CN108811265B - 供电电路 - Google Patents

Abstract

一种供电电路，其包含供电单元、开启控制电路、发光模块及发光控制电路。供电单元接收第一电源信号、根据第一电源信号输出相关于第一电源信号的第二电源信号、侦测第二电源信号的电流值，并且于电流值超过阀值时，产生警示信号。开启控制电路根据警示信号产生关闭信号至供电单元，以致使供电单元停止输出第二电源信号。发光控制电路于未接收到警示信号时致使发光模块发出第一色光，且于接收到警示信号时致使发光模块发出第二色光。利用本发明的供电电路，能以简单的电路设计来进行过电流保护，借以降低元件成本并节省电路板面积。且此供电电路可适用于通用串列汇流排(USB)，以避免使用现有设计中用以进行过电流保护控制的微控制器。

Description

供电电路

【技术领域】

本发明是关于一种供电电路，特别是具有过电流保护及过电流指示的供电电路，且其可适用于通用串列汇流排(Universal Serial Bus；USB)。

【背景技术】

通用串列汇流排(USB)是技术发展已相当成熟的连接介面。通用串列汇流排能以热插拔(Hot-Plugging)及即插即用(Plug-and-Play)形式将下游装置(如，USB装置)连接至上游装置(如，主机或集线器等)并在下游装置与上游装置之间传送资料或/及电力。通用串列汇流排(USB)基本具有4条导线(接脚)，且此4条导线分别为2条资料线(一般标示为D+及D-)、1条电源线(一般标示为VBUS)及1条接地线(一般标示为GND)。2条资料线用以利用差动驱动技术进行资料的双向传输。电源线及接地线用以将电力自上游主机分配至下游装置。

在USB的应用中，USB装置能经由USB集线器串联链接。USB集线器能将USB装置连接至主机电脑或另一USB集线器上。USB集线器可为独立的设备，也可以是建置至USB装置中。各USB集线器具有耦接上游装置的上游端口及耦接下游装置的多个下游端口，并且能自上游装置汲取外部电力并将完全的电力提供至每一下游端口。并且，各USB集线器还具有电源开关芯片与微控制器。电源开关芯片于供电过程中进行过电流侦测，并且于发生过电流事件时通知微控制器，以致使微控制器通过软体控制指示器进行过电流指示。

【发明内容】

有鉴于此，本发明提供一种供电电路，以简单的电路设计来进行过电流保护，借以降低元件成本并节省电路板面积。在一些实施例中，供电电路可适用于通用串列汇流排(USB)，以避免使用现有设计中用以进行过电流保护控制的微控制器。

在一实施例中，一种供电电路，其包含：一供电单元、一开启控制电路、一发光模块及一发光控制电路。供电单元接收第一电源信号、根据第一电源信号输出一第二电源信号、侦测第二电源信号的电流值，并且于电流值超过阀值时，产生警示信号。其特征在于，第二电源信号相关于第一电源信号。开启控制电路根据警示信号产生关闭信号至供电单元，以致使供电单元停止输出第二电源信号。发光控制电路于接收到警示信号时致使发光模块发出第二色光，且于未接收到警示信号时致使发光模块发出第一色光。

【附图说明】

图1为本发明一实施例的供电电路的概要示意图。

图2为图1的供电单元的一实施例的概要示意图。

图3为图1的供电电路的一示范例的应用状态的示意图。

图4为图1的开启控制电路的一实施例的概要示意图。

图5为图1的开启控制电路的另一实施例的概要示意图。

图6为图1的发光控制电路与发光模块的一实施例的概要示意图。

【具体实施方式】

参照图1，一种供电电路10，其包含：一供电单元110、一开启控制电路130、一发光控制电路150及一发光模块170。供电单元110耦接开启控制电路130与发光控制电路150，并且发光控制电路150耦接在供电单元110与发光模块170之间。供电单元110接收第一电源信号VS，并且根据第一电源信号VS输出第二电源信号PWR。在供应第二电源信号PWR的过程中，供电单元110会侦测第二电源信号PWR的电流值。于侦测到电流值超过阀值时，供电单元110产生警示信号给开启控制电路130与发光控制电路150。开启控制电路130根据警示信号产生关闭信号至供电单元110，以致使供电单元110响应关闭信号而停止输出第二电源信号PWR。发光控制电路150则会根据警示信号控制发光模块170的运作。其特征在于，于接收到警示信号时，发光控制电路150致使发光模块170发出第二色光。反之，于未接收到警示信号时，发光控制电路150致使发光模块170发出第一色光。其特征在于，第一色光不同于第二色光。

于此，第二电源信号PWR相关于第一电源信号VS。在一些实施例中，供电单元110可对第一电源信号VS进行升压或降压以生成适于供电给后级电路的第二电源信号PWR。在另一实施例中，供电单元110可直接以第一电源信号VS作为输出的第二电源信号PWR来供电给后级电路。

在一些实施例中，参照图2，供电单元110具有一输入接脚IN、一输出接脚OT、一开启接脚EN、一保护接脚OC、一电压提供电路111以及一电流侦测电路113。电压提供电路111耦接在输入接脚IN与输出接脚OT之间，并且电性连接开启接脚EN。电流侦测电路113耦接在输出接脚OT与保护接脚OC之间。

输入接脚IN接收第一电源信号VS。开启接脚EN接收开启信号Se。电压提供电路111受控于开启信号Se，并且响应开启信号Se根据第一电源信号VS产生第二电源信号PWR。然后，由输出接脚OT输出产生的第二电源信号PWR。电流侦测电路113计量流经输出接脚OT的电流值。于计量到的电流值超过阀值时，电流侦测电路113产生警示信号Sa，并经由保护接脚OC输出警示信号Sa。举例来说，当电流侦测电路113侦测到过电流发生(即，电流值超过阀值)时，电流侦测电路113将保护接脚OC拉至低电位(即，警示信号Sa)。在一些实施例中，与过电流发生时，电流侦测电路113可通过生成短路信号来控制一短路开关SW开启。于短路开关SW为开启状态时，保护接脚OC经由短路开关SW电性连接至地电位，以致使保护接脚OC为低电位。在一些实施例中，阀值可为1A～3.7A。其特征在于，阀值较佳可为1.5A。

在一些实施例中，电压提供电路111可为一供电开关。供电开关经由输入接脚IN接收第一电源信号VS，并且在开启信号Se的控制下将第一电源信号VS经由输出接脚OT输出(即，输出第二电源信号PWR)。在另一些实施例中，电压提供电路111可为一电压转换电路。供电电路111经由输入接脚IN接收第一电源信号VS，并且在开启信号Se的控制下，对第一电源信号VS进行升压或降压而生成并输出第二电源信号PWR。

在一些实施例中，供电单元110还可以进行热感测，借以避免过热。在一些实施例中，供电单元110可为一功率分配开关。在一些实施例中，供电单元110可由积体电路(Integrated Circuit；IC)实现。

在一些实施例中，参照图3，供电电路10可耦接在一第一连接端口21与一第二连接端口23之间，借以形成具有供电能力的集线器。其中，输入接脚IN电性连接第一连接端口21的电源接脚，而输出接脚OT电性连接第二连接端口23的电源接脚。供电电路10还具有接地接脚GD，并且接地接脚GD电性连接第一连接端口21的接地接脚和第二连接端口23的接地接脚。换言之，由接地接脚提供一地电位至接地接脚GD。在一实施例中，供电电路10可直接由第一连接端口21的电源接脚接收第一电源信号VS。在另一实施例中，来自第一连接端口21的电源接脚的初始电源信号可先经由电压转换电路进行升压或降压后而形成提供给供电单元110的第一电源信号VS。在一些实施例中，第一连接端口21的资料接脚(一个或多个)还耦接至第二连接端口23的资料接脚，并且资料接脚用以在第一连接端口21与第二连接端口23之间传输资料D。

在一实施例中，参照图4，开启控制电路130可包括一逻辑闸131与一开关电路133。逻辑闸131耦接在供电单元110的保护接脚OC与开关电路133之间，并且开关电路133耦接在供电端(提供供应电源Vdd)与供电单元110的开启接脚EN之间。逻辑闸131根据警示信号Sa产生控制信号。开关电路133于控制信号的控制下输出关闭信号dSe。

在一些实施例中，逻辑闸131可为一及闸。开关电路133包括二开关(以下称第一开关M11与第二开关M12)。其中，第一开关M11与第二开关M12可为二晶体管。

逻辑闸131的二输入端耦接供电单元110的保护接脚OC与连接端口(第一连接端口21或第二连接端口23)的开启接脚Pp。其中，逻辑闸131的输入端经由阻抗R11耦接连接端口的开启接脚Pp。逻辑闸131的输出端经由阻抗R12耦接第一开关M11的控制端。并且，第一开关M11还耦接在供电端与地电位之间以及耦接在第二开关M12的控制端与地电位之间。换言之，第一开关M11的第一端经由阻抗R13耦接供电端，并且经由阻抗R14耦接第二开关M12的控制端。第一开关M11的第二端耦接地电位。第二开关M12的第一端经由阻抗R15耦接供电端，并且经由阻抗R16耦接供电单元110的开启接脚EN。

在一些实施例中，开关电路133还包括二电容(以下称第一电容C1与第二电容C2)。第一电容C1耦接在第二开关M12的控制端与地电位之间。第二电容C2耦接在供电单元110的开启接脚EN与地电位之间。

于此，于连接端口耦接外部装置(如，第一连接端口21耦接上游装置或第二连接端口23耦接下游装置)时，逻辑闸131的一输入端(耦接连接端口的开启接脚Pp)常态为高电位。其中,连接端口的开启接脚Pp可即为电源接脚，或是不同于电源接脚的另一独立接脚。

在正常运作之下，供电单元110的保护接脚OC为高电位(正常信号Sn)。逻辑闸131的二输入端为高电位，因此逻辑闸131的输出端为高电位(控制信号)，借以开启第一开关M11。于第一开关M11为开启(On)状态时，第一开关M11将第二开关M12的控制端拉至低电位，借以关闭第二开关M12。于第二开关M12关闭(Off)时，供电单元110的开启接脚EN电连接至供电端，即开启接脚EN呈现高电位(开启信号Se)。于开启接脚EN接收高电位时，供电单元110正常运作。于正常运作时，供电单元110会由输出接脚OT输出第二电源信号PWR并同时侦测输出接脚OT的电流值。

于当电流侦测电路113侦测到过电流发生(即，输出接脚OT的电流值超过阀值)时，电流侦测电路113将保护接脚OC拉至低电位(警示信号Sa)。逻辑闸131的二输入端分别为高电位与低电位，因此逻辑闸131的输出端为低电位(控制信号)，借以关闭第一开关M11。于第一开关M11为关闭(Off)状态时，第二开关M12的控制端电连接至供电端(即，第二开关M12的控制端为高电位)，借以开启第二开关M12。于第二开关M12为开启(On)状态时，第二开关M12将供电单元110的开启接脚EN拉至低电位(关闭信号dSe)。于开启接脚EN接收低电位时，供电单元110停止运作，即输出接脚OT不输出第二电源信号PWR。

在一些实施例中，电流侦测电路113侦测到过电流发生(即，输出接脚OT的电流值超过阀值)时，电流侦测电路113可将保护接脚OC短暂拉至低电位(警示信号Sa)，以使供电单元110停止运作。换言之，于电流侦测电路113可将保护接脚OC拉至低电位(警示信号Sa)一既定时间后，电流侦测电路113即将保护接脚OC恢复为高电位，以使供电单元110正常运作。若电流侦测电路113仍是侦测到过电流发生时，电流侦测电路113则再将保护接脚OC拉至低电位(警示信号Sa)一既定时间，并随之又恢复为高电位。如此，电流侦测电路113会不断间歇运作(保护接脚OC在低电位与高电位之间反复变化)直至电流侦测电路113侦测到无过电流发生(即，输出接脚OT的电流值未超过阀值)。此时(无过电流发生)，保护接脚OC即维持在高电位，以使供电单元110保持正常运作。在一些实施例中，此既定时间可约为0.1～10000微秒(μs)。其中，既定时间较佳可约为0.1～1000μs。

在另一实施例中，开启控制电路130可直接由开关电路实现。参照图5，开启控制电路130可包括一开关电路135。开关电路135耦接在供电单元110的保护接脚OC与供电单元110的开启接脚EN之间。开关电路135根据警示信号Sa输出关闭信号dSe。换言之，于开关电路135自保护接脚OC接收到警示信号Sa时，开关电路135输出关闭信号dSe给开启接脚EN，以关闭供电单元110(停止运作)。反之，于开关电路135自保护接脚OC接收到正常信号Sn时，开关电路135输出开启信号Se给开启接脚EN，以开启供电单元110(正常运作)。

在一些实施例中，开关电路135可包括二开关(以下称第一开关M21与第二开关M22)以及一延迟电路1351。其中，第一开关M21与第二开关M22可为二晶体管。

第一开关M21的控制端耦接供电单元110的保护接脚OC。并且，第一开关M21的第一端与第二开关M22的控制端耦接延迟电路1351。第二开关M22的第一端耦接供电单元110的开启接脚EN。供电单元110的开启接脚EN还经由阻抗R22耦接供电端。

第一开关M21受控于警示信号Sa。延迟电路1351根据第一开关M21的运作延迟控制第二开关M22的运作，以致使第二开关M22选择性输出关闭信号dSe和开启信号Se给开启接脚EN。换言之，于第一开关M21接收到警示信号Sa时，第一开关M21响应警示信号Sa生成控制信号(以下称第一控制信号)。延迟电路1351延迟第一控制信号并以延迟后的第一控制信号控制第二开关M22，以使第二开关M22输出关闭信号dSe。反之，于第一开关M21未接收到警示信号Sa(即，第一开关M21接收到正常信号Sn)时，第一开关M21响应正常信号Sn生成控制信号(以下称第二控制信号)。延迟电路1351延迟第二控制信号并以延迟后的第二控制信号控制第二开关M22，以使第二开关M22输出开启信号Se。

在一些实施例中，延迟电路1351可为电阻电容延迟电路(RC delay circuit)。于此，延迟电路1351可包括一电阻R21与一电容C21。电阻R21的第一端耦接供电端，并且电阻R21的第二端耦接第一开关M21的第一端与第二开关M22的控制端。电容C21的第一端耦接第一开关M21的第一端与第二开关M22的控制端，并且电容C21的第二端耦接地电位。第二开关M22的第一端耦接供电单元110的开启接脚EN，并且经由阻抗R22耦接供电端。

在正常运作之下，供电单元110的保护接脚OC为高电位(正常信号Sn)，借以开启第一开关M21。于第一开关M21为开启(On)状态时，第一开关M21将第二开关M22的控制端拉至低电位，借以关闭第二开关M22。于第二开关M22为关闭(Off)状态时，供电单元110的开启接脚EN电连接至供电端，即开启接脚EN呈现高电位(开启信号Se)。于开启接脚EN接收高电位时，供电单元110正常运作，以由输出接脚OT输出第二电源信号PWR并同时侦测输出接脚OT的电流值。

于当电流侦测电路113侦测到过电流发生(即，输出接脚OT的电流值超过阀值)时，电流侦测电路113将保护接脚OC拉至低电位(警示信号Sa)，借以关闭第一开关M21。于第一开关M21为关闭(Off)状态时，第二开关M22的控制端电连接至供电端(即，第二开关M22的控制端为高电位)，借以开启第二开关M22。于第二开关M22为开启(On)状态时，第二开关M22将供电单元110的开启接脚EN拉至低电位(关闭信号dSe)。于开启接脚EN接收低电位时，供电单元110停止运作，即输出接脚OT不输出第二电源信号PWR。

在一些实施例中，参照图6，发光模块170可包括发不同色光的二发光元件(以下称第一发光元件D1与第二发光元件D2)。于此，第一发光元件D1可发出第一色光，而第二发光元件D2可发出第二色光。第一发光元件D1的第一端与第二发光元件D2的第一端耦接供电端。

发光控制电路150可包括一开关电路151以及一重置芯片153。开关电路151耦接在第一发光元件D1的第二端与地电位之间以及耦接在第二发光元件D2的第二端与地电位之间。重置芯片153耦接在开关电路151与供电单元110的保护接脚OC之间。

于重置芯片153接收到警示信号Sa时，重置芯片153控制开关电路151以将第二发光元件D2的第二端导通至地电位，以致使供电端驱动第二发光元件D2。于第二发光元件D2被驱动时，第二发光元件D2发出第二色光，借以指示过电流发生。此时，开关电路151将第一发光元件D1的第二端与地电位断开，以致供电端无法驱动第一发光元件D1。因此，第一发光元件D1不会发出第一色光。

反之，于重置芯片153未接收到警示信号Sa(即，重置芯片153接收到正常信号Sn)时，重置芯片153控制开关电路151以将第一发光元件D1的第二端导通至地电位，以致使供电端驱动第一发光元件D1。于第一发光元件D1被驱动时，第一发光元件D1发出第一色光，借以指示供电单元110运作正常。此时，开关电路151将第二发光元件D2的第二端与地电位断开，以致供电端无法驱动第二发光元件D2。因此，第二发光元件D2不会发出第二色光。

在一些实施例中，第一发光元件D1的第一端可经由阻抗R31耦接供电端。第二发光元件D2的第一端可经由阻抗R32耦接供电端。

在一些实施例中，重置芯片153可具有一输入接脚VI、一感测接脚VN、一输出接脚VO、一延迟电容接脚CD以及一接地接脚VS。并且，发光控制电路150可包括一电容C31。输入接脚VI耦接供电端。感测接脚VN耦接供电单元110的保护接脚OC，并接收来自保护接脚OC的警示信号Sa。输出接脚VO耦接开关电路151。电容C31耦接在延迟电容接脚CD与地电位之间。接地接脚VS耦接地电位。在一些实施例中，感测接脚VN可经由阻抗R33耦接供电单元110的保护接脚OC。

在一些实施例中，重置芯片153可为一电压侦测器。在一些实施例中，重置芯片153可由积体电路实现。

在一些实施例中，开关电路151可包括二开关(以下称第一开关M31与第二开关M32)。第一开关M31的第一端耦接第二开关M32的控制端、经由阻抗R34耦接供电端，并且经由阻抗R35耦接第一发光元件D1的第二端与第二发光元件D2的第一端。第一开关M31的第二端耦接地电位。第一开关M31的控制端经由阻抗R36耦接重置芯片153的输出接脚VO，并且重置芯片153的输出接脚VO还经由阻抗R37耦接供电端。第二开关M32的第一端耦接第一发光元件D1的第一端与第二发光元件D2的第二端。第二开关M32的第二端耦接地电位。

于此，于重置芯片153的感测接脚VN接收到警示信号Sa时，重置芯片153的输出接脚VO输出控制信号至第一开关M31的控制端，借以关闭第一开关M31。于第一开关M31为关闭状态时，第一开关M31将第一发光元件D1的第二端与地电位断开，以致使供电端无法驱动第二发光元件D2。并且，于第一开关M31为关闭状态时，第二开关M12的控制端会电连接至供电端(即，第二开关M12的控制端为高电位)，借以开启第二开关M32。于第二开关M12为开启状态时，第二开关M12将第二发光元件D2的第二端拉至地电位，以致使供电端驱动第二发光元件D2。

反之，于重置芯片153的感测接脚VN未接收到警示信号Sa(即，感测接脚VN接收到正常信号Sn)时，重置芯片153的输出接脚VO输出控制信号至第一开关M31的控制端，借以开启第一开关M31。于第一开关M31为开启状态时，第一开关M31将第一发光元件D1的第二端拉至地电位，以致使供电端驱动第一发光元件D1。并且，于第一开关M31为开启状态时，第一开关M31还会将第二开关M12的控制端拉至地电位，借以关闭第二开关M32。于第二开关M12为关闭状态时，第二开关M12将第二发光元件D2的第二端与地电位断开，以致使供电端无法驱动第二发光元件D2。

在一些实施例中，前述的各阻抗可为电阻(一个或多个串联)。

综上所述，根据本发明任一实施例的供电电路，能以简单的电路设计来进行过电流保护，借以降低元件成本并节省电路板面积。在一些实施例中，供电电路可适用于通用串列汇流排(USB)，以避免使用现有设计中用以进行过电流保护控制的微控制器。

Claims (6)

1.一种供电电路，其特征在于,该供电电路包含：

一供电单元，接收一第一电源信号、根据该第一电源信号输出一第二电源信号、侦测该第二电源信号的一电流值，并且于该电流值超过一阀值时，产生一警示信号，其中,该第二电源信号相关于该第一电源信号；

一开启控制电路，根据该警示信号产生一关闭信号至该供电单元，以致使该供电单元停止输出该第二电源信号；

一发光模块，选择性发出一第一色光或一第二色光；及

一发光控制电路，于接收到该警示信号时致使该发光模块发出该第二色光，且于未接收到该警示信号时致使该发光模块发出该第一色光；

该开启控制电路包括：

一逻辑闸，根据该警示信号产生一控制信号；及

一开关电路，耦接在一供电端与该供电单元之间，于该控制信号的控制下输出该关闭信号。

2.一种供电电路，其特征在于,该供电电路包含：

一供电单元，接收一第一电源信号、根据该第一电源信号输出一第二电源信号、侦测该第二电源信号的一电流值，并且于该电流值超过一阀值时，产生一警示信号，其中,该第二电源信号相关于该第一电源信号；

一开启控制电路，根据该警示信号产生一关闭信号至该供电单元，以致使该供电单元停止输出该第二电源信号；

一发光模块，选择性发出一第一色光或一第二色光；及

一发光控制电路，于接收到该警示信号时致使该发光模块发出该第二色光，且于未接收到该警示信号时致使该发光模块发出该第一色光；

该开启控制电路包括：一开关电路，耦接该供电单元，根据该警示信号输出该关闭信号，

该开关电路包括：

一第一开关，该第一开关的控制端耦接该供电单元，受控于该警示信号；

一第二开关，耦接该供电单元，选择性输出该关闭信号和一开启信号；及

一延迟电路，耦接该第一开关与该第二开关，根据该第一开关的运作延迟控制该第二开关的运作。

3.如权利要求1或2所述的供电电路，其特征在于,该供电单元包括：

一开启接脚，接收一开启信号；

一输入接脚，接收该第一电源信号；

一电压提供电路，耦接该输入接脚、该输出接脚与该开启接脚，受控于该开启信号且根据该第一电源信号产生该第二电源信号；

一输出接脚，输出该第二电源信号；

一电流侦测电路，耦接该输出接脚，计量流经该输出接脚的该电流值且于该电流值超过该阀值时，产生该警示信号；及

一保护接脚，耦接该电流侦测电路，输出该警示信号。

4.如权利要求1或2所述的供电电路，其特征在于,该发光模块包括用以发出该第一色光的一第一发光元件以及用以发出该第二色光的一第二发光元件，该第一发光元件的第一端与该第二发光元件的第一端耦接一供电端，该发光控制电路包括：

一开关电路，耦接在该第一发光元件的第二端与地电位之间以及耦接在该第二发光元件的第二端与该地电位之间；及

一重置芯片，耦接在该开关电路与该供电单元之间，于接收到该警示信号时控制该开关电路将该第二发光元件的该第二端导通至该地电位，且于未接收到该警示信号时控制该开关电路将该第一发光元件的该第二端导通至该地电位。

5.如权利要求4所述的供电电路，其特征在于,该重置芯片包括：

一输入接脚，耦接该供电端；

一感测接脚，耦接该供电单元，以接收该警示信号；

一输出接脚，耦接该开关电路；及

一延迟电容接脚；

其中，该发光控制电路还包括：一电容，该电容耦接在该延迟电容接脚与该地电位之间。

6.如权利要求1或2所述的供电电路，其特征在于,该供电电路还包括：

一第一连接端口，耦接该供电单元，用以输出该第二电源信号给一USB(通用序列汇流排)装置；及

一第二连接端口，耦接该供电单元，用以接收来自一外部装置的该第一电源信号。

Images