號切換一開關(guān)，所述開關(guān)連接于所述負載系統(tǒng)與接地端之間。前述的過載保護方法，其中所述步驟B包含在所述開關(guān)開路期間使用一電阻在所 述負載系統(tǒng)及接地端之間形成一路徑。一種過載保護方法，其特征在于包括下列步驟(A)檢測一負載系統(tǒng)的溫度而決定一過溫度信號；(B)藉所述過電壓信號做切換一開關(guān)，所述開關(guān)連接于所述負載系統(tǒng)與接地端之 間。前述的過載保護方法，其中所述步驟B包含在所述開關(guān)開路期間使用一電阻在所 述負載系統(tǒng)及接地端之間形成一路徑。采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明的過載保護裝置及方法具有以下優(yōu)點1.結(jié)構(gòu)簡單。2.應用范圍廣泛。3.由于本發(fā)明的過載保護裝置及方法是利用接地端來實現(xiàn)，因此毋須像已知技術(shù) 一樣在每個輸出入接腳上都使用一個保護電路，故其尺寸較小。
圖1為本發(fā)明的第一實施例示意圖；圖2為本發(fā)明的第二實施例示意圖；圖3為本發(fā)明的第三實施例示意圖；圖4為本發(fā)明的第四實施例示意圖；圖5為本發(fā)明的第五實施例示意圖；圖6為本發(fā)明的第六實施例示意圖；圖7為本發(fā)明的第七實施例示意圖；圖8為本發(fā)明的第八實施例示意圖；圖9為本發(fā)明的第九實施例示意圖；圖10為本發(fā)明的第十實施例示意圖。組件符號說明10、負載系統(tǒng)12、負載系統(tǒng)20、過載保護裝置22、過電流檢測器24、過載保護裝置 26、過電流檢測器28、輸出端30、過載保護電路32、過電流檢測器34、輸出端36、反相器38、 過載保護電路40、過載保護電路42、過電壓檢測器44、負載端46、負載端48、過載保護裝置 50、過載保護裝置52、過載保護裝置54、過溫度檢測器56、負載端58、負載端60、過載保護裝 置62、過載保護裝置。
具體實施例方式以下結(jié)合實施例及其附圖對本發(fā)明作更進一步說明。
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現(xiàn)請參閱圖1，圖1為本發(fā)明的第一實施例示意圖。如圖所示，所述負載系統(tǒng)10、 12為運作于輸入電源LV下的電路系統(tǒng)，過載保護裝置20用來保護負載系統(tǒng)10、12。過載 保護裝置20包含開關(guān)SW1、SW2以及一過電流檢測器20。開關(guān)SW1、SW2分別連接于負載端 A_GND、B_GND與接地端GND之間。過電流檢測器22檢測負載端A_GND、B_GND的電壓以判斷 通過開關(guān)SW1、SW2的電流，據(jù)以決定一過電流信號Socp控制開關(guān)SW1、SW2。正常運作時， 電源端LV提供低工作電壓，過電流檢測器22檢測到流經(jīng)負載端A_GND、B_GND的電流在其 預設(shè)的范圍內(nèi)時，其產(chǎn)生的過電流信號Socp控制開關(guān)SW1、SW2為通路。當輸入電源LV和 其它更高電壓的電源發(fā)生短路時，過電流檢測器20檢測到流經(jīng)負載端A_GND、B_GND的電流 超過其預設(shè)的范圍，其產(chǎn)生的過電流信號Socp控制開關(guān)SW1、SW2為斷路，因而切斷負載系 統(tǒng)10、12的接地路徑使其停止運作。圖2為本發(fā)明的第二實施例，其中過載保護裝置24用以保護負載系統(tǒng)10、12。在 過載保護裝置24中，MOS晶體管Ql、Q2分別連接于負載端A_GND、B_GND與接地端GND之 間，而且各自并聯(lián)電阻R1、R2 ；以及過電流檢測器26包含一輸出端28提供過電流信號Socp 控制MOS晶體管Ql、Q2，一電阻R3連接在輸入電源LV及輸出端28之間，以及一 MOS晶體 管Qc連接在輸出端28及接地端GND之間，受控于負載端A_GND、B_GND的電壓。正常運作 時，輸入電源LV提供負載系統(tǒng)10、12低工作電壓，流經(jīng)負載端A_GND、B_GND的電流小，因此 MOS晶體管Q1、Q2造成的壓降較小，負載端A_GND、B_GND的電壓不足以使MOS晶體管Qc導 通，所以過電流信號Socp為高準位，使MOS晶體管Q1、Q2為導通狀態(tài)。當輸入電源LV和其 它更高電壓的電源發(fā)生短路時，流經(jīng)負載端A_GND、B_GND的電流變大，MOS晶體管Q1、Q2造 成的壓降上升，負載端A_GND、B_GND的電壓升高而使MOS晶體管Qc導通，過電流信號Socp 變成低準位，因此MOS晶體管Q1、Q2為截止狀態(tài)，負載系統(tǒng)10、12的電流分別經(jīng)由電阻R1、 R2流往接地端GND，形成一個大壓降，讓整個負載系統(tǒng)10、12的電位跟著提升，也增加輸入 電源LV和接地端GND之間的電阻值，降低電流量，進而使負載系統(tǒng)10、12的跨壓維持在正 常工作電壓范圍下，達到保護效果。圖3系本發(fā)明的第三實施例，其中過載保護裝置30用以保護負載系統(tǒng)10、12。在 過載保護電路30中，MOS晶體管Ql、Q2以及電阻Rl、R2和圖2的實施例一樣，但是過電流 檢測器32包含電阻R3及電容Cl串聯(lián)在電源端LV和接地端GND之間、MOS晶體管Qc與電 容Cl并聯(lián)、開關(guān)SW3及電阻R4連接在電源端LV及接地端GND之間、反相器36連接在電容 Cl和開關(guān)SW3之間、以及輸出端34產(chǎn)生過電流信號Socp控制MOS晶體管Q1、Q2。正常運作 時，輸入電源LV提供低工作電壓，流經(jīng)負載端A_GND、B_GND的電流小，因此MOS晶體管Ql、 Q2造成的壓降較小，負載端A_GND、B_GND的電壓不足以使MOS晶體管Qc導通，所以電阻R3 上的電流IR3對電容Cl充電，因而產(chǎn)生低準位的第一信號Sl使開關(guān)SW3短路，過電流信號 Socp為高準位，控制MOS晶體管Ql、Q2為導通。當輸入電源LV和其它更高電壓的電源發(fā) 生短路時，流經(jīng)負載端A_GND、B_GND的電流變大，MOS晶體管Ql、Q2造成的壓降上升，負載 端A_GND、B_GND的電壓使MOS晶體管Qc導通，電容Cl放電而產(chǎn)生高準位的第一信號Sl使 開關(guān)SW3開路，過電流信號Socp為低準位，控制MOS晶體管Q1、Q2為截止，負載系統(tǒng)10、12 的電流經(jīng)由電阻Rl、R2流往接地端GND，提高負載端56、58的電壓，因而保護負載系統(tǒng)10、 12。將圖3的MOS晶體管Q1、Q2改為雙極性接面晶體管(BJT) Q3、Q4，成為圖4的實施例，其中的過載保護裝置38的操作方式和圖3的實施例相同。圖5系本發(fā)明的第五實施例，其中過載保護裝置40用以保護負載系統(tǒng)10、12。在 過載保護裝置40中，開關(guān)SW1、SW2連接于負載端44、46與接地端GND之間，過電壓檢測器 42連接電源端LV檢測其電壓，據(jù)以決定一過電壓信號Sovp控制開關(guān)SW1、SW2。正常運作 時，輸入電源LV提供低工作電壓，過電壓檢測器42檢測到電源端LV的電壓在其預設(shè)的范 圍內(nèi)時，過電壓信號Sovp控制開關(guān)SW1、SW2為通路。當輸入電源LV和其它更高電壓的電 源發(fā)生短路時，過電壓檢測器42檢測到電源端LV的電壓超過其預設(shè)的范圍，過電壓信號 Sovp控制開關(guān)SW1、SW2為斷路，切斷負載系統(tǒng)10、12的接地路徑使其停止運作。圖6系本發(fā)明的第六實施例，其中過載保護裝置48用以保護負載系統(tǒng)10、12。在 過載保護裝置48中，MOS晶體管Q1、Q2分別連接于負載端44、46與接地端GND之間，且分別 并聯(lián)電阻R1、R2，過電壓檢測器42連接電源端LV，提供一過電壓信號Sovp控制MOS晶體管 QU Q2。過電壓檢測器42檢測到電源端LV的電壓在其預設(shè)的范圍內(nèi)時，過電壓信號Sovp 控制MOS晶體管Q1、Q2為導通。當輸入電源LV和其它更高電壓的電源發(fā)生短路時，過電壓 檢測器42檢測到電源端LV的電壓超過其預設(shè)的范圍，過電壓信號Sovp使MOS晶體管Q1、 Q2為截止狀態(tài)，負載系統(tǒng)10、12的電流流往電阻Rl、R2，提高負載端56、58的電壓，因而保 護負載系統(tǒng)10、12。將圖6的MOS晶體管Q1、Q2改為雙極性接面晶體管(BJT) Q3、Q4，成為圖7的實施 例，其中的過載保護裝置50的操作方式和圖6的實施例相同。圖8系本發(fā)明的第八實施例，其中過載保護裝置52用以保護負載系統(tǒng)10、12。在 過載保護裝置52中，開關(guān)SW1、SW2分別連接于負載端56、58與接地端GND之間，過溫度檢 測器54檢測負載系統(tǒng)10、12的溫度，據(jù)以決定一過溫度信號Sotp控制開關(guān)SW1、SW2。當 輸入電源LV和其它更高電壓的電源發(fā)生短路時，會產(chǎn)生大電流使負載系統(tǒng)10、12的溫度上 升，若過溫度檢測器54檢測到負載系統(tǒng)10、12處于不正常的溫度，便藉過溫度信號Sotp控 制開關(guān)SW1、SW2為斷路，切斷負載系統(tǒng)10、12的接地路徑，使其停止運作。圖9系本發(fā)明的第九實施例，其中過載保護裝置60用以保護負載系統(tǒng)10、12。在 過載保護裝置60中，MOS晶體管Ql、Q2分別連接于負載端44、46與接地端GND之間，且分 別并聯(lián)電阻Rl、R2，過溫度檢測器54檢測負載系統(tǒng)10、12的溫度，據(jù)以提供一過溫度信號 Sotp給MOS晶體管Ql、Q2的閘極。當負載系統(tǒng)10、12在正常溫度下，過溫度信號Sotp使 MOS晶體管Q1、Q2為導通；當輸入電源LV和其它更高電壓的電源發(fā)生短路時，負載系統(tǒng)10、 12因過載而溫度上升，在溫度上升超過一預設(shè)溫度時，過溫度信號S otp使MOS晶體管Q1、 Q2為截止，負載系統(tǒng)10、12的電流便經(jīng)由電阻R1、R2流往接地端GND，提高負載端56、58的 電壓，因而保護負載系統(tǒng)10、12。將圖9的MOS晶體管Ql、Q2改為雙極性接面晶體管(BJT)Q3、Q4，成為圖10的實 施例，其中的過載保護裝置62的操作方式和圖9的實施例相同。以上實施例僅供說明本發(fā)明之用，而非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人 員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變化。因此，所有等同 的技術(shù)方案也應該屬于本發(fā)明的范疇，應由各權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
一種過載保護裝置，其特征在于包括一接地端，連接于所述過載保護裝置；一負載端，連接于所述過載保護裝置；一開關(guān)連接于所述負載端及所述接地端之間；一過電流檢測器連接所述開關(guān)，檢測通過所述開關(guān)的電流，據(jù)以決定一過電流信號控制所述開關(guān)。
2.如權(quán)利要求1所述的過載保護裝置，其特征在于，所述開關(guān)包括一MOS晶體管。
3.如權(quán)利要求1所述的過載保護裝置，其特征在于，所述開關(guān)包括一BJT晶體管。
4.如權(quán)利要求1所述的過載保護裝置，其特征在于，更包含一電阻與所述開關(guān)并聯(lián)于 所述負載端及所述接地端之間。
5.如權(quán)利要求1所述的過載保護裝置，其特征在于，所述過電流檢測器包括 一輸出端提供所述過電流信號；一電阻連接在一電源端及所述輸出端之間；一第二開關(guān)連接于所述輸出端及所述接地端之間，受控于所述負載端的電壓以決定所 述過電流信號。
6.如權(quán)利要求1所述的過載保護裝置，其特征在于，所述過電流檢測器包括 一第一電阻及一電容串聯(lián)在一電源端及所述接地端之間；一第二電阻及一第二開關(guān)串聯(lián)在所述電源端及所述接地端之間； 一第三開關(guān)與所述電容并聯(lián)，受控于所述負載端的電壓； 一反相器連接在所述電容及所述第二開關(guān)之間； 一輸出端從所述第二電阻的一端抽出，供應所述過電流信號。
7.—種過載保護裝置，其特征在于包括 一接地端，連接于所述過載保護裝置； 一負載端，連接于所述過載保護裝置； 一電源端，連接于所述過載保護裝置；一開關(guān)連接于所述負載端及所述接地端之間；一過電壓檢測器連接所述開關(guān)及所述電源端，檢測所述電源端的電壓，據(jù)以決定一過 電壓信號控制所述開關(guān)。
8.如權(quán)利要求7所述的過載保護裝置，其特征在于，所述開關(guān)包括一MOS晶體管。
9.如權(quán)利要求7所述的過載保護裝置，其特征在于，所述開關(guān)包括一BJT晶體管。
10.如權(quán)利要求7所述的過載保護裝置，其特征在于，更包含一電阻與所述開關(guān)并聯(lián)于 所述負載端及所述接地端之間。
11.一種過載保護電路，其特征在于包括 一接地端，連接于所述過載保護裝置；一負載端，連接于所述過載保護裝置； 一開關(guān)連接于所述負載端及所述接地端之間；一過溫度檢測器檢測一負載系統(tǒng)的溫度，據(jù)以決定一過溫度信號控制所述開關(guān)。
12.如權(quán)利要求11所述的過載保護裝置，其特征在于，所述開關(guān)包括一MOS晶體管。
13.如權(quán)利要求11所述的過載保護裝置，其特征在于，所述開關(guān)包括一BJT晶體管。
14.如權(quán)利要求11所述的過載保護裝置，其特征在于，更包含一電阻與所述開關(guān)并聯(lián) 于所述負載端及所述接地端之間。
15.一種過載保護方法，其特征在于包括下列步驟(A)檢測通過一負載系統(tǒng)的電流而決定一過電流信號；(B)藉所述過電流信號切換一開關(guān)，所述開關(guān)連接于所述負載系統(tǒng)與接地端之間。
16.如權(quán)利要求15所述的過載保護方法，其特征在于，所述步驟A包含檢測所述開關(guān)的 電壓來決定所述過電流信號。
17.如權(quán)利要求15所述的過載保護方法，其特征在于，所述步驟B包含在所述開關(guān)開路 期間使用一電阻在所述負載系統(tǒng)及接地端之間形成一路徑。
18.一種過載保護方法，其特征在于包括下列步驟(A)檢測一負載系統(tǒng)的輸入電壓而決定一過電壓信號；(B)藉所述過電壓信號切換一開關(guān)，所述開關(guān)連接于所述負載系統(tǒng)與接地端之間。
19.如權(quán)利要求18所述的過載保護方法，其特征在于，所述步驟B包含在所述開關(guān)開路 期間使用一電阻在所述負載系統(tǒng)及接地端之間形成一路徑。
20.一種過載保護方法，其特征在于包括下列步驟(A)檢測一負載系統(tǒng)的溫度而決定一過溫度信號；(B)藉所述過電壓信號做切換一開關(guān)，所述開關(guān)連接于所述負載系統(tǒng)與接地端之間。
21.如權(quán)利要求20所述的過載保護方法，其特征在于，所述步驟B包含在所述開關(guān)開路 期間使用一電阻在所述負載系統(tǒng)及接地端之間形成一路徑。
全文摘要
一種過載保護裝置，其特征在于包括一接地端，連接于所述過載保護裝置；一負載端，連接于所述過載保護裝置；一開關(guān)連接于所述負載端及所述接地端之間；一過電流檢測器連接所述開關(guān)，檢測通過所述開關(guān)的電流，據(jù)以決定一過電流信號控制所述開關(guān)。本發(fā)明的過載保護裝置及方法具有結(jié)構(gòu)簡單、應用范圍廣和尺寸小的優(yōu)點。
文檔編號H02H3/08GK101931204SQ20091013967
公開日2010年12月29日 申請日期2009年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月24日
發(fā)明者唐健夫, 林棋樺, 陳曜洲 申請人:立锜科技股份有限公司