CN104810782B - 基于自恢复保险丝的电源电路及电子产品 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于自恢复保险丝的电源电路及电子产品，在输送输入电源的供电线路中设置有相互并联的自恢复保险丝主通路和自恢复保险丝备用通路；采集所述主通路中自恢复保险丝两端的电压差，若所述电压差小于等于设定阈值V，则通过所述自恢复保险丝主通路输送所述的输入电源，否则，切换至所述自恢复保险丝备用通路输送所述的输入电源。本发明的电源电路通过设计自恢复保险丝主通路和自恢复保险丝备用通路，可以使得应用自恢复保险丝的电子产品的使用周期延长，并且可以避免因自恢复保险丝承受的电流冲击过大、时间过长而导致的保险丝上面的压降过大，继而引起的系统运行不稳定或者不能工作的现象出现，显著提升了电子产品的整机性能。

Description

基于自恢复保险丝的电源电路及电子产品

技术领域

本发明属于电源电路技术领域，具体地说，是涉及一种采用自恢复保险丝设计的电源电路以及应用这种电源电路设计的电子产品。

背景技术

自恢复保险丝PTC是一种过流保护元件，可以在输入电流过大时自动断开，切断输入电源，以防止因输入电流过大而对系统电路造成损害。并且，这种保险丝可以在输入电流恢复正常后自动闭合，重新接通输入电源的供电回路，实现重复利用。

在使用自恢复保险丝PTC设计的电源电路中，当利用自恢复保险丝进行过流保护时，经常会出现随着保险丝受冲击次数的增多，保险丝的电阻阻值增大的问题。如果电子产品本身需要的电流很大，就会在自恢复保险丝上产生一个比较大的压降，这样对于供电电压要求比较严格的电子产品来说，就会因为自恢复保险丝的分压过大而导致输入到系统电路的供电电压大幅减小，继而影响到系统电路的正常运行，甚至出现电子产品不能工作的现象。

发明内容

本发明为了解决现有技术中自恢复保险丝因自身阻值增大而导致系统电路无法正常运行的问题，提出了一种基于自恢复保险丝设计的电源电路，通过对自恢复保险丝进行备份设计，并在常规保险丝出现阻值过大问题时自动切换至备用保险丝，从而保证了系统电路的正常用电。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于自恢复保险丝的电源电路，在输送输入电源的供电线路中设置有相互并联的自恢复保险丝主通路和自恢复保险丝备用通路；采集所述主通路中自恢复保险丝两端的电压差，若所述电压差小于等于设定阈值V，则通过所述自恢复保险丝主通路输送所述的输入电源，否则，切换至所述自恢复保险丝备用通路输送所述的输入电源。

其中，所述设定阈值V=V_DC-INPUT-V_LOW；其中，V_DC-INPUT为所述输入电源的电压值；V_LOW为系统电路稳定工作所允许的最小输入电压值，所述输入电源为所述系统电路供电。

进一步的，在所述的自恢复保险丝主通路和自恢复保险丝备用通路中均设置有自恢复保险丝和开关电路，可以通过改变所述开关电路的通断状态，来控制所述自恢复保险丝主通路和自恢复保险丝备用通路的其中之一连通。

又进一步的，所述系统电路根据采集到的所述主通路中自恢复保险丝两端的电压差生成开关控制信号，输出至两个所述的开关电路，控制两个所述的开关电路通断。

优选的，设计所述系统电路仅在开机运行时执行一次所述电压差的采集工作，并生成开关控制信号，控制所述自恢复保险丝主通路和自恢复保险丝备用通路的其中之一连通。

作为所述自恢复保险丝主通路的一种优选电路设计方式，在所述主通路中，将自恢复保险丝连接在输入电源与开关电路之间，所述开关电路包括第一NPN型三极管、第一PMOS管和第二PMOS管；通过所述第一NPN型三极管的基极接收系统电路输出的所述开关控制信号，发射极接地，集电极连接第一PMOS管的栅极，并通过第一上拉电阻连接主通路的自恢复保险丝；所述第一PMOS管的源极连接主通路的自恢复保险丝，漏极连接第二PMOS管的栅极，并通过下拉电阻接地；所述第二PMOS管的源极连接主通路的自恢复保险丝，漏极连接电源输出端。

作为所述自恢复保险丝备用通路的一种优选电路设计方式，在所述备用通路中，将自恢复保险丝连接在输入电源与开关电路之间，所述开关电路包括第二NPN型三极管和第三PMOS管；通过所述第二NPN型三极管的基极接收系统电路输出的所述开关控制信号，发射极接地，集电极连接第三PMOS管的栅极，并通过第二上拉电阻连接备用通路的自恢复保险丝；所述第三PMOS管的源极连接备用通路的自恢复保险丝，漏极连接电源输出端。

为了在所述主通路和备用通路进行切换时，增强输出电源的稳定性，本发明在所述电源输出端上还连接有一稳压电容，并通过所述稳压电容接地，以稳定输出电压的波形。

为了对主通路中自恢复保险丝两端的电压差实现自动检测，本发明在所述自恢复保险丝主通路中，其自恢复保险丝的两端分别连接有一路电压检测电路，利用两路电压检测电路分别检测所述自恢复保险丝两端的电压，并传输至所述的系统电路，以计算出主通路中自恢复保险丝两端的电压差。

进一步的，所述系统电路仅在开机运行时控制两个所述的电压检测电路使能运行，采集自恢复保险丝主通路中的自恢复保险丝两端的电压，并在接收到采样电压后，控制两个所述的电压检测电路停止运行，以防止通过检测回路对系统电路造成过流、过压等损害。

作为所述电压检测电路的一种优选电路设计方式，在每一路所述的电压检测电路中均设置有一NPN型三极管、一PMOS管和一分压电路，所述电压检测电路中的NPN型三极管，其基极接收系统电路输出的使能信号，发射极接地，集电极连接电压检测电路中的PMOS管的栅极，并通过电阻连接主通路的自恢复保险丝；所述电压检测电路中的PMOS管的源极连接所述主通路的自恢复保险丝，漏极通过所述分压电路接地，所述分压电路的分压节点连接系统电路，向系统电路输出采样电压。

为了实现过压保护功能，在所述电源电路中还设置有过压保护电路，分别连接所述主通路和备用通路中自恢复保险丝与开关电路的中间节点，对传输至系统电路的供电电压进行钳制。

优选的，在所述电源电路中还可以设置电源管理芯片，将所述输入电源通过自恢复保险丝主通路或者自恢复保险丝备用通路传输至电源管理芯片，通过电源管理芯片输出至系统电路。

基于上述电源电路，本发明还提出了一种电子产品，设置有电源电路和系统电路，在所述电源电路中，输送输入电源的供电线路中设置有相互并联的自恢复保险丝主通路和自恢复保险丝备用通路；采集所述主通路中自恢复保险丝两端的电压差，若所述电压差小于等于设定阈值V，则通过所述自恢复保险丝主通路输送所述的输入电源，否则，切换至所述自恢复保险丝备用通路输送所述的输入电源。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的电源电路通过设计自恢复保险丝主通路和自恢复保险丝备用通路，可以使得应用自恢复保险丝的电子产品的使用周期延长。当主通路中的自恢复保险丝的自身阻值过大时，可以切换至备用通路继续为系统电路供电，并进行过流保护，由此避免了因自恢复保险丝承受的电流冲击过大、时间过长而导致的保险丝上面的压降过大，继而引起的系统运行不稳定或者不能工作的现象出现，显著提升了电子产品的整机性能。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本发明所提出的基于自恢复保险丝的电源电路的一种实施例的电路原理框图；

图2是图1所示电源电路的一个具体实施例的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。

本实施例针对采用自恢复保险丝作为过流保护元件设计的电子产品，提出了一种电源电路的线路设计，为了解决传统电源电路采用一根自恢复保险丝作为过流保护元件，在所述自恢复保险丝受到多次过流冲击后因自身阻值的增大而导致传输至系统电路的供电电压过分减小，继而影响到系统电路正常运行的问题，提出了一种保险丝通路的冗余设计方案，即在输送输入电源的供电线路中同时设置两条保险丝通路——自恢复保险丝主通路和自恢复保险丝备用通路，通过将所述的自恢复保险丝主通路和自恢复保险丝备用通路相并联，并设置自恢复保险丝主通路为默认的输入电源传输通路。在使用过程中，采集所述主通路中自恢复保险丝两端的电压差，并将所述的电压差与预先确定的设定阈值V进行比较；若所述电压差小于等于设定阈值V，则认为主通路中的自恢复保险丝的电阻阻值还在可接受的范围内，不会对系统电路的正常运行造成影响，因此保持主通路的连通状态，继续通过所述的自恢复保险丝主通路输送所述的输入电源。若检测到所述的电压差大于设定阈值V，则认为主通路中的自恢复保险丝的电阻阻值过大，在其上产生的压降会导致输入到系统电路的供电电压小于系统电路稳定工作所允许的最小输入电压，则此时，为了保证系统电路能够正常工作，将主通路切断，连通备用通路，即切换至所述自恢复保险丝备用通路输送所述的输入电源，以保证系统电路能够正常用电，由此便延长了电子产品的使用时间。

如图1所示，在本实施例的自恢复保险丝主通路和自恢复保险丝备用通路中分别设置有一根自恢复保险丝F1/F2和一个开关电路A/B，将主通路中的自恢复保险丝F1串联在输入电源DC_INPUT与开关电路A之间，开关电路A接收系统电路输出的开关控制信号PTC1_EN，通过控制开关电路A通断，来连通或者切断自恢复保险丝主通路。同理，将备用通路中的自恢复保险丝F2串联在输入电源DC_INPUT与开关电路B之间，开关电路B接收系统电路输出的开关控制信号PTC2_EN，通过控制开关电路B通断，来连通或者切断自恢复保险丝备用通路。

为了在自恢复保险丝主通路和备用通路之间实现自动切换，本实施例设置电压检测电路，用于检测主通路中自恢复保险丝F1两端的电压差。作为本实施例的一种优选电路设计方案，可以在保险丝F1的两端分别连接一个电压检测电路C/D，如图1所示，分别检测保险丝F1两端的电压值，对检测到的两个电压值进行求差运算，即可获得保险丝F1两端的电压差。

当然，也可以只设计一个电压检测电路，连接在保险丝F1的两端，直接采集保险丝F1两端的降压，同样可以满足检测要求。

本实施例以图1所示的同时设置两个电压检测电路C、D为例进行说明。将两个电压检测电路C、D分别连接在自恢复保险丝F1的两端，分别采集自恢复保险丝F1两端的电压大小，并将采样电压分别传输至系统电路，具体可以传输至系统电路的模数转换接口，将模拟采样电压转换成数字信号，并换算成与自恢复保险丝F1的两端电压相对应的数字电压，然后对两个数字电压进行求差运算，即可计算出自恢复保险丝F1两端的电压差值V _F1。

系统电路根据计算出的电压差值V_F1，判断主通路中自恢复保险丝F1两端的压降是否过大，具体可以采用将计算出的电压差值V _F1与设定阈值V进行比较的方式来判断。具体来讲，首先根据输入电源DC_INPUT的电压值V_{DC_INPUT}和系统电路稳定工作所允许的最小输入电压值V_LOW确定出设定阈值V=V_DC-INPUT-V_LOW；然后，将计算出的电压差值V_F1与设定阈值V进行比较，若V_F1>V，则判定自恢复保险丝F1两端的压降过大，系统电路改变开关控制信号PTC1_EN和PTC2_EN的电平状态，控制开关电路A关断、开关电路B导通，继而将输入电源DC_INPUT的传输通路从自恢复保险丝主通路切换至自恢复保险丝备用通路，利用备用通路中的自恢复保险丝F2对电子产品进行过流保护。

为了防止通过检测回路对系统电路造成过流、过压等损害，本实施例设计仅在电子产品开机运行时检测主通路中自恢复保险丝F1两端的电压差，这就需要对电压检测电路C、D的工作时序进行有效地控制。为此，本实施例设计系统电路在启动运行时，输出有效的使能信号ADC_EN，分别传输至电压检测电路C、D的控制端，控制电压检测电路C、D采集自恢复保险丝F1两端的电压，并将采样电压反馈至系统电路。系统电路在接收到有效的采样电压后，置使能信号ADC_EN为无效状态，控制电压检测电路C、D停止运行或者直接从主通路中隔离开，以避免对系统电路的正常运行造成影响。

图2为本实施例为实现上述设计目的而提出的电源电路的一种具体电路组建结构。其中，开关电路A可以采用一个NPN型三极管Q9和两个PMOS管Q3、Q8并配合简单的外围电路搭建而成，自恢复保险丝 F1串联在输入电源DC_INPUT与所述的开关电路A之间。通过NPN型三极管Q9（第一NPN型三极管）的基极接收系统电路输出的开关控制信号PTC1_EN，将三极管Q9的发射极接地，集电极连接PMOS管Q8（第一PMOS管）的栅极，并通过第一上拉电阻R10连接自恢复保险丝 F1。将PMOS管Q8的源极连接至自恢复保险丝 F1，漏极连接PMOS管Q3（第二PMOS管）的栅极，并通过下拉电阻R4接地。所述PMOS管Q3的源极连接自恢复保险丝 F1，漏极连接电源输出端VCC。

在开关电路A中，下拉电阻R4与上拉电阻R10的阻值应尽量大，以确保在PMOS管Q3关断、PMOS管Q8导通后，经过PMOS管Q8和下拉电阻R4的回路上的损耗尽量小，经过NPN型三极管Q9到地的损耗尽量小。

开关电路B可以采用一个NPN型三极管Q6和一个PMOS管Q7配合简单的外围电路搭建而成，将自恢复保险丝 F2串联在输入电源DC_INPUT与所述的开关电路B之间。通过NPN型三极管Q6（第二NPN型三极管）的基极接收系统电路输出的开关控制信号PTC2_EN，将三极管Q6的发射极接地，集电极连接PMOS管Q7（第三PMOS管）的栅极，并通过第二上拉电阻R8连接自恢复保险丝 F2。将PMOS管Q7的源极连接至自恢复保险丝 F2，漏极连接电源输出端VCC。

当然，对于所述的开关电路A、B也可以采用其他具有开关作用的元件器设计而成，例如可控硅、NMOS管、PNP型三极管等，本实施例并不仅限于以上举例。

对于电压检测电路C、D，可以采用一个NPN型三极管、一个PMOS管和一个分压电路并配合简单的外围电路连接而成。如图2所示，利用NPN型三极管Q4、PMOS管Q5、分压电阻R1、R2和上拉电阻R3构建电压检测电路C。其中，通过NPN型三极管Q4的基极接收系统电路输出的使能信号ADC_EN，发射极接地，集电极连接PMOS管Q5的栅极，并通过上拉电阻R3连接自恢复保险丝F1连接输入电源DC_INPUT的一端F1-1。将所述PMOS管Q5的源极也连接至自恢复保险丝F1的F1-1端，PMOS管Q5的漏极连接分压电路，即通过串联的分压电阻R1、R2接地，通过分压电阻R1、R2的分压节点输出自恢复保险丝F1连接输入电源DC_INPUT的一端的采样电压ADC-1。

同理，NPN型三极管Q1、PMOS管Q2、分压电阻R5、R7和上拉电阻R6构成电压检测电路D。其中，通过NPN型三极管Q1的基极接收系统电路输出的使能信号ADC_EN，发射极接地，集电极连接PMOS管Q2的栅极，并通过上拉电阻R6连接自恢复保险丝F1连接开关电路A的一端F1-2。将所述PMOS管Q2的源极也连接至自恢复保险丝F1的F1-2端，PMOS管Q2的漏极连接分压电路，即通过串联的分压电阻R5、R7接地，通过分压电阻R5、R7的分压节点输出自恢复保险丝F1连接开关电路A的一端的采样电压ADC-2。

通过系统电路接收所述的采样电压ADC-1和ADC-2，以计算出在自恢复保险丝F1上产生的压降，即上述的电压差值V_F1。

所述分压电阻R1、R2、R5、R7的阻值可以根据系统电路的模数转换接口所允许输入的电压范围具体确定，即，通过分压节点输出的采样电压ADC-1和ADC-2应在模数转换接口所允许输入的电压范围以内，以避免对系统电路的模数转换接口造成损坏。

下面结合图1、图2，对本实施例的电源电路的具体工作过程进行详细地阐述。

在电子产品开机时，系统默认开关控制信号PTC1_EN和PTC2_EN均为低电平，此时，开关电路A导通，开关电路B关断，自恢复保险丝主通路连通，输送输入电源DC_INPUT为系统电路供电。具体到图2，即当PTC1_EN为低电平时，三极管Q9和PMOS管Q8截止，PMOS管Q3因其源极电压高于其栅极电压而饱和导通，连通自恢复保险丝F1的电流回路，输入电源DC_INPUT通过自恢复保险丝主通路向系统电路供电，使系统电路上电运行。系统电路在启动运行后，首先输出有效的使能信号ADC_EN，例如高电平信号，控制电压检测电路C、D对自恢复保险丝F1两端的电压进行检测。具体到图2，当使能信号ADC_EN为高电平时，三极管Q1、Q4饱和导通，拉低PMOS管Q2、Q5的栅极电位，近似于短接到地，继而使PMOS管Q2、Q5饱和导通，接通分压电路与自恢复保险丝F1的电流回路。此时，自恢复保险丝F1的FI-1端的电压经由分压电阻R1、R2分压后，形成采样电压ADC-1，传输至系统电路；自恢复保险丝F1的FI-2端的电压经由分压电阻R5、R7分压后，形成采样电压ADC-2，也传输至系统电路。系统电路在接收到所述的采样电压ADC-1和ADC-2后，置使能信号ADC_EN为无效状态，例如置为低电平，控制三极管Q1、Q4截止，PMOS管Q2、Q5关断，将分压电路从自恢复保险丝主通路中隔离出来，不再对自恢复保险丝F1两端的电压进行检测，以防止系统电路在后续的运行过程中，检测回路对系统电路造成过流或者过压等损害。

本实施例设计系统电路仅在开机时对自恢复保险丝F1上的压降进行一次检测，将接收到的采样电压ADC-1和ADC-2换算成与之对应的实际电压值，然后求其差值，即获得自恢复保险丝F1两端的电压差值V_F1。

系统电路将计算出的电压差值V_F1与设定阈值V进行比较，若V_F1≤V，则输入到系统电路的供电电压大于系统电路稳定工作所允许的最小输入电压V_LOW，继续通过自恢复保险丝主通路传输输入电源DC_INPUT。若V_F1>V，则认为自恢复保险丝F1上的压降过大，会导致输入到系统电路的供电电压低于系统电路稳定工作所允许的最小输入电压V_LOW，此时，为了保证系统电路能够正常运行，系统电路置开关控制信号PTC1_EN和PTC2_EN为高电平，继而控制开关电路A关断、开关电路B导通，切换至自恢复保险丝备用通路来传输所述的输入电源DC_INPUT。具体到图2，即，当开关控制信号PTC1_EN和PTC2_EN为高电平时，三极管Q9、Q6饱和导通，拉低PMOS管Q8、Q7的栅极电位，使PMOS管Q8、Q7饱和导通，连通备用通路中自恢复保险丝F2的电流回路，切换至自恢复保险丝F2为系统电路提供过流保护。此时，主通路中的PMOS管Q3由于PMOS管Q8的饱和导通而使其栅极电压接近其源极电压，继而控制PMOS管Q3截止，切断自恢复保险丝主通路，改由自恢复保险丝备用通路传输输入电源DC_INPUT，这样便延长了电子产品的使用时间。

为了在两个通路进行切换时，能够增强通过主通路或者备用通路输出的供电电压的稳定性，本实施例优选在电源输出端VCC处增设一稳压电容C1，如图2所示，连接在电源输出端VCC与地之间，以稳定输出的供电电压的波形。在本实施例中，所述稳压电容C1的电容值应根据实际需要设计得尽量大。

在本实施例中，所述自恢复保险丝F1和F2优选采用参数相同的两根保险丝，以进一步增强通路切换的稳定性。

为了实现过压保护功能，本实施例在所述电子产品中还设置有过压保护电路，如图1所示，分别连接主通路和备用通路中自恢复保险丝与开关电路的中间节点，对传输至系统电路的供电电压进行钳制。

作为一种优选电路设计，可以采用一颗稳压管D1设计所述的过压保护电路。如图2所示，将稳压管D1的阴极分别连接至自恢复保险丝F1与开关电路A的中间节点，以及自恢复保险丝F2与开关电路B的中间节点，将稳压管D1的阳极接地，配置稳压管D1的反向击穿压降，使其在输入电源DC_INPUT的电压过高时反向击穿，以限制输入到系统电路的供电电压，避免对系统电路造成过压损害。

在本实施例的电源电路中还可以进一步设置电源管理芯片，如图1所示，将通过主通路或者备用通路输出的供电电压传输至电源管理芯片，通过电源管理芯片再传送至后续的系统电路，由此可以对输入到系统电路的供电电源实现进一步管理，进一步确保系统电路的用电安全。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于自恢复保险丝的电源电路，其特征在于：在输送输入电源的供电线路中设置有相互并联的自恢复保险丝主通路和自恢复保险丝备用通路，所述主通路中的自恢复保险丝与所述备用通路中的自恢复保险丝的参数相同；采集所述主通路中自恢复保险丝两端的电压差，若所述电压差小于等于设定阈值V=V_DC-INPUT-V_LOW，则通过所述自恢复保险丝主通路输送所述的输入电源，否则，切换至所述自恢复保险丝备用通路输送所述的输入电源；其中，V_DC-INPUT为所述输入电源的电压值；V_LOW为系统电路稳定工作所允许的最小输入电压值，所述输入电源为所述系统电路供电。

2.根据权利要求1所述的基于自恢复保险丝的电源电路，其特征在于：在所述的自恢复保险丝主通路和自恢复保险丝备用通路中均设置有开关电路，通过改变所述开关电路的通断状态，来控制所述自恢复保险丝主通路和自恢复保险丝备用通路的其中之一连通。

3.根据权利要求2所述的基于自恢复保险丝的电源电路，其特征在于：所述系统电路根据采集到的所述主通路中自恢复保险丝两端的电压差生成开关控制信号，输出至两个所述的开关电路，控制两个所述的开关电路通断。

4.根据权利要求3所述的基于自恢复保险丝的电源电路，其特征在于：所述系统电路仅在开机运行时执行一次所述电压差的采集工作，并生成开关控制信号，控制所述自恢复保险丝主通路和自恢复保险丝备用通路的其中之一连通。

5.根据权利要求4所述的基于自恢复保险丝的电源电路，其特征在于：在所述自恢复保险丝主通路中，其自恢复保险丝的两端分别连接有一路电压检测电路，分别检测主通路中自恢复保险丝两端的电压，并传输至所述的系统电路，以计算出主通路中自恢复保险丝两端的电压差。

6.根据权利要求5所述的基于自恢复保险丝的电源电路，其特征在于：所述系统电路在开机运行时控制两个所述的电压检测电路使能运行，采集自恢复保险丝主通路中的自恢复保险丝两端的电压，并在接收到采样电压后，控制两个所述的电压检测电路停止运行。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的基于自恢复保险丝的电源电路，其特征在于：在所述电源电路中还设置有过压保护电路，分别连接所述主通路和备用通路中自恢复保险丝与开关电路的中间节点，对传输至系统电路的供电电压进行钳制。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的基于自恢复保险丝的电源电路，其特征在于：在所述电源电路中还设置有电源管理芯片，所述输入电源通过自恢复保险丝主通路或者自恢复保险丝备用通路传输至电源管理芯片，通过电源管理芯片输出至系统电路。

9.一种电子产品，设置有电源电路和系统电路，其特征在于：所述电源电路是如权利要求1至8中任一项所述的基于自恢复保险丝的电源电路。