CN105634263A - 自适应输入电压的防护电路 - Google Patents

自适应输入电压的防护电路 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种自适应输入电压的防护电路，包括：第一DCDC电源芯片，连接于电压输入端和输出端间；第二DCDC电源芯片，连接于电压输入端和输出端间；第一稳压管，连接于电压输入端正极和负极间；第二稳压管，连接于电压输入端正极和负极间；第一MOS管，栅极与电压输入端的正极连接，漏极与第一DCDC电源芯片连接，源极与电压输入端的负极连接；串接的第三稳压管和第四稳压管，连接于电压输入端正极和负极间；第二MOS管，栅极连接于第三稳压管与第四稳压管间，漏极与第二DCDC电源芯片连接，源极与电压输入端负极连接。本发明通过低压电源芯片和高压电源芯片连接实现了宽幅输入电压范围，能够满足需要多电压种类输入的场合。

Description

自适应输入电压的防护电路
技术领域
本发明涉及电源芯片领域，特别是涉及一种自适应输入电压的防护电路。
背景技术
目前大部分的DCDC电源芯片的输入范围是有限制的，如有些DCDC电源芯片主要应用在4.7V到16V的较低电压范围，有些DCDC电源芯片主要应用在10V到58V的较高压范围。现在市场上较少有宽幅输入的DCDC电源芯片，因为宽幅DCDC电源芯片成本较高。目前大部分用户使用的是专用的窄幅的电压输入方案，比如上述提到的低压DCDC电源芯片和高压DCDC电源芯片，然而施工现场电源电压有5V\12V\24V\48V等多种可能性，但这些电源并不会同时存在，现有的解决方案是需要另外采购匹配的电源进行转换，增加成本，并且现场施工麻烦。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种自适应输入电压的防护电路，用于解决现有技术中针对不同电压需要匹配电源进行转换而带来的增加成本和施工麻烦的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种自适应输入电压的防护电路，包括：
第一DCDC电源芯片，具有第一正输入端、第一负输入端、以及第一输出端，所述第一正输入端与电压输入端的正极连接，所述第一负输入端与所述电压输入端的负极连接，所述第一输出端与电压输出端连接；
第二DCDC电源芯片，具有第二正输入端、第二负输入端、以及第二输出端，所述第二正输入端与所述电压输入端的正极连接，所述第二负输入端与所述电压输入端的负极连接，所述第二输出端与所述电压输出端连接；所述第二DCDC电源芯片中的输入电压范围要大于所述第一DCDC电源芯片中的输入电压范围；
第一稳压管，所述第一稳压管的正极连接于所述电压输入端的负极，所述第一稳压管的负极连接于所述电压输入端的正极；
第二稳压管，所述第二稳压管的正极连接于所述电压输入端的负极，所述第二稳压管的负极连接于所述电压输入端的正极；
第一MOS管，所述第一MOS管的栅极与所述电压输入端的正极连接，所述第一MOS管的漏极与所述第一DCDC电源芯片的第一负输入端连接，所述第一MOS管的源极与所述电压输入端的负极连接；
串接的第三稳压管和第四稳压管，所述第三稳压管的负极连接于所述电压输入端的正极，所述第三稳压管的正极连接于所述第四稳压管的负极，所述第四稳压管的正极连接于所述电压输入端的负极；以及
第二MOS管，所述第二MOS管的栅极连接于所述第三稳压管与所述第四稳压管之间，所述第二MOS管的漏极与所述第二DCDC电源芯片的负输入端连接，所述第二MOS管的源极与所述电压输入端的负极连接。
可选地，本发明自适应输入电压的防护电路还包括三极管，所述三极管的基极连接于所述第一稳压管的正极，所述三极管的集电极连接所述第二稳压管的负极、所述第一MOS管的栅极、以及所述电压输入端的正极，所述三极管的发射极连接于所述电压输入端的负极。
可选地，所述第一稳压管的正极和所述电压输入端的负极之间串接有第一电阻；所述三极管的集电极和所述电压输入端的正极之间连接有第二电阻。
可选地，所述三极管的基极与所述第一稳压管的正极和所述第一电阻之间连接有第三电阻。
可选地，本发明自适应输入电压的防护电路还包括第一电容，所述第一电容的第一端连接于所述第三电阻和所述三极管的栅极之间，所述第一电容的第二端连接于所述电压输入端的负极。
可选地，所述第三稳压管的正极和所述第四稳压管的负极之间连接有第四电阻。
可选地，所述第二MOS管的栅极连接于所述第四电阻和所述第四稳压管的负极之间。
可选地，本发明自适应输入电压的防护电路还包括第二电容，所述第二电容的第一端连接于所述第四稳压管的负极和所述二MOS管的栅极之间，所述第二电容的第二端连接于所述电压输入端的负极。
可选地，本发明自适应输入电压的防护电路还包括第五稳压管，所述第五稳压管的正极连接所述第一DCDC电源芯片的第一输出端，所述第五稳压管的负极连接所述电压输出端。
可选地，本发明自适应输入电压的防护电路还包括第六稳压管，所述第六稳压管的正极连接所述第二DCDC电源芯片的第二输出端，所述第六稳压管的负极连接所述电压输出端。
如上所述，本发明的一种自适应输入电压的防护电路，具有以下有益效果：
本发明的自适应输入电压的防护电路，其通过低压DCDC电源芯片和高压DCDC电源芯片连接实现了宽幅输入的DCDC电源芯片的输入电压范围，能够满足需要多电压种类输入的场合。在电压输入端设计稳压管和MOS开关管，进行后端接入电源电压的分阶梯管理，实现电路简单，搭建容易，成本较低，可以通过变换稳压管的稳压值来实现不同的宽幅电压输入范围。
附图说明
图1显示为本发明自适应输入电压的防护电路的电路图。
图2显示为本发明自适应输入电压的防护电路的工作流程图。
元件标号说明
11电压输入端
12电压输出端
111正极
112负极
21第一DCDC电源芯片
22第二DCDC电源芯片
211第一正输入端
212第一负输入端
213第一输出端
221第二正输入端
222第二负输入端
223第二输出端
RT15～RT18第一电阻～第四电阻
DT4、DT6、
DT10、DT13、稳压管
DT14、DT15
QT4、QT6MOS管
QT5三极管
CT21、CT22电容
S11～S16步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
请参阅图1，本发明提供一种自适应输入电压的防护电路，以满足需要多电压种类输入的场合。本发明通过在电源输入端设计稳压管和MOS开关管进行后端接入电源电压的分阶梯管理。接入不同电压值，驱动不同的开关管，开关管导通时，后端相应的DCDC受电并向负载供电，开关管截止时，后端相应的DCDC不受电。分阶梯管理接入电源电压是采用多颗不同反相工作电压值的稳压管，当输入电压较低时，可自动控制开启较低输入DCDC电源芯片的输入电源，以及关闭较高输入DCDC电源芯片的输入电源，反之亦然。下面结合附图对本发明自适应输入电源的防护电路进行说明。
如图1所示，本发明一种自适应输入电压的防护电路包括第一DCDC电源芯片21、第二DCDC电源芯片22、电压输入端11、电源输出端12、第一稳压管DT13、第二稳压管DT10、第三稳压管DT14、第四稳压管DT15、第五稳压管DT6、第六稳压管DT4、第一MOS管QT4、第二MOS管QT6、以及三极管QT5。
其中：第一DCDC电源芯片21具有第一正输入端211、第一负输入端212、以及第一输出端213，第一正输入端211与电压输入端11的正极111连接，第一负输入端212与电压输入端11的负极112连接，第一输出端213与电压输出端12连接；
第二DCDC电源芯片22，具有第二正输入端221、第二负输入端222、以及第二输出端223，第二正输入端221与电压输入端11的正极111连接，第二负输入端222与电压输入端11的负极112连接，第二输出端223与电压输出端12连接；第二DCDC电源芯片22中的输入电压范围要大于第一DCDC电源芯片21中的输入电压范围。第一DCDC电源芯片21选用低压DCDC电源芯片，第二DCDC电源芯片22选用高压DCDC电源芯片。
第一稳压管DT13，第一稳压管DT13的正极连接于电压输入端11的负极112，第一稳压管DT13的负极连接于电压输入端11的正极111；
第二稳压管DT10，第二稳压管DT10的正极连接于电压输入端11的负极112，第二稳压管DT10的负极连接于电压输入端11的正极111；
第一MOS管QT4，第一MOS管QT4的栅极与电压输入端11的正极111连接，第一MOS管QT4的漏极与第一DCDC电源芯片21的第一负输入端212连接，第一MOS管QT4的源极与电压输入端11的负极112连接；
第三稳压管DT14和第四稳压管DT15串接连接，第三稳压管DT14的负极连接于电压输入端11的正极111，第三稳压管DT14的正极连接于第四稳压管DT15的负极，第四稳压管DT15的正极连接于电压输入端11的负极112；
第二MOS管QT6，第二MOS管QT6的栅极连接于第三稳压管DT14与第四稳压管DT15之间，第二MOS管QT6的漏极与第二DCDC电源芯片22的负输入端222连接，第二MOS管QT6的源极与电压输入端11的负极112连接。
三极管QT5，三极管QT5的基极连接于第一稳压管DT13的正极，三极管QT5的集电极连接第二稳压管DT10的负极、第一MOS管QT4的栅极、以及电压输入端11的正极111，三极管QT5的发射极连接于电压输入端11的负极112。
在第一稳压管DT13的正极和电压输入端11的负极112之间串接有第一电阻RT15；在三极管QT5的集电极和电压输入端11的正极111之间连接有第二电阻RT16。该三极管的基极与第一稳压管DT13的正极和第一电阻RT15之间连接有第三电阻RT17。
本发明的防护电路还包括有第一电容CT21，第一电容CT21的第一端连接于第三电阻RT17和三极管QT5的栅极1之间，第一电容CT21的第二端连接于电压输入端11的负极112。
在第三稳压管DT14的正极和第四稳压管DT15的负极之间连接有第四电阻RT18。第二MOS管QT6的栅极连接于第四电阻RT18和第四稳压管DT15的负极之间。
本发明的防护电路还包括有第二电容CT22，第二电容CT22的第一端连接于第四稳压管DT15的负极和第二MOS管QT6的栅极之间，第二电容CT22的第二端连接于电压输入端11的负极112。
本发明的防护电路还包括第五稳压管DT6，第五稳压管DT6的正极连接第一DCDC电源芯片21的第一输出端213，第五稳压管DT6的负极连接电压输出端12。
本发明的防护电路还包括第六稳压管DT4，第六稳压管DT4的正极连接第二DCDC电源芯片22的第二输出端223，第六稳压管DT4的负极连接电压输出端12。
下面以第一DCDC电源芯片选用输入范围是4.7V至16V的低压电源芯片，第二DCDC电源芯片选用输入范围是10V至58V的高压电源芯片为例，对本发明的自适应输入电压的防护电路的原理进行说明。
本发明的自适应输入电压的防护电路，能够实现4.7V至58V的宽幅电压输入，也就是电压输入端11输入的电压范围是4.7V至58V。防护电路中的第一稳压管DT13的稳压值为15V，第二稳压管DT10的稳压值为3.3V，第三稳压管DT14的稳压值为6.8V，第四稳压管DT15的稳压值为3.3V。
在电压输入端11输入的电压小于10V时，第一稳压管DT13的正极和负极不会产生压降，第一稳压管DT13无法击穿，所以第一稳压管DT13关闭。第二稳压管DT10的正极和负极间会产生压降，第二稳压管DT10被击穿，第二稳压管DT10开启，第一MOS管QT4开启，因此电压输入端11的电压供给第一DCDC电源芯片21，电压输入范围是4.7V至16V的低压电源芯片，第一DCDC电源芯片21的第一输出端213输出恒定电压。同时第三稳压管DT14和第四稳压管DT15关闭，第二MOS管QT6关闭，因此第二DCDC电源芯片22的第二正输入端221和第二负输入端222没有电压供给，第二DCDC电压芯片22不工作。在电压输入端11输入的电压小于10V的情况下，第一DCDC电源芯片21工作，第二DCDC电源芯片不工作。
在电压输入端11输入大于10V小于15V的电压时，第一稳压管DT13关闭，第二稳压管DT10开启，第一MOS管QT4开启，因此输入的电压供给第一DCDC电源芯片21。同时第三稳压管DT14和第四稳压管DT15也开启，第二MOS管QT6开启，输入的电压供给给第二DCDC电源芯片22，此时，第一DCDC电源芯片21和第二DCDC电源芯片22同时输出给后级供电，也就是第一DCDC电源芯片21的第一输出端213会输出电压给电压输出端12，第二DCDC电源芯片22的第二输出端223也会输出电压给电压输出端12。这样做的目的是，由于实际器件第一稳压管DT13、第二稳压管DT10、第三稳压管DT14、和第四稳压管DT15的稳压值是存在一定精度误差，不好选择某个固定的值，进行第一稳压管DT13、第二稳压管DT10、第三稳压管DT14、和第四稳压管DT15之间的工作切换，那么为了防止输入的电压刚好在第一稳压管DT13、第二稳压管DT10、第三稳压管DT14、和第四稳压管DT15的临界值附近，导致稳压管工作不正常，进而导致输出给负载的电压不正常，所以在电压输入大于10V小于15V的时候，让第一DCDC电源芯片21和第二DCDC电源芯片22同时输出给后级供电。在第一DCDC电源芯片21和第二DCDC电源芯片22同时输出供电时，会有电压差，为了防止电流倒灌，在第一DCDC电源芯片21的第一输出端213和电源输出端12之间反接有第五稳压管DT6，在第二DCDC电源芯片22的第二输出端223和电源输出端12之间反接有第六稳压管DT4。较佳地，在第一DCDC电源芯片21和第二DCDC电源芯片22同时输出供电时，通过检测装置检测第五稳压管DT6的正极和第六稳压管DT4的正极的电压，哪一个电压高，就导通哪一个稳压管，以令该导通的稳压管的负极有电。比如，若第五稳压管DT6的正极的电压高于第六稳压管DT4的正极的电压，就导通第五稳压管DT6，以令第五稳压管DT6的负极有电，使得第一DCDC电压芯片21向后级供电。
在电压输入大于15V的时候，第一稳压管DT13开启，使得三极管QT5导通，三极管QT5导通后相当于短路，因其通过的电流极小，进而导致第二稳压管DT10的正极和负极等电压，无法击穿第二稳压管DT10，所以第二稳压管DT10关闭，使得第一MOS管QT4关闭，也就没有电压供给给第一DCDC电源芯片21，这样第一DCDC电源芯片21不工作。同时，第三稳压管DT14和DT15开启，第二MOS管QT6开启，电压输入供给第二DCDC电源芯片22，这样就可以防止输入电压太高而损坏第一DCDC电源芯片21，对第一DCDC电源芯片21起到保护作用，第二DCDC电源芯片22工作，对后级供电。
当电压输入超过58V时，会损坏第二DCDC电源芯片22，为了保护第二DCDC电源芯片22，为防止超过其输入电压范围的高压输入，在防护电路中增加保护单元，在有超过范围的高压输入时，通过保护单元断开第二DCDC电源芯片22的电压供给，保护第二DCDC电源芯片22。
其中：第一电阻RT15、第二电阻RT16、第三电阻RT17的标称为470k，5％，0805。第四电阻RT18的标称为24k，1％，0805。第一稳压管DT13的型号为SML4744，第二稳压管DT10和第四稳压管DT15的型号为SML4728，第三稳压管DT14的型号为SML4738，第五稳压管DT6和第六稳压管DT4的型号为SS310。三极管QT5的型号为BC846ALT1。第一电容CT21的型号为100pF，100V，0805；第二电容CT22的型号为100nF，16V，0402。
上述实例给出了利用低压电源芯片(4.7V至16V)和高压电源芯片(10V至58V)实现4.7V至58V的宽幅电压输入。也可以利用其它输入电压范围的低压电源芯片和高压电源芯片来实现更宽幅的电压输入，只需在本发明自适应输入电压的防护电路中更换低压稳压管DT13和第三稳压管DT14的稳压值，就可以实现不同的宽幅电压输入，相同的DCDC输出。
如图2所示，下面结合图2对本发明自适应输入电压的防护电路的判断流程进行说明。
执行步骤S11，电源电压输入，输入的电压范围在4.7V至58V之间，接着执行步骤S12。
执行步骤S12，判断输入电压是否小于10V，若是，则执行步骤S13，若否，则执行步骤S14。
执行步骤S13，电压输出供给较低电压输入的DCDC芯片，第二DCDC电源芯片不输出电压，即电压输出供给第一DCDC电源芯片，使得第一DCDC电源芯片输出电压。
执行步骤S14，判断输入电压是否大于15V，若是，则执行步骤S15，若否，则执行步骤S16。
执行步骤S15，电压输出供给较高电压输入的DCDC芯片，第一DCDC电源芯片不输出电压，即电压输出供给第二DCDC电源芯片，使得第二DCDC电源芯片输出电压。
执行步骤S16，电压输出供给较低电压输入的DCDC芯片，同时也供给较高电压输入的DCDC芯片，即电压输出供给第一DCDC电源芯片和第二DCDC电源芯片，使得第一DCDC电源芯片和第二DCDC电源芯片均输出电压。
综上所述，本发明自适应输入电压的防护电路，采用低压电源芯片和高压电源芯片，实现宽幅电压输入，且电路简单，搭建容易，成本较低。另外，还可以灵活变化第一稳压管和第四稳压管的稳压值来实现不同的宽幅电压输入范围。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种自适应输入电压的防护电路，其特征在于，包括：
第一DCDC电源芯片，具有第一正输入端、第一负输入端、以及第一输出端，所述第一正输入端与电压输入端的正极连接，所述第一负输入端与所述电压输入端的负极连接，所述第一输出端与电压输出端连接；
第二DCDC电源芯片，具有第二正输入端、第二负输入端、以及第二输出端，所述第二正输入端与所述电压输入端的正极连接，所述第二负输入端与所述电压输入端的负极连接，所述第二输出端与所述电压输出端连接；所述第二DCDC电源芯片中的输入电压范围要大于所述第一DCDC电源芯片中的输入电压范围；
第一稳压管，所述第一稳压管的正极连接于所述电压输入端的负极，所述第一稳压管的负极连接于所述电压输入端的正极；
第二稳压管，所述第二稳压管的正极连接于所述电压输入端的负极，所述第二稳压管的负极连接于所述电压输入端的正极；
第一MOS管，所述第一MOS管的栅极与所述电压输入端的正极连接，所述第一MOS管的漏极与所述第一DCDC电源芯片的第一负输入端连接，所述第一MOS管的源极与所述电压输入端的负极连接；
串接的第三稳压管和第四稳压管，所述第三稳压管的负极连接于所述电压输入端的正极，所述第三稳压管的正极连接于所述第四稳压管的负极，所述第四稳压管的正极连接于所述电压输入端的负极；以及
第二MOS管，所述第二MOS管的栅极连接于所述第三稳压管与所述第四稳压管之间，第二MOS管的漏极与所述第二DCDC电源芯片的负输入端连接，第二MOS管的源极与所述电压输入端的负极连接。
2.如权利要求1所述的自适应输入电压的防护电路，其特征在于，还包括三极管，所述三极管的基极连接于所述第一稳压管的正极，所述三极管的集电极连接于所述第二稳压管的负极、所述第一MOS管的栅极、以及所述电压输入端的正极，所述三极管的发射极连接于所述电压输入端的负极。
3.如权利要求2所述的自适应输入电压的防护电路，其特征在于，所述第一稳压管的正极和所述电压输入端的负极之间串接有第一电阻；所述三极管的集电极和所述电压输入端的正极之间连接有第二电阻。
4.如权利要求3所述的自适应输入电压的防护电路，其特征在于，所述三极管的基极与所述第一稳压管的正极和所述第一电阻之间连接有第三电阻。
5.如权利要求4所述的自适应输入电压的防护电路，其特征在于，还包括第一电容，所述第一电容的第一端连接于所述第三电阻和所述三极管的基极之间，所述第一电容的第二端连接于所述电压输入端的负极。
6.如权利要求1所述的自适应输入电压的防护电路，其特征在于，所述第三稳压管的正极和所述第四稳压管的负极之间连接有第四电阻。
7.如权利要求6所述的自适应输入电压的防护电路，其特征在于，所述第二MOS管的栅极连接于所述第四电阻和所述第四稳压管的负极之间。
8.如权利要求7所述的自适应输入电压的防护电路，其特征在于，还包括第二电容，所述第二电容的第一端连接于所述第四稳压管的负极和所述二MOS管的栅极之间，所述第二电容的第二端连接于所述电压输入端的负极。
9.如权利要求1所述的自适应输入电压的防护电路，其特征在于，还包括第五稳压管，所述第五稳压管的正极连接所述第一DCDC电源芯片的第一输出端，所述第五稳压管的负极连接所述电压输出端。
10.如权利要求9所述的自适应输入电压的防护电路，其特征在于，还包括第六稳压管，所述第六稳压管的正极连接所述第二DCDC电源芯片的第二输出端，所述第六稳压管的负极连接所述电压输出端。
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