CN103545803B - 设备电源接口电路保护装置 - Google Patents
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Abstract
一种设备电源接口电路保护装置，包括：电压检测控制电路、限流器和分流器；所述限流器输入端与设备电压输入端连接，输出端分别与所述电压检测控制电路和设备电压输出端连接，所述电压检测控制电路分别与所述分流器、设备电压输出端、接地端连接，所述分流器分别与所述设备电压输出端和接地端连接；所述电压检测控制电路，用于当输入电压大于第一预设电压值时，控制分流器降低所述设备电压输出端的输出电压到第二预设电压值。上述设备电源接口电路保护装置，防止在通过外部DC电源进行充电或带外部电源工作过程中导致损坏设备电源接口电路，也可以防止主设备通过USB接口或DC接口对外部的设备供电过程中导致主设备电源接口电路损坏。
Description
技术领域
本发明涉及设备维护技术领域，特别是涉及设备电源接口电路保护装置。
背景技术
由于手机、平板电脑等电子设备，体积较小，内部集成的电池容量有限，必须时常通过外部DC电源进行充电或带外部电源工作，但由于外部电源种类繁多，易造成不当的电压接入，同时在热插拔的过程中存在瞬间的浪涌电压，造成设备损坏或更严重的安全事故。另外，很多电子设备可以通过USB接口或DC接口对外部的设备供电，比如通过计算机对外部供电。但若外部设备出现短路等故障时，会严重影响主设备电源，使主设备无法正常工作。
传统技术中，对于充电设备的保护，在电源的输入端采用压敏电阻作为过压保护，但压敏电阻导通时能吸收的能量是有限的，如果能量过大将导致压敏电阻温度过高而热击穿失效。这种方式只能实现简单的过压保护，对于瞬间的浪涌冲击电压和过流无保护功能。对于供电设备的保护，可采用专用的IC来实现对输出电压的控制，当输出电流大于设定值时，切断对外输出，从而不影响主设备的正常工作。这种方式可实现过流保护，但对于瞬间的浪涌电压和电源输入端的过流无保护作用。
综上所述，由于现有设备电源保护技术中无法有效避免浪涌电压的影响，容易导致在通过外部DC电源进行充电或带外部电源工作过程中损坏设备电源接口电路，或者主设备通过USB接口或DC接口对外部的设备供电过程中导致主设备电源接口电路损坏。
发明内容
基于此，有必要针对由于浪涌电压导致设备损坏的问题，提供一种设备电源接口电路保护装置。
一种设备电源接口电路保护装置，包括：电压检测控制电路、限流器和分流器；
所述限流器输入端与设备电压输入端连接，输出端分别与所述电压检测控制电路和设备电压输出端连接，所述电压检测控制电路分别与所述分流器、设备电压输出端、接地端连接，所述分流器分别与所述设备电压输出端和接地端连接；
所述电压检测控制电路，用于当输入电压大于第一预设电压值时，控制分流器降低所述设备电压输出端的输出电压到第二预设电压值。
上述设备电源接口电路保护装置，当输入电压大于第一预设电压值时，通过电压检测控制电路控制分流器实现VOUT处的电压到地，从而降低设备电压输出端的输出电压。防止在通过外部DC电源进行充电或带外部电源工作过程中导致损坏设备电源接口电路，也可以防止主设备通过USB接口或DC接口对外部的设备供电过程中导致主设备电源接口电路损坏。另外，当负载引故障出现过流时，还通过限流器实现限流，从而保护负载。
附图说明
图1为本发明设备电源接口电路保护装置实施例一的结构示意图；
图2为本发明设备电源接口电路保护装置实施例二的结构示意图；
图3为本发明设备电源接口电路保护装置实施例三的结构示意图；
图4为本发明设备电源接口电路保护装置实施例四的结构示意图。
具体实施方式
以下针对本发明设备电源接口电路保护装置的各实施例进行详细的描述。
如图1所示，为本发明设备电源接口电路保护装置实施例一的结构示意图，包括：电压检测控制电路110、限流器120和分流器130；
限流器120输入端与设备电压输入端连接，限流器120输出端分别与电压检测控制电路110和设备电压输出端连接，电压检测控制电路110分别与分流器130、设备电压输出端、接地端连接，分流器130分别与设备电压输出端和接地端连接。当然，设备电源接口电路（即负载）RL一端连接设备电压输出端，另一端接地。
电压检测控制电路110，用于当输入电压大于第一预设电压值时，控制分流器降低设备电压输出端的输出电压到第二预设电压值。具体的可以是，当输入电压大于第一预设电压值时，电压检测控制电路向分流器发送控制指令，分流器根据控制指令实现分流，从而降低设备电压输出端的输出电压，使输出电压稳定在第二预设电压值。
因此，本发明保护装置实现了对异常电压接入、瞬间浪涌冲击电压、过流输入输出的保护。可靠性高、装置中电路成本较低，还可以通过调节电路中的R1和R2实现对多种接口电路的保护。
另外，本发明保护装置可以设置在供电设备中，此时设备电压输入端为设备内部电源输出端，设备电压输出端为设备电源接口端。本发明保护装置还可以设置在充电设备中，此时设备电压输入端为设备电源接口端，设备电压输出端为设备内部电压输入端。所以防止在通过外部DC电源进行充电或带外部电源工作过程中导致损坏设备电源接口电路，也可以防止主设备通过USB接口或DC接口对外部的设备供电过程中导致主设备电源接口电路损坏。
在其中一个实施例中，如图2所示，电压检测控制电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、三端稳压器210，分流器为场效应管220；
三端稳压器的阴级分别与第一电阻和场效应管的栅极连接，三端稳压器的参考端分别与第二电阻和第三电阻连接，三端稳压器的阳极接地，第一电阻和第二电阻分别连接设备电压输出端，第三电阻接地，场效应管的源极与设备电压输出端连接，场效应管的漏极接地。
三端稳压器的内部含有一个基准电压（第一预设电压值），比如可以为2.5V。当输入电压大于2.5V时，三端稳压器内部比较器输出高电平，使晶体管导通，通过阴极到阳极分流，使R1与三端稳压器间的电压降低，最终控制场效应管的源极和漏极导通，使VOUT（设备电压输出端）处的电压到地，达到稳压和抑制浪涌电压的目的。同时限流器也会随着电流增大使输出的电流达到极低的值（几乎不导通），保护负载端的电路RL。
在其中一个实施例中，限流器可以为热敏电阻，也可以为保险丝等起限流作用的器件。当限流器为热敏电阻时，其阻值会随着温度的升高而瞬间增加。当电路正常工作时，热敏电阻温度与室温相近、电阻很小，串联在电路中不会阻碍电流通过；而当电路负载RL因故障出现过电流时，热敏电阻由于发热功率增加导致温度上升，当温度超过开关温度时，电阻瞬间会变得很大，把电路中的电流限制到很低的水平。此时电路中的电压几乎都加在热敏电阻两端，因而可以起到保护其它元件的作用。当电路排除故障后，热敏电阻的阻值会迅速恢复到原来的水平，热敏电阻无需更换而可以继续使用。另外，在场效应管的源极和漏极导通后，热敏电阻也会随着电流增大而增大阻值，最终是输出的电流达到极低的值，保护负载端的电路RL。
在其中一个实施例中，三端稳压器可以为可调电压值的三端稳压器，比如可以为TL431ACLP。第一预设电压值可以根据需要设定。
在其中一个实施例中，场效应管为增强型P沟道场效应管。另外，为了实现滤波，电压检测控制电路还可以包括第一电容和第二电容，第一电容为极性电容，第一电容阳极与设备电压输出端连接，第一电容阴极接地，第二电容的输入端与三端稳压器的阴极和场效应管的栅极连接，第二电容输出端接地。
在一个具体实施例中，如图3所示，包括：R1、R2、R3、热敏电阻RT1、可调电压值的三端稳压器U1、增强型P沟道场效应管MOS。可调电压值的三端稳压器U1（比如TL431）的阴级分别与第一电阻和增强型P沟道场效应管MOS的栅极连接，可调电压值的三端稳压器U1的参考端分别与第二电阻和第三电阻连接，可调电压值的三端稳压器U1的阳极接地，第一电阻和第二电阻分别连接设备电压输出端，第三电阻接地，增强型P沟道场效应管MOS的源极与设备电压输出端连接，增强型P沟道场效应管MOS的漏极接地。另外，为了滤波，还可以还包括第一电容TC和第二电容C，第一电容为极性电容TC。第一电容阳极与设备电压输出端连接，第一电容阴极接地，第二电容的输入端与三端稳压器的阴极和场效应管的栅极连接，第二电容输出端接地。其中，由图3可知，增强型P沟道场效应管包括一个体二极管。
U1的内部含有一个2.5V的基准电压，在其ref端引入输出反馈Vref(R1和R2的分压)，当反馈电压Vref高于其内部的基准电压（2.5V）时，其内部比较器输出高电平，使晶体管导通，通过阴极到阳极分流，使R1与U1间的电压降低，最终控制P沟道的MOS1的源极与漏极导通，达到稳压和抑制浪涌电压的目的。反之，当VOUT下降时，反馈电压Vref（R1和R2的分压）随之下降，其内部比较器输出低电平，内部晶体管截止，R1与U1间的电压上升，如此循环下去，达到动态平衡，达到稳压的目的。
当应用于手持等便携式设备时，若接入外部的高于设定规格的电压，U1可通过阴极到阳极分流，降低MOS1的栅极处的电压，以控制MOS1导通，使VOUT处的电压到地，同时RT1亦会随着电流增大和增大阻值，最终使输出的电流达到极低的值（几乎不导通），保护负载端的电路RL。
当接入与手持等便携式匹配的电压时，设备可以不受影响而正常工作，但当插入电源的瞬间存在浪涌电压，U1可通过阴极到阳极分流，降低MOS1的栅极处的电压，以控制MOS1导通，使VOUT处的电压回落到正常值。
当由于从设备内部短路时，经过RT1的电流瞬间增大，其阻值变大，将电流输出降低到最小值，达到保护主设备或电源的目的。
可通过更改R2和R3的值实现对不同电压（0～36伏）端口的输入输出保护。
在另一个实施例中，如图4所示，电压检测控制电路包括第四电阻R4、第五电阻R5、三极管Q1和稳压二极管D1，分流器为大功率三极管Q2，
三极管的基极分别与第四电阻和稳压二极管的阴极连接，第四电阻与设备电压输出端连接，稳压二极管的阳极接地，三极管的发射极接地，三极管的集电极分别与第五电阻和大功率三极管的基极连接，大功率三极管的发射极接地，大功率三极管的集电极与设备电压输出端连接，第五电阻与设备电压输出端连接。
Q2为大功率的PNP晶体管。R1、R2、D1、Q1组成电压检测控制电路，Q1为PNP的晶体管，当VIN超过稳压二极管D1的规格时，D1对地导通，使Q1导通，使Q2的基极变为低电平，从而使Q2导通，达到释放电压电流的，进而实现防止过压的目的。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种设备电源接口电路保护装置，其特征在于，包括：电压检测控制电路、限流器和分流器；
所述限流器输入端与设备电压输入端连接，限流器输出端分别与所述电压检测控制电路和设备电压输出端连接，所述电压检测控制电路分别与分流器、设备电压输出端、接地端连接，所述分流器分别与所述设备电压输出端和接地端连接；
所述电压检测控制电路，用于当输入电压大于第一预设电压值时，控制分流器降低所述设备电压输出端的输出电压到第二预设电压值；
所述电压检测控制电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、三端稳压器，所述分流器为场效应管；
所述三端稳压器的阴极分别与第一电阻一端和场效应管的栅极连接，三端稳压器的参考端分别与第二电阻一端和第三电阻一端连接，三端稳压器的阳极接地，第一电阻另一端和第二电阻另一端分别连接设备电压输出端，第三电阻另一端接地，场效应管的源极与设备电压输出端连接，场效应管的漏极接地；
或者，
所述电压检测控制电路包括第四电阻、第五电阻、三极管Q1和稳压二极管，所述分流器为大功率三极管Q2，
三极管Q1的基极分别与第四电阻一端和稳压二极管的阴极连接，第四电阻另一端与设备电压输出端连接，稳压二极管的阳极接地，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极分别与第五电阻一端和大功率三极管Q2的基极连接，大功率三极管Q2的发射极接地，大功率三极管Q2的集电极与设备电压输出端连接，第五电阻另一端与设备电压输出端连接。
2.根据权利要求1所述的设备电源接口电路保护装置，其特征在于，所述电压检测控制电路还包括第一电容和第二电容，所述第一电容为极性电容，
第一电容阳极与设备电压输出端连接，第一电容阴极接地，第二电容的输入端同时与三端稳压器的阴极和场效应管的栅极连接，第二电容输出端接地。
3.根据权利要求1或2所述的设备电源接口电路保护装置，其特征在于，所述限流器为热敏电阻或保险丝。
4.根据权利要求1或2所述的设备电源接口电路保护装置，其特征在于，所述三端稳压器为可调电压值的三端稳压器。
5.根据权利要求1或2所述的设备电源接口电路保护装置，其特征在于，设备电压输入端为设备内部电源输出端，设备电压输出端为设备电源接口端。
6.根据权利要求1或2所述的设备电源接口电路保护装置，其特征在于，设备电压输入端为设备电源接口端，设备电压输出端为设备内部电压输入端。
7.根据权利要求1或2所述的设备电源接口电路保护装置，其特征在于，所述场效应管为增强型P沟道场效应管。
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