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CN108631286B - 电子装置及其过压保护结构 - Google Patents

电子装置及其过压保护结构 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电子装置及其过压保护结构。过压保护结构包括第一信号传输端以及第二信号传输端。第一信号传输端具有至少一第一侧边，并通过传输导线耦接受保护元件。第二信号传输端具有至少一第二侧边，至少一第二侧边对应至少一第一侧边并与至少一第一侧边相邻。其中，至少一第二侧边与至少一第一侧边相隔至少一间距，其中间距与过压保护结构的临界电压正关联。

Description

电子装置及其过压保护结构
技术领域
本发明涉及一种电子装置及其过压保护结构，尤其涉及一种设置在电路基板上的过压保护结构与电子装置。
背景技术
当电子装置在发生过度电性应力(Electrical Over Stress,EOS)或静电放电(electrostatic discharge,ESD)现象时，常造成电子装置中的电路元件发生损坏。在现有的技术领域中，常见电子装置中设置所谓的瞬间电压抑制二极管(Transient-Voltage-Suppression Diode,TVS)来做为EOS及ESD现象的防护机制。瞬间电压抑制二极管用以连接保护的元件，并执行电压箝制的功能。当施加于保护的元件上的电压值超过电路元件可承受的临界值时，瞬间电压抑制二极管可对应被导通并使过多的电能可被宣泄至接地面，以避免电路元件受到损坏。然而，现有技术的瞬间电压抑制二极管常具有较高的寄生电容值，且其元件面积与其所承受的耐压正相关，并且，现有技术通过TVS元件所进行的过电压保护动作，只能针对电路中特定区域的电路元件进行保护。具体来说明，现有技术设置TVS元件的位置需要依据所要保护的元件的布局位置来进行调整，方能使TVS元件有效的发挥过电压保护的功效。此外，单一TVS元件的过电压保护的能力是有限制的，当需要提供较大能量的过电压保护动作时，则需要多个TVS元件方能完成，造成过大电路面积的浪费。因此，应用瞬间电压抑制二极管来进行过压保护常造成电子装置的成本和体积的增加，降低产品竞争力。
发明内容
本发明提供一种过压保护结构，通过简单的结构设计以完成受保护元件的过电压保护动作。
本发明的过压保护结构包括第一信号传输端及第二信号传输端。第一信号传输端具有至少一第一侧边，并通过传输导线耦接受保护元件。第二信号传输端具有至少一第二侧边，其中第二侧边对应第一侧边并与第一侧边相邻，其中，第二侧边与第一侧边相隔一间距，并且，间距与过压保护结构的临界电压正相关。
本发明的过压保护结构的电子装置包括核心电路、多数条传输导线及过压保护结构。过压保护结构耦接传输导线的其中之一受保护导线。
本发明的电子装置包括核心电路、电子元件以及至少一如上所述的过压保护结构。过压保护结构耦接该些信号线的至少其中之一的该受保护信号线。
基于上述，本发明实施例提供了一种过压保护结构。通过在电路基板上，设置相互隔离的第一信号传输端及第二信号传输端。通过使第一信号传输端及第二信号传输端相对应侧边具有的间距，来使过压保护结构可在所设计的电压大于一临界电压时导通，提供能量宣泄的路径。其中，过压保护结构通过传输导线耦接至受保护元件。因此，过压保护结构可被布局在电路基板的闲置区域上，在不增加成本的条件下达成过电压保护的功效。
附图说明
图1显示本发明一实施例的一过压保护结构的示意图；
图2显示依照本发明另一实施例的过压保护结构的示意图；
图3A至图3D显示本发明实施例所的过压保护结构的不同实施方式的示意图；
图4显示本发明一实施例的电子装置的示意图。
附图标号说明：
100、200：过压保护结构
10、20、310、320、330、340：第一信号传输端
11、21、311、321、331、341：第二信号传输端
12、22：传输导线
PC：受保护元件
D1～D3：间距
W1、W2：信号传输面的宽度
TS1～TS3：第一侧边
RS1～RS3：第二侧边
400：电子装置
410：核心电路
TR1～TR4：变压器
PW1～PW4：传输导线
OVPD1～OVPD4：过压保护结构
GND：参考接地端
具体实施方式
请参照图1，图1显示本发明一实施例的一过压保护结构的示意图。过压保护结构100包括第一信号传输端10以及第二信号传输端11。第一信号传输端10具有多个侧边TS1-TS3，第二信号传输端11具有多个侧边RS1-RS3。第一信号传输端10耦接至传输导线12，并通过传输导线12耦接至受保护元件PC。第二信号传输端11则可耦接至参考接地端。在过压保护结构100中，第一信号传输端10可做为发射端，第二信号传输端11则可做为接收端。过压保护结构100可被设置在电路基板上，其中，电路基板可以是硬式的印刷电路板，或也可以是软式的可挠性电路基板。
此外，第一信号传输端10的侧边TS1-TS3分别与第二信号传输端11的侧边RS1-RS3相对应，第一信号传输端10与第二信号传输端11不相接触，且第一信号传输端10的侧边TS1-TS3及分别相对应的第二信号传输端11的侧边RS1-RS3间分别具有一个间距D1～D3，其中，间距D1～D3的长度是相同的。
在执行过压保护时，当施加于第一信号传输端10上的电压与第二信号传输端11上的电压(参考接地电压，可约等于V)的电压差大于一个临界电压时，过压保护结构100(第一信号传输端10与第二信号传输端11间)将产生导通现象，藉以执行放电动作，并使第一信号传输端10上的电荷可通过第二信号传输端11宣泄至参考接地端。而值得注意的，上述的临界电压与间距D1～D3的长度正相关。
相对的，在通常状态之下，施加于第一信号传输端10上的电压与第二信号传输端11的电压所产生的电压差不会大于上述的临界电压，过压保护结构100的第一信号传输端10与第二信号传输端11保持为开路的状态。受保护元件PC可维持正常的运作。
也就是说，在本发明实施例中，设计者可依据实际电路需求，对间距D1～D3的长度进行调整，并藉以调整过压保护结构100的临界电压。
在另一方面，在本发明实施例中，第一信号传输端10通过传输导线12耦接至受保护元件PC。在当受保护元件PC承受较大的电压时，受保护元件PC所可能承受的大量的能量，可通过传输导线12传送至第一信号传输端10，并通过导通的过压保护结构100，被宣泄至参考接地端，以使受保护元件PC避免因能量过大而被烧坏。而值得注意的，传输导线12的信号传输面的宽度W2小于第一信号传输端10的信号传输面的宽度W1。
此外，由于本发明实施例的过压保护结构100是通过传输导线12来耦接至受保护元件PC，因此，过压保护结构100可以选择电路基板上的闲置空间进行布局，并通过小面积的传输导线12与受保护元件PC连接即可。
在本发明另一实施例中，第一信号传输端10以及第二信号传输端11可另分别覆盖第一导电层以及第二导电层(未显示)。第一导电层以及第二导电层分别用以增加第一信号传输端10以及第二信号传输端11的厚度。而通过控制第一导电层以及第二导电层的厚度，可调整第一信号传输端10以及第二信号传输端11尚可承受的电荷放电的能量的大小。其中，上述导电层的厚度与对应的传输端所能承受的放电的能量的大小正相关。
第一导电层以及第二导电层可以为锡层，或是其他各种导电材料所形成的导电层。
在另一方面，第一信号传输端10以及第二信号传输端11的表面不为介电材质所覆盖。简单来说，电路基板上的绿漆层(介电层)不会覆盖第一信号传输端10以及第二信号传输端11的表面。
并且，第一信号传输端10以及第二信号传输端11相对应的侧边的总长度可以增加过压保护结构100导通时所进行的能量宣泄的放电动作的次数，并保持每一次能量宣泄动作时的释放能量的稳定度。值得注意的是，本发明实施例的过压保护结构100并非通过信号传输端的尖端来进行放电，而是通过第一信号传输端10以及第二信号传输端11相对应的侧边来进行放电。
换句话说，第一信号传输端10以及第二信号传输端11相对应的面积亦可以增加过压保护结构100导通时所进行的能量宣泄的放电动作的次数。
基于本发明实施例的过压保护结构100的能量的宣泄是通过第一信号传输端10以及第二信号传输端11相对应侧边的截面来进行的，因此，电荷不会集中于部分区域来进行宣泄。并且，本发明实施例的过压保护结构100可通过多个相对应侧边的至少其中之一进行放电动作，并可维持过压保护结构100的临界电压在多次放电动作中实质上不发生改变。
接着请参照图2，图2显示依照本发明另一实施例的过压保护结构的示意图。过压保护结构200包括第一信号传输端20、第二信号传输端21以及传输导线22。不同于图1的过压保护结构100，过压保护结构200的第一信号传输端20、第二信号传输端21与过压保护结构100的第一信号传输端10、第二信号传输端11的形状并不相同。并且，第一信号传输端20具有两个第一侧边TS1及TS2。其中，第二信号传输端21上的第二侧边RS1及RS2分别与第一信号传输端20的两个第一侧边TS1及TS2相对应。与前述实施例相同的，第一侧边TS1以及第二侧边RS1间、第一侧边TS2以及第二侧边RS2间具有相同长度的间距。且此间距与过压保护结构200的临界电压大小正相关。
第二信号传输端21耦接至参考接地端，并做为电荷的接收端。第一信号传输端20则耦接传输导线22并通过传输导线22耦接至受保护元件。第一信号传输端20可做为电荷的发射端。其中，第一信号传输端20的信号传输面的宽度W1大于传输导线22的信号传输面的宽度W2。
以下请参照图3A至图3D，图3A至图3D显示本发明实施例中的过压保护结构的不同实施方式的示意图。其中，过压保护结构的信号传输端的形状，以及信号传输端所具有的相对应的侧边的数量及侧边的形状，没有一定的限制。在图3A中，第一信号传输端310的形状可以为矩形，而第二信号传输端311的形状可以为具有内凹的矩形，其中，第一信号传输端310与第二信号传输端311相对应的侧边有三个，且其形状皆为直线。
在图3B中，第一信号传输端320的形状可以为矩形与梯形的结合。而第二信号传输端321的形状则对应第一信号传输端320的形状态来设置。其中，第一信号传输端320与第二信号传输端321相对应的侧边的数量为5，且对应的侧边的形状皆为直线。
在图3C中，第一信号传输端330的形状可以为矩形与六边形的结合。而第二信号传输端331的形状则对应第一信号传输端330的形状态来设置。其中，第一信号传输端330与第二信号传输端331相对应的侧边的数量为8，且对应的侧边的形状皆为直线。
在图3D中，第一信号传输端340的形状可以为矩形与具有圆弧边角的矩形的结合。而第二信号传输端341的形状则对应第一信号传输端340的形状态来设置。其中，第一信号传输端340与第二信号传输端341相对应的侧边的形状可以是直线或是弧线。
由上述的说明不难发现，本发明实施例中的第一、第二信号传输端的形状并没有固定的限制，且其对应的侧边的形状也没有固定的限制。其中，第一、第二信号传输端对应的侧边的形状可以是直线、弧形或任意不规则形状，或是上述的组合。
请参照图4，图4显示本发明一实施例的电子装置的示意图。电子装置400包括核心电路410、变压器TR1-TR4、传输导线PW1-PW4以及过压保护结构OVPD1-OVPD4，其中传输导线PW1-PW4分别耦接至变压器TR1-TR4的一侧边，核心电路410并耦接至变压器TR1-TR4。过压保护结构OVPD1-OVPD4分别耦接在传输导线PW1-PW4的一侧并耦接参考接地端GND，其中，各过压保护结构OVPD1-OVPD4的第一信号传输端耦接至各传输导线PW1-PW4，各过压保护结构OVPD1-OVPD4的第二信号传输端耦接至参考接地端GND。
在本实施例中，变压器TR1-TR4为受保护元件，以变压器TR1为范例，当变压器TR1上被施加过大的能量时(例如产生EOS或ESD现象)，这个过大的能量可通过传输导线PW1传输至过压保护结构OVPD1的第一信号传输端。当此过大的能量造成的电压大于过压保护结构OVPD1的临界电压时，过压保护结构OVPD1被导通，即通过过压保护结构OVPD1的第二信号传输端将此过大的能量导入接地。如此便使变压器TR1上的能量通过传输导线PW1传输至过压保护结构OVPD1，并通过过压保护结构OVPD1进行宣泄动作。如此一来，变压器TR1可避免被烧毁的风险。
值得一提的，本实施例中，受保护元件为变压器仅只是一个说明范例，在电路基板上任意主动或被动元件，或甚至是信号传输导线都可以做为受保护元件。
综上所述，本发明提供的过压保护结构提供两个信号传输端，并使两个信号传输端相对应的侧边具有一个间距。过压保护结构通过因其两个信号传输端间的电压差以被导通或形成开路，并在导通时进行电荷宣泄动作。有效进行电路元件的保护动作，使电路元件可免于因承受高电压而烧毁，维持电子装置的正常工作。此外，本发明的过压保护结构通过传输导线耦接至受保护元件，因此可选择在电路基板中的闲置区域进行布局，在不增加成本的条件下，可完成电路元件的高电压保护动作。
虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定的为准。

Claims (10)

1.一种过压保护结构，其特征在于，包括：
第一信号传输端，具有至少一第一侧边，通过一传输导线耦接一受保护元件；
第二信号传输端，具有至少一第二侧边，其中所述至少一第二侧边对应所述至少一第一侧边并与所述至少一第一侧边相邻，所述第一信号传输端与所述第二信号传输端设置在电路基板上，
其中，所述至少一第二侧边与所述至少一第一侧边相隔至少一间距，其中所述间距与所述过压保护结构的临界电压正相关。
2.根据权利要求1所述的过压保护结构，其特征在于，当所述至少一第一侧边为多个第一侧边时，所述至少一第二侧边的数量与所述多个第一侧边的数量相同，且所述多个第一侧边分别对应所述多个第二侧边，各所述第一侧边与对应的各所述第二侧边的各所述间距相同。
3.根据权利要求1所述的过压保护结构，其特征在于，若所述第一信号传输端与所述第二信号传输端的电压差大于一临界电压时，则所述过压保护结构被导通，若电压差不大于所述临界电压时，则所述过压保护结构为开路。
4.根据权利要求1所述的过压保护结构，其特征在于，所述第一信号传输端及所述第二信号传输端分别覆盖第一导电层以及第二导电层，其中所述第一导电层及所述第二导电层的厚度正相关于所述第一信号传输端及所述第二信号传输端所能承受的放电能量。
5.根据权利要求1所述的过压保护结构，其特征在于，所述至少一第一侧边的总长度与所述过压保护结构导通时发生的放电动作的次数正相关。
6.根据权利要求1所述的过压保护结构，其特征在于，且所述第一信号传输端与所述第二信号传输端与所述电路基板上的介电层不相重叠。
7.根据权利要求1所述的过压保护结构，其特征在于，所述第一信号传输端的信号传输面的宽度大于所述传输导线的信号传输面的宽度。
8.根据权利要求1所述的过压保护结构，其特征在于，所述电路基板包括软式电路基板或硬式电路基板。
9.根据权利要求1所述的过压保护结构，其特征在于，所述至少一第一侧边的形状为弧形、直线或不规则形。
10.一种电子装置，其特征在于，包括：
核心电路；
多个电子元件；以及
至少一如权利要求1所述的过压保护结构，耦接所述多个电子元件的至少其中之一的所述受保护元件。
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