高电压保护系统的制作方法

高电压保护系统的制作方法
【专利摘要】高电压保护系统包含高电压处理电路、脉冲调制信号输出电路、驱动电路以及线圈模块。高电压处理电路用以接收并处理高电压，脉冲调制信号输出电路耦接到高电压处理电路，用以产生脉冲调制信号。驱动电路耦接到脉冲调制信号输出电路，用以接收脉冲调制信号并依此产生驱动电压。线圈模块耦接到驱动电路，并根据驱动电压运转。
【专利说明】
高电压保护系统
技术领域
[0001] 本发明描述了一种高电压保护系统，尤指一种用于调整马达线圈转速的高电压保 护系统。
【背景技术】
[0002] 随着科技日新月异，各种高性能的电子产品也被广泛应用。现今的电子产品除了 要求高处理速度、低反应时间、以及高规格的处理器之外，更要求具备可携性及微型化的体 积，以让用户能随时随地以高效率的方式使用产品。例如苹果手机(i-phone)的iPhone 5s 规格使用了A7处理器，而iPhone 6Plus规格使用了更高级的A8处理器，或是家用型电脑的 中央处理器也从Intel?C〇reTMi5演化至I nte_C〇re?i7等级。随着电子产品内处理器的时 脉频率增加，其所消耗的功率及所产生的温度也随之上升。因此，许多散热风扇、水冷系统、 散热胶及散热片的散热品质也被用户日益重视。在这些散热机制中，水冷系统的散热效果 最佳，但存在体积大、价格昂贵、且高噪音的缺点。散热胶及散热片的体积最小，但仅使用了 热导较佳的介质将热量传出至空气，所以散热效果有限。因此，目前大多数的电子产品，其 散热方式仍以散热风扇为主流。
[0003] -般电子产品在使用时，可能会发生电压不稳定或是瞬间高电压汇入的情况。例 如使用家用电脑时外面发生雷击而导致交流电压不稳定，或使用笔记型电脑当电池寿命将 尽时，电池输出的电压也将不稳定，或用户误动作将插头插入不符合规范的插座等。因此， 传统的散热风扇电路会有两种设计以保护散热风扇不被高电压破坏。第一种传统的散热风 扇电路内包含过压保护电路(Over Voltage Protection Circuit)，当异常高电源输入时， 会将风扇电源切断，而使风扇停止运转达到保护电路的功能。然而，在风扇停止运转期间也 失去了其散热功能。换言之，第一种传统的散热风扇电路，在异常高电源输入时，可能会导 致需要被散热的元件(例如CPU)因过热而损坏。第二种传统的散热风扇电路内包含稳压电 路(Voltage Regulator)，当有异常高电压输入时，会将其电压转为稳压电压以保护风扇电 路。然而，当风扇电路在较大的工作电流运作时，稳压电路的耐瓦功率也必须提高，因此导 致稳压电路的制作尺寸也随之提高。

【发明内容】

[0004] 本发明一实施例提出一种高电压保护系统，包含高电压处理电路、脉冲调制信号 输出电路、驱动电路以及线圈模块。高电压处理电路用以接收并处理高电压，脉冲调制信号 输出电路耦接到高电压处理电路，用以产生脉冲调制信号。驱动电路耦接到脉冲调制信号 输出电路，用以接收脉冲调制信号并依此产生驱动电压。线圈模块耦接到驱动电路，并根据 驱动电压运转。脉冲调制信号输出电路通过高电压处理电路，根据高电压的电压强度，产生 对应的脉冲调制信号以保护线圈模块。
[0005] 本发明另一实施例提出一种高电压保护系统，包含高电压处理电路、驱动芯片以 及线圈模块。高电压处理电路用以接收及处理高电压，并产生脉冲调制电压。驱动芯片耦接 到高电压处理电路，用以产生至少一驱动电压。线圈模块耦接到驱动芯片，并根据至少一驱 动电压运转。驱动芯片通过高电压处理电路，根据高电压的电压强度产生对应的至少一驱 动电压以保护线圈模块。
[0006] 本发明另一实施例提出一种高电压保护系统，包含稳压电路、高电压处理电路、驱 动芯片及线圈模块。稳压电路用以接收高电压，并将该高电压降压为降压后的高电压。高电 压处理电路耦接到稳压电路，用以接收并处理降压后的高电压，并产生脉冲调制电压。驱动 芯片耦接到高电压处理电路，用以产生至少一驱动电压。线圈模块耦接到驱动芯片，并根据 至少一驱动电压运转。其中驱动芯片通过高电压处理电路及该稳压电路，根据高电压的一 电压强度产生对应的至少一驱动电压以保护线圈模块。
【附图说明】
[0007] 图1是本发明的高电压保护系统的第一实施例的电路架构图。
[0008] 图2是本发明的高电压保护系统的第二实施例的电路架构图。
[0009] 图3是本发明的高电压保护系统的第三实施例的电路架构图。
[0010] 图4是本发明的高电压保护系统的第四实施例的电路架构图。
[0011] 图5是本发明的高电压保护系统的第五实施例的电路架构图。
[0012] 图6是本发明的高电压保护系统的第六实施例的电路架构图。
[0013]附图符号说明


【具体实施方式】
[0016]图1是本发明的高电压保护系统100的电路架构图。高电压保护系统100包含高电 压处理电路10、脉冲调制信号输出电路11、驱动电路12以及线圈模块13。高电压处理电路10 用以接收并处理高电压VCC，脉冲调制信号输出电路11耦接到高电压处理电路10,用以产生 脉冲调制信号PWM。驱动电路12耦接到脉冲调制信号输出电路11，用以接收脉冲调制信号 PWM并依此产生驱动电压。线圈模块13耦接到驱动电路12,并根据驱动电压运转。在高电压 保护系统100中，高电压处理电路10包含电阻Rl、电阻R2及比较器CMP3。电阻Rl包含用以接 收高电压VCC的第一端以及第二端。电阻R2包含耦接到电阻Rl的第二端的第一端，以及耦接 到接地端的第二端。比较器CMP3包含用以接收参考电压VREF的第一端，耦接到电阻R2的第 一端的第二端，以及用以输出一个比较信号S至脉冲调制信号输出电路11的输出端。高电压 处理电路10的运作模式描述如下，高电压VCC会被电阻Rl及电阻R2分压，产生分压电压VR。 接着，比较器CMP3会将分压电压VR与参考电压VREF的电压强度做比较，若分压电压VR大于 参考电压VREF (VR> VREF )，则比较器CMP3就会输出包含第一电压电平的比较信号S。若分压 电压VR小于参考电压VREF(VR〈VREF)，则比较器CMP3就会输出包含第二电压电平的比较信 号S。本发明所定义的第一电压电平的比较信号S及第二电压电平的比较信号S可为两极性 相同的比较信号(Bipolar Signal)或是两极性相异的比较信号(Unipolar Signal)。参考 电压VREF可为系统内定或用户自订的直流电压。而比较信号S会被脉冲调制信号输出电路 11接收。在高电压保护系统1 〇〇中，脉冲调制信号输出电路11包含多路复用器MUX。多路复用 器MUX包含用以接收比较信号S的控制端，用以接收第一信号OVP的第一端，用以接收第二信 号DPWM的第二端，以及用以输出脉冲调制信号PWM至驱动电路12的输出端。在本实施例中， 第一信号OVP可为用户自订的风扇转速过压保护设定（Over Voltage Protection Fan Rotation Speed Setting)的脉冲调制信号。第二信号DPffM可为系统预设的脉冲调制信号。 脉冲调制信号输出电路11的运作模式如下。当多路复用器MUX的控制端接收到第一电压电 平的比较信号S时(VR>VREF )，多路复用器MUX就会选择输出第一信号OVP至驱动电路12，换 言之，驱动电路12所接收的脉冲调制信号PffM即为第一信号0VP。当多路复用器MUX的控制端 接收到包含第二电压电平的比较信号S时(VR〈VREF)，多路复用器MUX就会选择输出第二信 号DPmi至驱动电路12，换言之，驱动电路12所接收的脉冲调制信号HVM即为第二信号DPmi。 而驱动电路12在接收脉冲调制信号PffM后(可能为第一信号OVP或第二信号DPffM)，会产生驱 动电压至线圈模块13。特此说明，驱动电路12所产生的驱动电压可为任何形式的驱动电压， 例如非差分型(Non-Differential)驱动电压或是差分型(Differential)驱动电压，或当线 圈模块13为桥式线圈模块时，驱动电路12可产生多个对应于线圈模块13端点的驱动电压。
[0017] 在高电压保护系统100中，高电压VCC的分压电压VR会与参考电压VREF比较而控制 多路复用器MUX的输出模式。因此，当高电压VCC为正常操作电压的区间时，高电压VCC的分 压电压VR可符合VR〈VREF的条件，进而控制多路复用器MUX输出第二信号DPWM(系统预设的 脉冲调制信号）。而第二信号DPWM可对应较大的占空比(Duty CycI e )，使线圈模块13高速运 转。反之，当高电压VCC为异常高电压时，高电压VCC的分压电压VR会符合VR> VREF的条件，因 此多路复用器MUX将输出第一信号OVP(用户自订的脉冲调制信号）。而第一信号OVP可对应 较小的占空比(Duty Cycle)。换言之，高电压保护系统100在高电压时可自动切换线圈模块 13的操作模式为较小的自订占空比，因此具备高电压保护的功能。
[0018] 图2是本发明的高电压保护系统200的电路架构图。高电压保护系统200包含高电 压处理电路10、脉冲调制信号输出电路11、驱动电路12以及线圈模块13。高电压处理电路10 用以接收并处理高电压VCC，脉冲调制信号输出电路11耦接到高电压处理电路10,用以产生 脉冲调制信号PWM。驱动电路12耦接到脉冲调制信号输出电路11，用以接收脉冲调制信号 PWM并依此产生驱动电压。线圈模块13耦接到驱动电路12,并根据驱动电压运转。在高电压 保护系统200中，高电压处理电路10包含电阻Rl、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6以 及加法器ADDl。电阻Rl包含用以接收高电压VCC的第一端，以及第二端。电阻R2包含耦接到 电阻Rl的第二端的第一端，以及耦接到接地端的第二端。电阻R3包含耦接到电阻R2的第一 端，以及第二端。电阻R4包含用以接收直流电压VDCl的第一端，以及耦接到电阻R3的第二端 的第二端。电阻R5包含第一端以及耦接到接地端的第二端。加法器ADDl包含耦接到电阻R4 的第二端的第一端，耦接到电阻R5的第一端的第二端，以及输出端，用以输出叠加电压VO至 脉冲调制信号输出电路11。电阻R6包含耦接到加法器ADDl的第二端的第一端，以及耦接到 加法器ADD 1的输出端的第二端。高电压处理电路10中的加法器ADD 1可为非反相加法器。高 电压处理电路10的运作模式描述如下，高电压VCC会被电阻Rl及电阻R2分压为分压电压VR， 而分压电压VR与直流电压VDCl会通过加法器ADDl(非反相加法器)线性关系累加，而产生叠 加电压V0。而叠加电压VO与直流电压VDCl及分压电压VR的关系可为：ν〇 = α*(β*νΚ+γ* VDCl)，其中常数α可为(R5+R6)/R5,常数β可为R4/(R3+R4)，且常数γ可为R3/(R3+R4)。换言 之，当高电压VCC变大时，分压电压VR也随之变大，导致叠加电压VO也会变大，且为线性关 系。叠加电压VO将被输入至脉冲调制信号输出电路11中。脉冲调制信号输出电路11包含比 较器CMP1、比较器CMP2以及多路复用器MUX。比较器CMP1包含耦接到加法器ADD 1的输出端且 用于接收叠加电压VO的第一端，用以接收锯齿波信号VSAW的第二端，以及用以输出比较信 号Hl的输出端。比较器CMP2包含用以接收直流电压VDCl的第一端，用以接收直流电压VDC2 的第二端，以及用以输出比较信号S的输出端。多路复用器MUX包含用以接收比较信号S的控 制端，用以接收预定脉冲调制信号HO的第一端，用以接收比较信号Hl的第二端，以及用以输 出脉冲调制信号P丽至驱动电路12的输出端。脉冲调制信号输出电路11的操作模式说明如 下。在脉冲调制信号输出电路11中，直流电压VDCl及直流电压VDC2可为用户自订的两直流 电压，预定脉冲调制信号HO可为用户自订的脉冲调制信号。当直流电压VDCl大于直流电压 VDC2时(VDCI >VDC2)，比较器CPM2会输出第一电压电平的比较信号S，当直流电压VDC1小于 直流电压VDC2时(VDC1〈VDC2)，比较器CPM2会输出第二电压电平的比较信号S。当多路复用 器MUX的控制端接收到第一电压电平的比较信号S时(VDCI >VDC2 )，多路复用器MUX会选择输 出比较信号Hl至驱动电路12。换言之，驱动电路12所接收的脉冲调制信号PffM即为比较信号 Hl。当多路复用器MUX的控制端接收到第二电压电平的比较信号S时(VDCI〈VDC2)，多路复用 器MUX会选择输出预定脉冲调制信号HO至驱动电路12。换言之，驱动电路12所接收的脉冲调 制信号PffM即为预定脉冲调制信号H0。预定脉冲调制信号HO可为用户自订的脉冲调制信号。 而比较信号Hl与叠加电压VO以及锯齿波信号VSAW之间的关系将在后段详述。当驱动电路12 接收脉冲调制信号PWM后(可能为预定脉冲调制信号HO或是比较信号Hl)，会产生驱动电压 至线圈模块13。特此说明，驱动电路12所产生的驱动电压可为任何形式的驱动电压，例如非 差分型(Non-Differential)驱动电压或是差分型(Differential)驱动电压，或当线圈模块 13为桥式线圈模块时，驱动电路12可产生多个对应于线圈模块13端点的驱动电压。
[0019] 为了描述更加详细，在此将说明高电压保护系统200中，比较信号H1、叠加电压VO 以及锯齿波信号VSAW之间的关系。当高电压VCC变大时，对应的分压电压VR也会变大。因此， 叠加电压VO根据前述的公式:VO = a*(0*VR+y*VDCl)，也会与分压电压VR呈线性增加。由于 叠加电压VO随后会与锯齿波信号VSAW通过比较器CPMl而输出。锯齿波信号VSAW是固定的信 号。因此，当叠加电压VO增加时，大于锯齿波信号VSAW电压的时间区间也随之降低。因此，比 较器CPMl的输出具有脉冲调制信号特征的比较信号Hl中，其脉冲宽度也随之降低。换言之， 当高电压VCC变大时，会导致较小脉冲宽度的比较信号H1。并且，由于锯齿波信号VSAW为一 个具有定斜率波形的信号，因此高电压VCC的电压变化与比较信号Hl的脉冲宽度为线性关 系。亦即，当高电压VCC变大时，比较信号Hl的脉冲宽度会成比例的变小，因此导致线圈模块 13以较小的占空比(Duty Cycle)运转。此外，在高电压保护系统200中，当高电压VCC大过一 个阈值时，会导致比较器CPMl达到饱和操作电压，因此叠加电压VO的数值将被限制在饱和 操作电压。换言之，当高电压VCC大过一个阈值时，比较器CPMl输出的比较信号Hl的脉冲宽 度为固定数值，因此导致线圈模块13以怠速的占空比(Duty Cycle)运转。换言之，若高电压 保护系统200在比较信号Hl之下运作时，当高电压太大而超过阈值时，线圈模块13并不会停 止运转，而会以怠速的占空比(Duty Cyc I e)运转。
[0020] 简言之，高电压保护系统200具有下列几种操作模式：（A)当用户设定满足VDCK VDC2时，多路复用器MUX会选择输出预定脉冲调制信号HO至驱动电路12，因此线圈模块13会 用户自订的占空比运转。（B)当用户设定满足VDCl>VDC2时，多路复用器MUX会选择输出比较 信号Hl至驱动电路12,而比较信号Hl的脉冲宽度与高电压VCC呈现线性关系。当高电压VCC 的电压越大，则比较信号Hl的脉冲宽度就越小。因此线圈模块13会依照高电压VCC的电压比 例自动调整对应的占空比运转。（C)当用户设定满足VDC1>VDC2且高电压VCC大于一个阈值 时，线圈模块13会以怠速的占空比(Duty Cycle)运转。由于高电压保护系统200可针对不同 的高电压VCC手动或自动选择适当的占空比使线圈模块13运转，因此具有高电压的保护功 能。
[0021 ]图3是本发明的高电压保护系统300的电路架构图。高电压保护系统300包含高电 压处理电路10、脉冲调制信号输出电路11、驱动电路12以及线圈模块13。高电压处理电路10 用以接收并处理高电压VCC，脉冲调制信号输出电路11耦接到高电压处理电路10,用以产生 脉冲调制信号PWM。驱动电路12耦接到脉冲调制信号输出电路11，用以接收脉冲调制信号 PWM并依此产生驱动电压。线圈模块13耦接到驱动电路12,并根据驱动电压运转。在高电压 保护系统300中，高电压处理电路10的电路架构及功能完全相同于高电压保护系统200的高 电压处理电路10,因此将不再赘述。而高电压保护系统300的脉冲调制信号输出电路11与高 电压保护系统200的脉冲调制信号输出电路11相比，省略了比较器CMP2以及多路复用器 MUX。换言之，在高电压保护系统300中，仅包含比较器CMP1。比较器CMP1包含耦接到加法器 ADDl的输出端且用于接收叠加电压VO的第一端，用以接收锯齿波信号VSAW的第二端，以及 用以输出比较信号Hl的输出端。比较信号Hl将视为输入至驱动电路12的脉冲调制信号PWN。 驱动电路12接收比较信号Hl后，会产生驱动电压至线圈模块13。换言之，高电压保护系统 300与高电压保护系统200相比，省略了手动的功能。亦即，在高电压保护系统300中，线圈模 块13根据下列模式操作。类似于高电压保护系统300中的（B)模式以及(C)模式。当高电压 VCC越大，则比较信号Hl的脉冲宽度就越小。因此线圈模块13会依照高电压VCC的比例自动 调整对应的占空比运转。当高电压VCC大于一个阈值时，线圈模块13会以怠速的占空比 (Duty Cycle)运转。由于高电压保护系统300可针对不同的高电压VCC自动选择适当的占空 比使线圈模块13运转，因此具有高电压的保护功能。
[0022] 上述的高电压保护系统100至300可为整合在集成电路（Integrated Circuit)之 内的高电压保护系统，为了不失一般性，本发明也描述了外部电路的高电压保护系统的实 现方式，说明如下。
[0023]图4是本发明的高电压保护系统400的电路架构图。高电压保护系统400包含高电 压处理电路14、驱动芯片15以及线圈模块16。高电压处理电路14用以接收及处理高电压 VCC'（节点A的电压），并产生脉冲调制电压VPWM。驱动芯片15耦接到高电压处理电路14,用 以产生至少一驱动电压。线圈模块16耦接到驱动芯片15,并根据至少一驱动电压运转。为了 缓和高电压信号VCC'的棘波（Spike Wave)干扰，高电压保护系统400可另包含缓冲电路17 (Snubber Circuit)，而缓冲电路親接到高电压处理电路14。特此说明，高电压保护系统400 中高电压VCC会被二极管DO的阳极接收，而二极管DO的阴极将输出高电压信号VCC'。然而， 此二极管DO的功能为防止逆电流，在顺向电流时，二极管DO可等效为一个金属导体。换言 之，在一般顺向电流的操作下，高电压VCC的电压强度会几乎相等于高电压信号VCC'的电压 强度(节点A的电压VCC'约等于高电压VCC)。然而，在其它实施例中，也可以省略二极管D0。 缓冲电路17可包含电阻R7以及电容C0。电阻R7包含耦接到二极管DO的阴极的第一端，以及 第二端。电容CO包含耦接到电阻R7的第二端的第一端，以及耦接到接地端的第二端。在本实 施例中，电阻R7可设定为小于4.7欧姆，以保护电容CO并降低棘波干扰。在其它实施例中，可 以省略缓冲电路17。高电压处理电路14包含齐纳二极管(Zener Diode)ZD以及电阻R8。齐纳 二极管ZD包含用以接收高电压VCC'的阴极，以及阳极。电阻R8包含耦接到齐纳二极管ZD的 阳极的第一端，用于输出脉冲调制电压VPffM至驱动芯片15,以及耦接到接地端的第二端。高 电压处理电路14的操作模式如下，假设齐纳二极管ZD的崩溃电压为VZ(例如15伏特)且高电 压VCC'（约相等于高电压VCC的电压)为正常工作电压范围时，高电压VCC'会满足VCC'〈VZ (15伏特），齐纳二极管ZD操作于顺向区。因此，输出脉冲调制电压VPffM的电压为0。反之，假 设齐纳二极管ZD的崩溃电压VZ(15伏特)且高电压VCC'（约相等于高电压VCC的电压)为异常 高压时，高电压VCC '会满足VCC'>VZ( 15伏特），齐纳二极管ZD操作于崩溃区。因此，输出脉冲 调制电压VPffM的电压为VCC ' -VZ。而输出脉冲调制电压VPffM会被驱动芯片15接收。高电压保 护系统400的驱动芯片15包含耦接到电阻8的第一端的第一端，用以接收脉冲调制电压 VPWN，耦接到接地端的第二端，以及用以输出驱动电压至线圈模块16的输出端01及02。驱动 芯片15的操作模式说明如下，当驱动芯片15接收到输出脉冲调制电压VPffM的电压为0时(表 示高电压VCC'为正常工作电压），驱动芯片15将会输出大占空比的驱动电压至线圈模块16， 使线圈模块16全速运转。而当高电压VCC '超过崩溃电压VZ时，表示VCC '为异常高压，驱动芯 片15将会输出对应的驱动电压至线圈模块16，且由于输出脉冲调制电压VPffM与高电压VCC ' 的电压成比例(VCC ' -VZ，VZ可视为偏移量），因此线圈模块16将依照高电压VCC '的电压比例 降速运转。然而，高电压保护系统400可引入怠速功能，例如将高电压处理电路14经过适当 设计后(例如引入另一个齐纳二极管），则可使驱动芯片15在很大的高电压VCC'之下仍然可 驱动线圈模块16维持怠速运转。由于高电压保护系统400可针对不同的高电压VCC'自动选 择适当的占空比使线圈模块16运转，因此具有高电压的保护功能。
[0024]图5是本发明的高电压保护系统500的电路架构图。高电压保护系统500包含高电 压处理电路14、驱动芯片15以及线圈模块16。高电压处理电路14用以接收及处理高电压 VCC'（节点A的电压），并产生脉冲调制电压VPWM。驱动芯片15耦接到高电压处理电路14,用 以产生至少一驱动电压。线圈模块16耦接到驱动芯片15,并根据至少一驱动电压运转。为了 缓和高电压信号VCC'的棘波（Spike Wave)干扰，高电压保护系统500可另包含缓冲电路17 (Snubber Circuit)，而缓冲电路親接到高电压处理电路14。特此说明，高电压保护系统500 中高电压VCC会被二极管DO的阳极接收，而二极管DO的阴极将输出高电压信号VCC'。然而， 此二极管DO的功能为防止逆电流，在顺向电流时，二极管DO可等效为一个金属导体。换言 之，在一般顺向电流的操作下，高电压VCC的电压强度会几乎相等于高电压信号VCC'的电压 强度(节点A的电压VCC'约等于高电压VCC)。然而，在其它实施例中，也可以省略二极管D0。 缓冲电路17的电路架构及功能同于高电压保护系统400的缓冲电路17,在此将不再赘述。然 而在其它实施例中，也可省略缓冲电路17。而高电压处理电路14内的电阻RU电阻R2以及比 较器CMP3的电路架构及功能同于高电压保护系统100的高电压处理电路10,在此将不再赘 述。在本实施例中，高电压处理电路14另包含分压电路P，用以将高电压处理电路14内比较 器CMP3输出的比较信号(具有较高电压)降压。在本实施例中，分压电路P包含电阻Ra以及电 阻Rb，而电阻Ra以及电阻Rb的电阻值可为用户自订。然而，在其它实施例中，分压电路P可使 用两个以上的电阻组合而成。在本实施例中，当驱动芯片15接收到高电压处理电路14所输 出的具有脉冲调制电压VPWN的信号时，可对应用户自订的电压参数(例如电阻Ra以及电阻 Rb的自订电阻值)执行不同的操作。更详细地说，高电压保护系统500的驱动芯片15包含耦 接到分压电路P的第一端，用以接收脉冲调制电压VPWN，耦接到接地端的第二端，以及用以 输出驱动电压至线圈模块16的输出端01及02。驱动芯片15的操作模式说明如下。在比较器 CMP3输出的比较信号(具有较高电压)被分压电路P降压后，其电压即为脉冲调制电压VPffM。 当驱动芯片15接收到输出脉冲调制电压VPffM的电压为第一电平时，表示高电压VCC'的分压 电压VR大于参考电压VREF(VR>VREF)，驱动芯片15将会使用占空比较小的模式让线圈模块 16运转。反之，当驱动芯片15接收到输出脉冲调制电压VPWM的电压为第二电平时，表示高电 压VCC'的分压电压VR小于参考电压VREF(VR〈VREF)，驱动芯片15将会使用占空比较大的模 式甚至全速模式让线圈模块16运转。然而，因高电压保护系统500内的高电压处理电路14使 用了分压电路P，因此，驱动芯片15的两种驱动模式(包含占空比较大的模式或占空比较小 的模式)可由用户自订的方式弹性调整。换言之，在高电压保护系统500中，当高电压VCClg 于一个阈值时，线圈模块16将会以用户自订的占空比较大的模式甚至全速模式运转，表示 高电压VCC'为正常的操作电压范围。然而，当高电压VCC'高于一个阈值时，线圈模块16将会 以用户自订的占空比较小的模式运转，表示高电压VCC'为异常的操作电压范围。然而，在其 它实施例中，高电压保护系统500内的高电压处理电路14的分压电路P也可省略。换言之，高 电压保护系统500内的驱动芯片15的第一端可直接耦接到比较器CMP3的输出端。比较器 CMP3可直接输出具有脉冲调制电压VPWN的信号至驱动芯片15。在此结构中，驱动芯片15的 两种驱动模式(包含占空比较大的模式或占空比较小的模式)可使用系统预设的参数电压 驱动。由于高电压保护系统500可针对不同的高电压VCC'选择不同的占空比使线圈模块16 运转，因此具有高电压的保护功能。
[0025]图6是本发明的高电压保护系统600的电路架构图。高电压保护系统600包含稳压 电路18、高电压处理电路14、驱动芯片15以及线圈模块16。稳压电路18用以接收高电压 VCC'，并将高电压VCC'降压为一个降压后的高电压VCCA(节点A的电压）。高电压处理电路 14,耦接到稳压电路18,用以接收并处理降压后的高电压VCCA，并产生脉冲调制电压VPTOL 驱动芯片15耦接到高电压处理电路14,用以产生至少一驱动电压。线圈模块16耦接到驱动 芯片15,并根据至少一驱动电压运转。为了缓和降压后的高电压VCCA的棘波（Spike Wave) 干扰，高电压保护系统600可另包含缓冲电路17(Snubber Circuit)，而缓冲电路耦接到高 电压处理电路14。特此说明，高电压保护系统600中高电压VCC会被二极管DO的阳极接收，而 二极管DO的阴极将输出高电压信号VCC '。然而，此二极管DO的功能为防止逆电流，在顺向电 流时，二极管DO可等效为一个金属导体。换言之，在一般顺向电流的操作下，高电压VCC的电 压强度会几乎相等于高电压信号VCC'的电压强度。然而，在其它实施例中，也可以省略二极 管D0。缓冲电路17的电路架构及功能同于高电压保护系统400的缓冲电路17,在此将不再赘 述。在其它实施例中，缓冲电路17可省略。而高电压处理电路14的电路架构及功能同于高电 压保护系统400的高电压处理电路14,在此将不再赘述。驱动芯片15的电路架构及功能同于 高电压保护系统400的驱动芯片15,在此将不再赘述。在高电压保护系统600中，稳压电路18 包含电阻R9、电阻RHKNPN型三极管Ql、电容Cl以及齐纳二极管ZDl。本实施例的稳压电路18 不限于上述的电路结构，任何具备稳压功能的电路皆可被高电压保护系统600应用。应先明 了的是，每一个电路元件均有最大耐压的极限，若高电压VCC为极高的电压时，可能会超过 了电路元件的耐压极限，则电路元件将会失去正常功能，导致高电压保护系统失去保护功 能。因此，当考虑极高的高电压VCC时，稳压电路18就有其存在的必要性。这边以一个例子来 说明高电压保护系统600的操作模式。假设电路元件(例如IC元件)的耐压极限为18伏特，则 高电压保护系统600中的稳压电路18内的齐纳二极管ZDl可选择崩溃电压为16伏特。因此， 高电压VCC(例如27伏特)将会被稳压电路18降压在16伏特以下。亦即，节点A对应的降压后 的高电压VCCA是16伏特以下的电压。然而，若16伏特的电压VCCA若对于线圈模块16而言仍 为异常高压时，可将高电压处理电路14内的齐纳二极管ZD选择崩溃电压为14伏特，以当成 线圈模块16的保护点。换言之，高电压VCC先被稳压电路降压后，可保证后面的电路元件为 正常运作。然而，若降压后的高电压VCCA比齐纳二极管ZD的崩溃电压小，则驱动芯片15将会 使用全速模式让线圈模块16运转。若降压后的高电压VCCA仍比齐纳二极管ZD的崩溃电压 大，驱动芯片15将会使线圈模块16将依照降压后的高电压VCCA的电压比例运转。类似于高 电压保护系统400的功能，由于高电压保护系统600可针对降压后的高电压VCCA自动选择适 当比例的占空比使线圈模块16运转，因此具有高电压的保护功能。并且，由于高电压保护系 统600引入了稳压电路18,相较于高电压保护系统400,能忍受更高的高电压VCC。并且，由于 高电压保护系统600的保护机制同时利用稳压电路18及高电压处理电路14,因此，稳压电路 18内的三极管Ql的体积需求也能降低。
[0026]本发明的高电压保护系统400、500及600内的驱动芯片15,当接收到脉冲调制电压 VPffM时，可利用内部的逻辑电路、多项式电路、或是利用查询表等任何方式产生对应的驱动 电压以驱动线圈模块16。换言之，任何具有将脉冲调制电压VPWM转换成驱动电压的功能的 驱动芯片15都属于本发明的公开范围。
[0027] 综上所述，本发明描述一种高电压保护系统，而高电压保护系统具有各种不同的 实施例以实现高电压保护的功能。而高电压保护的方法可统整为下：（A)当有异常高电压 时，线圈模块依照用户自订的脉冲调制信号，在自订的占空比运转，（B)当有异常高电压时， 线圈模块依照与高电压成线性关系的占空比下运转，（C)当有异常高电压时，线圈模块进入 怠速模式下运转，（D)当有异常高电压时，利用稳压电路先做降压，以保护电子元件，线圈模 块再依据降压后的电压，以对应的模式进行运转。因此，本发明的高电压保护系统具有处理 异常高电压发生时，可让散热风扇马达持续在另一种保护工作模式运转的功能。因此，本发 明的高电压保护系统不会在异常高电压所造成驱动马达功率增加的状态下，进而造成驱动 级无法承受过大功率而烧毁，相较于传统的高电压保护系统使用直接关闭电源的方式保护 电路，具有更强的耐压性、可适性、操作弹性以及可靠度。
[0028] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的等同变化与 修饰，皆应属于本发明的涵盖范围。
【主权项】
1. 一种高电压保护系统，包含： 一高电压处理电路，用以接收并处理一高电压； 一脉冲调制信号输出电路，耦接到该高电压处理电路，用以产生一脉冲调制信号； 一驱动电路，耦接到该脉冲调制信号输出电路，用以接收该脉冲调制信号并依此产生 一驱动电压;及 一线圈模块，耦接到该驱动电路，并根据该驱动电压运转； 其中该脉冲调制信号输出电路通过该高电压处理电路，根据该高电压的一电压强度产 生该脉冲调制信号以保护该线圈模块。2. 如权利要求1所述的系统，其中该高电压处理电路包含： 一第一电阻，包含： 一第一端，用以接收该高电压;及 Λ-Λ---上山 一弟一栖； 一第二电阻，包含： 一第一端，耦接到该第一电阻的该第二端;及 一第二端，耦接到一接地端;及 一比较器，包含： 一第一端，用以接收一参考电压； 一第二端，耦接到该第二电阻的该第一端;及 一输出端，用以输出一比较信号至该脉冲调制信号输出电路。3. 如权利要求2所述的系统，其中该脉冲调制信号输出电路包含： 一多路复用器，包含： 一控制端，用以接收该比较信号； 一第一端，用以接收一第一信号； 一第二端，用以接收一第二信号;及 一输出端，用以输出该脉冲调制信号至该驱动电路； 其中该第一信号是一用户自订的脉冲调制信号，该第二信号是一系统预设的脉冲调制 信号，当该参考电压与该比较信号满足一第一关系时，该脉冲调制信号是该第一信号，当该 参考电压与该比较信号满足一第二关系时，该脉冲调制信号是该第二信号。4. 如权利要求1所述的系统，其中该高电压处理电路包含： 一第一电阻，包含： 一第一端，用以接收该高电压;及 Λ-Λ---上山 一弟一栖； 一第二电阻，包含： 一第一端，耦接到该第一电阻的该第二端;及 一第二端，親接到一接地端； 一第三电阻，包含： 一第一端，耦接到该第二电阻的该第一端;及 Λ-Λ---上山 -弟一栖； 一第四电阻，包含： 一第一端，用以接收一第一直流电压;及 一第二端，耦接到该第三电阻的该第二端； 一第五电阻，包含： 一第一端;及 一第二端，親接到一接地端； 一加法器，包含： 一第一端，耦接到该第四电阻的该第二端； 一第二端，耦接到该第五电阻的该第一端;及 一输出端，用以输出一叠加电压至该脉冲调制信号输出电路;及 一第六电阻，包含： 一第一端，耦接到该加法器的该第二端;及 一第二端，耦接到该加法器的输出端。5. 如权利要求4所述的系统，其中该脉冲调制信号输出电路包含： 一第一比较器，包含： 一第一端，耦接到该加法器的输出端，用以接收该叠加电压； 一第二端，用以接收一锯齿波信号;及 一输出端，用以输出该脉冲调制信号至该驱动电路； 其中该叠加电压是该高电压与该第一直流电压依据一线性关系产生，且该脉冲调制信 号的脉冲宽度与该叠加电压的一电压强度是一线性关系。6. 如权利要求4所述的系统，其中该脉冲调制信号输出电路包含： 一第一比较器，包含： 一第一端，耦接到该加法器的输出端，用以接收该叠加电压； 一第二端，用以接收一锯齿波信号;及 一输出端，用以输出一第一比较信号； 一第二比较器，包含： 一第一端，用以接收该第一直流电压； 一第二端，用以接收一第二直流电压;及 一输出端，用以输出一第二比较信号;及 一多路复用器，包含： 一控制端，用以接收该第二比较信号； 一第一端，用以接收一预定脉冲调制信号； 一第二端，用以接收该第一比较信号;及 一输出端，用以输出该脉冲调制信号至该驱动电路； 其中该叠加电压是该高电压与该第一直流电压依据一线性关系产生，当该第一直流电 压小于该第二直流电压时，该多路复用器选择并输出该预定脉冲调制信号为该脉冲调制信 号至该驱动电路，当该第一直流电压大于该第二直流电压时，该多路复用器选择并输出该 第一比较信号为该脉冲调制信号至该驱动电路。7. -种高电压保护系统，包含： 一高电压处理电路，用以接收及处理一高电压，并产生一脉冲调制电压； 一驱动芯片，耦接到该高电压处理电路，用以产生至少一驱动电压;及 一线圈模块，耦接到该驱动芯片，并根据该至少一驱动电压运转； 其中该驱动芯片通过该高电压处理电路，根据该高电压的一电压强度产生该至少一驱 动电压以保护该线圈模块。8. 如权利要求7所述的系统，其中该高电压处理电路包含： 一齐纳二极管，包含： 一阴极，用以接收一高电压;及 一阳极;及 一第一电阻，包含： 一第一端，耦接到该齐纳二极管的该阳极，用以输出该脉冲调制电压至该驱动芯片;及 一第二端，耦接到一接地端;及 该驱动芯片包含： 一第一端，耦接到该第一电阻的该第一端，用以接收该脉冲调制电压； 一第二端，耦接到一接地端;及 至少一输出端，用以输出该至少一驱动电压至该线圈模块。9. 如权利要求8所述的系统，另包含： 一二极管，包含： 一阳极;及 一阴极，耦接到该齐纳二极管的该阴极;及 一缓冲电路，耦接到该高电压处理电路，包含： 一第三电阻，包含： 一第一端，耦接到该齐纳二极管的该阴极;及 一第二端;及 一电容，包含： 一第一端，耦接到该第三电阻的该第二端;及 一弟^?端，親接到该接地端； 其中该缓冲电路用于缓和该高电压的棘波干扰。10. 如权利要求7所述的系统，其中该高电压处理电路包含： 一第一电阻，包含： 一第一端，用以接收一高电压;及 Λ-Λ---上山 一弟一栖； 一第二电阻，包含： 一第一端，耦接到该第一电阻的该第二端;及 一第二端，耦接到一接地端;及 一比较器，包含： 一第一端，用以接收一参考电压； 一第二端，耦接到该第二电阻的该第一端;及 一输出端，耦接到该驱动芯片，用以输出该脉冲调制电压;及 该驱动芯片包含： 一第一端，用以接收该脉冲调制电压； 一第二端，耦接到一接地端;及 至少一输出端，用以输出该至少一驱动电压至该线圈模块。11. 如权利要求7所述的系统，其中该高电压处理电路包含： 一第一电阻，包含： 一第一端，用以接收一高电压;及 Λ-Λ---上山 一弟一栖； 一第二电阻，包含： 一第一端，耦接到该第一电阻的该第二端;及 一第二端，親接到一接地端； 一比较器，包含： 一第一端，用以接收一参考电压； 一第二端，耦接到该第二电阻的该第一端;及 一输出端，用以输出一比较信号;及 一分压电路，耦接到该比较器及该驱动芯片，用以将该比较信号分压以产生该脉冲调 制电压至该驱动芯片;及 该驱动芯片包含： 一第一端，用以接收该脉冲调制电压； 一第二端，耦接到一接地端;及 至少一输出端，用以输出该至少一驱动电压至该线圈模块； 其中该分压电路包含至少二电阻。12. 如权利要求10或11所述的系统，另包含： 一缓冲电路，耦接到该高电压处理电路，包含： 一第三电阻，包含： 一第一端，耦接到该第一电阻的该第一端;及 一第二端;及 一电容，包含： 一第一端，耦接到该第三电阻的该第二端;及 一弟^?端，親接到该接地端； 其中该缓冲电路用于缓和该高电压信号的棘波(Spike Wave)干扰。13. -种高电压保护系统，包含： 一稳压电路，用以接收一高电压，并将该高电压降压为一降压后的高电压； 一高电压处理电路，耦接到该稳压电路，用以接收并处理该降压后的高电压，并产生一 脉冲调制电压； 一驱动芯片，耦接到该高电压处理电路，用以产生至少一驱动电压;及 一线圈模块，耦接到该驱动芯片，并根据该至少一驱动电压运转； 其中该驱动芯片通过该高电压处理电路及该稳压电路，根据该高电压的一电压强度产 生该至少一驱动电压以保护该线圈模块。14. 如权利要求13所述的系统，其中该高电压处理电路包含： 一齐纳二极管，包含： 一阴极，耦接到该稳压电路，用以接收该降压后的高电压;及 一阳极;及 一第一电阻，包含： 一第一端，耦接到该齐纳二极管的该阳极，用以输出该脉冲调制电压;及 一第二端，耦接到一接地端;及 该驱动芯片包含： 一第一端，耦接到该第一电阻的该第一端，用以接收该脉冲调制电压； 一第二端，耦接到一接地端;及 至少一输出端，用以输出该至少一驱动电压至该线圈模块。
【文档编号】H02H7/00GK106067675SQ201511027580
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2015年12月31日 公开号201511027580.4, CN 106067675 A, CN 106067675A, CN 201511027580, CN-A-106067675, CN106067675 A, CN106067675A, CN201511027580, CN201511027580.4
【发明人】陈琬扬, 杨治世, 刘家骏
【申请人】旺玖科技股份有限公司