CN102035169A - 一种输入过压保护电路及dc-dc电源转换装置 - Google Patents

一种输入过压保护电路及dc-dc电源转换装置 Download PDF

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Abstract

本发明适用于过压保护领域,提供了一种输入过压保护电路及DC-DC电源转换装置,输入过压保护电路包括:顺次连接的电压检测电路、驱动及延时电路、输出电路以及开关电路;电压检测电路对输入电压进行检测,将检测到的电压与设定的参考电压进行比较,根据比较结果输出相应的电压信号;输出电路根据驱动及延时电路输出的驱动及延时信号输出开关控制信号,并控制开关电路的导通与断开;开关电路的输出端连接负载,当输入过压时,开关电路断开,将负载与输入电压进行隔离。本发明提供的输入过压保护电路采用电压检测电路对输入电压进行检测,当输入电压高于设定的参考电压时,通过开关电路将负载与输入电压进行隔离断开,保护负载不被损坏。

Description

一种输入过压保护电路及DC-DC电源转换装置技术领域[0001] 本发明属于过压保护领域,尤其涉及一种输入过压保护电路及DC-DC电源转换装置。背景技术[0002] 输入过压保护电路广泛应用在低压DC-DC电源转换电路中,采用这种输入过压保 护电路是为了防止误接从而导致电路被损坏。当输入电压正常后,该保护电路能使系统恢 复到稳定工作状态。[0003] 为了实现上述功能,过压保护电路应满足以下关键技术要求:[0004] (1)过压保护电路其本身在过压的情况下能正常工作,即过压保护电路的工作电 压范围要远远大于系统的工作电压范围;在可预知的电压范围中,过压保护电路必须能够 在该电压范围内长时间稳定工作。[0005] (2)过压保护电路的反应时间不能过快,也不能过慢;通常在DC电压输入端口需 要满足相关浪涌电压测试标准,反应时间过快将导致电路误动作;反应过慢将起不到保护 的目的,因此,该过压保护电路中需要有可调整延时的电路来满足各种条件的需求。[0006] (3)过压保护电路必须具备先检测输入电压,后开通电路的功能;即保证电路输 入电压正常后才能将后续负载接入电路。[0007] (4)过压保护电路的可恢复性;过压保护电路需要在输入电压恢复后具备可恢复 功能,该功能可采用断电恢复或电压下降后自恢复。[0008] 现有技术中一般是采用专用IC来实现过压保护,成本高;当前已有的采用分立元 件组成的电路来实现过压保护,不能同时满足上述关键技术要求,从而导致可靠性低的问题。发明内容[0009] 本发明实施例的目的在于提供一种输入过压保护电路,旨在解决现有的过压保护 电路成本高、可靠性低的问题。[0010] 本发明实施例是这样实现的,一种输入过压保护电路,包括:顺次连接的电压检测 电路、驱动及延时电路、输出电路以及开关电路;所述电压检测电路对所述输入电压进行检 测,将检测到的电压与设定的参考电压进行比较,根据比较结果输出相应的电压信号;所述 驱动及延时电路根据所述电压检测电路输出的电压信号输出相应的驱动及延时信号;所述 输出电路根据所述驱动及延时电路输出的驱动及延时信号输出开关控制信号,并控制所述 开关电路的导通与断开;所述开关电路的输出端连接负载,当输入过压时,所述开关电路断 开,将负载与输入电压进行隔离。[0011] 进一步地,所述电压检测电路包括:电压基准源以及依次串联连接在输入电压与 地之间的第一分压电阻和第二分压电阻;所述电压基准源的输入端连接在所述第一分压电 阻与所述第二分压电阻的串联连接端,所述电压基准源的地端接地,所述电压基准源的输出端作为所述电压检测电路的输出端连接至所述驱动及延时电路的输入端。[0012] 进一步地,所述驱动及延时电路包括:第一开关管、第一偏置电阻、第一限流电阻、 第二限流电阻以及延时单元;所述第一开关管的控制端连接至所述电压基准源的输出端, 所述第一开关管的输入端通过依次串联连接的所述第二限流电阻和所述第一限流电阻连 接至所述输入电压,所述第一偏置电阻的一端连接至所述第一开关管的输入端与所述第二 限流电阻连接的连接端,所述第一偏置电阻的另一端连接至所述第一开关管的控制端;所 述第一开关管的输出端连接至所述延时单元的输入端,所述延时单元的输出端作为所述驱 动及延时电路的输出端连接至所述输出电路的输入端。[0013] 进一步地,所述输出电路包括:第一三极管以及第二三极管;所述第一三极管的 发射极连接至所述第一开关管的输入端与所述第二限流电阻连接的连接端,所述第一三极 管的集电极与所述第二三极管的基极连接后再连接至所述驱动及延时电路的输出端,所述 第二三极管的发射极接地,所述第二三极管的集电极连接至所述第一三极管的基极。[0014] 进一步地,所述开关电路包括:M0S管Q10、二极管D5、电容C9以及电阻R25 ;所述 电阻R25的一端连接至所述第一开关管的输入端与所述第二限流电阻连接的连接端,所述 电阻R25的另一端通过所述电容C9连接至所述MOS管QlO的源极;所述电阻R25与所述电 容C9的串联连接端连接至所述二极管D5的阳极,所述二极管D5的阴极连接至所述第一开 关管的输入端与所述第二限流电阻R16连接的连接端;所述电阻R25与所述电容C9的串联 连接端还连接至所述MOS管QlO的栅极,所述MOS管QlO的源极连接至所述第二三极管的 发射极,MOS管QlO的漏极接地。[0015] 进一步地,所述电压检测电路还包括:电阻R28,其一端连接至所述第一分压电阻 与所述第二分压电阻的串联连接端Si,所述电阻R28的另一端与所述驱动及延时电路连接。[0016] 进一步地,所述驱动延时电路包括:第一开关管、第一偏置电阻、第一限流电阻、第 二限流电阻、电阻R14以及延时单元;所述第一开关管的控制端连接至所述电压基准源的 输出端,所述第一开关管的输入端通过依次串联连接的所述第二限流电阻和所述第一限流 电阻连接至所述输入电压);所述第一偏置电阻的一端连接至所述第一开关管的输入端与 所述第二限流电阻连接的连接端,所述第一偏置电阻的另一端连接至所述第一开关管的控 制端;所述电阻R14连接在所述电压基准源的输出端与所述第一开关管的控制端之间;所 述第一开关管的输出端通过所述电阻似8连接至所述第一分压电阻与所述第二分压电阻 的串联连接端;所述第一开关管的输出端还连接至所述延时单元的输入端,所述延时单元 的输出端作为所述驱动及延时电路的输出端连接至所述输出电路的输入端。[0017] 进一步地,所述输出电路包括:三极管Q3,所述三极管Q3的基极连接至所述驱动 及延时电路的输出端,所述三极管Q3的发射极接地,所述三极管Q3的集电极作为所述输出 电路的输出端连接至所述开关电路的输入端。[0018] 进一步地,所述开关电路包括:M0S管Q4、电阻R20、电阻R21以及电容C7 ;所述MOS 管Q4的栅极通过所述电阻R20连接至所述第一开关管的输入端与所述第二限流电阻连接 的连接端,所述MOS管Q4的栅极还通过所述电阻R21连接至所述输出电路的输出端,所述 MOS管Q4的栅极还通过所述电容C7连接至所述MOS管Q4的源极,所述MOS管Q4的漏极接 地。[0019] 进一步地,所述开关电路包括:M0S管Qll、MOS管Q12、二极管D6、电阻R34、电阻 R32、电阻R33、电容Cll以及电容C12 ;所述电阻R34与所述电容Cll依次串联连接在所述 第一开关管的输入端与第二限流电阻R16连接的连接端与地之间;所述电阻R34与所述电 容Cll的串联连接端连接至所述输出电路的输出端,所述电阻R34与所述电容Cll的串联 连接端还连接至所述MOS管Q12的栅极;所述MOS管Q12的源极接地,所述MOS管Q12的漏 极通过所述电阻R33连接至所述MOS管Qll的栅极;所述电容Cll连接在所述MOS管Qll 的源极与栅极之间,所述电阻R32与所述电容Cll并联连接,所述二极管D6的阴极连接至 所述MOS管Qll的源极,所述二极管D6的阳极连接至所述MOS管Qll的栅极;所述MOS管 Qll的源极连接所述输入电压,所述MOS管Qll的漏极作为所述开关电路的输出端连接负 载。[0020] 进一步地,所述输入过压保护电路还包括:连接在所述开关电路的输出端的电压 钳位电路,用于使得输入过压保护电路中的各个元器件都工作在低压安全范围内。[0021] 本发明实施例的另一目的在于提供一种DC-DC电源转换装置,其包括上述输入过 压保护电路。[0022] 本发明实施例提供的输入过压保护电路采用电压检测电路对输入电压进行检测, 当输入电压高于设定的参考电压时,通过开关电路将负载6与输入电压进行断开隔离,保 护负载不被损坏;这种电路结构简单,成本低,可靠性高。附图说明[0023] 图1是本发明实施例提供的一种输入过压保护电路的模块结构示意图;[0024] 图2是本发明第一实施例提供的输入过压保护电路的电路图;[0025] 图3是本发明实施例提供的TL431的内部结构示意图;[0026] 图4是本发明第二实施例提供的输入过压保护电路的电路图;[0027] 图5是本发明第三实施例提供的输入过压保护电路的电路图;[0028] 图6是本发明第四实施例提供的输入过压保护电路的电路图;[0029] 图7是本发明第五实施例提供的输入过压保护电路的电路图;[0030] 图8是本发明第六实施例提供的输入过压保护电路的电路图;[0031] 图9是本发明实施例提供的另一种输入过压保护电路的模块结构示意图;[0032] 图10是本发明实施例提供的电压钳位电路的电路图。具体实施方式[0033] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对 本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并 不用于限定本发明。[0034] 本发明实施例提供的输入过压保护电路采用电压检测电路对输入电压进行检测, 当输入电压高于设定的参考电压时,通过开关电路将负载6与输入电压进行断开隔离,保 护负载不被损坏;这种电路结构简单,成本低,可靠性高。[0035] 本发明实施例提供的输入过压保护电路主要应用于DC-DC电源转换装置中,对输 入过压进行保护,图1示出了本发明实施例提供的一种输入过压保护电路的模块结构,为了便于说明,仅示出了与本发明实施例相关的部分,详述如下:[0036] 输入过压保护电路包括:顺次连接的电压检测电路1、驱动及延时电路2、输出电 路3以及开关电路4 ;其中,电压检测电路1对输入电压VCC进行检测,将检测电压与设定 的参考电压进行比较,根据比较结果输出相应的电压信号;驱动及延时电路2根据电压检 测电路1输出的电压信号输出相应的驱动及延时信号;输出电路3根据驱动及延时电路2 输出的驱动及延时信号输出开关控制信号,控制开关电路4的导通与断开;开关电路4的输 出端连接负载6,当输入过压时,开关电路4断开,将负载6与输入电压VCC进行隔离,起到 保护负载6的作用。[0037] 在本发明实施例中,开关电路4可以连接在负载6的负极输入端_(如图1所示), 开关电路4也可以连接在负载6的正极输入端+,还可以在负载6的正极输入端+和负极输 入端-各连接一个开关电路4。[0038] 图2示出了本发明第一实施例提供的输入过压保护电路的电路图,为了便于说 明,仅示出了与本发明第一实施例相关的部分,详述如下:[0039] 电压检测电路1包括:电压基准源Q9以及依次串联连接在输入电压VCC与地之间 的第一分压电阻R26和第二分压电阻R31 ;其中,电压基准源Q9的输入端连接在第一分压 电阻似6与第二分压电阻R31的串联连接端Si,电压基准源Q9的地端接地,电压基准源Q9 的输出端作为电压检测电路1的输出端连接至驱动及延时电路2的输入端。[0040] 驱动及延时电路2包括:第一开关管21、第一偏置电阻R24、第一限流电阻R15、第 二限流电阻R16以及延时单元22 ;第一开关管21的控制端连接至电压基准源Q9的输出端, 第一开关管21的输入端通过依次串联连接的第二限流电阻R16和第一限流电阻R15连接 至输入电压VCC,第一偏置电阻R24的一端连接至第一开关管21的输入端与第二限流电阻 R16连接的连接端S3,第一偏置电阻R24的另一端连接至第一开关管21的控制端;第一开 关管21的输出端连接至延时单元22的输入端,延时单元22的输出端作为驱动及延时电路 2的输出端连接至输出电路3的输入端。[0041] 在本发明实施例中,输入过压保护电路的反应时间不能过快,也不能过慢;通常在 DC电压输入端口需要满足相关浪涌电压测试标准,反应时间过快将导致电路误动作;反应 过慢将起不到保护的目的,因此,该过压保护电路中需要有可调整延时的电路来满足各种 条件的需求;本发明实施例提供的输入过压保护电路是采用延时单元22来满足上述要求。[0042] 作为本发明的一个实施例,延时单元22包括:依次串联连接在第一开关管21的输 出端与地之间的电阻R29以及电容C8 ;其中电阻R29与电容C8的串联连接端S2作为驱动 及延时电路2的输出端连接至输出电路3的输入端。[0043] 在本发明实施例中,第一开关管21可以为三极管Q6,也可以为MOS管等其他具有 开关功能的元器件;其中,三极管Q6的基极连接至电压基准源Q9的输出端,三极管Q6的发 射极通过依次串联连接的第二限流电阻R16和第一限流电阻R15连接至输入电压VCC,第一 偏置电阻R24的一端连接至三极管Q6的发射极与第二限流电阻R16连接的连接端,第一偏 置电阻RM的另一端连接至三极管Q6的基极;三极管Q6的集电极连接至延时单元22的输 入端。作为本发明的一个实施例,三极管Q6为PNP型三极管。[0044] 输出电路3包括:第一三极管Q7以及第二三极管Q8 ;其中第一三极管Q7的发射 极连接至第一开关管21的输入端与第二限流电阻R16连接的连接端S3,第一三极管Q7的8集电极连接至第二三极管Q8的基极,第二三极管Q8的发射极接地,第二三极管Q8的集电 极连接至第一三极管Q7的基极。为了防止漏电流的误动作,在第一三极管Q7的基极与发 射极之间连接有第二偏置电阻R27 ;在在第二三极管Q8的基极与发射极之间连接有第三偏 置电阻R30。[0045] 作为本发明的一个实施例,第一三极管Q7为PNP型三极管,第二三极管Q8为NPN型三极管。[0046] 开关电路4包括:M0S管Q10、二极管D5、电容C9以及电阻R25 ;其中电阻R25的一 端连接至第一开关管21的输入端与第二限流电阻R16连接的连接端S3,电阻R25的另一端 通过电容C9连接至MOS管QlO的源极;电阻R25与电容C9的串联连接端S4连接至二极管 D5的阳极,二极管D5的阴极连接至第一开关管21的输入端与第二限流电阻R16连接的连 接端S3 ;电阻R25与电容C9的串联连接端S4还连接至MOS管QlO的栅极,MOS管QlO的源 极连接至第二三极管Q8的发射极,MOS管QlO的漏极接地。[0047] 在本发明实施例中,输入过压保护电路必须具备先检测输入电压,后开通电路的 功能;即保证电路输入电压正常后才能将后续负载接入电路;电阻R25与电容C9构成的延 时单元可以使本发明实施例提供的输入过压保护电路很好的满足上述要求。[0048] 作为本发明的一个实施例,开关电路4还包括:电容C10,连接在电阻R25与电容 C9的串联连接端S4与地之间,用于开机缓冲。作为本发明的一个实施例,MOS管QlO为N 型MOS管。[0049] 在本发明实施例中,电压基准源Q9可以为TL431芯片,图3示出了 TL431芯片的 内部结构示意图,为了便于说明,仅示出了与本发明实施例相关的部分,详述如下:[0050] TL431芯片内部集成精确的2. 5V基准电压及电压比较器Al,当同向端REF上的电 压高于2. 5V时,内部三极管Ql将导通;此时通过第一分压电阻似6和第二分压电阻R31对 输入电压VCC进行分压,当分压的值超过2. 5V时电路动作,这样可以通过调整第一分压电 阻似6和第二分压电阻R31的阻值来设置不同的过压保护点。由于TL431芯片内部基准精 度高,因此可以达到高精度的电压保护点设置。另一方面TL431芯片正常工作时只需要ImA 的电流,与现有的采用普通的基准电压加比较器构成的电路相比,工作电流小很多,因此本 发明实施例中采用TL431芯片可以提高过压保护电路的可靠性。[0051] 为了更进一步说明本发明第一实施例提供的输入过压保护电路,现结合图2和图 3详述其工作原理如下;为了便于描述,电压基准源Q9以TL431芯片为例,第一开关管21以 三极管Q6为例,延时单元22以电阻似9和电容C8为例。[0052] TL431芯片内部集成精确的2. 5V基准电压及电压比较器Al,当同向端REF上的电 压高于2. 5V时,内部三极管Ql导通;此时通过第一分压电阻似6和第二分压电阻R31对输 入电压VCC进行分压,当分压的值超过2. 5V时,TL431芯片的输出端CATHODE产生一个较大 电流流过第一偏置电阻R24,当第一偏置电阻RM上的电压超过0. 7V时,三极管Q6产生基 极电流使三极管Q6导通,三极管Q6导通后产生集电极电流,该集电极电流流进由电阻R29 和电容C8构成的延时单元22中,该集电极电流通过电阻似9给电容C8慢慢充电,直到电 容C8上的电压达到第二二极管Q8的导通电压。通过调整电阻似9与电容C8的值就能起 到调整延迟时间的作用,以满足不同标准的浪涌电压需求。[0053] 假设第二三极管Q8基极受到信号触发使第二三极管Q8导通,第二三极管Q8导通后,第二三极管Q8的集电极电流流过第一三极管Q7的基极,使第一三极管Q7也导通; 第一三极管Q7导通后,第一三极管Q7的集电极电流又给第二三极管Q8的基极提供电流; 这样即使外部触发信号撤掉,第二三极管Q8和第一三极管Q7都将维持导通状态。本发明 实施例提供的输出电路3利用这个特点来实现输入过压保护电路的锁定功能;当输入过压 时,TL431芯片产生一个大电流使三极管Q6导通,三极管Q6导通后产生一个集电极电流来 触发第二三极管Q8,一旦第二三极管Q8导通,第一三极管Q7也导通并保持这个状态,此时 即使三极管Q6停止工作,第二三极管Q8和第一三极管Q7也不会恢复;只有断开输入电压 VCC后锁定状态才会解除。因此这个保护电路需要断电才能恢复。关于需要断电才能恢复, 这对过压保护电路来说是没有问题的;因为通常发生过压的情况是前一级电路出现问题或 者是操作人员将输入电压接错了,不论是哪种情况都需要将前面的输入电压VCC断开再接 上,这样电路自然也就恢复了。[0054] 开关电路4利用接在低电平上的N型MOS管QlO来做开关使用,当过压时第一三 极管Q7、第二三极管Q8导通使MOS管QlO的栅源极之间的电压钳位在IV以内,使MOS管 QlO关闭从而保护后续电路。[0055] 在本发明实施例中,电阻R25给MOS管QlO的栅极提供一个充电回路,而电容C9与 电容ClO起到延时的作用,其中电阻R25、电容C9和电容ClO的值都比较大,产生一个较大 的延时,该延时要保证在电容C9上的电压在达到MOS管QlO的栅源极之间的门槛电压前, TL431芯片以及三极管Q6、第一三极管Q7、第二三极管Q8都已经对输入电压VCC已经完成 检测;从而保证输入电压VCC在过压的情况下不会有任何瞬间打开MOS管QlO的现象。由 于电阻R25与电容C9的值都很大,因此这个条件很容易满足。然而,过大的电阻R25对MOS 管QlO的关闭也带来严重的延时,因此增加二极管D5,其目的是在需要关闭的时候能迅速 把电容C9和电容ClO上电放掉以关闭MOS管QlO ;这样MOS管QlO的开启和关闭得到分开 的控制,达到开启延时,关闭及时的目的。[0056] 图4示出了本发明第二实施例提供的输入过压保护电路的电路图,为了便于说 明,仅示出了与本发明实施例相关的部分,详述如下:[0057] 在本发明第二实施例提供的输入过压保护电路中,电压检测电路1、驱动及延时电 路2以及开关电路4与本发明第一实施例提供的输入过压保护电路中的电压检测电路1、驱 动及延时电路2以及开关电路4 一样,为了节约篇幅,在此不再详述。[0058] 与本发明第一实施例提供的输入过压保护电路相比,本发明第二实施例提供的输 入过压保护电路中的输出电路3包括:可控硅Q5,其中,可控硅Q5的控制极连接至驱动及 延时电路2的输出端,可控硅Q5的阳极连接至第一开关管21的输入端与第二限流电阻R16 连接的连接端S3,可控硅Q5的阴极接地。[0059] 本发明第二实施例提供的输入过压保护电路与本发明第一实施例提供的输入过 压保护电路的工作原理类似,因此在此不再赘述。[0060] 图5示出了本发明第三实施例提供的输入过压保护电路的电路图,为了便于说 明,仅示出了与本发明实施例相关的部分,详述如下:[0061] 在本发明第三实施例提供的输入过压保护电路中,电压检测电路1、驱动及延时电 路2以及输出电路3与本发明第一实施例提供的输入过压保护电路中的电压检测电路1、驱 动及延时电路2以及输出电路3—样,为了节约篇幅,在此不再详述。[0062] 与本发明第一实施例提供的输入过压保护电路相比,本发明第三实施例提供的输 入过压保护电路中的开关电路4包括:M0S管Qll、MOS管Q12、二极管D6、电阻R34、电阻 R32、电阻R33以及电容C11、电容C12 ;其中,电阻R28与电容Cll依次串联连接在第一开 关管21的输入端与第二限流电阻R16连接的连接端S3与地之间;电阻R34与电容Cll的 串联连接端连接至MOS管Q12的栅极,MOS管Q12的源极接地,MOS管Q12的漏极通过电阻 R33连接至MOS管Ql 1的栅极,MOS管Ql 1的源极连接输入电压VCC,电容Cl 1连接在MOS管 Qll的源极与栅极之间,电阻R32与电容Cll并联连接,二极管D6与电容Cll并联连接,二 极管D6的阴极连接至MOS管Qll的源极,二极管D6的阳极连接至MOS管Qll的栅极;MOS 管Qll的漏极作为开关电路4的输出端连接后续的负载电路。[0063] 在本发明第三实施例提供的输入过压保护电路中,MOS管Qll与MOS管Q12均可 以采用三极管等其他任何起开关作用的元器件代替。[0064] 在本发明第三实施例提供的输入过压保护电路中,开关电路4的工作原理如下: 电阻R34与电容C12是起延时作用,通过该延时给电压检测电路1提供一段的工作时间,确 保电压检测电路1对输入电压检测检测完成后MOS管Q12才会导通,MOS管Q12是MOS管 Qll的驱动电路。MOS管Qll为P-MOS管,当MOS管Qll的栅源极电压为负时,MOS管Qll 导通,MOS管Qll的源极接到输入电压VCC,MOS管Q12没导通时,MOS管Q12的栅极通过电 阻R32接到输入电压VCC,因此MOS管Q12的栅极电压也是VCC,MOS管Qll的栅源极电压 为零,MOS管Qll不导通。当MOS管Q12导通后,MOS管Qll的源极电压为输入电压VCC,而 MOS管Qll的栅极电压被MOS管Q12拉低使MOS管Qll的栅源极电压变成负的,而使MOS管 Qll导通。其中,二极管D6的作用是钳位MOS管Qll的栅源极电压,使得当输入电压VCC不 管为多少时,MOS管Qll的栅源极电压都能安全的工作。其中,电阻R32可以保证在MOS管 Q12关闭时,使MOS管Qll的栅极电压接近于输入电压VCC ;电阻R32还与电阻R33组成分 压,使MOS管Qll的栅源极电压能够在一定的范围内工作。在一定条件下可以省略二极管 D6 ;但是当输入电压变化范围很大时,电阻R32和电阻R33的分压也变化很大,不能满足需 求时有必要增加二极管D6。其中,电阻R33起到限流的作用:M0S管Q12导通后,二极管D6 的电流就是通过电阻R33进行限流,因此,电阻R33是二极管D6的限流电阻;在MOS管Q12 导通瞬间,电容Cll需要一个充电过程,如果没有电阻R33,则该充电电流会非常大,加入电 阻R33后,最大充电电流被限制,减小了 MOS管Q12的冲击电流,起到保护的作用。其中,电 容Cll与电阻R33组成RC充电电路,使MOS管Qll的栅源极电压缓慢上升,这样使得MOS 管Qll缓慢打开而减小MOS管Qll打开过程中输入电压VCC对负载的电流冲击。[0065] 图6示出了本发明第四实施例提供的输入过压保护电路的电路图,为了便于说 明,仅示出了与本发明实施例相关的部分,详述如下:[0066] 在本发明第四实施例提供的输入过压保护电路中,电压检测电路1、驱动及延时电 路2以及输出电路3与本发明第二实施例提供的输入过压保护电路中的电压检测电路1、驱 动及延时电路2以及输出电路3—样,为了节约篇幅,在此不再详述。[0067] 与本发明第二实施例提供的输入过压保护电路相比,本发明第四实施例提供的输 入过压保护电路中的开关电路4包括:M0S管Qll、MOS管Q12、二极管D6、电阻R34、电阻 R32、电阻R33以及电容C11、电容C12 ;其中,电阻R34与电容Cll依次串联连接在第一开 关管21的输入端与第二限流电阻R16连接的连接端S3与地之间;电阻R34与电容Cll的串联连接端连接至MOS管Q12的栅极,MOS管Q12的源极接地,MOS管Q12的漏极通过电阻 R33连接至MOS管Ql 1的栅极,MOS管Ql 1的源极连接输入电压VCC,电容Cl 1连接在MOS管 Qll的源极与栅极之间,电阻R32与电容Cll并联连接,二极管D6与电容Cll并联连接,二 极管D6的阴极连接至MOS管Qll的源极,二极管D6的阳极连接至MOS管Qll的栅极;MOS 管Qll的漏极作为开关电路4的输出端连接后续的负载电路。[0068] 图7示出了本发明第五实施例提供的输入过压保护电路的电路图,为了便于说 明,仅示出了与本发明实施例相关的部分,详述如下:[0069] 电压检测电路1包括:电压基准源Q9、电阻R28以及依次串联连接在输入电压VCC 与地之间的第一分压电阻似6和第二分压电阻R31 ;其中,电压基准源Q9的输入端连接在 第一分压电阻R26与第二分压电阻R31的串联连接端Si,电压基准源Q9的地端接地,电压 基准源Q9的输出端作为电压检测电路1的输出端连接至驱动及延时电路2的输入端;电阻 R28的一端连接至第一分压电阻R26与第二分压电阻R31的串联连接端Si,电阻R28的另 一端与驱动及延时电路2连接。[0070] 本发明第五实施例提供的输入过压保护电路中的驱动及延时电路2与本发明第 一实施例提供输入过压保护电路中的驱动及延时电路2相比,增加了电阻R14 ;其中,电阻 R14连接在电压基准源Q9的输出端与三极管Q6的基极之间,三极管Q6的集电极与电压检 测电路1中的电阻似8连接。[0071] 输出电路3包括:三极管Q3,其中,三极管Q3的基极连接至驱动及延时电路2输 出端,三极管Q3的发射极接地,三极管Q3的集电极作为输出电路3的输出端连接至开关电 路4的输入端。为了防止漏电流产生的误动作,在三极管Q3的基极与地之间还连接有偏置 电阻R23。作为本发明的一个实施例,三极管Q3为NPN型三极管。[0072] 开关电路4包括:M0S管Q4、电阻R20、电阻R21以及电容C7 ;其中,MOS管Q4的栅 极通过电阻R20连接至第一开关管21的输入端与第二限流电阻R16连接的连接端S3,M0S 管Q4的栅极还通过电阻R21连接至输出电路3的输出端,MOS管Q4的栅极还通过电容C7 连接至MOS管Q4的源极,MOS管Q4的漏极接地。作为本发明的一个实施例,MOS管Q4为N 型MOS管。[0073] 为了更进一步说明本发明第五实施例提供的输入过压保护电路,现结合图7详述 其工作原理如下:[0074] 在正常输入电压VCC的情况下,电阻R31上的电压小于2. 5V,此时电压基准源Q9 处于截止状态,三极管Q6和三极管Q3都不导通,此时MOS管Q4导通,电路正常工作。这 时可以看作是三极管Q6断开,电阻似8与电阻R29、电阻R23串联后接地;电阻似8右端与 电阻似9相接处S5的电位相对较低。当输入电压VCC升高使电阻R31上的压降高于2. 5V 时,电压基准源Q9导通并触发三极管Q6导通,三极管Q6导通后提高了电阻似8右端与电 阻似9接点处S5的电压,使得三极管Q3导通,MOS管Q4关闭,保护后续负载电路。由于增 加了从电阻似8流到电阻R31上的电流,使电阻R31上的电压进一步升高;刚进行过压保护 时电阻R31上的电压是2. 5V,一旦进入过压保护状态,则电阻R31两端的电压高于2. 5V。[0075] 由于电阻R31上的电压进一步升高,高于2. 5V;如果要使电阻R31上电压小于 2. 5V,就必须使输入电压VCC下降到比刚保护时更低的电压,电路才能恢复。这样就相当于 通过电阻似8构建了两个门限电压,形成一个迟滞比较器的作用,因此电路既可保证在保护点附近不会发生震荡;而且还可根据需要通过设计不同的电阻值对电路的保护点和恢复 点的电压进行设置。[0076] 图8示出了本发明第六实施例提供的输入过压保护电路的电路图,为了便于说 明,仅示出了与本发明实施例相关的部分,详述如下:[0077] 在本发明第六实施例提供的输入过压保护电路中,电压检测电路1、驱动及延时电 路2以及输出电路3与本发明第五实施例提供的输入过压保护电路中的电压检测电路1、驱 动及延时电路2以及输出电路3—样,为了节约篇幅,在此不再详述。[0078] 与本发明第五实施例提供的输入过压保护电路相比,本发明第六实施例提供的输 入过压保护电路中的开关电路4包括:M0S管Qll、MOS管Q12、二极管D6、电阻R34、电阻 R32、电阻R33以及电容C11、电容C12 ;其中,电阻R34与电容Cll依次串联连接在第一开 关管21的输入端与第二限流电阻R16连接的连接端S3与地之间;电阻R34与电容Cll的 串联连接端连接至MOS管Q12的栅极,MOS管Q12的源极接地,MOS管Q12的漏极通过电阻 R33连接至MOS管Ql 1的栅极,MOS管Ql 1的源极连接输入电压VCC,电容Cl 1连接在MOS管 Qll的源极与栅极之间,电阻R32与电容Cll并联连接,二极管D6与电容Cll并联连接,二 极管D6的阴极连接至MOS管Qll的源极,二极管D6的阳极连接至MOS管Qll的栅极;MOS 管Qll的漏极作为开关电路4的输出端连接后续的负载电路。[0079] 在本发明实施例中,为了使输入过压保护电路的电压应用范围更宽,在图1所示 的一种输入过压保护电路的模块结构图上增加一个电压钳位电路5,图9示出了本发明实 施例提供的另一种输入过压保护电路的模块结构,为了便于说明,仅示出了与本发明实施 例相关的部分,详述如下:[0080] 输入过压保护电路包括:顺次连接的电压检测电路1、驱动及延时电路2、输出电 路3、开关电路4以及电压钳位电路5 ;其中,电压检测电路1对输入电压VCC进行检测,将 检测电压与设定的参考电压进行比较,根据比较结果输出相应的电压信号;驱动及延时电 路2根据电压检测电路1输出的电压信号输出相应的驱动及延时信号;输出电路3根据驱 动及延时电路2输出的驱动及延时信号输出开关控制信号,并控制开关电路4的导通与断 开;开关电路4的输出端连接负载6,当输入过压时,开关电4路断开,将负载6与输入电压 VCC进行隔离,起到保护负载6的作用;电压钳位电路5使得输入过压保护电路中的各个元 器件都工作在低压安全范围内,避免了在过压时电路元器件被击穿损坏,保证在输入电压 过高条件下电路稳定工作,同时也提高了电路可承受耐压,极大的提高了电路的应用范围。 [0081 ] 图10示出了本发明实施例提供的电压钳位电路5的电路图,为了便于说明,仅示 出了与本发明实施例相关的部分,详述如下:[0082] 电压钳位电路5包括:二极管D7,其中二极管D7的阴极连接至开关电路4的输出 端,二极管D7的串阳极接地。[0083] 本发明实施例提供的电压钳位电路5可以增加到上述第一实施例至第六实施例 中任意一个电路中。在采用电压钳位电路5之后的输入过压保护电路中,不管输入电压VCC 为多大,输入过压保护电路中所有半导体元件都可以工作在稳压管所稳定的电压之内,这 使得输入过压保护电路的应用范围得到极大的提高;适用于非常宽的电压范围且能稳定可靠的工作。[0084] 本发明实施例提供的输入过压保护电路采用电压检测电路对输入电压进行检测,当输入电压高于设定的参考电压时,通过开关电路将负载6与输入电压进行断开隔离,保 护负载不被损坏;这种电路结构简单,成本低,可靠性高。[0085] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1. 一种输入过压保护电路,其特征在于,所述输入过压保护电路包括:顺次连接的电压检测电路(1)、驱动及延时电路O)、输出电路(3)以及开关电路; 所述电压检测电路(1)对所述输入电压(VCC)进行检测,将检测到的电压与设定的参 考电压进行比较,根据比较结果输出相应的电压信号;所述驱动及延时电路(¾根据所述电压检测电路(1)输出的电压信号输出相应的驱动 及延时信号;所述输出电路C3)根据所述驱动及延时电路(¾输出的驱动及延时信号输出开关控制 信号,控制所述开关电路的导通与断开;所述开关电路⑷的输出端连接负载(6),当输入过压时,所述开关电路⑷断开,将负 载(6)与输入电压(VCC)进行隔离。
2.如权利要求1所述的输入过压保护电路,其特征在于,所述电压检测电路(1)包括: 电压基准源0^9)以及依次串联连接在输入电压(VCC)与地之间的第一分压电阻(R26)和第二分压电阻(R31);所述电压基准源0^9)的输入端连接在所述第一分压电阻(R26)与所述第二分压电阻 (R31)的串联连接端(Si),所述电压基准源0^9)的地端接地,所述电压基准源0^9)的输出 端作为所述电压检测电路(1)的输出端连接至所述驱动及延时电路O)的输入端。
3.如权利要求2所述的输入过压保护电路,其特征在于,所述驱动及延时电路(2)包括:第一开关管、第一偏置电阻(R24)、第一限流电阻(R15)、第二限流电阻(R16)以及 延时单元02);所述第一开关管的控制端连接至所述电压基准源0^9)的输出端,所述第一开关 管的输入端通过依次串联连接的所述第二限流电阻(R16)和所述第一限流电阻(R15) 连接至所述输入电压(VCC),所述第一偏置电阻(RM)的一端连接至所述第一开关管 的输入端与所述第二限流电阻(R16)连接的连接端(S3),所述第一偏置电阻(RM)的另一 端连接至所述第一开关管的控制端;所述第一开关管的输出端连接至所述延时 单元0¾的输入端,所述延时单元0¾的输出端作为所述驱动及延时电路O)的输出端 连接至所述输出电路(3)的输入端。
4.如权利要求3所述的输入过压保护电路,其特征在于,所述输出电路(3)包括: 第一三极管0^7)以及第二三极管0^8);所述第一三极管0^7)的发射极连接至所述第一开关管的输入端与所述第二限流 电阻(R16)连接的连接端(S3),所述第一三极管0^7)的集电极与所述第二三极管0^8)的 基极连接后再连接至所述驱动及延时电路(¾的输出端,所述第二三极管0^8)的发射极接 地,所述第二三极管0^8)的集电极连接至所述第一三极管0^7)的基极。
5.如权利要求4所述的输入过压保护电路,其特征在于,所述开关电路(4)包括: MOS管Q10、二极管D5、电容C9以及电阻R25 ;所述电阻R25的一端连接至所述第一开关管的输入端与所述第二限流电阻(R16) 连接的连接端(S3),所述电阻R25的另一端通过所述电容C9连接至所述MOS管QlO的源 极;所述电阻R25与所述电容C9的串联连接端(S4)连接至所述二极管D5的阳极,所述二极管D5的阴极连接至所述第一开关管的输入端与所述第二限流电阻R16连接的连接 端(S3);所述电阻R25与所述电容C9的串联连接端(S4)还连接至所述MOS管QlO的栅极,所 述MOS管QlO的源极连接至所述第二三极管0^8)的发射极,MOS管QlO的漏极接地。
6.如权利要求2所述的输入过压保护电路,其特征在于,所述电压检测电路(1)还包括:电阻R28,其一端连接至所述第一分压电阻(R26)与所述第二分压电阻(R31)的串联连 接端Si,所述电阻R28的另一端与所述驱动及延时电路连接。
7.如权利要求6所述的输入过压保护电路,其特征在于,所述驱动延时电路(2)包括: 第一开关管(21)、第一偏置电阻(RM)、第一限流电阻(R15)、第二限流电阻(R16)、电阻R14以及延时单元02);所述第一开关管的控制端连接至所述电压基准源0^9)的输出端,所述第一开关 管的输入端通过依次串联连接的所述第二限流电阻(R16)和所述第一限流电阻(R15) 连接至所述输入电压(VCC);所述第一偏置电阻(RM)的一端连接至所述第一开关管的输入端与所述第二限 流电阻(R16)连接的连接端(S3),所述第一偏置电阻(RM)的另一端连接至所述第一开关 管的控制端;所述电阻R14连接在所述电压基准源0^9)的输出端与所述第一开关管的控制端 之间;所述第一开关管的输出端通过所述电阻似8连接至所述第一分压电阻(R26)与 所述第二分压电阻(R31)的串联连接端(Si);所述第一开关管的输出端还连接至所 述延时单元0¾的输入端,所述延时单元0¾的输出端作为所述驱动及延时电路O)的 输出端连接至所述输出电路(3)的输入端。
8.如权利要求7所述的输入过压保护电路,其特征在于,所述输出电路(3)包括: 三极管Q3,所述三极管Q3的基极连接至所述驱动及延时电路O)的输出端,所述三极管Q3的发射极接地,所述三极管Q3的集电极作为所述输出电路(3)的输出端连接至所述 开关电路⑷的输入端。
9.如权利要求8所述的输入过压保护电路,其特征在于,所述开关电路(4)包括: MOS管Q4、电阻R20、电阻R21以及电容C7 ;所述MOS管Q4的栅极通过所述电阻R20连接至所述第一开关管的输入端与所述 第二限流电阻(R16)连接的连接端(S3),所述MOS管Q4的栅极还通过所述电阻R21连接至 所述输出电路(3)的输出端,所述MOS管Q4的栅极还通过所述电容C7连接至所述MOS管 Q4的源极,所述MOS管Q4的漏极接地。
10.如权利要求8所述的输入过压保护电路,其特征在于,所述开关电路(4)包括: MOS管Qll、MOS管Q12、二极管D6、电阻R34、电阻R32、电阻R33、电容Cll以及电容C12 ;所述电阻R34与所述电容Cll依次串联连接在所述第一开关管的输入端与第二 限流电阻R16连接的连接端(S;?)与地之间;所述电阻R34与所述电容Cll的串联连接端连接至所述输出电路(3)的输出端,所述电阻R34与所述电容Cll的串联连接端还连接至所述MOS管Q12的栅极;所述MOS管Q12的源极接地,所述MOS管Q12的漏极通过所述电阻R33连接至所述MOS 管Qll的栅极;所述电容Cl 1连接在所述MOS管Ql 1的源极与栅极之间,所述电阻R32与所述电容Cl 1 并联连接,所述二极管D6的阴极连接至所述MOS管Qll的源极,所述二极管D6的阳极连接 至所述MOS管Qll的栅极;所述MOS管Qll的源极连接所述输入电压(VCC),所述MOS管Qll的漏极作为所述开关 电路⑷的输出端连接负载。
11.如权利要求1所述的输入过压保护电路,其特征在于,所述输入过压保护电路还包 括:连接在所述开关电路(4)的输出端的电压钳位电路(5),用于使输入过压保护电路中的 各个元器件都工作在低压安全范围内。
12. —种DC-DC电源转换装置,其包括输入过压保护电路,其特征在于,所述输入过压 保护电路为权利要求1-11任一项所述的输入过压保护电路。
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Inventor before: Yang Mingsheng

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