供电保护系统

【技术领域】

本发明是有关于一种保护系统，特别是指一种供电保护系统。

【背景技术】

服务器常需使用高效率的处理芯片单元，以执行高速运行能力与提升整体运作性能，例如：使用绘图处理器(Graphic Processing Unit, GPU)，进行高效能的绘图运算处理。随着高处理速度与增加性能的要求，而需要提供更多的功率(Power)而使处理芯片单元运作于最大效能模式(峰值模式)。一般来说，电源输出有其一定的额定功率，且配合过电流保护机制(Over Current Protection, OCP)而在电源输出电流过大时，切断输出电流以确保系统安全且避免造成处理芯片单元或其他元件损坏的风险。但是常发生绘图处理器(GPU)在执行最大效能模式(峰值模式)，由于瞬时功率过大而使过电流保护电路侦测到突波电流时，立刻触发过电流保护机制(OCP)，导致断电或重启的问题，造成使用者的困扰与麻烦，使用上存在不便性。再者，在一开始上电的过程中，也常会产生涌浪电流(InrushCurrent)或其他因素瞬间产生超大突波电流的情况，进而导致误触发过电流保护机制(OCP)的问题或者甚至造成内部电子元件损坏的风险，设计上确实存在需要克服的问题，极需从业人员仔细探讨与研究改善方案。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题是提供一种效能佳的供电保护系统。

为解决上述技术问题，本发明供电保护系统，用以接收一电源供应单元的一输入电压。该供电保护系统包含一可接收该输入电压的热插拔控制器、一处理芯片单元、一感测电阻、一热敏电阻单元、一受控制地启闭的晶体管开关单元，及一可接收该输入电压的延迟电路单元。

该热插拔控制器包括一侦测端，及一控制端。该处理芯片单元可运作于一峰值功率模式。该感测电阻包括一可接收该输入电压的第一端，及一第二端。

该热敏电阻单元包括一连接该感测电阻的第一端的第一分流端，及一连接该处理芯片单元的第二分流端，该热敏电阻单元的第二分流端可传送一分电流讯号至该处理芯片单元。

该晶体管开关单元，包括一连接该处理芯片单元的第一端、一第二端，及一受该热插拔控制器的控制端控制的第三端。该感测电阻的第二端连接该晶体管开关单元的第二端且该感测电阻的第二端可传送一供电流讯号输入该晶体管开关单元的第二端。该热插拔控制器经该控制端控制该晶体管开关单元的第三端，而控制该晶体管开关单元的启闭。于该晶体管开关单元根据该第三端接收到该控制端传送的一第一控制讯号时，该晶体管开关单元为导通状态且该晶体管开关单元的第二端接收的该供电流讯号经该第一端输出至该处理芯片单元，而该处理芯片单元接收该热敏电阻单元的第二分流端传送的该分电流讯号与该晶体管开关单元的第一端输出的该供电流讯号。当该处理芯片单元运作于该峰值功率模式时，输入该处理芯片单元为一极限电流讯号，此时，该晶体管开关单元的第一端输出的该供电流讯号为一临界电流讯号。

该延迟电路单元包括一连接该热插拔控制器的侦测端的延时端，及一连接该晶体管开关单元的第二端的传输端，于该处理芯片单元运作于该峰值功率模式时，该延迟电路单元透过该传输端而侦测到达到该临界电流讯号以上且达一默认时间后，该延迟电路单元的延时端传送该临界电流讯号至该热插拔控制器的侦测端，并当该热插拔控制器判断该侦测端侦测到该临界电流讯号时，该热插拔控制器的控制端传送一第二控制讯号至该晶体管开关单元的第三端且使该晶体管开关单元为不导通状态；当该供电保护系统一开始被上电且产生一涌浪电流(Inrush Current)时，该涌浪电流会分成一经该热敏电阻单元的第二分流端流出的分电流讯号，及一经该感测电阻的第二端流出的供电流讯号。

相较于现有技术，本发明借由该延迟电路单元可将该传输端所接收的讯号延迟该默认时间后才从该延时端传送至该热插拔控制器的侦测端的设计，当该处理芯片单元运作于该峰值功率模式时，该晶体管开关单元的第二端输入该临界电流讯号，而该延迟电路单元的传输端会侦测到该临界电流讯号且经该默认时间后该延时端才会传送该临界电流讯号至该热插拔控制器的侦测端，而使该热插拔控制器的控制端控制使该晶体管开关单元为不导通状态，有效确保该晶体管开关单元的第一端输出的该临界电流讯号维持该默认时间输出至该处理芯片单元。再者，透过该热敏电阻单元可传送该分电流讯号的巧思，当该供电保护系统一开始被上电且产生该涌浪电流时，该涌浪电流会分成从该热敏电阻单元的第二分流端流出的该分电流讯号以及从该感测电阻的第二端流出的该供电流讯号的分流应用，而可避免该涌浪电流直接全部从该感测电阻的第二端流出至该晶体管开关单元而造成损坏的问题。

【附图说明】

本发明之其他的特征及功效，将于参照图式的实施方式中清楚地呈现，其中：

图1是一方块图，说明本发明供电保护系统的实施例；及

图2是一方块图，说明该实施例中，一热插拔控制器、一晶体管开关单元与一保护电路单元的连接关系。

【具体实施方式】

在本发明被详细描述之前，应当注意在以下的说明内容中，类似的元件是以相同的编号来表示。

参阅图1与图2，本发明供电保护系统1，用以接收一电源供应单元90的一输入电压。该供电保护系统1包含一可接收该输入电压的热插拔控制器2、一处理芯片单元3、一感测电阻4、一热敏电阻单元5、一受控制地启闭的晶体管开关单元6，及一可接收该输入电压的延迟电路单元7。

该热插拔控制器2包括一侦测端21，及一控制端22。该处理芯片单元3可运作于一峰值功率模式。该感测电阻4包括一可接收该输入电压的第一端41，及一第二端42。

该热敏电阻单元5包括一连接该感测电阻4的第一端41的第一分流端51，及一连接该处理芯片单元3的第二分流端52，该热敏电阻单元5的第二分流端52可传送一分电流讯号至该处理芯片单元3。

该晶体管开关单元6，包括一连接该处理芯片单元3的第一端61、一第二端62，及一受该热插拔控制器2的控制端22控制的第三端63。该感测电阻4的第二端42连接该晶体管开关单元6的第二端62且该感测电阻4的第二端42可传送一供电流讯号输入该晶体管开关单元6的第二端62。该热插拔控制器2经该控制端22控制该晶体管开关单元6的第三端63，而控制该晶体管开关单元6的启闭。于该晶体管开关单元6根据该第三端63接收到该控制端22传送的一第一控制讯号时，该晶体管开关单元6为导通状态且该晶体管开关单元6的第二端62接收的该供电流讯号经该第一端61输出至该处理芯片单元3，而该处理芯片单元3接收该热敏电阻单元5的第二分流端52传送的该分电流讯号与该晶体管开关单元6的第一端61输出的该供电流讯号。当该处理芯片单元3运作于该峰值功率模式时，输入该处理芯片单元3的为一极限电流讯号，此时，该晶体管开关单元6的第一端61输出的该供电流讯号为一临界电流讯号。于本实施例中，该处理单元3接收该分电流讯号与该供电流讯号，当该处理单元3运作于该峰值功率模式时，该供电流讯号为该临界电流讯号以上且该分电流讯号与该供电流讯号的总和达到该极限电流，但不以此为限。

该延迟电路单元7包括一连接该热插拔控制器2的侦测端21的延时端71，及一连接该晶体管开关单元6的第二端62的传输端72。于该处理芯片单元3运作于该峰值功率模式时，该延迟电路单元7透过该传输端72而侦测到达到该临界电流讯号以上且达一默认时间后，该延迟电路单元7的延时端71传送该临界电流讯号至该热插拔控制器2的侦测端21，并当该热插拔控制器2判断该侦测端21侦测到该临界电流讯号时，该热插拔控制器2的控制端22传送一第二控制讯号至该晶体管开关单元6的第三端63且使该晶体管开关单元6为不导通状态。当该供电保护系统1一开始被上电且产生一涌浪电流(Inrush Current)时，该涌浪电流会分成一经该热敏电阻单元5的第二分流端52流出的分电流讯号，及一经该感测电阻4的第二端42流出的供电流讯号。

使用时，该供电保护系统1完成上电后，该热插拔控制器2经该控制端22传送该第一控制讯号至该晶体管开关单元6的第三端63而控制使该晶体管开关单元6为导通状态(On)，而该感测电阻4的第一端41接收该电源供应单元90的输入电压且产生该供电流讯号经该感测电阻4的第二端42输入至该晶体管开关单元6的第二端62，并经该晶体管开关单元6的第一端61输出至该处理芯片单元3。而该处理芯片单元3接收该热敏电阻单元5的第二分流端52传送的该分电流讯号与该晶体管开关单元6的第一端61输出的该供电流讯号。当该处理芯片单元3运作于该峰值功率模式时，输入该处理芯片单元3的为该极限电流讯号，换句话说，就是该处理单元3接收到的该分电流讯号与该供电流讯号的总和达到该极限电流，所以使该处理单元3运作于该峰值功率模式，此时，该延迟电路单元7的传输端72会侦测到输入该晶体管开关单元6的第二端62的为该临界电流讯号，也就是说，此时该供电流讯号已达到该临界电流且该延迟电路单元7会经该默认时间后才传送该临界电流讯号至该热插拔控制器2的侦测端21，有效确保该晶体管开关单元6的第一端61输出的该临界电流讯号维持该默认时间输出至该处理芯片单元3。并当该热插拔控制器2判断该侦测端21侦测到达到该临界电流讯号时，启动电流保护机制(OCP)且该热插拔控制器2的控制端22传送该第二控制讯号至该晶体管开关单元6的第三端63且使该晶体管开关单元6为不导通状态(Off)。简单来说，就是该处理芯片单元3可维持运作于该峰值功率模式达该默认时间后，该热插拔控制器2才会控制使该晶体管开关单元6为不导通状态(Off) 而无法输出电流讯号至该处理芯片单元3。

另外，要特别说明的是，于本实施例中，若该供电保护系统1一开始被上电且产生该涌浪电流(Inrush Current)时，该涌浪电流会分成从该热敏电阻单元5的第二分流端52流出的该分电流讯号以及从该感测电阻4的第二端42流出的该供电流讯号的设计分流应用，达成限制该涌浪电流且透过分流降低流入该感测电阻4的电流，以避免该涌浪电流的峰值电流全部直接流经该感测电阻4的第二端42且流出至该晶体管开关单元6的第二端62进而导致该热插拔控制器2触发过电流保护机制(OCP)，有效提高过电流保护机制(OCP)整体应用能力。于本实施例中，该热敏电阻单元5为一正温度系数(Positive TemperatureCoefficient, PTC)电阻器的态样，但不以此为限。

于本实施例中，该处理芯片单元3为绘图处理器(Graphic Processing Unit,GPU) 的态样，但不以此为限，也可以是CPU、MCU或其他数字集成电路IC (Digital IC) 等相关电子装置的态样。于本实施例中，该晶体管开关单元6为一N型金氧半场效晶体管(NMOS)的态样，该晶体管开关单元6的第一端61为源极(S)、该第二端62为汲极(D)，及该第三端63为闸极(G)，但不以此为限。进一步来说，本实施例中，该峰值功率模式的限制条件为该处理芯片单元3可在一峰值时间的范围内运作于该极限电流，该预设时间等于该峰值时间，也就是说，该处理芯片单元3可执行的最大效能是在运作于该极限电流的情况下可维持该峰值时间，而当该处理芯片单元3运作于该峰值功率模式时，代表该晶体管开关单元6的第一端61输出该临界电流讯号至该处理芯片单元3，换句话说，在该处理芯片单元3运作于该峰值功率模式的情况下，该延迟电路单元7的传输端72会侦测到输入该晶体管开关单元6的第二端62的电流讯号达到该临界电流讯号以上，且该延迟电路单元7会经该默认时间后才传送该临界电流讯号至该热插拔控制器2的侦测端21，借此本案透过该延迟电路单元7的电路设计而达成延后该热插拔控制器2的侦测端21经该预设时间才会侦测到该临界电流讯号，有效确保该处理芯片单元3在不超过该峰值功率模式的限制下且确保该处理芯片单元3可运作于该峰值功率模式且维持该默认时间，而可达成该处理芯片单元3在需要执行最大效能的情况下，执行该峰值功率模式。并当该处理芯片单元3运作于该峰值功率模式超过该峰值时间时，该热插拔控制器2才会控制使该晶体管开关单元6为不导通状态(Off) 而无法输出电流讯号至该处理芯片单元3，达成保护系统且避免该处理单元损坏的风险。本实施例中，该预设时间等于该峰值时间，但不以此为限，可依实际需求使用考虑设计出该预设时间小于该峰值时间，以提早进行保护动作。

要特别说明的是，于本实施例中，该延迟电路单元7还包括一第一电阻73，及一第一电容74。该第一电阻73具有一连接该传输端72的第一端731，及一第二端732。该第一电容74具有一连接该感测电阻4的第一端731的第一端741，及一连接该第一电阻73的第二端732的第二端742，该延时端71连接该第一电阻73的第二端732与该第一电容74的第二端742。简单来说，该延迟电路单元7为RC延时电路的设计态样，但不以此为限，只要该延迟电路单元7能达成延后该预设时间才让该热插拔控制器2的侦测端21侦测到该临界电流讯号即可。另外一提，本实施例中，利用该延迟电路单元7为RC延时电路的巧思，可透过调整该第一电阻73与该第一电容74的数值而调出所需的预设时间，以因应在不同设计中使用不同的处理芯片单元3在运作对应的峰值功率模式中，确保在所需的峰值时间的范围内可维持运作于该峰值功率模式达该默认时间，有效达成支持多种不同峰值功率模式的使用需求，整体应用性佳。

借由该延迟电路单元7可将该传输端72所接收的讯号延迟该默认时间后才从该延时端71传送至该热插拔控制器2的侦测端21的设计，当该处理芯片单元3运作于该峰值功率模式时，该晶体管开关单元61的第二端62输入该临界电流讯号，而该延迟电路单元7的传输端72会侦测到该临界电流讯号且经该默认时间后该延时端71才会传送该临界电流讯号至该热插拔控制器2的侦测端21，而使该热插拔控制器2的控制端22控制使该晶体管开关单元6为不导通状态，有效确保该晶体管开关单元6的第一端61输出的该临界电流讯号维持该默认时间输出至该处理芯片单元3。再者，透过该热敏电阻单元5可传送该分电流讯号的巧思，当该供电保护系统1一开始被上电且产生该涌浪电流时，该涌浪电流会分成从该热敏电阻单元5的第二分流端52流出的该分电流讯号以及从该感测电阻4的第二端42流出的该供电流讯号的设计分流应用，而可避免该涌浪电流直接全部从该感测电阻4的第二端42流出至该晶体管开关单元6而造成损坏的问题。

另外请参阅图2，在此要特别说明的是，本实施例中，还包含一保护电路单元8，该保护电路单元8具有一连接该热插拔控制器2的侦测端21的讯号端81、一连接该感测电阻4的第二端42与该晶体管开关单元6的第二端62的保护端82、一连接该讯号端81与该保护端82的P型金氧半场效晶体管83(PMOS)，及一控制该P型金氧半场效晶体管83启闭的启动电路84。该P型金氧半场效晶体管83的源极(S)连接该保护端82、该P型金氧半场效晶体管83的汲极(D)连接该讯号端81，及该P型金氧半场效晶体管83的闸极(G)连接该启动电路84。该保护电路单元8用以保护该晶体管开关单元6。当该供电保护系统1一开始被上电，在一保护时间内该启动电路84控制该P型金氧半场效晶体管83为导通状态，此时，该感测电阻4的第二端42传输的该供电流讯号会输入该保护电路单元8的保护端82且经该P型金氧半场效晶体管83而至该保护电路单元8的讯号端81，并至该热插拔控制器2的侦测端21；当该供电保护系统1被上电且经过该保护时间后，该启动电路84控制该P型金氧半场效晶体管83为不导通状态，此时，该感测电阻4的第二端42传输的该供电流讯号会输入该晶体管开关单元6的第二端62。若当该供电保护系统1一开始被上电且产生该涌浪电流(Inrush Current)时，在该保护时间内，该涌浪电流中的分流从该感测电阻4的第二端42流出的供电流讯号会输入该保护电路单元8的保护端82且经该P型金氧半场效晶体管83而至该保护电路单元8的讯号端81，并至该热插拔控制器2的侦测端21。详细来说，就是在上电过程中，该供电保护系统1一开始上电，该启动电路84立即控制该P型金氧半场效晶体管83为导通状态且维持导通该保护时间，此时，由于该P型金氧半场效晶体管83导通而使该感测电阻4的第二端42传输的该供电流讯号会直接流入该保护电路单元8的保护端82且经该P型金氧半场效晶体管83而至该保护电路单元8的讯号端81，若一开始上电就发生该涌浪电流(Inrush Current)或超大电流(Over current)的状况，该感测电阻4的第二端42输出的该供电流讯号会直接流入该P型金氧半场效晶体管83。进一步来说，该供电保护系统1一开始上电时，由于该热插拔控制器2尚未完成启动而无法控制使该晶体管开关单元6开启，所以该晶体管开关单元6暂为不导通状态，所以在该保护时间内该感测电阻4的第二端42输出的该供电流讯号会直接流入该P型金氧半场效晶体管83而不会输入该晶体管开关单元6，有效避免在该供电保护系统1一开始上电时，因为该涌浪电流(Inrush Current)或该晶体管开关单元6连接的该处理芯片单元3发生短路的状况而产生超大电流(Over current)输入该晶体管开关单元6，导致该晶体管开关单元6被击穿或毁坏的问题，达成系统供电短路保护措施。当该供电保护系统1被上电且经过该保护时间后，该启动电路84控制该P型金氧半场效晶体管83为不导通状态，此时，该热插拔控制器2已完成上电启动且控制使该晶体管开关单元6为导通状态，而该感测电阻4的第二端42传输的该供电流讯号会输入该晶体管开关单元6的第二端62。一般来说，该供电保护系统1一开始上电时，在该保护时间内，该晶体管开关单元6连接的该处理芯片单元3发生短路的状况而产生超大电流(Over current)输入该晶体管开关单元6的时机点会早于发生该涌浪电流(Inrush Current)的时间点，所以于本实施例中，该保护电路单元8的运作机制会先启动后，紧接着会透过该热敏电阻单元5传送该分电流讯号的分流机制应用，若顺利经过该保护时间后，该启动电路84控制该P型金氧半场效晶体管83为不导通状态，而该热插拔控制器2已完成上电启动且控制使该晶体管开关单元6为导通状态，而该感测电阻4的第二端42传输的该供电流讯号会输入该晶体管开关单元6的第二端62，则可配合该延迟电路单元7的运作机制。另外一提，透过该保护电路单元8的讯号端81连接该热插拔控制器2的侦测端21的设计，而在一上电时，该热插拔控制器2的侦测端21可实时侦测该保护电路单元8的讯号端81的电流，若在一上电就发生短路的状况而产生超大电流(Overcurrent) ，该热插拔控制器2的侦测端21会实时侦测到超大电流(Over current)，不过通常来说由于短路产生的超大电流(Over current)会远大于该临界电流讯号，所以当该P型金氧半场效晶体管83体的汲极(D)输出超大电流(Over current)至该讯号端81时，该热插拔控制器2的侦测端21会侦测到该讯号端81的超大电流(Over current) ，且因为超大电流(Over current)大于该临界电流讯号的数值，所以该热插拔控制器2一开始就会控制使该晶体管开关单元6为不导通状态，有效确保在超过该保护时间后，由于短路产生的超大电流(Over current)不会通过该晶体管开关单元6，以避免造成该晶体管开关单元6毁坏的风险。

另外，本实施例中，该保护电路单元8的启动电路84具有一第二电阻85、一第二电容86，及一二极管87。该第二电阻85具有一可接收该输入电压的第一端851，及一第二端852，该第二电容86具有一连接该第二电阻85的第二端852的第一端861，及一接地端862，该P型金氧半场效晶体管83的闸极连接该第二电容86的第一端861与该第二电阻85的第二端852。该二极管87的阳极连接该P型金氧半场效晶体管83的闸极，该二极管87的阴极连接该第二电阻85的第一端851。

综上所述，本发明供电保护系统1，借由该延迟电路单元7设计，而可使该临界电流讯号延迟该默认时间后，该热插拔控制器2的侦测端21才会侦测到该临界电流讯号且控制使该晶体管开关单元6为不导通状态，有效确保该晶体管开关单元6的第一端61输出的该临界电流讯号维持该默认时间输出至该处理芯片单元3，而可达成该处理芯片单元3执行最大效能的需求。再者，透过该热敏电阻单元5可传送该分电流讯号的巧思，当该供电保护系统1一开始被上电且产生该涌浪电流时，该涌浪电流会分成从该热敏电阻单元5的第二分流端52流出的该分电流讯号以及从该感测电阻4的第二端42流出的该供电流讯号的分流应用，而可避免该涌浪电流直接全部从该感测电阻4的第二端42流出至该晶体管开关单元6而造成损坏的问题。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。