CN104065042A

CN104065042A - 一种电源输入保护电路及方法

Info

Publication number: CN104065042A
Application number: CN201310092373.1A
Authority: CN
Inventors: 郭心亮; 虞爱华; 王惊伟
Original assignee: O Net Communications Shenzhen Ltd
Current assignee: O Net Technologies Shenzhen Group Co Ltd
Priority date: 2013-03-21
Filing date: 2013-03-21
Publication date: 2014-09-24

Abstract

本发明提供一种电源输入保护电路及方法，其电路包括输入单元、监测单元、设置单元、控制单元、开关单元和输出单元，其中，控制单元和开关单元均包括限流电阻和MOS管，且限流电阻的一端均连接于MOS管的栅极；上述输出单元设置为一端接地的极性电容，检测单元获取输入单元当前的电压状态；电压状态决定控制单元的MOS管的导通状态，开关单元的MOS管不导通，解决了EDFA模块输入电源电压过高或过低造成功能失效的问题，降低了电路复杂性、提高电路可靠性及降低生产成本。

Description

一种电源输入保护电路及方法

技术领域

本发明属于开关电源产品技术领域，尤其涉及一种电源输入保护电路及方法。

背景技术

掺饵光纤放大器(EDFA)的研制成功，是光通信发展的一个“里程碑”，打破了光纤通信传输距离受光纤损耗的限制，使全光通信距离延长至上千公里，为光纤通信带来了革命性的变化。EDFA模块通常由光路和电路两部分组成，其中电路主要包括电源输入装置、微处理自动控制单元、监控接口和报警及保护电路。

EDFA模块对电路输入电源的要求较高，一旦电源电压出现过压或欠压的情况，就可能造成EDFA模块功能的失效，从而影响通信系统的功能。目前常见EDFA电路的电源输入装置一般需要集成控制芯片和比较芯片，不但价格昂贵，而且需要独立的输入电源，增加了电路的复杂性和不可预测的影响因素。

发明内容

为解决EDFA模块输入电源电压过高或过低造成功能失效的问题，本发明提供一种电源输入保护电路及方法。

本发明的发明目的之一为降低电路复杂性、提高电路可靠性及降低生产成本。

为达到上述发明目的，本发明提供一种电源输入保护电路，包括一输入单元、一监测单元、一设置单元、一控制单元、一开关单元和一输出单元。所述输入单元的输出端分别连接监测单元和开关单元的输入端；所述监测单元的输出端分别连接设置单元和控制单元的输入端；所述控制单元的输出端连接所述开关单元的输入端；所述开关单元的输出端连接输出单元的输入端；其特征在于：其中，所述控制单元和所述开关单元均包括一限流电阻和一MOS管，且上述限流电阻的一端均连接于所述MOS管的栅极；且上述控制单元包括的限流电阻的另一端连接于上述监测单元的输出端，上述开关单元包括的限流电阻的领一端连接于输入单元的输出端。

其中，优选实施方式之一为：上述输入单元设置为一端接地的TVS管。

其中，优选实施方式之一为：上述监测单元进一步包括一串联连接的限流电阻和稳压管。

其中，优选实施方式之一为：上述设置单元设置为一接地可调电阻。

其中，优选实施方式之一为：上述控制单元进一步包括一稳压管，其连接于上述控制单元包括的MOS的栅极和源极。

其中，优选实施方式之一为：上述控制单元包括的MOS管设置为P沟道MOS管。

其中，优选实施方式之一为：上述开关单元进一步包括一稳压管，其连接于上述开关单元包括的MOS的栅极和源极。

其中，优选实施方式之一为：上述开关单元包括的MOS管设置为P沟道MOS管。

其中，优选实施方式之一为：上述输出单元设置为一端接地的极性电容。

本发明同时提供一种电源输入保护方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：首先，检测单元获取输入单元当前的电压状态；其次，上述电压正常时，控制单元包括的MOS管的栅源电压大于阈值电压，该MOS管不导通；上述电压过高时，检测单元的限流电阻的输出端电压大于监测单元的稳压管的阈值电压，监测单元的稳压管导通，控制单元的MOS管导通；上述电压过低时，开关单元的MOS管的栅源电压大于阈值电压，不导通；最后，控制单元包括的MOS管不导通，开关单元包括的MOS管导通，电源输入电路正常工作；控制单元包括的MOS管导通，开关单元的MOS管栅源电压大于阈值电压，开关单元的MOS管不导通，电源输入电路停止工作。

与现有技术相比，本发明具有下述优点：首先，通过设置电源输入保护电路，在输入电源过压或欠压的情况下，电源输入保护电路自动断路，避免了后续连接的电路的损坏；其次，本发明的电源输入保护电路增加了过压阈值可调功能，简化了电路设计的复杂性，降低了成本；最后，本发明的电源输入保护电路不需要独立电源，为低功耗电路。

附图说明

图1为本发明的电源输入保护电路的原理框图。

图2为本发明的电源输入保护电路的原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的电源输入保护电路及方法做更进一步详细说明。

为实现对EDFA辅助电路输入电源进行有效的保护，在电源电路的直流电压输出端设计了如图1所示的过压、欠压保护电路。图1为本发明的电源输入保护电路的原理框图，包括输入单元110、监测单元120、设置单元130、控制单元140、开关单元150和输出单元160，其中输入单元110作为本发明的电源输入保护电路的输入端V_in，分别与监控单元120的输入端及开关单元150的输入端连接；监测单元120用于获取当前输入单元110输出的电压状态，其输入端连接于输入单元110的输出端，其输出端分别连接控制单元140的输入端和设置单元130的输入端；设置单元130用于调整电源输入保护电路的过压阈值，其输入端连接于监测单元120的输出端，其输出端接地；控制单元140用于比较当前电源电压和阈值电压，并向开关单元150输出信号，其输入端连接于监测单元120的输出端，其输出端连接于开关单元150的输入端；开关单元150根据接收的信号判断并控制电路的开关状态，其输入端分别连接输入单元110的输出端和控制单元140的输出端；输出单元160作为整个电源输入控制电路的输出端V_out，平滑整个电路的输出，其输入端连接于开关单元150的输出端。

图2为本发明的电路原理图，下面根据原理图对各元器件做更为详细的解释，在电路图中输入单元110是一瞬变电压抑制器件，且其另一端接地，例如可设置为如图所示的TVS管D₄，用来抑制输入端V_in的浪涌电压、消除尖峰电压，防止瞬间高电压导致电源断开，输入电压V_in通过输入单元110后输出电压V₄。

监测单元120包括限流电阻R₁和稳压管D₁，且限流电阻R₁与稳压管D₁串联连接，限流电阻R₁的一端作为监测单元120的输入端，稳压管D₁的一端作为监测单元120的输出端。监测单元120的输入电压为V₄，经过限流电阻R₁，电压变化为V₅，且稳压管D₁导通的阈值设置为V_D1。当输入电压V₅≤V_D1时，稳压管D₁不导通，电压保持为V₅。当输入电压V₅＞V_D1时，稳压管D₁导通，拉低电压V₅至V₅’。

设置单元130包括接地电阻R₅，当监测单元120的稳压管D₁导通后，稳压管D₁串联至接地电阻R₅，接地电阻R₅用于调整稳压管D₁导通的阈值电压。

控制单元140包括限流电阻R₂和P沟道型MOS管Q₁，限流电阻R₂的一端连接于限流电阻R₁的输出端，另一端连接于MOS管Q₁的栅极G₁，MOS管Q₁的源极S₁连接于输入单元的输出端，其电压VS₁＝V₄。当输入电压过高时，监测单元的稳压管D₁导通，电压V₅降低至V₅’，通过限流电阻R₂后，MOS管Q₁的栅极电压V_G1同样降低，因此，MOS管Q₁的栅源电压V_GS1降低(MOS管Q₁为P沟道型的MOS管，栅源电压降低即栅极与源极的电压差绝对值增大)，当V_GS1降低至小于MOS管Q₁的导通阈值电压V_T1时，MOS管Q₁导通，MOS管Q₁的漏极电压V_D1＝V_S1；反之输入电压正常时，监测单元120的稳压管D₁不导通时，MOS管Q₁的栅源电压不变，因此MOS管Q₁不导通。其中，控制单元140可设置稳压管D₂，保护MOS管Q₁，防止栅源电压差过大损坏MOS管Q₁，稳压管D₂一端连接于MOS管Q₁的栅极G₁，另一端连接于输入单元110的输出端。

开关单元150包括电阻R₃、R₄和P沟道MOS管Q₂，电阻R₃的一端连接于输入单元110的输出端，另一端连接于MOS管Q₁的漏极D₁且同时连接电阻R₄及MOS管Q₂的栅极G₂，电阻R₄的另一端接地，MOS管Q₂的源极S₂连接于输入单元110的输出端。电路通过正常的电压时，MOS管Q₁不导通，电阻R₃两端的电压差即为MOS管Q₂栅源两极的电压差，电阻R₄用来调节电阻R₃两端的电压差使其小于MOS管Q₂的阈值电压V_T2，保持MOS管Q₂的导通。电路的输入电压过高时，MOS管Q₁导通，此时电阻R₃被短路，其两端电压差近似为零，即MOS管Q₂的栅源电压近似为零，大于其导通阈值电压，因此MOS管Q₂不导通。其中，开关单元150可设置稳压管D₃，保护MOS管Q₂，防止栅源电压差过大损坏MOS管Q₂，稳压管D₃一端连接于MOS管Q₂的栅极G₂，另一端连接于输入单元110的输出端。

输出单元160包括接地电容C₁，其另一端连接于MOS管Q₂的漏极和输出端V_out，电容C₁用来存储和释放电荷以充当保护电路的滤波器，平滑输出电压信号。

本发明的过压或欠压保护方法，其步骤描述如下：

S100：检测单元120获取输入单元110的当前输出电压V₄；

S200：当输出电压V₄正常时，限流电阻R₁的输出端电压V₅小于等于稳压管的阈值电压V_D1，不导通稳压管D₁；MOS管Q₁的栅源电压差不变，MOS管Q₁不导通；当输入电压V₄过高时，限流电阻R₁的输出端电压V₅大于稳压管D₁的阈值电压V_D1，导通稳压管D₁，稳压管D₁导通后拉低V₅至V₅’，MOS管Q₁导通；当输入电压过低时，MOS管Q₂的栅源电压大于其导通阈值电压。

S300：MOS管Q₁不导通，开关单元150的MOS管Q₂导通，电源输入电路正常工作，输出电压V_out＝V_in；MOS管Q₁导通时，MOS管Q₂的栅源两端电压差不变，MOS管Q₂不导通，电源输入电路停止工作。

与现有技术相比，本发明具有下述优点：首先，通过设置电源输入保护电路，在输入电源过压或欠压的情况下，电源输入保护电路自动断路，避免了后续连接的电路的损坏；其次，本发明的电源输入保护电路增加了过压阈值可调功能，简化了电路设计的复杂性；最后，本发明的电源输入保护电路不需要独立电源，为低功耗电路。

以上所述，仅为本发明最佳实施例而已，并非用于限制本发明的范围，凡依本发明申请专利范围所作的等效变化或修饰，皆为本发明所涵盖。

Claims

1.一种电源输入保护电路，包括一输入单元、一监测单元、一设置单元、一控制单元、一开关单元和一输出单元；所述输入单元的输出端分别连接监测单元和开关单元的输入端；所述监测单元的输出端分别连接设置单元和控制单元的输入端；所述控制单元的输出端连接所述开关单元的输入端；所述开关单元的输出端连接输出单元的输入端；其特征在于：其中，所述控制单元和所述开关单元均包括一限流电阻和一MOS管，且上述限流电阻的一端均连接于所述MOS管的栅极；且上述控制单元包括的限流电阻的另一端连接于上述监测单元的输出端，上述开关单元包括的限流电阻的另一端连接于输入单元的输出端。

2.如权利要求1所述一种电源输入保护电路，其特征在于：上述输入单元设置为一端接地的瞬变抑制器件。

3.如权利要求1所述一种电源输入保护电路，其特征在于：上述监测单元进一步包括一串联连接的限流电阻和稳压管。

4.如权利要求1所述一种电源输入保护电路，其特征在于：上述设置单元设置为一接地可调电阻。

5.如权利要求1所述一种电源输入保护电路，其特征在于：上述控制单元进一步包括一稳压管，其连接于上述控制单元包括的MOS的栅极和源极。

6.如权利要求1或5所述一种电源输入保护电路，其特征在于：上述控制单元包括的MOS管设置为P沟道型MOS管。

7.如权利要求1所述一种电源输入保护电路，其特征在于：上述开关单元进一步包括一稳压管，其连接于上述开关单元包括的MOS的栅极和源极。

8.如权利要求1或7所述一种电源输入保护电路，其特征在于：上述开关单元包括的MOS管设置为P沟道型MOS管。

9.如权利要求1所述一种电源输入保护电路，其特征在于：上述输出单元设置为一端接地滤波器件。

10.一种电源输入保护方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

首先，检测单元获取输入单元的当前输出电压；

其次，上述输出电压正常时，控制单元包括的MOS管的栅源电压差不变，该MOS管不导通；上述输出电压过高时，检测单元的限流电阻的输出端电压大于监测单元的稳压管的阈值电压，监测单元的稳压管导通，控制单元的MOS管导通；

最后，控制单元包括的MOS管不导通，开关单元包括的MOS管导通，电源输入电路正常工作；控制单元包括的MOS管导通，开关单元的MOS管的栅源两端电压差不变，开关单元的MOS管不导通，电源输入电路停止工作。