CN105281560A - 带保护的升降压电路 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种带保护的升降压电路。该电路包括依次串联连接的第一电压调节电路、限流开关MOS管和第二电压调节电路，其中，第一电压调节电路，用于将输入电压调节至满足限流开关MOS管要求的输入电压；限流开关MOS管，用于实现限流与短路保护；第二电压调节电路，用于将限流开关MOS管的输出电压调节至满足外部设备要求的输入电压。本公开可以在高压差升压或降压电路中实现限流与短路保护。

Description

带保护的升降压电路

技术领域

本公开涉及对电路的保护，特别地，涉及一种带保护的升降压电路。

背景技术

电路供电常常需要高低电压转换。电压升降压及保护电路现状如下：

(1)升降压电路：升降压电路主要用于输入电压波动较大的情况下，在这种情况下不同时间点输入电压可能高于输出电压，也可能低于输出电压，例如，锂电池供电环境，单节锂电池的输出电压范围在3.3v-4.2v之间。若输出电压要求为3.7v，则需要升降压电路进行调节。而多节锂电池串联电压变化范围会更大。现有的升降压电路输出电压范围均未超过10V，而输入电压范围同样偏低、偏小，无法应用于电路工作电压较高(如电源采用3节锂电池串联供电，额定输出工作电压为12V)和工作电路电压变化较大(如电源可选用2节或3节锂电池供电)的环境。

(2)USB接口限流保护电路：采用5v电源保护装置保护USB接口，防止USB设备消耗电流过多，发生过流，影响主机供电。其缺点是输入/输出电压不可调节，均为5v。并且未提供短路保护，发生短路后，无法切断供电，接口仍将保持最大电流输出。

(3)模块电源短路保护电路：采用检测输出电压的方法来判定是否发生短路，当负载短路时，输出电压将会变小，此电路实时检测输出电压，当电压低于门限时判定为短路，将关闭输出。其缺点是只能检测短路的发生，当发生过流或不完全短路(短路时负载有一定的等效电阻值)时无法及时限流，影响主机供电，造成系统失效和电源损坏。

发明内容

本公开鉴于以上问题中的至少一个提出了新的技术方案。

本公开在其一个方面提供了一种带保护的升降压电路，其可以在高压差升压或降压电路中实现限流与短路保护。

根据本公开，提供一种带保护的升降压电路，包括依次串联连接的第一电压调节电路、限流开关MOS管和第二电压调节电路，其中，

第一电压调节电路，用于将输入电压调节至满足限流开关MOS管要求的输入电压；

限流开关MOS管，用于实现限流与短路保护；

第二电压调节电路，用于将限流开关MOS管的输出电压调节至满足外部设备要求的输入电压。

在本公开的一些实施例中，限流开关MOS管为NMOS管。

在本公开的一些实施例中，限流开关MOS管的型号为TPS2257。

在本公开的一些实施例中，第一电压调节电路的输入电压介于5V-20V之间。

在本公开的一些实施例中，第二电压调节电路的输出电压介于5V-20V之间。

在本公开的一些实施例中，限流开关MOS管要求的输入电压为5V。

在本公开的一些实施例中，限流开关MOS管在检测到外部设备短路时，自动切断对该外部设备的供电。

在本公开的一些实施例中，限流开关MOS管在检测到外部设备过流时，将限流开关MOS管的输出电流限定在安全的工作范围内。

在本公开的技术方案中，由于设置了第一电压调节电路和第二电压调节电路，因此，使得升降压保护电路能够支持较宽的输入电压与较宽的输出电压。同时，由于设置了限流开关MOS管，进而可以在外部设备短路的情况下实现对电源的保护以及在外部设备过流的情况下实现对外部设备的过载保护。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本公开的进一步理解，构成本申请的一部分。在附图中：

图1是本公开一个实施例的带保护的升降压电路的结构示意图。

图2是本公开另一实施例的带保护的升降压电路的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图描述本公开。要注意的是，以下的描述在本质上仅是解释性和示例性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。除非另外特别说明，否则，在实施例中阐述的部件和步骤的相对布置以及数字表达式和数值并不限制本公开的范围。另外，本领域技术人员已知的技术、方法和装置可能不被详细讨论，但在适当的情况下意在成为说明书的一部分。

本公开下述实施例首先使用第一电压调节电路将一较宽范围的电压调节至满足限流开关MOS(MetalOxideSemiconductor，金属氧化物半导体场效应晶体管)管要求的电压；再通过限流开关MOS管实现限流、短路保护；最后使用第二电压调节电路将电压调整至满足外部设备要求的电压值，最终实现宽输入输出电压的转换及限流保护和短路保护功能。

图1是本公开一个实施例的带保护的升降压电路的结构示意图。

如图1所示，该实施例中的升降压保护电路10可以包括依次串联连接的第一电压调节电路102、限流开关MOS管104和第二电压调节电路106，即第一电压调节电路102的输出端与限流开关MOS管104的输入端相连，限流开关MOS管104的输出端与第二电压调节电路106的输入端相连，其中，

第一电压调节电路102，用于将输入电压调节至满足限流开关MOS管104要求的输入电压；

由于第一电压调节电路102支持较宽的电压输入范围，但是，限流开关MOS管104支持固定的电压输入值，因此，可以利用第一电压调节电路102将较宽范围的任意电压调节至满足限流开关MOS管104要求的输入电压。在输入电压高于限流开关MOS管104要求的输入电压时，该第一电压调节电路102可以为DCDC(DirectCurrent，直流)降压电路，在输入电压与限流开关MOS管104要求的输入电压相同时，该第一电压调节电路102可以为稳压电路或直接将输入电压输入到限流开关MOS管104的输入端，在输入电压低于限流开关MOS管104要求的输入电压时，该第一电压调节电路102可以为DCDC升压电路。

例如，DCDC降压电路可以通过TLV62130A及其外围电路实现，DCDC升压电路可以通过FP6291及其外围电路实现。

限流开关MOS管104，用于实现限流与短路保护；

具体地，如果限流开关MOS管104在其输出端检测到瞬间电流非常大(例如，超过短路电流门限)，则可以确认外部设备发生短路，此时限流开关MOS管104自动切断对外部设备的供电，如果限流开关MOS管104在其输出端检测到瞬间电流较大(例如，超过限流门限)，则限流开关MOS管104将其输出电流调到安全的工作范围内。

第二电压调节电路106，用于将限流开关MOS管104的输出电压调节至满足外部设备要求的输入电压；

由于不同的外部设备可能会需要不同的输入电压，在第一电压调节电路102的输入电压相同的情况下，可以由第二电压调节电路106根据需要输出不同的电压。当外部设备要求的输入电压与限流开关MOS管104输出的电压相同时，该第二电压调节电路106可以为稳压电路；当外部设备要求的输入电压比限流开关MOS管104输出的电压高时，该第二电压调节电路106可以为DCDC升压电路；当外部设备要求的输入电压比限流开关MOS管104输出的电压低时，该第二电压调节电路106可以为DCDC降压电路。

图2是本公开另一实施例的带保护的升降压电路的示意图。

具体地，如图2所示，DCDC降压电路的一个实例为：TLV62130A的2个PVIN(Supplyvoltageforpowerstage)管脚、AVIN(Supplyvoltageforcontrolcircuitry)管脚以及EN(Enableinput)管脚并联后与芯片U1的输入端Vin相连，2个AGND(AnalogGround)管脚和2个PGND(PowerGround)管脚并联后接地，芯片U1的输入端Vin通过电容C4接地，3个SW(Switchnode)管脚并联后与电感L2的一端相连，电感L2的另一端分别与VOS(Outputvoltagesensepinandconnectionforthecontrolloopcircuitry)管脚、电阻R4的一端以及电容C2的一端相连，电阻R4的另一端分别与FB(Voltagefeedback)管脚和电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端与电容C2的另一端相连后接地，FSW(SwitchingFrequencySelect)管脚与DEF(OutputVoltageScaling)管脚并联后接地，SS/TR(Soft-Start/TrackingPin)管脚通过电容C5接地。需要指出的是，电感L2的另一端即为DCDC降压电路的输出端，其与限流开关MOS管104的输入端相连。

DCDC升压电路的一个实例为：芯片U3的VCC(VoltCurrentCondenser)管脚与EN(EnableInput)管脚并联后分别与限流开关MOS管104的输出端和电感L1的一端相连，电感L1的另一端分别与LX管脚和肖特基二极管D1的输入端相连，肖特基二极管D1的输出端分别与电阻R1的一端以及电容C1的一端相连，电阻R1的另一端分别与电阻R6的一端和FB管脚相连，电阻R6的另一端接地，电容C1的另一端接地，OC管脚通过下拉电阻R8接地，GND管脚接地，肖特基二极感D1的输出端即为DCDC升压电路的输出端，用于与外部设备的输入端相连。

限流开关MOS管104及其外围电路的一个实例为：芯片U2的2个IN管脚并联后与输入端相连，输入端通过电阻R2与FAULT管脚相连，输入端通过电阻R5与EN管脚相连，ILIM通过下拉电阻R7与地相连，2个OUT管脚并联后作为输出端，该输出端通过电容C3接地，2个GND并联后接地。

如果检测到VOUT点的电流突然超过短路电流门限，则表现为U2芯片的输出端电流过大，则限流开关MOS管104的输出端自动关断给后级电流的供电，这样在外部设备短路的情况不至于烧毁电源，而且不会影响与该电源相连的其它设备的正常工作。同理，如果检测到VOUT点的电流超过限流门限，则表现为U2芯片的输出端电流较大，则限流开关MOS管104的输出端自动将电流输出限定为允许的最大输出，以保护外部设备和电源。

在该实施例中，由于设置了第一电压调节电路和第二电压调节电路，因此，使得升降压保护电路能够支持较宽的输入电压与较宽的输出电压。同时，由于设置了限流开关MOS管，进而可以在外部设备短路的情况下实现对电源的保护以及在外部设备过流的情况下实现对外部设备的过载保护。

进一步地，在弱电领域，实现限流保护和短路保护，主要通过大功率MOS管，例如，限流开关MOS管可以为NMOS(N-Mental-Oxide-Semiconductor，N型金属氧化物半导体场效应晶体管)管。

NMOS管在实现限流保护时将输出电流限定在安全的工作范围内，如最大输出电流为2A，当保护电路后的负载过重时，为使输出电流被限定在2A，会降低输出电压。这种保护方式主要是为了保护用电器负载。

NMOS管在实现短路保护时在过载电流增大到一定程度，或者输出电压过低时触发的，造成这种情况的主要原因是严重的过载或者发生线路短路。短路保护时，短路保护电路会切断用电器负载的供电。

具体地，当输入电压(源极)超过控制电压(栅极)一定值时，NMOS管源极(输入)和栅极(输出)之间的电阻极小，NMOS管导通。当输出电流增大时，源极和栅极之间的电流增大，NMOS进入恒流状态，此时输出电流恒定。随着输出负载的增大，源极和栅极之间的电压增大，使得输出电压减小，由此实现限流保护功能。

对于短路保护，可以通过测量NMOS管源极和栅极间的电压差，当压差超过门限电压时，说明输出短路，触发栅极电压升高，从而使NMOS管关断。此外，也可以采用另外一种方法，此方法是测试输出电流(实际上是在输出电路上增加阻值很小的精密电阻，测试电压)，当输出电流超过一定值时关断NMOS管。

进一步地，限流开关MOS管的型号可以为TPS2257。

此外，需要指出的是，第一电压调节电路的输入电压可以介于5V-20V之间。即，输入到第一电压调节电路的电压可以为5V-20V之间的任意一个电压值。

第二电压调节电路的输出电压介于5V-20V之间。即，第二电压调节电路的输出电压可以是5V-20V之间的任意一个电压值。

另外，限流开关MOS管要求的输入电压为5V。

进一步地，限流开关MOS管在检测到外部设备短路时，自动切断对该外部设备的供电。

进一步地，限流开关MOS管在检测到外部设备过流时，将限流开关MOS管的输出电流限定在安全的工作范围内。

此外，需要指出的是，为了支持多个不同输入电压的外部设备的正常工作，可以在第一电压调节电路后面并联多个限流开关MOS管，每个限流开关MOS管再串联一个第二电压调节电路和相应的外部设备，这样，同一个电源就可以支持具有不同输入电压的外部设备的正常工作，同时还能防止由于一个或多个外部设备短路或过流而对电源以及其它外部设备造成影响。

本说明书中各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同和相似的部分可以相互参见。对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处可以参见方法实施例部分的说明。

本公开上述实施例实现了在高压差升压或降压电路中的限流保护和短路保护功能，可广泛地应用于可靠性要求较高的电子电路供电设计之中。本公开上述实施例具有以下有益效果：

(1)适应性好：有着较宽的输入电压范围，输出电压值也可在较宽范围内调节。

(2)安全性好：具有对输出的过流保护功能和短路保护功能。

虽然已参照示例性实施例描述了本公开，但应理解，本公开不限于上述的示例性实施例。对于本领域技术人员显然的是，可以在不背离本公开的范围和精神的条件下修改上述的示例性实施例。所附的权利要求的范围应被赋予最宽的解释，以包含所有这样的修改以及等同的结构和功能。

Claims (8)

1.一种带保护的升降压电路，其特征在于，包括依次串联连接的第一电压调节电路、限流开关MOS管和第二电压调节电路，其中，

所述第一电压调节电路，用于将输入电压调节至满足所述限流开关MOS管要求的输入电压；

所述限流开关MOS管，用于实现限流与短路保护；

所述第二电压调节电路，用于将所述限流开关MOS管的输出电压调节至满足外部设备要求的输入电压。

2.根据权利要求1所述的带保护的升降压电路，其特征在于，所述限流开关MOS管为NMOS管。

3.根据权利要求2所述的带保护的升降压电路，其特征在于，所述限流开关MOS管的型号为TPS2257。

4.根据权利要求1所述的带保护的升降压电路，其特征在于，所述第一电压调节电路的输入电压介于5V-20V之间。

5.根据权利要求4所述的带保护的升降压电路，其特征在于，所述第二电压调节电路的输出电压介于5V-20V之间。

6.根据权利要求1所述的带保护的升降压电路，其特征在于，所述限流开关MOS管要求的输入电压为5V。

7.根据权利要求1所述的带保护的升降压电路，其特征在于，所述限流开关MOS管在检测到外部设备短路时，自动切断对该外部设备的供电。

8.根据权利要求1所述的带保护的升降压电路，其特征在于，所述限流开关MOS管在检测到外部设备过流时，将所述限流开关MOS管的输出电流限定在安全的工作范围内。