CN104035538B - 主板保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种主板保护电路，包括：过压保护电路、缓启动保护电路、开关控制电路。实施本发明的有益效果是，能够实现对电脑主板的过压保护，防止插错适配器对主板的损坏；且通过缓启动保护电路和开关控制电路，避免插入电源适配器瞬间的电压涌动对主板的损坏；电路简单，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及计算机电子电路领域，更具体地说，涉及一种主板保护电路。
背景技术
如今给电脑主板供电的方式多种多样，但绝大多数主板都可以采用外置电源适配器进行供电。使用外置电源适配器给主板供电时需要注意选用与主板的型号相互兼容的适配器。如果将主板通过型号不对应的适配器连接到外部电源，则可能导致适配器向主板输出的电压高于主板的额定电压，这时很可能会烧坏主板电源电路和其它元器件。
另外，即便是适配器与主板的型号相互兼容，其输出电压能与电脑主板所需电压匹配时，在连接有外部电源的适配器接入主板的瞬间也可能会产生很大的电压涌动，使主板芯片遭受瞬间的巨大电压冲击，有可能导致芯片损坏。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述给电脑主板供电时由于插错电源适配器或发生电压涌动时，可能会损坏主板的缺陷，提供一种主板保护电路。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种主板保护电路，用于调节适配器向主板提供的电压，其特征在于，包括过压保护电路、缓启动保护电路和开关控制电路，其中：
所述过压保护电路与适配器相连且包括第一采样电路、第一比较电路、第一控制电路，其中，第一采样电路与适配器连接，用于获得所述适配器输入电压的采样信号；第一比较电路与所述第一采样电路连接，用于接收所述采样信号，并将所述采样信号电压与预定的主板额定电压进行比较；所述第一控制电路与所述第一比较电路连接，用于当采样信号电压大于主板额定电压时，控制所述适配器输入电压与主板电源断开，而当采样信号电压等于主板基准电压时，控制所述适配器的电压输入所述缓启动保护电路；
所述缓启动保护电路与所述过压保护电路相连且包括第二采样电路和第二比较电路，第二采样电路与所述过压保护电路中的第一控制电路连接，用于获得第一控制电路的输入电压的采样信号；第二比较电路与所述第二采样电路连接，用于将所述第一控制电路的输入电压的采样信号与主板额定电压进行比较，当所述第一控制电路的输入电压的采样信号等于主板额定电压时，输出预定有效信号到所述开关控制电路；
所述开关控制电路与所述缓启动保护电路中的第二比较电路相连，用于当所述第二比较电路输出的信号为预定有效信号时，对第一控制电路的输出电压进行滤波和稳压后输出到主板电源端。
所述第一比较电路包含运算放大器、场效应管或三极管，用于将第一采样电路的采样电压与主板的额定电压进行比较，以控制所述第一控制电路的输出电压。
所述开关控制电路包含场效应管或三极管，用于根据所述第二比较电路输出的信号控制第一控制电路的输出电压是否输出到主板电源端。
所述过压保护电路中，第一采样电路包括：第一电阻、第二电阻；第一比较电路包括：第一运算放大器、第一场效应管、第二场效应管；第一控制电路包括：第一MOS管；
其中，
所述第一电阻和第二电阻串连在直流输入端与地之间；
第一运算放大器的同相输入端连接于所述第一电阻和第二电阻之间并通过第一电容接地、反相输入端通过第三电阻连接于主板供电电源并通过第七电阻接地、正电源端通过第三电容接地并通过第八电阻接主板供电电源、负电源端接地；
第一场效应管的栅极通过第四电阻连接第一运算放大器的输出端、漏极通过第六电阻连接直流输入端并通过第九电阻接地、源极接地；
第二场效应管的栅极连接第一场效应管的漏极、漏极通过第十电阻接直流输入端、源极接地；
第一MOS管的栅极通过第五电阻连接第二场效应管的漏极并通过第四电容接直流输入端、源极接直流输入端、漏极为过压保护电路的输出端；
所述主板供电电源与地之间接有第二电容。
所述缓启动保护电路中，第二采样电路包括：第十一电阻和第十二电阻，第二比较电路包括：第二运算放大器；
其中，
第十一电阻和第十二电阻串联在过压保护电路的输出端和地之间；
第二运算放大器的同相输入端通过第十三电阻连接于第十一电阻和第十二电阻之间、反相输入端通过第十八电阻接主板供电电源并通过第八电容接地、正电源端接主板供电电源并通过第五电容接地、负电源端接地、输出端为缓启动保护电路的输出端并分别通过稳压二极管和第十五电阻接地。
所述第二运算放大器的同相输入端通过第十六电阻接其输出端，并通过串联的第十七电阻和第六电容接其输出端；
所述第十一电阻和第十二电阻之间的节点通过第七电容接地。
所述开关控制电路包括：第三场效应管，第二MOS管；
其中，
第三场效应管的栅极通过第十九电阻接缓启动保护电路的输出端并分别通过第九电容和第二十电阻接地、源极接地；
第二MOS管的栅极通过串联的第二十一电阻和第二十二电阻接第三场效应管的漏极、漏极为输出端、源极通过第一电感与过压保护电路的输出端连接并通过瞬态电压抑制二极管接地以及分别通过第二十三电阻和第十二电容接于第二十一电阻和第二十二电阻之间；
所述输出端输出电压到主板电源端。
所述过压保护电路的输出端与地之间接有第十电容；所述过压保护电路的输出端与地之间接有第十一电容；所述过压保护电路的输出端通过第十四电阻与所述缓启动保护电路的输出端相连。
实施本发明的主板保护电路，具有以下有益效果：能够实现对电脑主板的过压保护，防止插错适配器对主板的损坏；且通过缓启动保护电路和开关控制电路，避免插入电源适配器瞬间的电压涌动对主板的损坏；电路简单，成本低。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明第一实施例的主板保护电路的结构框图；
图2是图1所示的主板保护电路中过压保护电路的电路图；
图3是图1所示的主板保护电路中缓启动保护电路的电路图；
图4为图1所示的主板保护电路中开关控制电路的电路图；
图5为本发明第二实施例的主板保护电路中过压保护电路的电路图；
图6为本发明第二实施例的主板保护电路中开关控制电路的电路图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1所示为本发明第一较佳实施例的主板保护电路结构框图，该主板保护电路包括：
过压保护电路100，与适配器相连，用于防止适配器给主板提供的电压高于额定电压；
缓启动保护电路200，与过压保护电路100相连，用于防止适配器的输入电压涌动；
开关控制电路300，与缓启动保护电路200相连，用于将经过过压保护电路100和缓启动保护电路200的电压提供给主板电源端。
过压保护电路100与适配器相连且包括第一采样电路101、第一比较电路102、第一控制电路103，其中，第一采样电路101与适配器连接，用于获得所述适配器输入电压的采样信号；第一比较电路102与第一采样电路101连接，用于接收所述采样信号，并将所述采样信号电压与预定的主板额定电压进行比较；第一控制电路103与第一比较电路101连接，用于当采样信号电压大于主板额定电压时，控制所述适配器输入电压与主板电源断开，而当采样信号电压等于主板基准电压时，控制所述适配器的电压输入缓启动保护电路200；
缓启动保护电路200，与过压保护电路100相连且包括第二采样电路201和第二比较电路202，第二采样电路201与过压保护电路100中的第一控制电路103连接，用于获得第一控制电路103的输入电压的采样信号；第二比较电路202与第二采样电路201连接，用于将第一控制电路103的输入电压的采样信号与主板额定电压进行比较，当第一控制电路103的输入电压的采样信号等于主板额定电压时，输出预定有效信号到开关控制电路300；
开关控制电路300，与缓启动保护电路200中的第二比较电路202相连，用于当第二比较电路202输出的信号为预定有效信号时，对第一控制电路103的输出电压进行滤波和稳压后输出到主板电源端。
如图2所示为本发明第一实施例的主板保护电路的过压保护电路图，所述过压保护电路100中，第一采样电路101包括：第一电阻R1、第二电阻R2；
第一比较电路102包括：第一运算放大器U508A、第一场效应管PQ1、第二场效应管PQ2；
第一控制电路103包括：第一MOS管PQ31；
其中，
第一电阻R1和第二电阻R2串连在直流输入端Vin与地之间；
第一运算放大器U508A的同相输入端连接于所述第一电阻R1和第二电阻R2之间并通过第一电容C1接地、反相输入端通过第三电阻R3连接于主板供电电源VCC并通过第七电阻R7接地、正电源端通过第三电容C3接地并通过第八电阻R8接主板供电电源VCC、负电源端接地；
第一场效应管PQ1的栅极通过第四电阻R4连接第一运算放大器U508A的输出端、漏极通过第六电阻R6连接直流输入端Vin并通过第九电阻R9接地、源极接地；
第二场效应管PQ2的栅极连接第一场效应管PQ1的漏极、漏极通过第十电阻R10接直流输入端Vin、源极接地；
第一MOS管PQ31的栅极通过第五电阻R5连接第二场效应管PQ2的漏极并通过第四电容C4接直流输入端Vin、源极接直流输入端Vin、漏极为过压保护电路100的输出端Vout1；
所述主板供电电源VCC与地之间接有第二电容C2。
在本发明的实施例中，使主板的额定电压为19V，主板供电电源VCC提供的电压为3V。比较器U508A反相输入端接电池电压VCC，因此U508A反相输入端的电压固定为3V。
当采用19V或者高于19V电源适配器AC Adapter输入电源时，图2中各器件的导通和截止如表1所示。
表1
当适配器的输入电压在R1上的分压大于3V，也即是当适配器的输入电压高于19V时，第一运算放大器U508A的输出端为高电平，第一场效应管PQ1的DS极导通，第二场效应管PQ2为截止状态，则第一MOS管PQ31也为截止状态，适配器的输入电压就不能通过第一MOS管PQ31的漏极输出，从而保护了和适配器相连的所有电路，保护了主板。当适配器电压为19V时，即插入适配器与额定电压匹配时，第一运算放大器U508A的输出端为低电平，第一场效应管的PQ1的DS极截止，第二场效应管PQ2为导通状态，则第一MOS管PQ31也为导通状态，适配器电压通过第一MOS管PQ31的漏极输出到缓启动保护电路。
由于在适配器插入的瞬间，主板电压会发生很大的涌动，若电压上升过快会对主板IC产生冲击，可能导致IC损坏。另外电压上升过快可能会在接口处产生电火花，为了避免这些情况的发生，本发明实施例在过压保护电路之后接缓启动保护电路，以防止电压涌动对主板的损坏。
如图3所示，为本发明第一实施例的缓启动保护电路图，所述缓启动保护电路200中，第二采样电路201包括：第十一电阻R11和第十二电阻R12，第二比较电路202包括：第二运算放大器PU1A；
其中，
第十一电阻R11和第十二电阻R12串联在过压保护电路100的输出端Vout1和地之间；
第二运算放大器PU1A的同相输入端通过第十三电阻R13连接于第十一电阻R11和第十二电阻R12之间、反相输入端通过第十八电阻R18接主板供电电源VCC并通过第八电容C8接地、正电源端接主板供电电源VCC并通过第五电容C5接地、负电源端接地、输出端为缓启动保护电路的输出端Vout2并分别通过稳压二极管PD1和第十五电阻R15接地。
所述第二运算放大器PU1A的同相输入端通过第十六电阻R16接其输出端，并通过串联的第十七电阻R17和第六电容C6接其输出端；
所述第十一电阻R11和第十二电阻R12之间的节点通过第七电容C7接地。
第二运算放大器PU1A为一迟滞比较器，使用它来完成对适配器插入的检测。当适配器输入的电压超过一定值，即适配器输入主板的电压上升到一定值时，认为适配器才插入，输出端Vout2输出高电平信号，此信号通过后续的开关控制电路使适配器输入电源Vin与主板总电源连通，使适配器给主板安全供电。
在插入适配器之前，第二运算放大器PU1A反相输入端由主板供电电源VCC供电。此时，第二运算放大器PU1A正负极虚断，输入第二运算放大器PU1A同相输入端的电流近似为0，设第十一电阻R11和第十二电阻R12之间电压为V，则：
(V-VPU1A.3)/PR6＝VPU1A.3/PR2 (1)
(Vout1-V)/PR3＝V/PR7+(V-VPU1A.3)/PR6 (2)
式(1)和(2)中VPU1A.3为运算放大器PU1A第3脚即同相输入端的电压。
当Vout1输入的电压达到从低到高的临界点，即19V时，通过设置第十一电阻R11和第十二电阻R12的阻值，可使VPU1A.3为3V。所以当适配器输入电压上升到19V时，Vout2输出为预定有效信号即高电平信号。
如图4所示，为本发明第一实施例的开关控制电路原理图，所述开关控制电路300包括：第三场效应管PQ3，第二MOS管PQ32；
其中，
第三场效应管PQ3的栅极通过第十九电阻R19接缓启动保护电路200的输出端Vout2并分别通过第九电容C9和第二十电阻R20接地、源极接地；
第二MOS管PQ32的栅极通过串联的第二十一电阻R21和第二十二电阻R22接第三场效应管PQ3的漏极、漏极为输出端Vout、源极通过第一电感L9与过压保护电路100的输出端Vout1连接并通过瞬态电压抑制二极管PD2接地以及分别通过第二十三电阻R23和第十二电容C12接于第二十一电阻R20和第二十二电阻R22之间；
所述输出端Vout输出电压到主板电源端。
过压保护电路100的输出端Vout1与地之间接有第十电容C10；过压保护电路100的输出端Vout1与地之间接有第十一电容C11；过压保护电路100的输出端Vout1通过第十四电阻R14与所述缓启动保护电路200的输出端Vout2相连。
在图4中，当Vout2为预定有效信号即高电平信号时，第三场效应管PQ3导通，其漏极输入高电平，第二MOS管PQ32，适配器输出电压Vin经过过压保护电路100转换的电压Vout1经过滤波和稳压后输出到主板电源端Vout。
滤波由第十电容C10、第十一电容C11和电感L9组成的滤波电路实现。稳压由瞬态电压抑制二极管PD1实现。瞬态电压抑制二极管PD1不会被击穿，能够在电压极高时降低电阻，从而使电流分流或控制其流向，从而保护电路元件在瞬间电压过高的情况下不被烧毁。
在其他实施例中，第一比较电路102和开关控制电路101中的场效应管均可换为三极管，其三极管的基极、发射极和集电极分别依照上面实施例中场效应管的栅极、漏极和源极的连接方式连接。参见图5和图6，为本发明第二实施例的过压保护电路图和开关控制电路图。参见图5所示的第二实施例的过压保护电路，可以将第一实施例中的第一场效应管PQ1和第二场效应管PQ2分别用三极管Q1和三极管Q2代替。参见图6所示的第二实施例的开关控制电路，还可以将第一实施例中的第三场效应管PQ3用三极管Q3代替。代替后过压保护电路和开关控制电路的原理与上面实施例相同，且与缓启动保护电路相连接以后组成主板保护电路，其原理和上面实施例相同，在此不再详细描述。
应理解，本发明的实施例中是以主板的额定电压为19V来举例，但本发明不限于19V电压，例如本发明也可用于主板额定电压为9V的情况。当然后一种情况下，需要对实施例中部分器件的参数进行调整。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (8)
1.一种主板保护电路，用于调节适配器向主板提供的电压，其特征在于，包括过压保护电路(100)、缓启动保护电路(200)和开关控制电路(300)；其中：
所述过压保护电路(100)与适配器相连且包括第一采样电路(101)、第一比较电路(102)、第一控制电路(103)，其中，第一采样电路(101)与适配器连接，用于获得所述适配器输入电压的采样信号；第一比较电路(102)与所述第一采样电路(101)连接，用于接收所述采样信号，并将所述采样信号的电压与预定的主板额定电压进行比较；所述第一控制电路(103)与所述第一比较电路(102)连接，用于当采样信号电压大于主板额定电压时，控制所述适配器输入电压与主板电源断开，当采样信号电压等于主板额定电压时，控制所述适配器的电压输入所述缓启动保护电路(200)；
所述缓启动保护电路(200)与所述过压保护电路(100)相连且包括第二采样电路(201)和第二比较电路(202)，第二采样电路(201)与所述过压保护电路(100)中的第一控制电路(103)连接，用于获得第一控制电路(103)的输入电压的采样信号；第二比较电路(202)与所述第二采样电路(201)连接，用于将所述第一控制电路(103)的输入电压的采样信号与主板额定电压进行比较，当所述第一控制电路(103)的输入电压的采样信号等于主板额定电压时，输出预定有效信号到所述开关控制电路(300)；
所述开关控制电路(300)与所述缓启动保护电路(200)中的第二比较电路(202)相连，用于当所述第二比较电路(202)输出的信号为预定有效信号时，对第一控制电路(103)的输出电压进行滤波和稳压后输出到主板电源端。
2.根据权利要求1所述的主板保护电路，其特征在于，所述第一比较电路(102)包含运算放大器、场效应管或三极管，用于将第一采样电路(101)的采样电压与主板的额定电压进行比较，以控制所述第一控制电路(103)的输出电压。
3.根据权利要求1所述的主板保护电路，其特征在于，所述开关控制电路(300)包含场效应管或三极管，用于根据所述第二比较电路(202)输出的信号控制是否将第一控制电路(103)的输出电压输出到主板电源端。
4.根据权利要求1所述的主板保护电路，其特征在于，所述过压保护电路(100)中，第一采样电路(101)包括：第一电阻(R1)、第二电阻(R2)；
第一比较电路(102)包括：第一运算放大器(U508A)、第一场效应管(PQ1)、第二场效应管(PQ2)；
第一控制电路(103)包括：第一MOS管(PQ31)；
其中，
所述第一电阻(R1)和第二电阻(R2)串连在直流输入端(Vin)与地之间；
第一运算放大器(U508A)的同相输入端连接于所述第一电阻(R1)和第二电阻(R2)之间并通过第一电容(C1)接地、反相输入端通过第三电阻(R3)连接于主板供电电源(VCC)并通过第七电阻(R7)接地、正电源端通过第三电容(C3)接地并通过第八电阻(R8)接主板供电电源(VCC)、负电源端接地；
第一场效应管(PQ1)的栅极通过第四电阻(R4)连接第一运算放大器(U508A)的输出端、漏极通过第六电阻(R6)连接直流输入端(Vin)并通过第九电阻(R9)接地、源极接地；
第二场效应管(PQ2)的栅极连接第一场效应管(PQ1)的漏极、漏极通过第十电阻(R10)接直流输入端(Vin)、源极接地；
第一MOS管(PQ31)的栅极通过第五电阻(R5)连接第二场效应管(PQ2)的漏极并通过第四电容(C4)接直流输入端(Vin)、源极接直流输入端(Vin)、漏极为过压保护电路(100)的输出端(Vout1)。
5.根据权利要求1所述的主板保护电路，其特征在于，所述缓启动保护电路(200)中，第二采样电路(201)包括：第十一电阻(R11)和第十二电阻(R12)，第二比较电路(202)包括：第二运算放大器(PU1A)；
其中，
第十一电阻(R11)和第十二电阻(R12)串联在过压保护电路(100)的输出端(Vout1)和地之间；
第二运算放大器(PU1A)的同相输入端通过第十三电阻(R13)连接于第十一电阻(R11)和第十二电阻(R12)之间、反相输入端通过第十八电阻(R18)接主板供电电源(VCC)并通过第八电容(C8)接地、正电源端接主板供电电源(VCC)并通过第五电容(C5)接地、负电源端接地、输出端为缓启动保护电路的输出端(Vout2)并分别通过稳压二极管(PD1)和第十五电阻(R15)接地。
6.根据权利要求5所述的主板保护电路，其特征在于，所述第二运算放大器(PU1A)的同相输入端通过第十六电阻(R16)接第二运算放大器(PU1A)的输出端；第二运算放大器(PU1A)的同相输入端通过串联的第十七电阻(R17)和第六电容(C6)接第二运算放大器(PU1A)的输出端；
所述第十一电阻(R11)和第十二电阻(R12)之间的节点通过第七电容(C7)接地。
7.根据权利要求1所述的主板保护电路，其特征在于，所述开关控制电路(300)包括：第三场效应管(PQ3)，第二MOS管(PQ32)；
其中，
第三场效应管(PQ3)的栅极通过第十九电阻(R19)接缓启动保护电路(200)的输出端(Vout2)并分别通过第九电容(C9)和第二十电阻(R20)接地、源极接地；
第二MOS管(PQ32)的栅极通过串联的第二十一电阻(R21)和第二十二电阻(R22)接第三场效应管(PQ3)的漏极、漏极为输出端(Vout)、源极通过第一电感(L9)与过压保护电路(100)的输出端(Vout1)连接并通过瞬态电压抑制二极管(PD2)接地以及分别通过第二十三电阻(R23)和第十二电容(C12)接于第二十一电阻(R21)和第二十二电阻(R22)之间；
所述输出端(Vout)输出电压到主板电源端。
8.根据权利要求1所述的主板保护电路，其特征在于，所述过压保护电路(100)的输出端(Vout1)与地之间接有第十电容(C10)；所述过压保护电路(100)的输出端(Vout1)与地之间接有第十一电容(C11)；所述过压保护电路(100)的输出端(Vout1)通过第十四电阻(R14)与所述缓启动保护电路(200)的输出端(Vout2)相连。
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2013
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