CN103683207A

CN103683207A - 用于电源电路的欠压过压保护电路

Info

Publication number: CN103683207A
Application number: CN201310718375.7A
Authority: CN
Inventors: 梁东; 李伟; 辛剑明; 刘冬月
Original assignee: BEIJING ESD POWER COMMUNICATIONS Co Ltd
Current assignee: BEIJING ESD POWER COMMUNICATIONS Co Ltd
Priority date: 2013-12-23
Filing date: 2013-12-23
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2033-12-23
Also published as: CN103683207B

Abstract

本发明公开用于电源电路的欠压过压保护电路，与外部电源和外部电路相耦接，包括：保护单元和控制单元，其中，保护单元，与外部电源和控制单元相耦接，用于在外部电源的供电欠压或供电过压时，对供电电压进行钳位处理或分压处理，将与处理后电压所对应的电流发送至控制单元；控制单元，与保护单元和外部电路相耦接，用于接收保护单元发送的电流为外部电路进行供电，同时，当接收到的保护单元发送的电流值小于最低关断电流值时，关断与外部电路的耦接，对外部电路欠压保护；当接收到的保护单元发送的电流值大于最高关断电流值时，关断与外部电路的耦接，对外部电路过压保护。本发明解决了针对开关电源电路的欠压过压保护的问题。

Description

用于电源电路的欠压过压保护电路

技术领域

本发明涉及电子电路领域，具体地说，是涉及一种用于电源电路的欠压过压保护电路。

背景技术

目前，随着半导体技术的迅速发展，集成电路的使用已经遍布各个领域，尤其对于电源控制类的开关电路，如：DC-DC电路（小型化开关电源电路），已被广泛应用于电力电子、军工、科研、工控设备、通讯设备、仪器仪表、交换设备、接入设备、移动通讯、路由器通信、工业控制、汽车电子、航空航天等领域。由于采用DC-DC电路组建电源系统具有设计周期短、可靠性高、系统升级容易等特点，DC-DC电路的应用越来越广泛。随着半导体工艺、封装技术和高频软开关的大量使用，DC-DC电路的功率密度越来越大，转换效率越来越高，应用也越来越简单。

大规模的工业生产管理需要相应的工业自动化设备来执行，DC-DC电路等电源开关电路也广泛使用在工业自动化设备中。但是，在工业自动化设备应用在恶劣的工业环境的情况下，电源线缆上的电压通常存在骤升或骤降的现象，由此造成的过压和欠压都可能会对DC-DC电路造成损坏。其中，欠压可能造成开关器件过流发热而烧毁开关管；过压可能造成开关管被击穿而失效。

现有技术中，通过设置相应的欠压锁定电路解决电压骤升或骤降对DC-DC电路的影响，但是，传统的欠压锁定电路复杂，忽略了欠压锁定电路的功耗，使DC-DC电路在正常工作时，仍然有较大的静态功耗，这样就降低了电源的效率，并且无效的功耗增加了芯片散热的负担，影响电路的稳定性，同时，由于电路中元器件使用数量较多，出现故障的概率较高，降低了电路整体的可靠性。

因此，如何解决针对开关电源电路的欠压过压保护的问题，便成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于电源电路的欠压过压保护电路，以解决针对开关电源电路的欠压过压保护的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于电源电路的欠压过压保护电路，与外部电源和外部电路相耦接，其特征在于，包括：保护单元和控制单元，其中，

所述保护单元，与所述外部电源和控制单元相耦接，用于在所述外部电源的供电欠压或供电过压时，对供电电压进行钳位处理或分压处理，将与处理后电压所对应的电流发送至所述控制单元；

所述控制单元，与所述保护单元和外部电路相耦接，用于接收所述保护单元发送的电流为所述外部电路进行供电，同时，当接收到的所述保护单元发送的电流值小于最低关断电流值时，关断与所述外部电路的耦接，对所述外部电路欠压保护；当接收到的所述保护单元发送的电流值大于最高关断电流值时，关断与所述外部电路的耦接，对所述外部电路过压保护。

优选地，所述保护单元，由第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、稳压器件以及开关器件构成，其中，

所述第一电阻与所述外部电源相耦接，同时该第一电阻与第四电阻、第二电阻混连耦接，该第二电阻与所述开关器件相连接，所述开关器件再与所述控制单元相耦接，在所述外部电源的供电欠压时，经过所述第一电阻和第四电阻分压及所述第二电阻限流后，再由所述开关器件对供电电压进行分压处理，将所述控制单元的供电电流限制在预置的安全电流值；

所述第三电阻与所述外部电源相耦接，同时该第三电阻与所述第五电阻、稳压器件混连耦接，所述第五电阻再与所述控制单元相耦接，在供电过压时，经过所述第三电阻和第五电阻限流后，由所述稳压器件对供电电压进行钳位处理，将所述控制单元的所述供电电流钳制在预置的安全电流值。

优选地，所述预置的安全电流值，进一步为：

电路中器件正常运行且低于造成电路中器件过热损坏的电流值。

优选地，所述第二电阻、第三电阻以及第五电阻，进一步为限流电阻。

优选地，所述第一电阻和第四电阻，进一步为分压电阻。

优选地，所述稳压器件，进一步为具有钳位的稳压管。

优选地，所述开关器件，进一步为具有电路开关导通的三极管。

与现有技术相比，本发明所述的一种用于电源电路的欠压过压保护电路，达到了如下效果：

1）本发明通过对电路中电压的实时监测，可以及时获知电压的骤升或骤降，并在电压过高时对电路进行关断，使其不超过电路可承受的最高电压；在电压过低时对电路进行关断，不会造成过流发热的现象，从而有效解决了针对开关电源电路的欠压过压保护的问题。

2）本发明使用器件较少，结构简易，可靠性高，在有效进行欠压过压保护的同时，也降低了制造成本。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例一所述的用于电源电路的欠压过压保护电路的结构框图。

图2为现有技术中的开关电源控制电路的结构框图。

图3为本发明实施例二所述的开关电源控制电路的结构框图。

图4为本发明实施例二所述的用于电源电路的欠压过压保护电路的具体应用电路图。

具体实施方式

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。此外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电性耦接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表所述第一装置可直接电性耦接于所述第二装置，或通过其他装置或耦接手段间接地电性耦接至所述第二装置。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本发明的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

以下结合附图对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。

实施例一

如图1所示，是本发明实施例一所述的一种用于电源电路的欠压过压保护电路，与外部电源和外部电路相耦接，包括：保护单元101和控制单元102，其中，

所述保护单元101，与所述外部电源和控制单元102相耦接，用于在所述外部电源的供电欠压或供电过压时，对供电电压进行钳位处理或分压处理，将与处理后电压所对应的电流发送至所述控制单元102；

所述控制单元102，与所述保护单元101和外部电路相耦接，用于接收所述保护单元101发送的电流为所述外部电路进行供电，同时，当接收到的所述保护单元101发送的电流值小于最低关断电流值时，关断与所述外部电路的耦接，对所述外部电路欠压保护；当接收到的所述保护单元101发送的电流值大于最高关断电流值时，关断与所述外部电路的耦接，对所述外部电路过压保护。

在本实施例中，所述保护单元101，具体可以为由具有限流、分压及钳位功能的电路元器件构成的相应的电路结构，当然，本领域技术人员可以理解，所述保护单元101还可以为具有上述电路功能的集成芯片或器件，在此并不构成对本发明的限定。

所述控制单元102，具体可以为开关电源的控制器件，当从所述保护单元101流过的所述电流过高或高低，代表着外部电源电压的高低，此电压都会对所述外部电路造成影响，甚至造成外部电路的损坏，故所述控制单元102根据设置的最低和最高关断电流值与流入所述控制单元102的电流进行判断，并执行相应的关断操作，以实现对所述外部电路的欠压保护和过压保护。当然，所述控制单元102在关断与所述外部电路的连接后，电流值恢复到安全范围内，所述控制单元102会恢复与外部电路的连接。

在本实施例中，所述保护单元101具体可以由分压电阻、限流电阻、稳压器件（如：稳压管）以及开关器件（如：三极管）构成，所述控制单元102具体可以由开关电源控制器件（如：型号为DPA423的开关电源控制器件）构成。

具体地，所述保护单元101由第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、稳压器件以及开关器件构成，其中，

所述第一电阻与所述外部电源相耦接，同时该第一电阻与第四电阻、第二电阻混连耦接，该第二电阻与所述开关器件相连接，所述开关器件再与所述控制单元202相耦接，在所述外部电源的供电过压时，经过所述第一电阻和第四电阻分压及所述第二电阻限流后，再由所述开关器件导通，从而产生一个电流，将所述控制单元102的供电电流限制在预置的安全电流值，进而关断整个电路；

所述第三电阻与所述外部电源相耦接，同时该第三电阻与所述第五电阻、稳压器件混连耦接，所述第五电阻再与所述控制单元102相耦接，在供电欠压时，经过所述第三电阻和第五电阻限流后，由所述稳压器件对供电电压进行钳位处理，将所述控制单元102的所述供电电流钳制在预置的安全，进而关断整个电路值。

所述控制单元102的所述最低关断电流值为50uA，所述最高关断电流值为135uA，当然，所述控制单元102中的最低关断电流值和最高关断电流值可以根据实际应用中的需要进行调整。

实施例二

现结合图2至4，对所述用于电源电路的欠压过压保护电路的具体应用进行说明：

如图2所示，在现有技术中，开关电源控制电路中虽然通过型号为DPA423的开关电源控制器件对整个电路进行关断或开启的控制，但是，输入电压的过压或欠压，会造成DPA423的失灵甚至损坏。因此，在电路结构中加入欠压和过压保护电路，即如图3所示。

实际应用中，图3所示的电路框图所对应的实际电路如图4所示，为所述用于电源电路的欠压过压保护电路20在具体应用中对应的实际电路，其中，

R1和R4为分压电阻，R2、R3以及R5为限流电阻，D3为具有钳位作用的稳压管，Q1为具有电路开关导通作用的三极管，U2为DPA423型的开关电源控制器件。

欠压保护结构由R3、R5以及D3构成，过压保护结构由R1、R2、R4以及Q1构成。

具体地：

对于供电欠压的情况，电压会从较高的电压值逐渐降低，在如图4所示的电路中，欠压锁定由R3、R5、D3以及U2配合完成，在电压比较高如果没有D3会使流入U2第二脚的电流超过135uA，从而会导致关断U2内部的MOSFET（金属-氧化层半导体场效晶体管），所以D3可以使电压钳位在一个较低水平，从而在输入电压变高时，保证流入U2第二脚的电流不会超过135uA，随着输入电压的逐渐降低，流入U2第二脚的电流逐渐变小，当流入U2第二脚小于50uA时，U2内部MOSFET关断，从而达到欠压保护的功能。

对于供电过压的情况，电压会从较低的电压值逐渐升高，在如图4所示的电路中，过压锁定由R1、R4、D3、R2、Q1以及U2配合完成，输入电压由R1和R4分压，当分得的电压超过0.6V时Q1导通，由于U2的第一脚的电压为5.8V，而第二脚电压为2.6V，所以当Q1导通的时候，满足了U2第二脚流入的电流大于135uA时，U2内部MOSFET关断，从而完成了过压保护。

在本实施例中，可以通过更改R3和R5的值调整欠压保护的阈值，通过调整R1和R4可以调整过压保护的阈值，其中，欠压保护的最小值可以低至15V，过压保护最高不超过80V。

1）本发明通过对电路中电压的实时监测，可以及时获知电压的骤升或骤降，并在电压过高时对电压进行钳位，使其不超过电路可承受的最高电压；在电压过低时对电路进行关断，不会造成过流发热的现象，从而有效解决了针对开关电源电路的欠压过压保护的问题。

上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种用于电源电路的欠压过压保护电路，与外部电源和外部电路相耦接，其特征在于，包括：保护单元和控制单元，其中，

2.如权利要求1所述的用于电源电路的欠压过压保护电路，其特征在于，所述保护单元，由第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、稳压器件以及开关器件构成，其中，

3.如权利要求2所述的用于电源电路的欠压过压保护电路，其特征在于，所述预置的安全电流值，进一步为：

4.如权利要求2所述的用于电源电路的欠压过压保护电路，其特征在于，所述第二电阻、第三电阻以及第五电阻，进一步为限流电阻。

5.如权利要求2所述的用于电源电路的欠压过压保护电路，其特征在于，所述第一电阻和第四电阻，进一步为分压电阻。

6.如权利要求2所述的用于电源电路的欠压过压保护电路，其特征在于，所述稳压器件，进一步为具有钳位的稳压管。

7.如权利要求2所述的用于电源电路的欠压过压保护电路，其特征在于，所述开关器件，进一步为具有电路开关导通的三极管。