用于连接端口的电源保护的电子装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种对电子装置中的连接端口进行电源保护的技术，尤其涉及一种用于连接端口的电源保护的电子装置及其方法。

背景技术

为了使消费型电子装置具备多样化功能，如在单个连接端口时仍具备充电、数据转换等用途，目前的消费型电子装置大都具备可进行电力传输的连接端口，例如，USBtype-C型连接端口、Lighting连接端口…等。

另一方面，为了让消费型电子装置在电源输出输入方面能够具备基本的安全防护要求，国际相关组织已制定相关规定例如，国际电工委员会(IEC)所颁布的IEC 60950-1标准，作为标准规范，让视听、消费电子及信息通讯科技类的产品能够有统一的安全基准。

在IEC 60950-1标准中的其中一项测试是，当具有电力传输功能的连接端口在有故障发生时，希望消费型电子装置能够限制其电流路径中的输出功率，进而保障消费型电子装置在发生故障时仍具备电源保护功能。换句话说，当消费型电子装置的连接端口正在与其他组件或电源传输线连接且消费型电子装置的连接端口处发生故障时，将会因为具备IEC 60950-1标准中所规定的电源保护功能而避免发生自燃危险。

发明内容

本发明实施例提供一种用于连接端口的电源保护的电子装置及其方法，通过对异常状态检测信号与全局式的强制关闭信号分别进行定义且据此设计控制电路的操作模式，从而更为方便地针对多个连接端口进行扩充设计，且还可通过将多个控制电路的各端点相互并联以支持具较高额定功率的连接端口。

本发明的用于连接端口的电源保护的电子装置包括第一连接端口以及第一控制电路。第一控制电路耦接所述第一连接端口。所述第一控制电路包括第一开关以及第一控制器。第一开关的第一端子接收第一连接端口的第一输入电压，第一开关的第二端耦接第一控制电路的输出端子。第一控制器耦接所述第一开关的控制端。第一控制器接收一第一开关激活信号，且通过一第一强制关闭引脚接收第一强制关闭信号。第一控制器依据所述第一开关激活信号的状态对应地决定一第一默认值，检测所述第一连接端口的所述第一输入电压是否大于所述第一默认值。并且，在所述第一输入电压大于所述第一默认值时，所述第一控制器在一第一异常状态检测引脚(LPSB)上启用第一异常信号。并且，响应所述第一强制关闭信号为启用的情况下，所述第一控制器控制所述第一开关使所述第一开关的两个端子为断开。

本发明的用于连接端口的电源保护的方法适用于包括第一连接端口以及第一控制电路的电子装置。所述方法包括下述步骤。通过所述第一控制电路以从所述第一连接端口获得第一输入电压，获得一第一开关激活信号，且通过一第一强制关闭引脚获得第一强制关闭信号。通过所述第一控制电路以依据所述第一开关激活信号的状态对应地决定一第一默认值。通过所述第一控制电路以检测所述第一输入电压是否大于所述第一默认值。在所述第一输入电压大于所述第一默认值时，通过所述第一控制电路以在一第一异常状态检测引脚上启用第一异常信号。通过所述第一控制电路以判断所述第一强制关闭信号是否为启用。以及，在所述第一强制关闭信号为启用的情况下，通过所述第一控制电路以控制第一开关使所述第一开关的两个端子为断开，其中所述第一开关的第一端子耦接所述第一连接端口的第一输入电压，所述第一开关的第二端耦接输出端子。

基于上述，本发明实施例的电子装置在每个连接端口处对应地设计控制电路，此控制电路主要对于两个信号(即，异常状态检测信号与全局式的强制关闭信号)与对应的引脚进行操作模式的设定，且搭配启动控制引脚来实现对于连接端口的电源保护功能。并且，前述的控制电路亦可应用在多个连接端口，从而让应用本发明实施例者方便地针对多个连接端口进行扩充设计，节省电路面积，且还可通过将多个控制电路的各端点相互并联以支持具较高额定功率的连接端口。

附图说明

图1是依照本发明第一实施例的一种用于连接端口的电源保护的电子装置的方块示意图；

图2是依照本发明各实施例的控制电路的电路方块图；

图3是依照本发明第二实施例的一种用于连接端口的电源保护的电子装置的方块示意图；

图4是依照本发明第三实施例的一种用于连接端口的电源保护的电子装置的方块示意图；

图5是依照本发明各实施例的用于连接端口的电源保护的方法的流程图。

附图标记说明

100、300、400：电子装置；

110-1～110-3、410-1～410-2：连接端口；

120-1～120-3、420-11～420-12、420-21：控制电路；

122-1：第一开关；

124-1：第一控制器；

130：电池组；

210：电流源；

220：接地开关；

230：逻辑电路；

S510～S560：步骤；

Vin1、Vin2、Vin：输入电压；

ENB1、ENB2：开关激活信号；

Vout：输出电压；

DISB1～DISB3、DISB：强制关闭引脚；

LPSB1～LPSB3、LPSB：异常状态检测引脚；

GND：接地端。

具体实施方式

现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同组件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。

图1是依照本发明第一实施例的一种用于连接端口的电源保护的电子装置100的方块示意图。图1中电子装置100以两个连接端口作为举例，分别是第一连接端口110-1与第二连接端口110-2。本实施例所述的连接端口110-1、110-2主要用来传输电能。此外，本实施例所述的连接端口110-1、110-2可能还可以对应地传输数字数据。本实施例的连接端口110-1、110-2符合USB type-C协议或是Lighting协议。电子装置100除了连接端口110-1、110-2以外还主要包括与第一连接端口110-1对应的第一控制电路120-1以及与第二连接端口110-2对应的第二控制电路120-2。

第一控制电路120-1耦接第一连接端口110-1以接收第一输入电压Vin1，且第二控制电路120-2耦接第二连接端口110-2以接收第二输入电压Vin2。本实施例的第一控制电路120-1与第二控制电路120-2的内部电路结构相同，因此在此主要描述第一控制电路120-1，应用本实施例者可将第一控制电路120-1的运作方式套用至第二控制电路120-2。

电子装置100还包括用以储存电能的电池组130。第一控制电路120-1以及第二控制电路120-2的输出端子耦接至电池组130，以储存来自第一连接端口110-1或第二连接端口110-2的电能。本发明实施例利用第一控制电路120-1与第二控制电路120-2来实现对于连接端口110-1、110-2的电源保护功能，使得电子装置100在设计时便可尽力避免因为故障而发生自燃危险。

第一控制电路120-1包括第一开关122-1以及第一控制器124-1。第一开关122-1的第一端子接收第一连接端口110-1的第一输入电压Vin1。第一开关122-1的第二端耦接第一控制电路120-1的输出端子，以产生输出电压Vout。第一控制器124-1耦接第一开关122-1的控制端。第一控制器124-1接收第一开关激活信号ENB1，且通过第一强制关闭引脚DISB1接收第一强制关闭信号。

本实施例的第一开关激活信号ENB1是电子装置100激活第一控制电路120-1时所提供的激活信号。并且，第一控制电路120-1中的第一控制器124-1依据第一开关激活信号ENB1的逻辑状态来对应地决定作为用来检测输入电压是否产生异常的第一默认值(或称为，参考电压电平)。相对应地，第二开关激活信号ENB2是电子装置100激活第二控制电路120-2时所提供的激活信号。并且，第二控制电路120-2中的第二控制器依据第二开关激活信号ENB2的逻辑状态来对应地决定作为用来检测输入电压是否产生异常的第二默认值(或称为，参考电压电平)。

第一控制器124-1的第一异常状态检测引脚LPSB1耦接到第二控制器的第二强制关闭引脚DISB2，以将第一异常信号作为第二强制关闭信号。第二控制器的第二异常状态检测引脚LPSB2耦接到第一控制器124-1的第一强制关闭引脚DISB1，以将第二异常信号作为第一强制关闭信号。

在此假定，本实施例中对于电子装置100的额定操作电压设定为21V作为举例。于本实施例中，在第一开关激活信号ENB1为禁止时，表示目前第一连接端口110-1并未传送电能至电子装置100，如此一来，第一控制器124-1便依据第一开关激活信号ENB1的状态(即第一开关激活信号ENB1为禁止)对应地决定第一默认值为第一参考值(如，5.8V)，使得第一连接端口110-1能够正常地传输数字信息但不会获得较大的电压。第一参考值(5.8V)将会低于额定操作电压(21V)。另一方面，在第一开关激活信号ENB1为启用时，表示目前第一连接端口110-1将会传送电能至电子装置100，如此一来，第一控制器124-1便依据第一开关激活信号ENB1的状态(即第一开关激活信号ENB1为启用)对应地决定第一默认值为第二参考值(如，24V)，使得第一连接端口110-1能够以较大电压传输电能。第二参考值(24V)将会高于额定操作电压(21V)。

在第一控制电路120-1以及电子装置100中其他控制电路皆为正常运作的情况下，第一控制电路120-1持续地检测第一连接端口110-1的第一输入电压Vin1是否大于第一默认值。此第一默认值是由第一控制器124-1依据第一开关激活信号ENB1的状态对应地决定的。在第一输入电压Vin1大于第一默认值时，第一控制器124-1在第一异常状态检测引脚LPSB1上启用第一异常信号。

举例来说，若第一默认值为5.8V，表示第一连接端口110-1并没有传输电能的需求或打算。因此，第一输入电压Vin1理论上应小于等于5.8V。但若此时，第一控制器124-1判断第一输入电压Vin1大于5.8V的话，表示第一连接端口110-1或乘载第一输入电压Vin1的电流线路发生问题而有故障疑虑，因此第一控制器124-1便会在第一异常状态检测引脚LPSB1上产生第一异常信号，也就是，将第一异常信号启用。

若第一异常信号启用，第二控制电路120-2中的第二控制器便会通过第二强制关闭引脚DISB2接收到第一异常信号，并将此第一异常信号作为第二强制关闭信号。藉此，响应第二强制关闭信号为启用的情况下，第二控制电路120-2中的第二控制器将控制第二开关使第二开关的两个端子为断开，也就是将第二连接端口110-2中对于第二输入电压Vin2的电流线路与通过电池组130的电流线路断开，从而避免自燃。

另一方面，当其他的控制电路(如，第二控制电路120-2)在第一强制关闭引脚DISB1上产生异常信号时，第一控制器124-1会将此异常信号视为是第一强制关闭信号。在响应第一强制关闭信号为启用的情况下，第一控制电路120-1中的第一控制器124-1控制第一开关122-1使第一开关122-1的两个端子为断开，也就是将第一连接端口110-1中对于第一输入电压Vin1的电流线路与通过电池组130的电流线路断开，从而避免自燃。

基于前述，本发明实施例是让其中一个控制电路在判断与其对应的连接端口发生异常时，通过将异常信号传递到全局式强制关闭引脚以让其他的控制电路获知。并且，在另一个控制电路获知有其中一个控制电路判断与其对应的连接端口发生异常时，此另一个控制电路便立刻将自身对应的连接端口的输入电压的电流线路与电池组的电流线路断开，从而避免对应的连接端口的电流线路与可能发生故障的连接端口的电流线路相连接，便可在一定程度上避免自燃的发生。

本实施例的第一开关122-1可由两个子开关组成，且这两个子开关的控制端受控于第一控制器124-1。在第一异常状态检测引脚LPSB1上已产生第一异常信号的状况下，若是第一输入电压Vin1的电压值过大的情况解除的话，本实施例亦可解除/禁止/重置第一异常状态检测引脚LPSB1上的第一异常信号。例如，若是原本的第一输入电压Vin大于5.8V但随后第一输入电压Vin电压值降低(可能是，使用者将位于第一连接端口110-1上的连接线拔除或其他情况)，第一控制器124-1还会判断第一连接端口110-1的第一输入电压Vin1是否小于一重置电压值(如，3.6V)。此重置电压值(3.6V)小于第一参考值(5.8V)。详细来说，当第一控制器124-1在第一异常状态检测引脚LPSB1上已启用第一异常信号的状况下，若是第一输入电压Vin1小于重置电压值(3.6V)时，第一输入电压Vin1将不会致使第一输入电压Vin1的电流线路具备故障疑虑。因此，第一控制器124-1会于此时在第一异常状态检测引脚LPSB1上禁止/重置第一异常信号。

因电子装置100在启动时，各连接端口的电压连接状态较不稳定，此时第一控制器124-1在进行第一输入电压的电压值判断将可能会发生误判。因此，本实施例中，电子装置100启动后的一预定时间(例如，2.5秒)之后，第一控制器124-1才开始检测第一连接端口110-1的第一输入电压Vin1是否大于前述实施例所决定的第一默认值。

图2是依照本发明各实施例的控制电路的电路方块图。在此以图2的第一控制电路120-1作为举例说明，且本发明各实施例中的控制电路的结构皆可由图2的第一控制电路120-1作为范例。第一控制电路120-1主要包括第一开关122-1以及第一控制器124-1。第一控制器124-1主要包括电流源210、接地开关220以及逻辑电路230。

电流源210耦接第一强制关闭引脚DISB1。接地开关220的第一端子耦接接地端GND。接地开关220的第二端耦接第一异常状态检测引脚LPSB1。本实施例的接地开关220可由N型晶体管来实现。接地开关220的控制端耦接逻辑电路230。也就是说，接地开关220受控于逻辑电路230。在第一强制关闭引脚DISB1上的第一强制关闭信号并未启用的情况下，电流源210将第一强制关闭引脚DISB1维持在第一强制关闭信号的禁止状态(亦即，第一强制关闭引脚DISB1的电压为逻辑高)。相对地，在第一强制关闭引脚DISB1上的第一强制关闭信号启用的情况下，将第一强制关闭引脚DISB1维持在第一强制关闭信号的启用状态(亦即，第一强制关闭引脚DISB1的电压为逻辑低)。详细而言，本实施例中第一强制关闭信号的启用状态是通过受控于逻辑电路230的接地开关220来拉低第一异常状态检测引脚LPSB1至接地端GND。

逻辑电路230依据第一开关激活信号ENB1的状态对应地决定第一默认值。并且，逻辑电路230检测第一连接端口的第一输入电压Vin1是否大于第一默认值。在第一输入电压Vin1大于第一默认值时，第一控制器124-1中的逻辑电路230控制接地开关220导通接地开关220的两个端子，以在第一异常状态检测引脚LPSB1上启用第一异常信号，且本实施例的第一异常信号为逻辑低(也就是，接地电压)。

图3是依照本发明第二实施例的一种用于连接端口的电源保护的电子装置300的方块示意图。第二实施例是电子装置300包括3个连接端口110-1～110-3以及对应的控制电路120-1～120-3的实例。第一实施例与第二实施例主要是用来说明，在第一连接端口110-1的额定负载功率(例如，160W)小于等于第一控制器124-1的额定负载功率(例如，165W)时，应用本发明实施例者可通过并联的方式相互连接控制电路120-1～120-3，从而实现电子装置100、300中对于多个连接端口的扩充设计。

详细来说，第一控制电路120-1的第一异常状态检测引脚LPSB1电性耦接到第二控制电路120-2的第二强制关闭引脚DISB2与第三控制电路120-3的第三强制关闭引脚DISB3。第二控制电路120-2的第二异常状态检测引脚LPSB2电性耦接到第一控制电路120-1的第一强制关闭引脚DISB1与第三控制电路120-3的第三强制关闭引脚DISB3。第三控制电路120-3的第三异常状态检测引脚LPSB3电性耦接到第一控制电路120-1的第一强制关闭引脚DISB1与第二控制电路120-2的第二强制关闭引脚DISB2。

图4是依照本发明第三实施例的一种用于连接端口的电源保护的电子装置400的方块示意图。图4的第三实施例与图1及图3的第一、第二实施例的不同之处在于，第一连接端口410-1的额定负载功率(330W)大于第一控制电路420-11的额定负载功率(165W)，且第二连接端口410-2的额定负载功率(160W)则小于等于第一控制电路420-11的额定负载功率(165W)。为使第一连接端口410-1能续行运作且同样具备电源保护功能，本发明实施例的电子装置400还包括与第一控制电路420-11相同的至少一个控制电路(在此称为至少一个第三控制电路420-12)。第一控制电路420-11以及至少一个第三控制电路420-12的各对应端点相互并联。藉此，便可通过相互并联的第一控制电路420-11以及至少一个第三控制电路420-12来支持具较高额定功率的第一连接端口410-1。

详细来说，第三实施例中的第一连接端口410-1对应第一控制电路420-11以及第三控制电路420-12。第三实施例中的第二连接端口410-2则对应控制电路420-21。

第一控制电路420-11的第一异常状态检测引脚LPSB1电性耦接到第三控制电路420-12的异常状态检测引脚LPSB2与控制电路420-21的强制关闭引脚DISB。第一控制电路420-11的第一强制关闭引脚DISB1电性耦接到第三控制电路420-12的第三强制关闭引脚DISB2与控制电路420-21的异常状态检测引脚LPSB。

图5是依照本发明各实施例的用于连接端口的电源保护的方法的流程图。图5所述的方法适用于前述各实施例的电子装置，此些电子装置包括至少一个连接端口以及对应的第一控制电路。在此以图1中的第一控制电路120-1作为举例说明图5的方法。

于步骤S510中，通过第一控制电路120-1以从第一连接端口110-1获得第一输入电压Vin1，获得第一开关激活信号ENB1，且通过第一强制关闭引脚DISB1获得第一强制关闭信号。于步骤S520中，通过第一控制电路120-1以依据第一开关激活信号ENB1的状态对应地决定第一默认值。本实施例中，在步骤S520进行完毕后，可同时或周期性地进行步骤S530以及步骤S550。

于步骤S530中，通过第一控制电路120-1以检测第一输入电压Vin1是否大于在步骤S520中决定的第一默认值。若步骤S530为否，则回到步骤S520之后的地方。相对地，若步骤S530为是，则从步骤S530进入步骤S540，在第一输入电压Vin1大于第一默认值时，通过第一控制电路120-1以在第一异常状态检测引脚LPSB1上产生第一异常信号，也就是，在第一异常状态检测引脚LPSB1上启用第一异常信号。

于步骤S550中，通过第一控制电路120-1以判断第一强制关闭引脚DISB1上的第一强制关闭信号是否为启用。若步骤S550为否，则回到步骤S520之后的地方。相对地，若步骤S550为是，则从步骤S550进入步骤S560，在第一强制关闭信号为启用的情况下，通过第一控制电路120-1以控制第一开关122-1使第一开关122-1的两个端子为断开，其中第一开关122-1的第一端子耦接第一连接端口110-1的第一输入电压，第一开关122-1的第二端耦接第一控制电路的输出端子。图5中各步骤S510至步骤S560的详细操作请参照上述各实施例。

综上所述，本发明实施例的电子装置在每个连接端口处对应地设计控制电路，此控制电路主要对于两个信号(即，异常状态检测信号与全局式的强制关闭信号)与对应的引脚进行操作模式的设定，且搭配启动控制引脚来实现对于连接端口的电源保护功能。并且，前述的控制电路亦可应用在多个连接端口，从而让应用本发明实施例者方便地针对多个连接端口进行扩充设计，节省电路面积，且还可通过将多个控制电路的各端点相互并联以支持具较高额定功率的连接端口。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。