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保護電路及其保護方法.pdf

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保護 電路 及其 方法
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摘要
申請專利號:

CN201110295256.6

申請日:

2011.09.27

公開號:

CN102545181B

公開日:

2015.01.07

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 專利權的轉移IPC(主分類):H02H 9/02登記生效日:20170313變更事項:專利權人變更前權利人:漢能科技股份有限公司變更后權利人:緯創資通股份有限公司變更事項:地址變更前權利人:中國臺灣新竹縣竹北市高鐵二路32號17樓之1變更后權利人:中國臺灣新北市22181汐止區新臺五路一段88號21樓|||授權|||實質審查的生效號牌文件類型代碼:1604號牌文件序號:101322519448IPC(主分類):H02H 9/02專利申請號:2011102952566申請日:20110927|||公開
IPC分類號: H02H9/02; H02H3/08 主分類號: H02H9/02
申請人: 漢能科技股份有限公司
發明人: 段曉明; 張榮璋
地址: 中國臺灣新竹縣竹北市高鐵二路32號17樓之1
優先權: 2010.12.24 TW 099145953
專利代理機構: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201 代理人: 張大威
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201110295256.6

授權公告號:

|||102545181B||||||

法律狀態公告日:

2017.04.05|||2015.01.07|||2012.09.05|||2012.07.04

法律狀態類型:

專利申請權、專利權的轉移|||授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

一種保護電路,該保護電路包括輸出級電路及反饋單元。該輸出級電路產生第一電流。該反饋單元在該第一電流大于或等于額定電流的第一狀態中且該第一狀態維持第一期間的情況下,該反饋單元控制該輸出級電路以限制該第一電流,而在該第一電流大于或等于限制電流的第二狀態中且該第二狀態維持第二期間的情況下,該反饋單元控制該輸出級電路以關斷該第一電流。

權利要求書

1.一種保護電路,包括:
輸出級電路,產生第一電流;以及
反饋單元,在所述第一電流大于或等于額定電流的第一狀態且所述第一狀態維持
第一期間的情況下,所述反饋單元控制所述輸出級電路以限制所述第一電流,而在所
述第一電流大于或等于限制電流的第二狀態中且所述第二狀態維持第二期間的情況
下,所述反饋單元控制所述輸出級電路以關斷所述第一電流。
2.如權利要求1所述的保護電路,其中:
所述第二期間大于所述第一期間,而所述限制電流小于所述額定電流;
所述輸出級電路包括第一N型晶體管及第一P型晶體管,所述第一N型晶體管的
漏極與所述第一P型晶體管的漏極連接,所述第一N型晶體管的柵極接收第一電壓以
調整從其漏極輸出的所述第一電流;
所述輸出級電路還包括切換式電源的輸出級電路或運算放大器的輸出級電路;
所述反饋單元包括:
電流感測單元,包括第二N型晶體管及電阻器,所述第二N型晶體管的漏極
與所述第一N型晶體管的漏極相連,所述第二N型晶體管的柵極接收所述第一電
壓,所述電流感測單元響應所述第一電壓而輸出第二電壓;
運算放大單元,所述運算放大單元具有第一輸入端、第二輸入端及第一輸出
端,所述第一輸入端及所述第二輸入端分別接收所述第二電壓與第一參考電壓,
所述運算放大單元響應所述第二電壓與所述第一參考電壓從所述第一輸出端輸出
第一信號,其中,所述第一信號包括所述第二電壓減去所述第一參考電壓所形成
的差值信號,且當所述差值信號為正時,所述運算放大單元所輸出的所述第一信
號為正飽和信號,當所述差值信號為負時,所述運算放大單元所輸出的所述第一
信號為負飽和信號;
第一計時單元,接收所述第一信號,所述第一信號具有工作期間,當所述工
作期間大于或等于所述第一期間時,所述第一計時單元輸出第二信號;
限流單元,包括放大器、第三N型晶體管及第四N型晶體管,所述限流單元
響應所述第二信號,以拉低所述第一電壓而限制所述第一電流;
第二計時單元,接收所述第一信號,當所述工作期間大于或等于所述第二期
間時,所述第二計時單元輸出第三信號;以及
斷流單元,包括第五N型晶體管,所述第五N型晶體管的柵極與所述第二計
時單元的輸出端連接以接收所述第三信號,所述斷流單元響應所述第三信號,以
拉低所述第一電壓而關斷所述第一電流,以保護所述第一N型晶體管;
所述電阻器具有第一端點及第二端點,所述第二端點接地,所述第一端點與
所述第二N型晶體管的漏極連接,從所述第二N型晶體管的源極輸出的第二電流流經
所述電阻器以使所述電阻器具有所述第二電壓的電壓降;
所述放大器具有正輸入端、負輸入端及第二輸出端,所述正輸入端與所述第三N
型晶體管的漏極連接,所述負輸入端接收第二參考電壓,所述第二輸出端與所述第三N
型晶體管的柵極連接;
所述第三N型晶體管的源極與所述第四N型晶體管的漏極連接;
所述第四N型晶體管的柵極與所述第一計時單元的輸出端連接以接收所述第二信
號;以及
所述保護電路還包括輸入級電路,所述輸入級電路具有第三輸出端及第四輸出端,
其中所述第三輸出端與所述第一P型晶體管的柵極連接,所述第四輸出端與所述第五
N型晶體管的漏極、所述正輸入端、所述第三N型晶體管的漏極及所述第一N型晶體
管的柵極連接。
3.如權利要求1所述的保護電路,其中:
所述輸出級電路包括第一N型晶體管及第一P型晶體管,所述第一N型晶體管的
漏極與所述第一P型晶體管的漏極連接,所述第一P型晶體管的柵極接收第一電壓以
調整從其漏極輸出的第一電流;
所述輸出級電路還包括切換式電源的輸出級電路或運算放大器的輸出級電路;
所述反饋單元包含:
電流感測單元,包括第二P型晶體管及電阻器,所述第二P型晶體管的漏極
與所述第一P型晶體管的漏極連接,所述第二P型晶體管的柵極接收所述第一電
壓,所述電流感測單元響應所述第一電壓而輸出第二電壓;
運算放大單元,所述運算放大單元具有第一輸入端、第二輸入端及第一輸出
端,所述第一輸入端及所述第二輸入端分別接收所述第二電壓與第一參考電壓,
所述運算放大單元響應所述第二電壓與所述第一參考電壓從所述第一輸出端輸出
第一信號,其中所述第一信號包括所述第一參考電壓減去所述第二電壓所形成的
差值信號,且當所述差值信號為正時,所述運算放大單元所輸出的所述第一信號
為正飽和信號,當所述差值信號為負時,所述運算放大單元所輸出的所述第一信
號為負飽和信號;
第一計時單元,接收所述第一信號,所述第一信號具有工作期間,當所述工
作期間大于或等于所述第一期間時,所述第一計時單元輸出第二信號;
第一反相器,響應所述第二信號而產生所述第二信號的反相信號;
限流單元,包括放大器、第三P型晶體管及第四P型晶體管,所述限流單元
響應所述第二信號的反相信號,以拉高所述第一電壓而限制所述第一電流;
第二計時單元,接收所述第一信號,當所述工作期間大于或等于第二期間時,
所述第二計時單元輸出第三信號;
第二反相器,響應所述第三信號而產生所述第三信號的反相信號;以及
斷流單元,包括第五P型晶體管,所述斷流單元響應所述第三信號的反相信
號,以拉高所述第一電壓而關斷所述第一電流,以使所述第一P型晶體管受到保
護;
所述反饋單元還包括檢測單元,所述檢測單元包括所述電流感測單元及所述運算
放大單元;
所述電阻器具有第一端點及第二端點,所述第二端點接電源,所述第一端點與所
述第二P型晶體管的源極連接,第二電流流經所述電阻器,以使所述第二電壓等于所
述電源的電壓減去所述電阻器的電壓降;
所述放大器具有正輸入端、負輸入端及第二輸出端,所述負輸入端與所述第三P
型晶體管的漏極連接,所述正輸入端接收第二參考電壓,所述第二輸出端與所述第三P
型晶體管的柵極連接;
所述第三P型晶體管的源極與所述第四P型晶體管的漏極連接;
所述第四P型晶體管的柵極與所述第一反相器的輸出端連接以接收所述第二信號
的反相信號;以及
所述保護電路還包括輸入級電路,所述輸入級電路具有第三輸出端及第四輸出端,
其中所述第三輸出端與所述第一N型晶體管的柵極連接,所述第四輸出端與所述第五
P型晶體管的漏極、所述負輸入端、所述第三P型晶體管的漏極及所述第一P型晶體
管的柵極連接。
4.一種保護電路,包括:
控制單元,根據所述保護電路的電性參數的第一情況與第二情況分別對所述電性
參數施以第一控制及第二控制。
5.如權利要求4所述的保護電路,其中:
所述電性參數為電壓或電流;
所述第一控制為限制,所述第二控制為關斷;
所述第一情況為所述第一電流大于或等于額定電流的第一狀態且所述第一狀態維
持第一期間的情況;
所述第二情況為所述第一電流大于或等于限制電流的第二狀態且所述第二狀態維
持第二期間的情況,其中所述第二期間大于所述第一期間,所述限制電流小于所述額
定電流;
所述保護電路還包括輸出級電路,所述輸出級電路包括第一N型晶體管及第一P
型晶體管,所述第一N型晶體管的漏極與所述第一P型晶體管的漏極連接,所述第一
N型晶體管的柵極接收第一電壓以調整從其漏極輸出的第一電流;
所述保護電路還包括切換式電源的輸出級電路或運算放大器的輸出級電路;
所述控制單元包括:
電流感測單元,包括第二N型晶體管及電阻器,所述第二N型晶體管的漏極
與所述第一N型晶體管的漏極連接,所述第二N型晶體管的柵極接收所述第一電
壓,所述電流感測單元響應所述第一電壓而輸出第二電壓;
運算放大單元,所述運算放大單元具有第一輸入端、第二輸入端及第一輸出
端,所述第一輸入端及所述第二輸入端分別接收所述第二電壓與第一參考電壓,
所述運算放大單元響應所述第二電壓與所述第一參考電壓從所述第一輸出端輸出
第一信號,其中所述第一信號包括所述第二電壓減去所述第一參考電壓所形成的
差值信號,且當所述差值信號為正時,所述運算放大單元所輸出的所述第一信號
為正飽和信號,當所述差值信號為負時,所述運算放大單元所輸出的所述第一信
號為負飽和信號;
第一計時單元,接收所述第一信號,所述第一信號具有工作期間,當所述工
作期間大于或等于所述第一期間時,所述第一計時單元輸出第二信號;
限流單元,包括放大器、第三N型晶體管及第四N型晶體管,所述限流單元
響應所述第二信號,以拉低所述第一電壓而限制所述第一電流;
第二計時單元,接收所述第一信號,當所述工作期間大于或等于第二期間時,
所述第二計時單元輸出所述第三信號;以及
斷流單元,包括第五N型晶體管,所述第五N型晶體管的柵極與所述第二計
時單元的輸出端連接以接收所述第三信號,所述斷流單元響應所述第三信號,以
拉低所述第一電壓而關斷所述第一電流,以保護所述第一N型晶體管;
所述控制單元還包括檢測單元,所述檢測單元包括所述電流感測單元及所述運算
放大單元;
所述電阻器具有第一端點及第二端點,所述第二端點接地,所述第一端點與所述
第二N型晶體管的漏極連接,從所述第二N型晶體管的源極輸出的第二電流流經所述
電阻器以使所述電阻器具有所述第二電壓的電壓降;
所述放大器具有正輸入端、負輸入端及第二輸出端,所述正輸入端與所述第三N
型晶體管的漏極連接,所述負輸入端接收第二參考電壓,所述第二輸出端與所述第三N
型晶體管的柵極連接;
所述第三N型晶體管的源極與所述第四N型晶體管的漏極連接;
所述第四N型晶體管的柵極與所述第一計時單元的輸出端連接以接收所述第二信
號;以及
所述保護電路還包括輸入級電路,所述輸入級電路包括第三輸出端及第四輸出端,
其中所述第三輸出端與所述第一P型晶體管的柵極連接,所述第四輸出端與所述第五
N型晶體管的漏極、所述正輸入端、所述第三N型晶體管的漏極及所述第一N型晶體
管的柵極連接。
6.如權利要求4所述的保護電路,其中:
所述電性參數為電壓或電流;
所述第一控制為限制,所述第二控制為關斷;
所述第一狀態為所述第一電流大于或等于額定電流且維持第一期間的狀態;
所述第二狀態為所述第一電流大于或等于額定電流且維持第二期間的狀態,其中
所述第二期間大于所述第一期間;
所述保護電路還包括輸出級電路,所述輸出級電路包括第一N型晶體管及第一P
型晶體管,所述第一N型晶體管的漏極與所述第一P型晶體管的漏極連接,所述第一
P型晶體管的柵極接收第一電壓以調整從其漏極輸出的第一電流;
所述保護電路還包括切換式電源的保護電路或運算放大器的保護電路;
所述控制單元包括:
電流感測單元,包括第二P型晶體管及電阻器,所述第二P型晶體管的漏極
與所述第一P型晶體管的漏極連接,所述第二P型晶體管的柵極接收所述第一電
壓,所述電流感測單元響應所述第一電壓而輸出第二電壓;
運算放大單元,所述運算放大單元具有第一輸入端、第二輸入端及第一輸出
端,所述第一輸入端及所述第二輸入端分別接收所述第二電壓與第一參考電壓,
所述運算放大單元響應所述第二電壓與所述第一參考電壓從所述第一輸出端輸出
第一信號,其中所述第一信號包括所述第一參考電壓減去所述第二電壓所形成的
差值信號,且當所述差值信號為正時,所述運算放大單元所輸出的第一信號為正
飽和信號,當所述差值信號為負時,所述運算放大單元所輸出的第一信號為負飽
和信號;
第一計時單元,接收所述第一信號,所述第一信號具有工作期間,當所述工
作期間大于或等于所述第一期間時,所述第一計時單元輸出第二信號;
第一反相器,響應所述第二信號而產生所述第二信號的反相信號;
限流單元,包括放大器、第三P型晶體管及第四P型晶體管,所述限流單元
響應所述第二信號的反相信號,以拉高所述第一電壓而限制所述第一電流;
第二計時單元,接收所述第一信號,當所述工作期間大于或等于第二期間時,
所述第二計時單元輸出第三信號;
第二反相器,響應所述第三信號而產生所述第三信號的反相信號;以及
斷流單元,包括第五P型晶體管,所述斷流單元響應所述第三信號的反相信
號,以拉高所述第一電壓而關斷所述第一電流,以使所述第一P型晶體管受到保
護;
所述控制單元還包括檢測單元,所述檢測單元包括所述電流感測單元及所述運算
放大單元;
所述電阻器具有第一端點及第二端點,所述第二端點接電源,所述第一端點與所
述第二P型晶體管的源極連接,第二電流流經所述電阻器,以使所述第二電壓等于所
述電源的電壓減去所述電阻器的電壓降;
所述放大器具有正輸入端、負輸入端及第二輸出端,所述負輸入端與所述第三P
型晶體管的漏極連接,所述正輸入端接收第二參考電壓,所述第二輸出端與所述第三P
型晶體管的柵極連接;
所述第三P型晶體管的源極與所述第四P型晶體管的漏極連接;
所述第四P型晶體管的柵極與所述第一反相器的輸出端連接以接收所述第二信號
的反相信號;以及
所述保護電路還包括輸入級電路,所述輸入級電路具有第三輸出端及第四輸出端,
其中所述第三輸出端與所述第一N型晶體管的柵極連接,所述第四輸出端與所述第五
P型晶體管的漏極、所述負輸入端、所述第三P型晶體管的漏極及所述第一P型晶體
管的柵極連接。
7.如權利要求4所述的保護電路,其中:
所述電性參數為電壓或電流;
所述第一控制為限制,所述第二控制為關斷;
所述第一情況為第一/第二電流大于或等于額定電流的第一狀態且所述第一狀態
維持第一期間的情況;
所述第二情況為所述第一/第二電流大于或等于限制電流的第二狀態且所述第二
狀態維持第二期間的情況,其中所述第二期間大于所述第一期間,所述限制電流小于
所述額定電流;
所述保護電路還包括輸出級電路,所述輸出級電路包括第一N型晶體管及第一P
型晶體管,所述第一N型晶體管的漏極與所述第一P型晶體管的漏極連接,所述第一
N型晶體管的柵極接收第一電壓以調整從其漏極輸出的所述第一電流,所述第一P型
晶體管的柵極接收第二電壓以調整從其漏極輸出的所述第二電流;
所述輸出級電路包括切換式電源的輸出級電路或運算放大器的輸出級電路;
所述控制單元包括:
電流感測單元,包括第二N型晶體管、第二P型晶體管、第一電阻器及第二
電阻器,所述第二N型晶體管的漏極與所述第一N型晶體管的漏極連接,所述第
二N型晶體管的柵極接收所述第一電壓,所述電流感測單元響應所述第一電壓而
輸出第三電壓,所述第二P型晶體管的漏極與所述第一P型晶體管的漏極連接,
所述第二P型晶體管的柵極接收所述第二電壓,所述電流感測單元響應所述第二
電壓而輸出第四電壓;
第一運算放大單元,具有第一輸入端、第二輸入端、及第一輸出端,所述第
一輸入端及所述第二輸入端分別接收所述第三電壓與第一參考電壓,所述第一運
算放大單元響應所述第三電壓與所述第一參考電壓從所述第一輸出端輸出第一信
號,其中所述第一信號包括所述第三電壓減去所述第一參考電壓所形成的第一差
值信號,且當所述第一差值信號為正時,所述運算放大單元所輸出的所述第一信
號為正飽和信號,當所述第一差值信號為負時,所述運算放大單元所輸出的所述
第一信號為負飽和信號;
第二運算放大單元,具有第三輸入端、第四輸入端、及第二輸出端,所述第
三輸入端及所述第四輸入端分別接收所述第四電壓與第二參考電壓,所述第二運
算放大單元響應所述第四電壓與所述第二參考電壓從所述第二輸出端輸出第二信
號,其中所述第二信號包括所述第二參考電壓減去所述第四電壓所形成的第二差
值信號,且當所述第二差值信號為正時,所述運算放大單元所輸出的所述第一信
號為正飽和信號,當所述第二差值信號為負時,所述運算放大單元所輸出的所述
第一信號為負飽和信號;
或門,響應所述第一信號與所述第二信號而輸出第三信號;
第一計時單元,接收所述第三信號,所述第三信號具有工作期間,當所述工
作期間大于或等于所述第一期間時,所述第一計時單元輸出第四信號;
限流單元,包括第一放大器、第二放大器、第三N型晶體管、第三P型晶體
管、第四N型晶體管、第四P型晶體管及第一反相器,所述限流單元響應所述第
四信號,以拉低所述第一電壓而限制所述第一電流,所述限流單元響應所述第四
信號的反相信號,以拉高所述第二電壓而限制所述第二電流;
第二計時單元,接收所述第三信號,當所述工作期間大于或等于第二期間時,
所述第二計時單元輸出第五信號;以及
斷流單元,包括第五N型晶體管、第五P型晶體管及第二反相器,所述第五
N型晶體管的柵極與所述第二計時單元的輸出端連接以接收所述第五信號,所述
斷流單元響應所述第五信號,以拉低所述第一電壓而關斷所述第一電流,以使所
述第一N型晶體管受到保護,所述斷流單元響應所述第五信號的反相信號,以拉
高所述第二電壓而關斷所述第二電流,以使所述第一P型晶體管受到保護;
所述控制單元還包括檢測單元,所述檢測單元包括所述電流感測單元及所述運算
放大單元;
所述第一電阻器具有第一端點及第二端點,所述第二端點接地,所述第一端點與
所述第二N型晶體管的漏極連接,從所述第二N型晶體管的源極輸出的第三電流流經
所述第一電阻器以使所述第一電阻器具有所述第三電壓的電壓降;
所述第二電阻器具有第三端點及第四端點,所述第四端點接電源,所述第三端點
與所述第二P型晶體管的源極連接,從所述第二P型晶體管的源極輸出的第四電流流
經所述第二電阻器,以使所述第四電壓等于所述電源的電壓減去所述第二電阻器的電
壓降;
所述第一放大器具有第一正輸入端、第一負輸入端及第一輸出端,所述第一正輸
入端與所述第三N型晶體管的漏極連接,所述第一負輸入端接收第三參考電壓,所述
第一輸出端與所述第三N型晶體管的柵極連接;
所述第二放大器具有第二正輸入端、第二負輸入端及第二輸出端,所述第二負輸
入端與所述第三P型晶體管的漏極連接,所述第二正輸入端接收第四參考電壓,所述
第二輸出端與所述第三P型晶體管的柵極連接;
所述第三N型晶體管的源極與所述第四N型晶體管的漏極連接;
所述第三P型晶體管的源極與所述第四P型晶體管的漏極連接;
所述第四N型晶體管的柵極與所述第一計時單元的輸出端連接以接收所述第四信
號;
所述第四P型晶體管的柵極與所述第一反相器的輸出端連接以接收所述第四信號
的反相信號;
所述第五N型晶體管的柵極與所述第二計時單元的輸出端連接以接收所述第五信
號;
所述第五P型晶體管的柵極與所述第二反相器的輸出端連接以接收所述第五信號
的反相信號;以及
所述保護電路還包括輸入級電路,所述輸入級電路具有第三輸出端及第四輸出端,
其中所述第三輸出端與所述第一P型晶體管的柵極連接、所述第三P型晶體管的漏極、
所述第五P型晶體管的漏極及所述第二負輸入端連接,所述第四輸出端與所述第一N
型晶體管的柵極、所述第三N型晶體管的漏極、所述第五N型晶體管的漏極及第一正
輸入端連接。
8.一種保護電路的操作方法,包括下列步驟:
根據第一電壓而輸出第二電壓,所述第一電壓控制第一電流;
當所述第二電壓大于參考電壓時輸出第一信號,其中所述第一信號具有工作期間;
當所述工作期間大于或等于第一期間時,輸出第二信號,以限制所述第一電流;
以及
當所述工作期間大于或等于第二期間時,輸出第三信號,以關斷所述第一電流。
9.如權利要求8所述的方法,還包括下列步驟:
響應所述第一電壓而輸出第二電流;以及
響應所述第二電流而輸出所述第二電壓。
10.一種保護電路的方法,包括:
檢測所述電路的電性參數,其中所述電性參數具有第一情況與第二情況;
檢測所述電性參數處于哪種情況;以及
當所述電性參數處于所述第一情況,對所述電性參數施以第一限制,而當所述電
性參數處于所述第二情況,對所述電性參數施以第二限制。
11.如權利要求10所述的方法,其中:
所述電性參數包括電壓和電流;以及
所述第二限制為關斷所述電性參數。

說明書

保護電路及其保護方法

技術領域

本發明是關于保護電路,特別是關于短路保護電路或過電流保護電路。

背景技術

短路保護電路或過電流保護電路一般分成兩種型態,一種使用限流電路來進行保
護,另一種檢測元件的溫度以對電路采取保護的措施。檢測元件的溫度以對電路采取
保護的措施有缺點,當溫度上升很快的時候則保護措施來不及反應而容易使元件燒毀,
無法達到保護的功效。傳統使用限流電路來保護則會對正常的電流脈沖采取限流,造
成電路誤動作的情況發生。

請參閱圖1(a),其為已知的單位增益放大電路的示意圖。該已知的單位增益放
大電路10包括單位增益放大器11、信號源12和負載電路13。該信號源12產生電壓
Vin1,且電壓Vin1輸入該單位增益放大器11的正輸入端in1+,該單位增益放大器11
的輸出端out1與該單位增益放大器11的負輸入端in1-連接,該負載電路13與該輸出
端out1連接。

請參閱圖1(b),其為已知的單位增益放大電路10的波形的示意圖。在輸出端
out1的輸出電壓Vouti及電流Iout1分別產生向上脈沖PL1與向下脈沖PL2的變化,
且分別維持期間T1與期間T2,或者分別產生向下脈沖PL3與向上脈沖PL4的變化,
且分別維持期間T3與期間T4。

如果期間T1、期間T2、期間T3及期間T4都很短的時候,并不會燒毀已知的單
位增益放大電路10或該負載電路13中的元件,但是如果使用限流電路作限流則會造
成已知的單位增益放大電路10的誤動作。

請參閱圖1(c),其為已知的切換式電源電路20的示意圖。該切換式電源電路
20包括信號源21、PWM控制器23、電感L1、晶體管X1、二極管D1及負載電路22。
在圖1(c)中,二極管D1與負載電路22連接處的電壓Vout2也可能會有如同電壓
Vout1的脈沖出現,當二極管D1導通(順偏)時,從二極管D1流出的電流也可能會
有如同電流Iout1的脈沖出現,但是如果脈沖所維持的時間很短,并不會燒毀已知的切
換式電源電路20或負載電路22中的元件。

請參閱圖1(d),其為已知的輸出級電路與負載電路30的示意圖。已知的輸出級
電路與負載電路30包括輸出級電路31及負載電路30。輸出級電路31輸出電流Iout3
及電壓Vout3,且與負載電路32連接。輸出級電路31包含在圖1(a)中的電壓源12、
單位增益放大器11,或是包含在圖1(c)中的電壓源21、PWM控制器23、電感L1、
晶體管X1、二極管D1。當輸出電流Iout3或電壓Vout3的脈沖維持的期間過久,則可
能會燒毀輸出級電路與負載電路30中的某些元件,但是如果脈沖持續的時間很短,用
傳統的限流電路又會造成輸出級電路與負載電路30的誤動作,因此必須有一種保護電
路以及保護電路的方法,使得在電路正常狀態下不會有誤動作,且在電路異常時能即
時限流或關斷電流以免元件燒毀而達到保護電路的功效。

發明內容

有鑒于上述現有技術的缺點,提出一種保護電路,所述保護電路包括輸出級電路
及反饋單元。所述輸出級電路產生第一電流。所述反饋單元在所述第一電流大于或等
于額定電流的第一狀態中且所述第一狀態維持第一期間的情況下,所述反饋單元控制
所述輸出級電路以限制所述第一電流,而在所述第一電流大于或等于限制電流的第二
狀態中且所述第二狀態維持第二期間的情況下,所述反饋單元控制所述輸出級電路以
關斷所述第一電流。

根據上述構想,提出一種保護電路,所述保護電路包括:控制單元,控制單元根
據所述保護電路的電性參數的第一情況與第二情況分別對所述電性參數施以第一控制
及第二控制。

根據上述構想,提出一種保護電路的操作方法,包括下列步驟:根據第一電壓而
輸出第二電壓,所述第一電壓控制第一電流;當所述第二電壓大于參考電壓時輸出第
一信號,其中所述第一信號具有工作期間;當所述工作期間大于或等于第一期間時,
輸出第二信號,以限制所述第一電流;當所述工作期間大于或等于第二期間時,輸出
第三信號,以關斷所述第一電流。

根據上述構想,提出一種保護電路的方法,包括:檢測所述電路的電性參數,其
中所述電性參數具有第一情況與第二情況;檢測所述電性參數處于哪種情況;當所述
電性參數處于所述第一情況,對所述電性參數施以第一限制,當所述電性參數處于所
述第二情況,對所述電性參數施以第二限制。

根據本發明所提的保護電路以及保護電路的方法,可使電路在正常狀態下不會有
誤動作,且在電路異常時能即時限流或關斷電流以免元件燒毀而達到保護電路的功效。

附圖說明

圖1(a)為已知的單位增益放大電路的示意圖;

圖1(b)為已知的單位增益放大電路的波形的示意圖;

圖1(c)為已知的切換式電源電路的示意圖;

圖1(d)為已知的輸出級電路與負載電路的示意圖;

圖2(a)為本發明第一較佳實施例的保護電路的示意圖;

圖2(b)為本發明第一較佳實施例的波形圖;

圖3(a)為本發明第二較佳實施例的保護電路的示意圖;

圖3(b)為本發明第二較佳實施例的波形圖;

圖3(c)為本發明的第一計時單元或該第二計時單元的電路圖;

圖3(d)為本發明的第一計時單元或該第二計時單元的波形圖;

圖4(a)為本發明第三較佳實施例的保護電路的示意圖;

圖4(b)為本發明第三較佳實施例的波形圖;

圖5(a)為本發明的保護電路的操作方法的流程圖;以及

圖5(b)為本發明的保護電路的方法的流程圖。

【主要元件符號說明】

40,50,60:保護電路????????????41,51,61:輸出級電路

42,52:反饋單元????????????????43,53,63:輸入級電路

M1,Q2:第一P型晶體管???????????M2,Q1:第一N型晶體管

421,521,621:電流感測單元?????M3:第二N型晶體管

R1,R2:電阻器??????????????????422,522:運算放大單元

423,523:第一計時單元??????????425,525:第二計時單元

424,524,623:限流單元?????????426,526,624:斷流單元

4241,5241:放大器??????????????M4:第三N型晶體管

M5:第四N型晶體管???????????????M6:第五N型晶體管

Q3:第二P型晶體管???????????????Q4:第三P型晶體管

Q5:第四P型晶體管???????????????D-FF1:第一D型正反器

D-FF2:第二D型正反器????????????D-FFn:第nD型正反器

Divider:分頻器?????????????????NAND1:與非門

AND1,AND2:與門????????????????INV1:第一反相器

INV2:第二反相器????????????????INV3:反相器

62:控制單元????????????????????622:或門

X1:晶體管

具體實施方式

請參照本發明的附圖來閱讀下面的詳細說明,其中本發明的附圖是以舉例說明的
方式,來介紹本發明各種不同的實施例,并供了解如何實現本發明。本發明實施例提
供了充足的內容,以供本領域的技術人員來實施本發明所揭示的實施例,或實施依本
發明所揭示的內容所衍生的實施例。須注意的是,這些實施例彼此間并不互斥,且部
分實施例可與其他一個或多個實施例作適當結合,以形成新的實施例,也就是本發明
的實施并不局限于以下所揭示的實施例。

請參閱圖2(a),其為本發明第一較佳實施例的保護電路40的示意圖。該保護電
路40包括輸出級電路41和反饋單元42。請參閱圖2(b),其為本發明第一較佳實施
例的波形圖。在圖2(b)中,橫坐標代表時間,單位為微秒,第一電流I1的縱坐標以
安培為單位,其余的縱坐標代表電壓,以伏特為單位。請同時參考圖2(a)與圖2(b),
該輸出級電路41產生第一電流I1,該反饋單元42在該第一電流I1大于或等于額定電
流Ir的第一狀態中且該第一狀態維持第一期間Td1的情況下,該反饋單元42控制該輸
出級電路41以限制該第一電流I1。而在該第一電流I1大于或等于限制電流It的第二
狀態中且該第二狀態維持第二期間Td2的情況下,該反饋單元42控制該輸出級電路
41以關斷該第一電流I1。從圖2(b)中可知該第二期間Td2大于該第一期間Td1,而
該限制電流It小于該額定電流Ir。以本發明第一較佳實施例而言,該額定電流Ir較佳
地為10安培,該限制電流It較佳地為1安培,該第一期間Td1較佳地為100微秒,該
第二期間Td2較佳地為3毫秒。

在圖2(a)中,該輸出級電路41包括第一N型晶體管M2及第一P型晶體管M1,
該第一N型晶體管M2的漏極與該第一P型晶體管M1的漏極連接,該第一N型晶體
管M2的柵極接收第一電壓V1以調整從其漏極輸出的該第一電流I1。

在圖2(a)中,該反饋單元42包括電流感測單元421、運算放大單元422、第一
計時單元423、限流單元424、第二計時單元425及斷流單元426。該電流感測單元421
包括第二N型晶體管M3及電阻器R1,該第二N型晶體管M3的漏極與該第一N型晶
體管M2的漏極連接,該第二N型晶體管M3的柵極接收該第一電壓V1,該電流感測
單元421響應該第一電壓V1而輸出第二電壓V2。該運算放大單元422具有第一輸入
端in2+、第二輸入端in2-及第一輸出端out2,該第一輸入端in2+及該第二輸入端in2-
分別接收該第二電壓V2與該第一參考電壓Vref1,該運算放大單元422響應該第二電
壓V2與該第一參考電壓Vref1從該第一輸出端out2輸出第一信號S1,其中該第一信
號S1包括該第二電壓V2減去該第一參考電壓Vref1所形成的差值信號,且當其差值
信號為正時,運算放大單元422所輸出的第一信號S1為正飽和信號,當其差值信號為
負時,運算放大單元422所輸出的第一信號S1為負飽和信號。該反饋單元42包括檢
測單元42A,該檢測單元42A包含電流感測單元421及運算放大單元422。

在圖2(a)中,也可針對電壓Vout4做限制或關斷,只需將第二N型晶體管M3
及該電阻器R1省略,而將第一N型晶體管M2的漏極與該第一輸入端in2+連接。

請同時參閱圖2(a)與圖2(b),該第一計時單元423接收該第一信號S1,該第
一信號S1具有工作期間Td3,當該工作期間Td3大于或等于該第一期間Td1時,該第
一計時單元423輸出第二信號S2。該限流單元424包括放大器4241、第三N型晶體管
M4及第四N型晶體管M5,該限流單元424響應該第二信號S2,以拉低該第一電壓
V1而限制該第一電流I1。

該第二計時單元425接收該第一信號S1,當該工作期間Td3大于或等于第二期間
Td2時,該第二計時單元425輸出第三信號S3。該斷流單元426包括第五N型晶體管
M6,該第五N型晶體管M6的柵極與該第二計時單元425的輸出端連接以接收該第三
信號S3,該斷流單元426響應該第三信號S3,以拉低該第一電壓V1而關斷該第一電
流I1,以保護該第一N型晶體管M2。

在圖2(a)中,該電阻器R1具有第一端點P1及第二端點P2,該第二端點P2接
地,該第一端點P1與該第二N型晶體管M3的漏極連接,從該第二N型晶體管M3的
源極輸出的第二電流I2流經該電阻器R1以使該電阻器R1具有該第二電壓V2的電壓
降。

該放大器4241具有正輸入端in3+、負輸入端in3-及第二輸出端out3,該正輸入端
in3+與該第三N型晶體管M4的漏極連接,該負輸入端in3-接收第二參考電壓Vref2,
該第二輸出端out3與該第三N型晶體管M4的柵極連接。

該保護電路40還包括輸入級電路43,其具有第三輸出端out4及第四輸出端out5,
該輸入級電路43分別接收電壓Vin1+及電壓Vin1-,其中該第三輸出端out4與該第一
P型晶體管M1的柵極連接,該第四輸出端out5與該第五N型晶體管M6的漏極、該
正輸入端in3+、該第三N型晶體管M4的漏極及該第一N型晶體管M2的柵極連接。

在限流電路424中,該第三N型晶體管M4的源極與該第四N型晶體管M5的漏
極連接,該第四N型晶體管M5的柵極與該第一計時單元423的輸出端連接以接收該
第二信號S2。

當該第四N型晶體管M5未導通時,該放大器4241及第三N型晶體管M4不會產
生鉗位該第一電壓V1的功能,當該第四N型晶體管M5導通且該第一電壓V1大于該
第二參考電壓Vref2時該第三N型晶體管M4會導通,而使該第一電壓V1被拉降至接
近該第二參考電壓Vre2時不再降低,該第三N型晶體管M4則維持微弱導通的狀態,
因此該限流單元424能夠拉低該第一電壓V1而限制該第一電流I1。

請參閱圖3(a),其為本發明第二較佳實施例的保護電路50的示意圖。該保護電
路50包括輸出級電路51和反饋單元52。請參閱圖3(b),其為本發明第二較佳實施
例的波形圖。橫坐標代表時間,單位為微秒,第一電流I3的縱坐標以安培為單位,其
余的縱坐標代表電壓,以伏特為單位。請同時參考圖3(a)與圖3(b),該輸出級電
路51產生第一電流I3,該反饋單元52在該第一電流I3大于或等于額定電流Ir的第一
狀態中且該第一狀態維持第一期間Td4的情況下,該反饋單元52控制該輸出級電路
51以限制該第一電流I3。而在該第一電流I3大于或等于限制電流It的第二狀態中且該
第二狀態維持第二期間Td5的情況下,該反饋單元52控制該輸出級電路51以關斷該
第一電流I3。從圖3(b)中可知該第二期間Td5大于該第一期間Td4,而該限制電流
It小于該額定電流Ir。以本發明第二較佳實施例而言,該額定電流Ir較佳地為10安培,
該限制電流It較佳地為1安培,該第一期間Td1較佳地為100微秒,該第二期間Td2
較佳地為3毫秒。

在圖3(a)中,該輸出級電路51包括第一N型晶體管Q1及第一P型晶體管Q2,
該第一N型晶體管Q1的漏極與該第一P型晶體管Q2的漏極連接,該第一P型晶體管
Q2的柵極接收第一電壓V3以調整從其漏極輸出的第一電流I3。

在圖3(a)中,該反饋單元52包括電流感測單元521、運算放大單元522、第一
計時單元523、限流單元524、第二計時單元525、斷流單元526、第一反相器INV1
及第二反相器INV2。該電流感測單元521包括第二P型晶體管Q3及電阻器R2,該第
二P型晶體管Q3的漏極與該第一P型晶體管Q2的漏極連接,該第二P型晶體管Q3
的柵極接收該第一電壓V3,該電流感測單元521響應該第一電壓V3而輸出第二電壓
V4。該運算放大單元522具有第一輸入端in4+、第二輸入端in4-及第一輸出端out6,
該第一輸入端in4+及該第二輸入端in4-分別接收該第二電壓V4與第一參考電壓Vref3,
該運算放大單元522響應該第二電壓V4與該第一參考電壓Vref3從該第一輸出端out6
輸出第一信號S4,其中該第一信號S4包括該第一參考電壓Vref3減去該第二電壓V4
所形成的差值信號,且當其差值信號為正時,運算放大單元522所輸出的第一信號S4
為正飽和信號,當其差值信號為負時,運算放大單元522所輸出的第一信號S4為負飽
和信號。該反饋單元52還包括檢測單元52A,該檢測單元52A包含該電流感測單元
521及該運算放大單元522。

在圖3(a)中,也可針對電壓Vout5做限制或關斷,只需將第二P型晶體管Q3
及該電阻器R2省略,而將第一P型晶體管Q2的漏極與該第二輸入端in4-連接。

請同時參閱圖3(a)與圖3(b),該第一計時單元523接收該第一信號S4,該第
一信號S4具有工作期間Td6,當該工作期間Td6大于或等于該第一期間Td4時,該第
一計時單元523輸出第二信號S5。該第一反相器INV1響應該第二信號S5而產生該第
二信號的反相信號該限流單元524包括放大器5241、第三P型晶體管Q4及第四
P型晶體管Q5,該限流單元524響應該第二信號的反相信號以拉高該第一電壓
V3而限制該第一電流I3。

該第二計時單元525接收該第一信號S4,當該工作期間Td6大于或等于第二期間
Td5時,該第二計時單元525輸出第三信號S6。該第二反相器INV2響應該第三信號
S6而產生該第三信號的反相信號該斷流單元526包括第五P型晶體管Q6,該斷
流單元526響應該第三信號的反相信號以拉高該第一電壓V3而關斷該第一電流
I3,以使該第一P型晶體管Q2受到保護。

在圖3(a)中,該電阻器R2具有第一端點P3及第二端點P4,該第二端點P4接
電源,該第一端點P3與該第二P型晶體管Q3的源極連接,第二電流流經該電阻器R2,
以使該第二電壓V4等于該電源的電壓VDD減去該電阻器R2的電壓降。

該放大器5241具有正輸入端in5+、負輸入端in5-及第二輸出端out7,該負輸入端
in5-與該第三P型晶體管Q4的漏極連接,該正輸入端in5+接收第二參考電壓Vref4,
該第二輸出端out7與該第三P型晶體管Q4的柵極連接。

該保護電路50還包括輸入級電路53,其具有第三輸出端out8及第四輸出端out9,
該輸入級電路53分別接收電壓Vin2+及電壓Vin2-,其中該第三輸出端out8與該第一
N型晶體Q1管的柵極連接,該第四輸出端out9與該第五P型晶體管Q6的漏極、該負
輸入端in5-、該第三P型晶體管Q4的漏極及該第一P型晶體管Q2的柵極連接。

在限流電路524中,該第三N型晶體管Q4的源極與該第四N型晶體管Q5的漏
極連接,該第四N型晶體管Q5的柵極與該第一反相器INV1的輸出端連接以接收該第
二信號的反相信號當該第四N型晶體管Q5未導通時,該放大器5241及第三N
型晶體管Q4不會產生鉗位該第一電壓V3的功能,當該第四N型晶體管Q5導通且該
第一電壓V3小于該第二參考電壓Vref4時該第三N型晶體管Q4會導通,而使該第一
電壓V3被拉升至接近該第二參考電壓Vre4時不再升高,該第三N型晶體管Q4則維
持微弱導通的狀態,因此該限流單元524能夠拉高該第一電壓V3而限制該第一電流I3。

請參閱圖3(c),其為本發明的第一計時單元423,523或該第二計時單元425,
525的電路圖。本發明的第一計時單元423,523或該第二計時單元425,525包括分頻
器Divider、與非門NAND1、與門AND1、與門AND2以及反相器INV3。在圖3(c)
中,分頻器Divider包括第一D型正反器D-FF1、第二D型正反器D-FF2、...、及第n
D型正反器D-FFn共n個D型正反器,其中每一個D型正反器的輸出端與輸入端D
連接,且輸出端與脈沖輸入端兩兩互相串接形成該分頻器Divider,每一個D型正反
器的重設端與該與非門NAND1的輸出端連接,該分頻器Divider的輸出端out10與該
與非門NAND1的輸入端in6連接,該與非門NAND1的輸入端in7與該反相器INV3
的輸出端連接,該與門AND1的輸入端in8和與門AND2的輸出端連接,與門AND2
的輸入端in10和與非門NAND1的輸入端in6連接,與門AND2的輸入端in11與該反
相器INV3的輸入端連接,與門AND2的輸入端in11與反相器INV3接收輸入信號input,
該輸入信號input包括第一信號S1,S4。該與門AND1的輸入端in9接收時脈信號CLK。

請參閱圖3(d),其為本發明的第一計時單元423,523或該第二計時單元425,
525的波形圖。在圖3(d)中,輸入信號input、輸出信號output、以及時脈信號CLK
的橫軸代表時間,縱軸代表電壓。在圖3(c)中的電路主要為了示范當輸入信號input
為邏輯1的期間維持大于或等于2n-1個時脈周期時,該輸出信號output轉變成邏輯1以
作用于該限流單元424,524或斷流單元426,526。當輸入信號input為邏輯0且輸出
信號output為邏輯0時,分頻器Divider中的每一個D型正反器都被重設為邏輯0。當
輸入信號input從邏輯0轉成邏輯1且輸出信號output仍為邏輯0時,則該分頻器Divider
開始運作。如果該輸出信號output尚未轉成邏輯1且該輸入信號input從邏輯1轉成邏
輯0,則分頻器Divider中的每個D型正反器都會被重設為邏輯0。如果該輸入信號input
為邏輯1且維持大于或等于2n-1個時脈周期時,該輸出信號output則會從邏輯0轉成邏
輯1,以作用于該限流單元424,524或斷流單元426,526。由此可防止保護電路40,
50的誤動作的發生。

在圖2(a)及圖3(a)中,在設計上第一計時單元423,523中的D型正反器的
個數設計少于第二計時單元425,525中的D型正反器的個數,以使第一計時單元423,
523在接收第一信號S1,S4經過第一周期Td1,Td4后輸出邏輯1的第二信號S2,S5,
且使第二計時單元425,525在接收第一信號S1,S4經過第二周期Td2,Td5后輸出邏
輯1的第三信號S3,S6,其中該第一周期Td1,Td4小于該第二周期Td2,Td5。

請參閱圖4(a),其為本發明第三較佳實施例的保護電路的示意圖。在本發明的
第一較佳實施例及第二較佳實施例中,分別對輸出級的第二N型晶體管M2及第二P
型晶體管Q2的柵極電壓作控制,以分別防止第一電流I1及第一電流I3燒毀保護電路
中的元件。在本發明的第三較佳實施例中可將第一較佳實施例及第二較佳實施例中的
元件作組合,其可同時防止第一電流I1及第一電流I3燒毀保護電路中的元件。該保護
電路60包括控制單元62,其根據該保護電路60的電性參數的第一情況與第二情況分
別對該電性參數施以第一控制及第二控制。

請參閱圖4(b),其為本發明第三較佳實施例的波形圖。橫坐標代表時間,單位
為微秒,第一電流I5,I6的縱坐標以安培為單位,其余的縱坐標代表電壓,以伏特為
單位。在圖4(b)中,如果將該第二N型晶體管M3及該電阻器R1省略,直接將該
第一N型晶體管M2的漏極與該第一輸入端in2+連接,則可針對電壓Vout6做限制與
關斷。

該電性參數為電壓Vout6或第一電流I1,I3,I5,I6。該第一控制為限制,該第二
控制為關斷。該第一情況為該第一電流I1,I3,I5,I6大于或等于額定電流Ir的第一
狀態且該第一狀態維持第一期間Td1,Td4,Td7的情況。該第二情況為該第一電流I1,
I3,I5,I6大于或等于限制電流It的第二狀態且該第二狀態維持第二期間Td2,Td5,
Td8的情況,其中該第二期間Td2,Td5,Td8大于該第一期間Td1,Td4,Td7,該限
制電流It小于該額定電流Ir。

在圖4(a)中,該保護電路60還包括輸出級電路61,該輸出級電路61包括第一
N型晶體管M2及第一P型晶體管Q2,該第一N型晶體管M2的漏極與該第一P型晶
體管Q2的漏極連接,該第一N型晶體管M2的柵極接收第一電壓V5以調整從其漏極
輸出的該第一電流I5,該第一P型晶體管Q2的柵極接收第二電壓V7以調整從其漏極
輸出的該第二電流I6。

該控制單元62包括電流感測單元621、第一運算放大單元422、第二運算放大單
元522、或門622、第一計時單元423、限流單元623、第二計時單元425及斷流單元
624。該電流感測單元621包括第二N型晶體管M3、第二P型晶體管Q3、第一電阻
器R1及第二電阻器R2,該第二N型晶體管M3的漏極與該第一N型晶體管M2的漏
極連接,該第二N型晶體管M2的柵極接收該第一電壓V5,該電流感測單元621響應
該第一電壓V5而輸出第三電壓V6,該第二P型晶體管Q3的漏極與該第一P型晶體
管Q2的漏極連接,該第二P型晶體管Q3的柵極接收該第二電壓V7,該電流感測單
元621響應該第二電壓V7而輸出第四電壓V8。

該第一運算放大單元422具有第一輸入端in2+、第二輸入端in2-及第一輸出端
out2,該第一輸入端in2+及該第二輸入端in2-分別接收該第三電壓V6與第一參考電壓
Vref1,該第一運算放大單元422響應該第三電壓V6與第一參考電壓Vref1從該第一
輸出端out2輸出第一信號S7,其中該第一信號S7包含該第三電壓V6減去該第一參
考電壓Vref1所形成的第一差值信號,且當第一差值信號為正時,運算放大單元422
所輸出的第一信號S7為正飽和信號,當第一差值信號為負時,運算放大單元422所輸
出的第一信號S7為負飽和信號。

該第二運算放大單元522,具有第三輸入端in4-、第四輸入端in4+及第二輸出端
out6,該第三輸入端in4-及該第四輸入端in4+分別接收該第四電壓V8與第二參考電壓
Vref3,該第二運算放大單元522響應該第四電壓V8與該第二參考電壓Vref3從該第
二輸出端out6輸出第二信號S8,其中該第二信號S8包括該第二參考電壓Vref3減去
該第四電壓V8所形成的第二差值信號,且當第二差值信號為正時,運算放大單元522
所輸出的第二信號S8為正飽和信號,當第二差值信號為負時,運算放大單元522所輸
出的第二信號S8為負飽和信號。該或門622響應該第一信號S7與該第二信號S8而輸
出第三信號S9。

請同時參閱圖4(a)與圖4(b)。該第一計時單元423接收該第三信號S9,該第
三信號S9具有工作期間Td9,當該工作期間Td9大于或等于該第一期間Td7時,該第
一計時單元423輸出第四信號S10。

該限流單元623包括該限流單元424及該限流單元524。該限流單元623包括第一
放大器4241、第二放大器5241、第三N型晶體管M4、第三P型晶體管Q4、第四N
型晶體管M5、第四P型晶體管Q5及第一反相器INV1,該限流單元623響應該第四
信號S10,以拉低(pull?low)該第一電壓V5而限制該第一電流I5,該限流單元623
響應該第四信號的反相信號以拉高(pull?high)該第二電壓V7而限制該第二電流
I6。該第二計時單元425接收該第三信號S9,當該工作期間Td9大于或等于第二期間
Td8,該第二計時單元425輸出第五信號S11。

該斷流單元624包括第五N型晶體管M6、第五P型晶體管Q6及第二反相器INV2,
該第五N型晶體管M6的柵極與第二計時單元425的輸出端連接以接收該第五信號
S11,該斷流單元624響應該第五信號S11,以拉低該第一電壓V5而關斷該第一電流
I5,以使該第一N型晶體管M2受到保護,該斷流單元624響應該第五信號的反相信
號以拉高該第二電壓V7而關斷該第二電流I6,以使該第一P型晶管體Q2受到
保護。

該第一電阻器R1具有第一端點P1及第二端點P2,該第二端點P2接地,該第一
端點P1與該第二N型晶體管M3的漏極連接,從該第二N型晶體管M3的源極輸出的
第三電流I7流經該第一電阻器R1以使該第一電阻器R1具有該第三電壓V6的電壓降。

該第二電阻器R2具有第三端點P3及該第四端點P4,該第四端點P4接電源,該
第三端點P3與該第二P型晶體管Q3的源極連接,該第四電流I8流經該第二電阻器
R2,以使該第四電壓V8等于該電源的電壓VDD減去該第二電阻器R2的電壓降。

該第一放大器4241具有第一正輸入端in3+、第一負輸入端in3-及第一輸出端out3,
該第一正輸入端in3+與該第三N型晶體管M4的漏極連接,該第一負輸入端in3-接收
第三參考電壓Vref2,該第一輸出端out3與該第三N型晶體管M4的柵極連接。

該第二放大器5241具有第二正輸入端in5+、第二負輸入端in5-及第二輸出端out7,
該第二負輸入端in5-與該第三P型晶體管M4的漏極連接,該第二正輸入端in5+接收
第四參考電壓Vref4,該第二輸出端out7與該第三P型晶體管Q4的柵極連接。

該第三N型晶體管M4的源極與該第四N型晶體管M5的漏極連接。該第三P型
晶體管Q4的源極與該第四P型晶體管Q5的漏極連接。該第四N型晶體管M5的柵極
與該第一計時單元423的輸出端連接以接收該第四信號S10。該第四P型晶體管的柵
極與該第一反相器INV1的輸出端連接以接收該第四信號的反相信號該第五N型
晶體管M6的柵極與該第二計時單元的輸出端連接以接收該第五信號S11。該第五P型
晶體管M6的柵極與該第二反相器INV2的輸出端連接以接收該第五信號的反相信號

請參閱圖5(a),其為本發明的保護電路的操作方法的流程圖,包括:步驟S501,
根據第一電壓而輸出第二電壓,該第一電壓控制第一電流。步驟S502,當該第二電壓
大于參考電壓時輸出第一信號,其中該第一信號具有工作期間。步驟S503,當該工作
期間大于或等于第一期間時,輸出第二信號,以限制該第一電流。步驟S504,當工作
期間大于或等于第二期間時,輸出第三信號,以關斷該第一電流。

請參閱圖5(b),其為本發明的保護電路的方法的流程圖,包括:步驟S601,檢
測該電路的電性參數,其中該電性參數具有第一情況與第二情況。步驟S602,檢測該
電性參數處于何種情況。步驟S603,當該電性參數處于該第一情況,對該電性參數施
以第一限制,當該電性參數處于該第二情況,對該電性參數施以第二限制。

在本發明的任一實施例中,提出一種保護電路,該保護電路包括:輸出級電路和
反饋單元。該輸出級電路,產生第一電流。該反饋單元在該第一電流大于或等于額定
電流的第一狀態中且該第一狀態維持第一期間的情況下,該反饋單元控制該輸出級電
路以限制該第一電流,而在該第一電流大于或等于限制電流的第二狀態中且該第二狀
態持續第二期間的情況下,該反饋單元控制該輸出級電路以關斷該第一電流。

根據本發明的實施例中的任一實施例,其中該第二期間大于第一期間,而該限制
電流小于該額定電流。該輸出級電路包括第一N型晶體管及第一P型晶體管,該第一
N型晶體管的漏極與該第一P型晶體管的漏極連接,該第一N型晶體管的柵極接收第
一電壓以調整從其漏極輸出的該第一電流。該反饋單元包括電流感測單元、運算放大
單元、第一計時單元、限流單元、第二計時單元及斷流單元。該電流感測單元包括第
二N型晶體管及電阻器,該第二N型晶體管的漏極與該第一N型晶體管的漏極連接,
該第二N型晶體管的柵極接收該第一電壓,該電流感測單元響應該第一電壓而輸出第
二電壓。該運算放大單元具有第一輸入端、第二輸入端及第一輸出端,該第一輸入端
及該第二輸入端分別接收該第二電壓與第一參考電壓,該運算放大單元響應該第二電
壓與該第一參考電壓從該第一輸出端輸出第一信號,其中該第一信號包括該第二電壓
減去該第一參考電壓所形成的差值信號,且當其差值信號為正時,運算放大單元所輸
出的第一信號為正飽和信號,當其差值信號為負時,運算放大單元所輸出的第一信號
為負飽和信號。該第一計時單元接收該第一信號,該第一信號具有工作期間,當該工
作期間大于或等于第一期間時,該第一計時單元輸出第二信號。該限流單元包括放大
器、第三N型晶體管及第四N型晶體管,該限流單元響應該第二信號,以拉低該第一
電壓而限制該第一電流。該第二計時單元接收該第一信號,當該工作期間大于或等于
第二期間時,該第二計時單元輸出第三信號。該斷流單元包括第五N型晶體管,該第
五N型晶體管的柵極與該第二計時單元的輸出端連接以接收第三信號,該斷流單元響
應該第三信號,以拉低該第一電壓而關斷該第一電流,以保護該第一N型晶體管。該
反饋單元還包括檢測單元,該檢測單元包括該電流感測單元及該運算放大單元。該電
阻器具有第一端點及第二端點,該第二端點接地,該第一端點與該第二N型晶體管的
漏極連接,從該第二N型晶體管的源極輸出的第二電流流經電阻器以使該電阻器具有
該第二電壓的電壓降。該放大器具有正輸入端、負輸入端及第二輸出端,該正輸入端
與該第三N型晶體管的漏極連接,該負輸入端接收第二參考電壓,該第二輸出端與該
第三N型晶體管的柵極連接。該第三N型晶體管的源極與該第四N型晶體管的漏極連
接。該第四N型晶體管的柵極與該第一計時單元的輸出端連接以接收該第二信號。該
保護電路還包括輸入級電路,其具有第三輸出端及第四輸出端,其中該第三輸出端與
該第一P型晶體管的柵極連接,該第四輸出端與該第五N型晶體管的漏極、該正輸入
端、該第三N型晶體管的漏極及該第一N型晶體管的柵極連接。

根據本發明的實施例中的任一實施例,其中該輸出級電路包括第一N型晶體管及
第一P型晶體管,該第一N型晶體管的漏極與該第一P型晶體管的漏極連接,該第一
P型晶體管的柵極接收第一電壓以調整從其漏極輸出的第一電流;該輸出級電路還包括
切換式電源的輸出級電路或運算放大器的輸出級電路。該反饋單元包括電流感測單元、
運算放大單元、第一計時單元、限流單元、第二計時單元及斷流單元。該電流感測單
元包括第二P型晶體管及電阻器,該第二P型晶體管的漏極與該第一P型晶體管的漏
極連接,該第二P型晶體管的柵極接收第一電壓,該電流感測單元響應該第一電壓而
輸出第二電壓。該運算放大單元具有第一輸入端、第二輸入端及第一輸出端,該第一
輸入端及該第二輸入端分別接收該第二電壓與第一參考電壓,該運算放大單元響應該
第二電壓與第一參考電壓從該第一輸出端輸出第一信號,其中該第一信號包含該第一
參考電壓減去該第二電壓所形成的差值信號,且當其差值信號為正時,運算放大單元
所輸出的第一信號為正飽和信號,當其差值信號為負時,運算放大單元所輸出的第一
信號為負飽和信號。該第一計時單元接收該第一信號,該第一信號具有工作期間,當
工作期間大于或等于第一期間時,第一計時單元輸出該第二信號。該第一反相器響應
該第二信號而產生該第二信號的反相信號。該限流單元包括放大器、第三P型晶體管
第四P型晶體管,該限流單元響應該第二信號的反相信號,以拉高(pull?high)該第一
電壓而限制該第一電流。該第二計時單元,接收該第一信號,當該工作期間大于或等
于第二期間時,該第二計時單元輸出第三信號。該第二反相器響應該第三信號而產生
該第三信號的反相信號。該斷流單元包括第五P型晶體管,該斷流單元響應該第三信
號的反相信號,以拉高該第一電壓而關斷該第一電流,以使該第一P型晶體管受到保
護。該反饋單元還包括檢測單元,該檢測單元包括該電流感測單元及該運算放大單元。
該電阻器具有第一端點及第二端點,該第二端點接電源,該第一端點與該第二P型晶
體管的源極連接,第二電流流經電阻器,以使該第二電壓等于該電源的電壓減去該電
阻器的電壓降。該放大器具有正輸入端、負輸入端及第二輸出端,該負輸入端與該第
三P型晶體管的漏極連接,該正輸入端接收第二參考電壓,該第二輸出端與該第三P
型晶體管的柵極連接。該第三P型晶體管的源極與該第四P型晶體管的漏極連接。該
第四P型晶體管的柵極與該第一反相器的輸出端連接以接收該第二信號的反相信號。
該保護電路還包括輸入級電路,其具有第三輸出端及第四輸出端,其中該第三輸出端
與第一N型晶體管的柵極連接,該第四輸出端與該第五P型晶體管的漏極、該負輸入
端、該第三P型晶體管的漏極及該第一P型晶體管的柵極連接。

在本發明的任一實施例,提出一種保護電路,該保護電路包括控制單元,該控制
單元根據該保護電路的電性參數的第一情況與第二情況分別對該電性參數施以第一控
制及第二控制。

根據本發明實施例中的任一實施例,其中該電性參數為電壓或電流。該第一控制
為限制,該第二控制為關斷。該第一情況為該第一電流大于或等于額定電流的第一狀
態且第一狀態維持第一期間的情況。該第二情況為該第一電流大于或等于限制電流的
第二狀態且第二狀態維持第二期間的狀況,其中該第二期間大于該第一期間,該限制
電流小于該額定電流。該保護電路還包括輸出級電路,該輸出級電路包括第一N型晶
體管及第一P型晶體管,該第一N型晶體管的漏極與該第一P型晶體管的漏極連接,
該第一N型晶體管的柵極接收第一電壓以調整從其漏極輸出的第一電流。該控制單元
包括電流感測單元、運算放大單元、第一計時單元、限流單元、第二計時單元及斷流
單元。該電流感測單元包括第二N型晶體管及電阻器,該第二N型晶體管的漏極與該
第一N型晶體管的漏極連接,該第二N型晶體管的柵極接收該第一電壓,該電流感測
單元響應該第一電壓而輸出第二電壓。該運算放大單元具有第一輸入端、第二輸入端
及第一輸出端,該第一輸入端及該第二輸入端分別接收該第二電壓與第一參考電壓,
該運算放大單元響應該第二電壓與該第一參考電壓從該第一輸出端輸出第一信號,其
中第一信號包括該第二電壓減去該第一參考電壓所形成的差值信號,且當其差值信號
為正時,運算放大單元所輸出的第一信號為正飽和信號,當其差值信號為負時,運算
放大單元所輸出的第一信號為負飽和信號。該第一計時單元接收該第一信號,該第一
信號具有工作期間,當工作期間大于或等于第一期間時,該第一計時單元輸出第二信
號。該限流單元包括放大器、第三N型晶體管及第四N型晶體管,該限流單元響應該
第二信號,以拉低該第一電壓而限制該第一電流。該第二計時單元接收該第一信號,
當該工作期間大于或等于第二期間時,該第二計時單元輸出第三信號。該斷流單元包
括第五N型晶體管,該第五N型晶體管的柵極與該第二計時單元的輸出端連接以接收
該第三信號,該斷流單元響應該第三信號,以拉低該第一電壓而關斷該第一電流,以
保護該第一N型晶體管。該控制單元還包括檢測單元,該檢測單元包括該電流感測單
元及該運算放大單元。該電阻器具有第一端點及第二端點,該第二端點接地,該第一
端點與該第二N型晶體管的漏極連接,從該第二N型晶體管的源極輸出的第二電流流
經該電阻器以使該電阻器具有該第二電壓的電壓降。該放大器具有正輸入端、負輸入
端及第二輸出端,該正輸入端與該第三N型晶體管的漏極連接,該負輸入端接收第二
參考電壓,該第二輸出端與該第三N型晶體管的柵極連接。該第三N型晶體管的源極
與該第四N型晶體管的漏極連接。該第四N型晶體管的柵極與該第一計時單元的輸出
端連接以接收該第二信號。該保護電路還包括輸入級電路,其具有第三輸出端及第四
輸出端,其中該第三輸出端與該第一P型晶體管的柵極連接,該第四輸出端與該第五
N型晶體管的漏極、該正輸入端、該第三N型晶體管的漏極及該第一N型晶體管的柵
極連接。

根據本發明實施例中的任一實施例,其中該電性參數為電壓或電流。該第一控制
為限制,該第二控制為關斷。該第一狀態為該第一電流大于或等于額定電流且維持第
一期間的狀態。該第二狀態為該第一電流大于或等于額定電流且維持第二期間的狀態,
其中該第二期間大于該第一期間。該保護電路還包括輸出級電路,該輸出級電路包括
第一N型晶體管及第一P型晶體管,該第一N型晶體管的漏極與該第一P型晶體管的
漏極連接,該第一P型晶體管的柵極接收第一電壓以調整從其漏極輸出的第一電流。
該控制單元包括電流感測單元、運算放大單元、第一計時單元、第一反相器、限流單
元、第二計時單元、第二反相器及斷流單元。該電流感測單元包括第二P型晶體管及
電阻器,該第二P型晶體管的漏極與該第一P型晶體管的漏極連接,該第二P型晶體
管的柵極接收該第一電壓,該電流感測單元響應該第一電壓而輸出第二電壓。該運算
放大單元具有第一輸入端、第二輸入端及第一輸出端,該第一輸入端及該第二輸入端
分別接收該第二電壓與第一參考電壓,該運算放大單元響應該第二電壓與該第一參考
電壓從該第一輸出端輸出第一信號,其中該第一信號包括該第一參考電壓減去該第二
電壓所形成的差值信號,且當其差值信號為正時,運算放大單元所輸出的第一信號為
正飽和信號,當其差值信號為負時,運算放大單元所輸出的第一信號為負飽和信號。
該第一計時單元接收該第一信號,該第一信號具有工作期間,當該工作期間大于或等
于該第一期間時,該第一計時單元輸出第二信號。該第一反相器響應該第二信號而產
生該第二信號的反相信號。該限流單元包括放大器、第三P型晶體管及第四P型晶體
管,該限流單元響應該第二信號的反相信號,以拉高(pull?high)該第一電壓而限制該
第一電流。該第二計時單元接收該第一信號,當該工作期間大于或等于第二期間時,
該第二計時單元輸出第三信號。該第二反相器響應該第三信號而產生該第三信號的反
相信號。該斷流單元包括第五P型晶體管,該斷流單元響應該第三信號的反相信號,
以拉高該第一電壓而關斷該第一電流,以使該第一P型晶體管受到保護。該控制單元
還包括檢測單元,該檢測單元包括該電流感測單元及該運算放大單元。該電阻器具有
第一端點及第二端點,該第二端點接電源,該第一端點與該第二P型晶體管的源極連
接,第二電流流經該電阻器,以使該第二電壓等于該電源的電壓減去該電阻器的電壓
降。該放大器具有正輸入端、負輸入端及第二輸出端,該負輸入端與該第三P型晶體
管的漏極連接,該正輸入端接收第二參考電壓,該第二輸出端與該第三P型晶體管的
柵極連接。該第三P型晶體管的源極與該第四P型晶體管的漏極連接。該第四P型晶
體管的柵極與該第一反相器的輸出端連接以接收該第二信號的反相信號。該保護電路
還包括輸入級電路,其具有第三輸出端及第四輸出端,其中該第三輸出端與該第一N
型晶體管的柵極連接,該第四輸出端與該第五P型晶體管的漏極、該負輸入端、該第
三P型晶體管的漏極及該第一P型晶體管的柵極連接。

在本發明的任一實施例中,提出一種保護電路的操作方法,包括下列步驟:根據
第一電壓而輸出第二電壓,該第一電壓控制第一電流。當該第二電壓大于參考電壓時
輸出第一信號,其中該第一信號具有工作期間。當該工作期間大于或等于第一期間時,
輸出第二信號,以限制該第一電流。當該工作期間大于或等于第二期間時,輸出第三
信號,以關斷該第一電流。

根據本發明實施例中的任一實施例,其中還包括下列步驟:響應該第一電壓而輸
出第二電流。響應該第二電流而輸出該第二電壓。

在本發明的任一實施例中,提出一種保護電路的方法,包括:檢測該電路的電性
參數,其中該電性參數具有第一情況與第二情況。檢測該電性參數處于何種情況。當
該電性參數處于該第一情況,對該電性參數施以第一限制,而當該電性參數處于該第
二情況,對該電性參數施以第二限制。

根據本發明實施例中的任一實施例,其中該電性參數包含電壓或電流,該第二限
制為關斷該電性參數。

本發明的說明與實施例已揭露于上,然其并非用來限制本發明,凡熟知本領域的
技術人員,在不脫離本發明的精神與范圍下,當可做各種變動與修飾,其仍應屬于本
發明專利的涵蓋范圍之內。

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