CN102842885A

CN102842885A - 保护电路及具有保护电路的电子装置

Info

Publication number: CN102842885A
Application number: CN2011101689959A
Authority: CN
Inventors: 王引战
Original assignee: Shenzhen Yuzhan Precision Technology Co ltd; Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Current assignee: Changshu University Science And Technology Park Co ltd
Priority date: 2011-06-22
Filing date: 2011-06-22
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2031-06-22
Also published as: CN102842885B; TWI517511B; US8792220B2; US20120327542A1; TW201301702A

Abstract

本发明涉及一种保护电路以及具有该保护电路的电子装置，该保护电路至少包括过压保护单元与过流保护单元，该过压保护单元用于防止输入负载电路的电源信号大于其正常工作的电压值，该过流保护单元用于防止负载电路中超过预定值的电信号回流至其前端电路中，以有效降低电子装置中的电子元件由于输入过压或负载过流而被烧毁的可能性。

Description

保护电路及具有保护电路的电子装置

技术领域

本发明涉及一种保护电路，尤其涉及具有过压及过流保护功能的电路。

背景技术

目前，电子设备广泛地应用于生产及生活中，电子设备通常需要设置一电源电路为其提供工作所要的电压及电流信号。然而，当该电源电路由于元件老化、失效、短路或者其它外界原因，例如雷击或电网原因而使得输入的电压或输出的电流超过电子设备正常工作的电压时，则该电子设备中的电路以及电源线路由于过压或过流而被烧毁的可能性较大。

发明内容

为解决现有技术中电子设备由于输入过压或者输出过流而被烧毁的可能性较大的问题，提供一种输入过压与负载过流保护电路。

一种保护电路，其包括依序电性连接的第一输入端、过压保护单元、过流保护单元与第一输出端，该第一输入端用于输入电源信号，该第一输出端用于输出该电源信号至负载电路，该过压保护单元根据该第一输入端接收的电源信号的电压大小，选择性断开该第一输入端与第一输出端之间的电路，若该第一输入端接收的电源信号的电压值大于第一预定值，该过压保护单元使得该第一输入端与过流保护单元断开；该过流保护单元根据该第一输出端输出的电源信号的电流大小，选择性断开该第一输入端与第一输出端之间的电路，若该第一输出端的电源信号的电流值大于第二预定值，该过流保护单元使得该过压保护单元与该第一输出端断开。

一种电子装置，其至少包括电源电路、保护电路与负载电路，该电源电路通过该保护电路将电源信号输出至负载电路，该保护电路用于防止该负载电路接收的电源信号大于第一预定值，以及防止该负载电路中大于第二预定值的电源信号回流至电源电路。

相较于现有技术，该输入过压与负载过流保护电路可以防止自输入端输入的电源信号超过负载正常工作的范围，同时，也可以有效防止当输出端的负载电路出现短路导致输出端电流超过输入端各元件的正常工作范围，从而有效对该电子设备中的所有电路元件进行保护，降低由于过压或者过流导致电子元件以及电子设备被烧毁的可能性。

附图说明

图1为本发明一实施方式中电子装置的方框示意图。

图2为本发明一实施方式中输入过压与负载过流保护电路的方框示意图。

图3为本发明一实施方式中输入过压保护电路的电路方框图。

图4为本发明一实施方式中负载过流保护电路的电路方框图。

图5为本发明一实施方式中输入过压保护与负载过流保护电路的具体电路结构图。

主要元件符号说明

保护电路　　　　　　　　　100

第一输入端　　　　　　　　101

过压保护单元　　　　　　　110

第一滤波单元　　　　　　　130

过流保护单元　　　　　　　150

第二滤波单元　　　　　　　170

第一输出端　　　　　　　　103

第二输入端　　　　　　　　111

第二输出端　　　　　　　　113

过压检测单元　　　　　　　112

第一控制单元　　　　　　　114

第一延迟单元　　　　　　　1141

第一开关单元　　　　　　　116

第三输入端　　　　　　　　151

第三输出端　　　　　　　　153

过流检测单元　　　　　　　152

第二控制单元　　　　　　　154

第二开关单元　　　　　　　156

电阻　　　　　　　　　　　R1~R6

电容　　　　　　　　　　　C1~C6

开关管　　　　　　　　　　Q1~Q4

稳压二极管　　　　　　　　D1

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

请参阅图1，其为本发明一实施方式中电子装置的方框示意图。电子装置10包括依序电连接的电源电路200、保护电路100以及负载电路300。电源电路200用于提供电源信号，为保护电路100以及负载电路300提供各元件工作所需要的电能。保护电路100位于电源电路200及负载电路300之间的电路中，用于选择性地连接或断开电源电路200与负载电路300之间的电性连接。负载电路300可以是需要5V或12~36V左右工作电压的信号处理电路、显示驱动电路、背光驱动电路等，在本发明其他实施方式中，并不以此为限。在本实施方式中，以负载电路300需要5V的工作电压进行说明。电子装置10可以是便携式电子装置，例如手机、音乐播放器、个人数字助理（PDA）、电视、个人电脑等。

请参阅图2，其为本发明一实施方式中保护电路的方框示意图。在本实施方式中，保护电路100包括依次电连接的第一输入端101、过压保护单元110、过流保护单元150以及第一输出端103。第一输入端101接收来自电源电路200输出的该电源信号，并且通过过压保护单元110、过流保护单元150后由第一输出端103输出给负载电路300。

第一输入端101用于连接电源电路200，以输入电源电路200提供的电源信号。过压保护单元110位于第一输入端101与第一输出端103之间的电路中，并且根据接收到的电源信号的电压值，选择性地导通或者切断第一输入端101与第一输出端103之间的电路，以防止自第一输出端103输出的电源信号超过预定电压值。具体地，当过压保护单元110接收到的电源信号的电压值大于第一预定值时，过压保护单元110切断第一输入端101与第一输出端103之间的电路以阻止电源信号自第一输出端103输出；当过压保护单元110接收到的电源信号的电压值小于或等于该第一预定值时，则过压保护单元110连通第一输入端101与第一输出端103之间的电路，从而实现该电源信号自第一输出端103输出，为负载电路提供驱动所要的电能。在本实施方式中，对应负载电路300工作在5V电压，该第一预定电压值可为5V的电压值。

过流保护单元150位于第一输入端101与第一输出端103之间的电路中，用于防止超过预定电流值的电源信号回流至第一输入端101以及电源电路200中。优选地，过流保护单元150位于过压保护单元110与第一输出端103之间的电路中。过流保护单元150用于检测第一输出端103输出的电源信号的电流值，并根据该电流值选择性地导通或者切断第一输出端103与第一输入端101之间的电路。具体地，当自第一输出端103输出的电源信号的电流值大于第二预定值时，过流保护单元150将第一输出端103与第一输入端101之间的电路切断，阻止该电源信号回流至第一输入端101，从而避免第一输出端103的电流值过大的电信号影响前端电路的性能，例如对过压保护单元110以及电源电路200中的电路产生冲击而烧毁电路或者电子元件。当自第一输出端103输出的电源信号的电流值小于或等于第二预定值时，则过流保护单元150不切断第一输入端101与第一输出端103之间的电路，从而允许通过过压保护单元110的电源信号自第一输出端103输出，为负载电路提供驱动所要的电能。在本实施方式中，对应负载电路300的工作在5V电压下，该第二预定值可为0.7A的电流值。

另，该保护电路100还可以在过压保护单元110与过流保护单元150之间设置第一滤波单元130、以及在过流保护单元150与第一输出端103之间设置第二滤波单元170。第一滤波单元130与第二滤波单元170分别对过压保护单元110以及过流保护单元150输出的电源信号进行滤波处理。

请参阅图3，其为本发明一实施方式中输入过压保护电路的电路方框图。过压保护单元110包括第二输入端111与第二输出端113，其中，第二输入端111电连接于保护电路100的第一输入端101或者直接作为保护电路100的第一输入端101，用于接收该电源信号。第二输出端113用于输出经过过压保护单元110的电源信号。过压保护单元110包括有过压检测单元112、第一控制单元114以及第一开关单元116。

过压检测单元112电性连接第二输入端111及第一控制单元114，用于检测自第二输入端111输入的电源信号的电压值是否大于第一预定值，并且将检测结果输出至第一控制单元114。第一控制单元114依据电压检测结果输出第一控制信号。具体地，当检测结果表明该电源信号的电压值大于第一预定值时，第一控制信号是高电平信号，当检测结果为电源信号小于或等于第一预定值时，第一控制信号为低电平。在其他变更实施例中，当检测结果为电源信号大于第一预定值时，第一控制信号可以是低电平信号，反之，第一控制信号可以是高电平信号，并不以此为限。

第一开关单元116电性连接第二输入端111、第二输出端113及第一控制单元114，并且在第一控制单元114输出的第一控制信号的控制下选择性地连通或切断第二输入端111与第二输出端113之间的电路，以选择性地将自第二输出端输入的电源信号输出至第二输出端113。具体地，当第一控制信号为高电平时，第一开关单元116处于截止状态，则第二输入端111与第二输出端116被切断；当第一控制信号为低电平时，该第一开关单元116处于导通状态，则该第二输入端111与第二输出端113电性连接。

另外，在本实施方式中，第一控制单元114还包括第一延迟单元1141，以用于判断自第二输入端111输入的电源信号中是否包含过压脉冲，以防止该过压脉冲误触发第一控制单元114输出第一控制信号控制第一开关单元116将第二输入端111与第二输出端113切断，而使得负载电路300在不需要停止工作时无法正常工作。具体地，该第一延迟单元1141包括一缓冲电路（图未示出），该缓冲电路电连接于第二输入端111与第一控制单元114之间，使得加载至第一控制单元114的电源信号较为缓慢地变化，当自第一输入端111输出的电源信号中具有过压脉冲时，虽然过压检测单元112检测到该过压脉冲信号，但是该缓冲电路电压并没有随着该过压脉冲立即变化，从而防止第一控制单元114在该过压脉冲信号下不适当地输出第一控制信号，控制第一开关单元116切断第二输入端111与第二输出端113。

请参阅图4，其为本发明一实施方式中过流保护单元的电路方框图。过流保护单元150包括第三输入端151与第三输出端153，第三输入端151电连接于过压保护单元110的第二输出端113，用于接收自第二输出端113输出的电源信号，第三输出端153电连接于第一输出端103，用于将该电源信号输出至负载电路300。过流保护单元150包括有过流检测单元152、第二控制单元154以及第二开关单元156。过流检测单元152分别与第三输出端153及第二控制单元154电性连接，用于检测第三输出端153输出的电源信号的电流值是否大于第二预定值，并且将电流检测结果输出至第二控制单元154。第二控制单元154根据电流检测结果输出第二控制信号。具体地，当电流检测结果表明该电源信号的电流值大于该第二预定值时，第二控制信号为高电平信号，当检测结果表明该电源信号的电流值小于或等于第二预定值时，第二控制信号为低电平信号。在其他变更实施例中，当检测结果为电源信号的电流值大于第二预定值时，第一控制信号可以是低电平信号，反之，当检测结果为电源信号小于或等于第二预定值时，第一控制信号可以是高电平信号，并不以此为限。

第二开关单元156电性连接该第三输入端151、第三输出端153以及第二控制单元154，以在第二控制单元154输出的第二控制信号的控制下，选择性地导通或者切断第三输入端151与第三输出端153之间的电路连接，以将自第三输入端151输入的电源信号输出至第三输出端153，或者防止第三输出端153的电信号回流至第三输入端151。

另外，在本实施方式中，第二控制单元154还包括第二延迟单元1541，以用于判断自第三输出端153输出的电源信号中是否包含过流脉冲，以防止该过流脉冲误触发第二控制单元154输出第二控制信号控制第二开关单元156将第三输入端151与第三输出端153切断。具体地，该第二延迟单元1541包括一缓冲电路（图未示出），该缓冲电路电连接于第三输出端153与第二控制单元154之间，使得加载至第二控制单元154的电源信号较为缓慢地变化，当自第三输出端151输出的电源信号中具有过流脉冲时，虽然过流检测单元152检测到该过流脉冲信号，但是该缓冲电路电压并没有随着该过流脉冲立即变化，从而防止第二控制单元154在该过流脉冲信号下不适当地输出第二控制信号，控制第二开关单元156切断第三输入端151与第三输出端153。

请参阅图5，其为保护电路100的一种具体电路结构图。过压保护单元110中，过压检测单元112包括一反向连接于第一输入端101与接地端之间的稳压二极管D1，稳压二极管D1的反向导通电压可以依据负载正常工作需要的电压进行选择，例如负载电路300正常工作需要的电压为5V，由此可以选择反向导通电压为5V的稳压二极管。在本实施方式中，第二输入端111与稳压二极管D1之间还设置有电阻R1，以用于限定流过稳压二极管D1的电流，保护稳压二极管D1。

第一控制单元114包括开关管Q1与电阻R2，开关管Q1的第一控制极（图中未示出）电连接于过压检测单元112中稳压二极管D1的阴极，开关管Q1的第一传导极（图中未示出）电连接于第二输入端111，同时，开关管Q1的第二传导极（图中未示出）通过电阻R2接地。在本实施方式中，第一延迟单元1141中的缓冲电路采用电容C1来实现，电容C1电连接于开关管Q1的第一控制极与第二传导极之间。在本实施方式中，开关管Q1为NPN晶体管，其中第一控制极为NPN晶体管的基极，第一传导极为NPN晶体管的发射极，第二传导极为NPN晶体管的集电极，在本发明其他实施方式中，开光管Q1也可以采用场效应管、可控二极管等具有控制开关功效的元件，并不以此为限。

第一开关单元116包括有开关管Q2，其中，开关管Q2的第二控制极（图中未示出）电连接于第一控制单元114中开关管Q1的第二传导极，开关管Q2的第三传导极（图中未示出）电连接于第二输入端111，同时，开关管Q2的第四传导极（图中未示出）作为过压保护电路110的第二输出端113。在本实施方式中，开关管Q2为P型场效应管（MOS管），其中第二控制极为P型MOS管的栅极，第三传导极为P型MOS管的源极，第四传导极为P型MOS管的漏极，在本发明其他实施方式中，开关管Q2也可以采用具有开关功能的晶体管或可控二极管来实现，并不以此为限。

第一滤波单元130包括两个并联的电容C2、C3，且电容C2、C3一端电性连接于过压保护单元110的第二输出端113，另一端接地。在本实施方式中，该电容C2的电容值优选为0.1μF，电容C3的电容值优先为470μF。

过流保护单元150中，过流检测单元152包括电阻R3、R4，其中，电阻R4的电阻值远大于的电阻R3的电阻值，第二控制单元154包括开关管Q3，同时，第二开关单元156包括开关管Q4。其中，开关管Q4的第四控制极（图中未示出）电连接于第一输入端101，开关管Q4的第七传导极（图中未示出）电连接于第三输入端151，开关管Q4的第八传导极（图中未示出）通过过流检测单元152中的电阻R3、R4依次串联接地，同时，电阻R3与R4之间中的一节点作为第三输出端153，以将第三输入端151接收的电源信号自第三输出端153输出至负载电路300。

开关管Q3的第三控制极（图中未示出）电连接于电阻R2与开关管Q4的第八传导极之间，开关管Q3的第五传导极（图中未示出）电连接于开关管Q4的第四控制极，并且开关管Q3的第六传导极（图中未示出）电连接于第三输出端153。在本发明实施方式中，第二控制单元154中第二延迟单元1541中缓冲电路是采用电容C4来实现的，其与电阻R2并联。另外，开关管Q3的第五传导极与开关管Q4的第四控制极通过电阻R5电连接于保护电路100中电阻R1与稳压二极管D1之间。另外，开关管Q3的第六传导极经由第三输出端153串联电阻R6接地。

在本实施方式中，开关管Q3、Q4均为PNP晶体管。其中，开关管Q3的第三控制极为PNP晶体管的基极，第五传导极为PNP晶体管的集电极，第六传导极为PNP晶体管的发射极。开关管Q4的第四控制极为PNP晶体管的基极，第七传导极为PNP晶体管的集电极，第八传导极为PNP晶体管的发射极。在本发明其他实施方式中，开关管Q3、Q4也可以采用具有开关功能的MOS管或可控二极管来实现，并不以此为限。

第二滤波单元170包括两个并联的电容C5、C6，且电容C5与C6一端电性连接于过流保护单元150的第三输出端153，另一端接地。在本实施方式中，该电容C5的电容值优选为470μF，电容C6的电容值优先为0.1μF。

现结合图5，具体说明保护电路100的工作过程：

当电源电路200向第一输入端101输出的电源信号的电压在负载电路300正常工作电压范围内时，(例如5V范围内时，对应地，过压检测单元112中的稳压二极管D1的反向导通电压也为5V)，过压保护单元110中，稳压二极管D1反向截止，开关管Q1截止，开关管Q2导通，由此，第二输入端111与第二输出端113连通，第二输入端111将自第一输入端101接收的电源信号自第二输出端113输出，同时，在过流保护单元150中，第二开关单元156中开关管Q4第四控制极接收第一输入端101的电源信号，Q4高压导通，从而将第三输入端151自第二输出端113接收到的电源信号通过电阻R3、R4之间的第三输出端153输出至负载电路300，使其正常工作。

当输入端101接收的电源信号大于正常工作电压时，过压检测单元112中稳压二极管D1反向导通，第一控制单元114中开关管Q1低压导通，第二输入端111接收的电源信号通过开关管Q1加载到电阻R2上，开关管Q2第二控制极上的电压为电阻R2上的电压，由此，开关管Q2高压截止，第二输入端111与第二输出端113断开，自第二输入端111输入的电源信号不输出至第二输出端113。同时，过流保护单元150中第三输入端151没有电源信号输入，则相应的第三输出端153、第一输出端103均不会输出任何电源信号至负载电路300，从而对负载电路300实现过压保护。

同时，当第一输出端103，也即是第三输出端153输出的电源信号的电流为负载正常工作范围内时，（例如0.7A时，过流检测单元152中电阻值为1Ω的电阻R3上所分取的电压则小于0.7V），第二控制单元154中的开关管Q3低压截止，第三输入端151与第三输出端153处于连接状态，第三输入端151将自第二输出端113接收的电源信号通过第三输出端153、第一输出端103正常输出至负载电路300，供其正常工作。

若与第三输出端153、第一输出端103连接的负载电路300出现异常情况，例如负载直接接地而短路时，导致第一输出端103的电流迅速增大且超过0.7A，过流检测单元152中电阻R3上获取的电压将大于0.7V，第二控制单元154中开关管Q3导通，则第三输出端153的接地电压通过Q3的第六、第五传导极加载至开关管Q4的第四控制极，由于开关管Q4的第四控制极加载接地电压，开关管Q4低压截止，从而使得第三输入端151与第三输出端153断开，由此，第一输出端103、第三输出端153的电流无法回流至过压保护单元110、第一输入端101以及电源电路200，从而过压保护单元110、电源电路200得到保护。

Claims

1.一种保护电路，其特征在于：该保护电路包括依序电性连接的第一输入端、过压保护单元、过流保护单元与第一输出端，该第一输入端用于输入电源信号，该第一输出端用于输出该电源信号至负载电路，该过压保护单元根据该第一输入端接收的电源信号的电压大小，选择性断开该第一输入端与第一输出端之间的电路，若该第一输入端接收的电源信号的电压值大于第一预定值，该过压保护单元使得该第一输入端与过流保护单元断开；该过流保护单元根据该第一输出端输出的电源信号的电流大小，选择性断开该第一输入端与第一输出端之间的电路，若该第一输出端的电源信号的电流值大于第二预定值，该过流保护单元使得该过压保护单元与该第一输出端断开。

2.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，该过压保护单元包括第二输入端、过压检测单元、第一控制单元、第一开关单元以及第二输出端，该第二输入端接收该电源信号，该过压检测单元用于检测该电源信号的电压值是否大于第一预定值，该第一控制单元用于依据该过压检测单元的检测结果控制该第一开关单元选择性地将该第二输入端与第二输出端连接或断开。

3.根据权利要求2所述的保护电路，其特征在于，若该检测结果表明该电源信号的电压值大于该第一预定值，该第一控制单元输出第一控制信号控制该第一开关单元处于断开状态，使得该第二输入端与该第二输出端处于断开状态；若该检测结果表明该电源信号的电压值小于或者等于该第一预定值，该第一控制信号控制该第一开关单元处于连接状态，使得该第二输入端与该第二输出端处于连接状态。

4.根据权利要求3所述的保护电路，其特征在于，该过压检测单元包括稳压开关管，该稳压开关管的阴极端电连接于该第一输入端，该稳压开关管的阳极接地。

5.根据权利要求3所述的保护电路，其特征在于，该第一控制单元包括第一开关管与第一电阻，该第一开关管包括第一控制极、第一传导极与第二传导极，该第一控制极电连接于该第一输入端与该稳压开关管阴极之间，该第一传导极电连接于该第一输入端，该第二传导极通过该第一电阻接地。

6.根据权利要求5所述的保护电路，其特征在于，该第一开关单元包括第二开关管，其包括第二控制极，第三传导级与第四传导极，该第二控制极电连接于该第一开关管的第二传导极与该第一电阻之间，该第三传导极电连接于该第第二输入端，该第二传导极电性连接于该第二输出端。

7.根据权利要求6所述的保护电路，其特征在于，该过压保护单元还包括第一延迟单元，该第一延迟单元中设置有第一缓冲电路，该缓冲电路包括第一电容，该第一电容电连接于该第一开关管的第一控制极与第二传导极之间。

8.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，过流保护单元包括第三输入端、过流检测单元、第二控制单元、第二开关单元以及第三输出端，该第三输入端电性连接于该第二输出端，该第三输出端电连接于该第一输出端，该过流检测单元用于检测与该第三输出端的电源信号的电流值是否大于第二预定值，该第二控制单元用于依据该过流检测单元的检测结果控制该第二开关单元选择性地将第三输入端与第三输出端连通或断开。

9.根据权利要求8所述的保护电路，其特征在于，若该检测结果表明该电源信号的电流值大于该第二预定值，该第二控制单元输出第二控制信号至第二开关单元，控制该第二开关单元处于截止状态，使得该第三输出端与第三输入端处于断开；若该电源信号的电流值小于或等于该第二预定值时，该第二控制信号控制该第二开关单元处于导通状态，该第三输出端与第三输入端电性连接。

10.根据权利要求9所述的保护电路，其特征在于，该过流检测单元包括第二电阻与第三电阻，且该第二电阻与第三电阻之间的一节点作为该第三输出端；该第二控制单元包括第三开关管，该第三开关管包括第三控制极、第五传导极与第六传导极；该第二开关单元包括第四开关管，该第四开关管包括第四控制极、第七传导极与第八传导极，该四开关管的第四控制极电连接于该第一输入端，且该第七传导极电连接该第三输入端，该第四开关管的第八传导极与第三开关管的控制极电连接，并且经由该第二电阻、第三电阻接地，该第三开关管的第五传导极电连接于该第三开关管的第四控制极，该第三开关管的第六传导极电连接于该第三输出端。

11.根据权利要求10所述的保护电路，其特征在于，该第二控制电路还包括第二延迟单元，该第二延迟单元设置有第二缓冲电路，该第二缓冲电路包括有第二电容，该第二电容的一端电连接于该第三开关管第三控制极与第六传导极之间。

12.根据权利要求11所述的保护电路，其特征在于，该过流检测电路中的第三电阻的电阻值远大于与该第三电阻的电阻值。

13.一种电子装置，其特征在于，该电子装置至少包括电源电路、保护电路与负载电路，该电源电路通过该保护电路将电源信号输出至负载电路，该保护电路用于防止该负载电路接收的电源信号大于第一预定值，以及防止该负载电路中大于第二预定值的电源信号回流至电源电路。

14.根据权利要求13所述的电子装置，其特征在于：该保护电路包括依序电性连接的第一输入端、过压保护单元、过流保护单元与第一输出端，该电源电路输出的电源信号自该第一输入端输入并且自第一输出端输出，该过压保护单元根据该第一输入端接收的电源信号的电压大小，选择性断开该第一输入端与第一输出端之间的电路，若该第一输入端接收的电源信号的电压值大于第一预定值，该过压保护单元使得该第一输入端与过流保护单元断开；该过流保护单元根据该第一输出端输出的电源信号的电流大小，选择性断开该第一输入端与第一输出端之间的电路，若该第一输出端的电源信号的电流值大于第二预定值，该过流保护单元使得该过压保护单元与该第一输出端断开。