CN105610122A - 一种mos管构成的过压欠压断电保护电路 - Google Patents

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桑泉
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Abstract

本发明公开了一种MOS管构成的过压欠压断电保护电路，包括上、下限电压检测单元和PMOS功率开关管；上限电压检测单元包括NMOS管、PMOS管、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻；下限电压检测单元包括串联的第一电阻和第二电阻；电源端和电源地间串联第三电阻和第四电阻，第三电阻和第四电阻的共同连接点连接NMOS管的栅极；第五电阻和第六电阻串联在NMOS管的漏极和电源端之间，第五电阻和第六电阻的共连端连接至PMOS管的栅极，PMOS管的源极接电源端，PMOS管的漏极连接在第一电阻和第二电阻的公共连接端。本发明的电路，欠压、过压关断时不会造成电源重启，结构简单，利于电源小型化，节约成本。

Description

一种MOS管构成的过压欠压断电保护电路
技术领域
本发明涉及一种MOS管构成的过压欠压断电保护装置，属于电路技术领域。
背景技术
隔离开关电源欠压过压保护装置一般都是由基准源、比较器和MOS开关构成的，比较器和基准源都需要两路，且需要电源供电，结构复杂，成本较高。还有的输出过压保护装置是通过关断原边控制器，分故障时永久关断输出和故障时振荡输出脉冲两种保护形式。振荡输出脉冲，不断造成电源重新启动，对电源本身产生可靠性影响，不能在线检查负载故障。还有的电路采用两个TL431和PMOS开关管构成，但TL431集成电路价格较高。中国发明专利申请201310656913.4，一种过电压关断保护电路，缺点是不能进行欠压关断保护。中国发明专利申请201310718375.7，用于电源电路的欠压过压保护电路，缺点是通过检测电流超限值进行关断保护，而非对电压超限值直接进行关断保护。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种MOS管构成的过压欠压断电保护电路，可以对过压、欠压进行断电保护，电路简单，成本低。
为解决上述技术问题，本发明提供一种MOS管构成的过压欠压断电保护电路，其特征是，包括上限电压检测单元、下限电压检测单元和串联在电源端线路上的PMOS功率开关管；
上限电压检测单元包括NMOS管、PMOS管、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻；
下限电压检测单元包括第一电阻和第二电阻；
第三电阻的一端连接电源端Vin，另一端连接第四电阻的一端，第四电阻的另一端连接电源地，第三电阻和第四电阻的共同连接点连接NMOS管的栅极；第五电阻和第六电阻串联在NMOS管的漏极和电源端Vin之间，第五电阻和第六电阻的共连端连接至PMOS管的栅极，PMOS管的源极连接电源端Vin，PMOS管的漏极连接在第一电阻和第二电阻的公共连接端，第一电阻和第二电阻串接在电源端Vin和电源地之间。
PMOS功率开关管的栅极连接在第一电阻和第二电阻的公共连接端。
NMOS管的源极接电源地。
电源的域值电压上限为（1+R3/R4）*VGSON3,其中，VGSON3是NMOS管的开关门限电压，R3、R4分别为第三电阻、第四电阻的阻值。
电源的域值电压下限为（1+R2/R1）*┃VGSOff1┃，其中，VGSOff1是PMOS功率开关管的关断门限电压，R1、R2分别为第一电阻、第二电阻的阻值。
电源的域值电压上限为（1+R3/R4）*VGSON3,其中，VGSON3是NMOS管的开关门限电压，R3、R4分别为第三电阻、第四电阻的阻值；
电源的域值电压下限为（1+R2/R1）*┃VGSOff1┃，其中，VGSOff1是PMOS功率开关管的关断门限电压，R1、R2分别为第一电阻、第二电阻的阻值；
当电源电压大于（1+R2/R1）*┃VGSOff1┃，且小于（1+R3/R4）*VGSON3时，PMOS功率开关管导通，电源端线路正常输入或输出；
当电源电压不大于（1+R2/R1）*┃VGSOff1┃，或不小于（1+R3/R4）*VGSON3时，PMOS功率开关管关断，电源端线路被断开。
本发明所达到的有益效果：
本发明通过MOS管构成的两个电压检测单元设置了电源电压过压、欠压关断门限，结构简单。当输出端采用这种结构时，欠压、过压关断时不会造成电源本身重新启动，并且当电源电压超设定电压门限时，检测输出端电压为零，这对于负载故障分析很有利。同时也可应用在输入端过压、欠压关断保护功能。此外，传统的欠压、过压保护装置一般都是由基准源和比较器，和功率MOS开关管构成的，比较器和基准源都需要两路，且需要电源供电，结构复杂。有的利用基准源TL431集成电路造成的电路成本较高。本发明只使用两个MOS管和六个电阻构成过压和欠压门限检测单元，简化了电路、既有利于DC-DC电源小型化集成，又大大节约了成本。
附图说明
图1是本发明的原理框图；
图2是本发明的过压欠压断电保护电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明包括上限电压检测单元、下限电压检测单元和PMOS功率开关单元。NMOS管和PMOS管以及四个电阻构成上限电压检测单元；另两个电阻构成下限电压检测单元。PMOS功率开关单元包括一PMOS功率开关管。
当电压超过设定的上限检测电压时，由上限电压检测单元中的两个电阻分压，产生的电压超过NMOS管开启门限电压时，NMOS管导通，NMOS管漏极和电源之间的两个电阻分压，产生的电压超过PMOS管的门限电压时，PMOS管导通，导致PMOS功率开关管的开启门限电压降为零电压，PMOS功率开关管关断，起到电源过压关断的保护功能。
当电压低于设定的下限检测电压时，构成下限电压检测单元的两个电阻分压，产生的电压低于PMOS功率开关管的开启门限电压，PMOS功率开关管关断，起到电源欠压关断的保护功能。
如图2所示，图中Vin（或Vo）和GNDi（或GNDo）是电源的输入端（或输出端）。由图2可以看出，电阻R1、R2构成下限电压检测单元；电阻R3、R4、R5、R6和NMOS管V3、PMOS管V2构成上限电压检测单元；PMOS功率开关管V1，串入正电源线上，构成PMOS功率开关单元。电阻R3的一端连接电源输入端Vin，另一端连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接电源地，电阻R3和R4的共同连接点连接NMOS管V3的栅极。NMOS管V3的源极接电源地。电阻R5和R6串联在NMOS管V3的漏极和电源输入端Vin之间，电阻R5和R6的共连端连接至PMOS管V2的栅极，PMOS管V2的源极连接电源输入端Vin，PMOS管V2的漏极连接在电阻R1和R2的公共连接端，电阻R1和R2串接在电源输入端Vin和电源地之间。PMOS功率开关管V1串接在电源输入端的线路上，PMOS功率开关管V1的栅极连接在电阻R1和R2公共连接端。
电源电压的域值电压上限（过压门限）为（1+R3/R4）*VGSON3,VGSON3是NMOS管V3的开关门限电压，R3、R4分别为电阻R3、R4的阻值。
电源电压的域值电压下限（欠压门限）为（1+R2/R1）*┃VGSOff1┃，VGSOff1是PMOS功率开关管V1关断门限电压。
当电源电压在（1+R2/R1）*┃VGSOff1┃和（1+R3/R4）*VGSON3之间时，PMOS功率开关管V1一直导通，电源正常输入（或输出），当电源电压在（1+R2/R1）*┃VGSOff1┃和（1+R3/R4）*VGSON3之外时，PMOS功率开关管V1关断，电源输入（或输出）断开，起到过压和欠压关断电源的功能。
工作原理：当电源电压Vin小于（1+R2/R1）*┃VGSOff1┃时，电阻R1和R2分压，导致电阻R1上的电压小于PMOS功率开关管V1关断门限电压VGSOff1，PMOS功率开关管V1关断，电源电压断开。
当电源电压Vin大于（1+R2/R1）*┃VGSOff1┃，而小于（1+R3/R4）*VGSON3时，电阻R3和R4分压，致使电阻R4上电压小于NMOS管V3的开关门限电压VGSON3，NMOS管V3不导通，电阻R5上无电压差，PMOS管V2不导通，仍能保证电阻R1上的电压大于PMOS功率开关管V1的门限电压┃VGSOff1┃，PMOS功率开关管V1导通，电源电压导通。
当电源电压Vin大于（1+R3/R4）*VGSON3时，R3和R4两电阻分压，致使R4上电压大于NMOS管V3的开关门限电压VGSON3，NMOS管V3导通,电阻R5上有电压差，设计保证{R5/(R5+R6)}*Vin大于PMOS管V2的开启门限电压┃VGSON2┃，PMOS管V2导通，电阻R1上的电压为零，远小于PMOS功率开关管V1的门限电压┃VGSOff1┃，PMOS功率开关管V1关断，电源电压Vin关断。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种MOS管构成的过压欠压断电保护电路，其特征是，包括上限电压检测单元、下限电压检测单元和串联在电源端线路上的PMOS功率开关管；
上限电压检测单元包括NMOS管、PMOS管、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻；
下限电压检测单元包括第一电阻和第二电阻；
第三电阻的一端连接电源端Vin，另一端连接第四电阻的一端，第四电阻的另一端连接电源地，第三电阻和第四电阻的共同连接点连接NMOS管的栅极；第五电阻和第六电阻串联在NMOS管的漏极和电源端Vin之间，第五电阻和第六电阻的共连端连接至PMOS管的栅极，PMOS管的源极连接电源端Vin，PMOS管的漏极连接在第一电阻和第二电阻的公共连接端，第一电阻和第二电阻串接在电源端Vin和电源地之间；
PMOS功率开关管的栅极连接在第一电阻和第二电阻的公共连接端。
2.根据权利要求1所述的一种MOS管构成的过压欠压断电保护电路，其特征是，NMOS管的源极接电源地。
3.根据权利要求1所述的一种MOS管构成的过压欠压断电保护电路，其特征是，电源的域值电压上限为（1+R3/R4）*VGSON3,其中，VGSON3是NMOS管的开关门限电压，R3、R4分别为第三电阻、第四电阻的阻值。
4.根据权利要求1所述的一种MOS管构成的过压欠压断电保护电路，其特征是，电源的域值电压下限为（1+R2/R1）*┃VGSOff1┃，其中，VGSOff1是PMOS功率开关管的关断门限电压，R1、R2分别为第一电阻、第二电阻的阻值。
5.根据权利要求1所述的一种MOS管构成的过压欠压断电保护电路，其特征是，电源的域值电压上限为（1+R3/R4）*VGSON3,其中，VGSON3是NMOS管的开关门限电压，R3、R4分别为第三电阻、第四电阻的阻值；
电源的域值电压下限为（1+R2/R1）*┃VGSOff1┃，其中，VGSOff1是PMOS功率开关管的关断门限电压，R1、R2分别为第一电阻、第二电阻的阻值；
当电源电压大于（1+R2/R1）*┃VGSOff1┃，且小于（1+R3/R4）*VGSON3时，PMOS功率开关管导通，电源端线路正常输入或输出；
当电源电压不大于（1+R2/R1）*┃VGSOff1┃，或不小于（1+R3/R4）*VGSON3时，PMOS功率开关管关断，电源端线路被断开。
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