CN106560958A - 一种低功耗电压保护电路及燃气表 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低功耗电压保护电路，该保护电路的电压检测器件在输入电压高于极限电压时导通，这样没有电流流过电压检测电路和控制电路。因此电压保护电路在输入电压正常的时，没有电流消耗，降低了电路的功耗，进而降低了电子产品的功耗。另外，本发明还公开了一种燃气表。采用本发明，降低了电子产品的功耗。

Description

一种低功耗电压保护电路及燃气表

技术领域

本发明涉及一种保护电路,特别涉及一种低功耗电压保护电路及燃气表。

背景技术

目前的过压保护电路， 尤其是低压直流电源电路的过压保护电路，在过压的时，采用能量泄放的方式进行过压保护。通常采用压敏电阻、TVS管配合电阻、自恢复保险丝等器件组合使用，保护过程一般采用对地泄放大电流的方式，使能量以热量的方式消耗在保护器件上，而不是从源头关断电源的输入。泄放能量的过程中，使保护器件发热，能量过大时容易烧毁器件或者电路板上其它电路。保护器件每次动作发热都会改变电气特性，而且这些保护器件的动作次数有限，一般几次到几十次后就会失效，失去保护作用。

另外，目前通常采用专门的电压检测芯片以及控制芯片对输入电源进行监控，在输入电源正常的时候，保护电路虽然没有进行过压保护，但是检测芯片和控制芯片在待机状态下也要消耗电流，增加了电子产品的能耗。

发明内容

本发明的目的是提供一种低功耗电压保护电路，降低了电子产品的能耗。

为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种低功耗电压保护电路，该保护电路包括： 电压输入端、电压输出端及电压保护单元，另外，所述电压保护单元包括：电压检测电路、控制电路和开关电路，所述电压检测电路包括电压检测器件，所述电压检测器件的一端与电压输入端连接，所述电压检测器件的另一端作为电压检测电路的输出端与控制电路进行连接；所述电压检测器件在输入电压低于极限电压时截止，没有电流流过电压检测电路和控制电路，开关电路导通，电源输出；所述电压检测器件在输入电压高于极限电压时导通，电压检测电路导通，控制电路控制开关电路断开，电源输出关断，进行过压保护。

本技术方案中的电压检测电路设置的电压检测器件能够在输入电压高于极限电压时，驱动控制电路关断开关电路，从电源输入的源头断开电源的输入，避免了以泄放能量的方式进行过压保护，从而避免了大能量对保护电路电子器件的冲击，提高了电子器件的使用寿命；电压检测器件在输入电压低于极限电压时截止，这样没有电流流过电压检测电路和控制电路，因此电压保护电路在输入电压正常的时，没有电流消耗，降低了电路的功耗，进而降低了电子产品的功耗。

另外，所述电压检测器件为稳压二极管，所述稳压二极管的阴极与电压输入端连接，所述稳压二极管的阳极与控制电路连接。稳压二级管的击穿电压可以根据极限电压进行调整，提高了电压保护电路的适应性，扩大了保护电路的应用条件。

另外，所述电压检测电路还包括：

第一电阻，其一端与所述稳压二极管的阳极电连接，另一端接地；所述第一电阻与稳压二极管的公共端作为电压检测电路的输出端与控制电路连接。第一电阻可以作为稳压二级管的取样电阻，起到了限流的作用，对稳压二极管起到了保护作用，提高了保护电路安全稳定性。

另外，所述控制电路的一端与电源检测电路连接，所述控制电路的另一端与开关电路连接；所述控制电路还包括：第一三极管和第二三极管；

所述第一三级管的基极作为控制电路的输入端，所述第一三极管集电极与所述第二三极管的基极连接，所述第一三极管的射极接地；所述第二三极管的射极与电压输入端连接，所述第二三级管的集电极作为控制电路的输出端与开关电路连接。

本技术方案采用第一三级管和第二三级管相互配合，控制开关电路，省去控制芯片，没有电流从电压检测电路流入时，即待机状态下，没有额外的电流消耗，减少了能耗；而且反应速度快，加快了对开关电路的控制，提高了保护电路的实效性。

另外，所述控制电路还包括：

第二电阻, 其一端与第一三级管的基极连接，另一端电压检测电路的输出端连接；第二电阻对第一三级管起到了保护作用，提高了保护电路的使用寿命。

另外，所述控制电路还包括：

第三电阻，其一端与第一三极管的集电极连接，另一端与所述第二三级管的基极连接。本技术方案中的第三电阻对第二三级管进行限流分压，保护第二三极管受到损坏，提高了保护电路的使用寿命。

另外，所述开关电路设置于电压输入端与电压输出端之间，其接通与关断的状态由所述控制电路控制，所述开关电路包括：

开关管，用于控制电压输入端和电压输出端的连接与断开；所述开关管的源极与电压输入端连接，漏极与电压输出端连接，栅极接地。本技术方案采用开关管能过快速有效的接通或断开电压输入端与电压输出端，提高了保护电路的反应速度。

另外，开关电路还包括第四电阻，所述开关管的栅极经所述第四电阻接地。本技术方案中的第四电阻对开关管起到了保护作用，提高了保护电路的稳定性。

另外，所述电压输入端的输入电源额定电压为2.7V~91V。

相应的，本发明公开了一种燃气表，所述燃气表采用上述的低功耗电压保护电路作为保护电路。

本发明的低功耗电压保护电路的有益效果：本发明的电压保护电路设置有电压检测电路，该检测电路设置的电压检测器件能够在输入电压高于极限电压时，驱动控制电路关断开关电路，从源头断开电源的输入，进行过压保护，从而避免了大能量对保护电路电子器件的冲击，提高了电子器件的使用寿命；

另外，电压检测器件在输入电压低于极限电压时截止，这样没有电流流过电压检测电路和控制电路。因此电压保护电路在输入电压正常的时，没有电流消耗，降低了电路的功耗，进而降低了电子产品的功耗。

附图说明

图1是本发明一种低功耗电压保护电路的第一实施例的示意图；

图2是本发明一种低功耗电压保护电路的第二实施例的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

参考图1，该图是本发明一种低功耗电压保护电路的第一实施例的示意图，该电路包括：电压输入端Vin、电压输出端Vout以及电压保护单元,其中电压保护单元包括电压检测电路11、控制电路12和开关电路13;

电压检测电路11的输入端与电压输入端Vin电连接，电压检测电路11的第一输出端接地，电压检测电路11的第二输出端Vdet与控制电路12的第一输入端电连接；

控制电路12的第二输入端与电压输入端连接，控制电路12的第一输出端Vctl与开关电路的输入端连接，控制电路12的第二输出端接地；

开关电路13的第一输出端为电压输出端，第二输出端接地；

电压检测电路11用于检测电压输入端Vin的输入电压，控制电路12用于控制开关电路的通断，电压检测电路的检测电压影响控制电路12的工作状态，控制电路12的工作状态影响开关电路的通断。

本发明实施例的电压检测电路11与电压输入端连接，实施监控输入电压，电压检测电路11的输出端Vdet连接到控制电路12，控制电路12的输出端Vctl控制开关电路13，避免了输入电压过压的时候损坏保护电路器件。

另外，电压检测电路11包括电压检测器件，该电压检测器件的一端与电压输入端连接，电压检测器件的另一端作为电压检测电路的输出端与控制电路12进行连接；该电压检测器件在输入电压低于极限电压时截止，没有电流流过电压检测电路和控制电路，开关电路导通，电源输出, 此时，保护电路没有电流消耗，实现了零消耗，大大降低了电子产品的能耗；该电压检测器件在输入电压高于极限电压时导通，电压检测电路导通，控制电路控制开关电路断开，电源输出关断，进行过压保护。

需要说明的，本文所说的电压检测器件可以为稳压二极管，也可以为普通的二极管或三相稳压管； 另外，本文所说的导通、截止，既包括正向导通、截止，也包括反向导通、截止；下面以电压检测器件为稳压二极管为例进行详细说明。

参考图2，该图是本发明一种低功耗电压保护电路的第二实施例的示意图，与第一实施例不同的是：

电压检测电路11包括：稳压二极管D1和第一电阻R1，稳压二极管D1的阴极与电压输入端Vin连接，稳压二极管D1的阳极与第一电阻R1的一端电连接；稳压二极管D1和第一电阻R1的公共端作为电压检测电路的第一输出端，第一电阻R1的接地端作为电压检测电路11的第二输出端。

控制电路12包括：第一三极管Q1和第二三极管Q2，其中第一三级管Q1可为NPN型三极管，第二三极管Q2可为PNP型三极管；另外，还包括第二电阻R2第三电阻R3；第一三级管Q1的集电极经第三电阻R3与第二三极管Q2的基极连接，第一三极管Q1的基极与第二电阻R2的一端连接，第二电阻R2的另一端与电压检测电路11的第一输出端Vdet电连接，第一三极管Q1的射极作为控制电路12的第二输出端接地；第二三级管Q2的射极作为控制电路的第二输入端与电压输入端Vin连接，第二三极管Q2的集电极作为控制电路12的第一输出端与开关电路13电连接。

开关电路13包括:开关管，该开关管可以是场效应管，该场效应管可以为P型场效应管也可以是其他类型的开关管，本实施例中以场效应管Q3为例进行说明。另外，还包括第四电阻R4。场效应管Q3的源极与电压输入端Vin连接，场效应管Q3的漏极与电压输出端Vout连接，场效应管的栅极经第四电阻R4接地;具体实现时，该场效应管Q3可以为P型场效应管，该场效应管Q3承担保护电路的主开关，当输入电压在正常范围时，场效应管的栅极被电阻下拉到地，管子的源极和栅极电压超过自身的开启电压，处于导通状态，电源正常从漏极输出。当输入电压高于稳压二极管的击穿电压时，会在稳压二极管支路上产生电流，这个电流在取样电阻（第一电阻）R1上产生一个电压信号，这个电压信号达到0.3V（第一三极管R1的开启电压）后，会驱动两个三级管导通，导通的三级管将P型场效应管的栅极电压拉高至源极电压，场效应管Q3的源极和漏极就截止了，输入电源被关断，起到了保护作用。

具体实现时，当电路上电时，输入电压低于电压检测电路11中稳压二极管D1的击穿电压时，电压检测电路11不上电，输出端Vdet处于低电平。此时，控制电路12不工作，第一三极管Q1和第二三极管Q2处于截止状态，控制电路12的输出端Vctl呈高阻态，第四电阻R4将场效应管Q3的栅极拉到低电平，场效应管Q3的源极和漏极导通，开关电路13处于导通状态，电源输出打开。此时，所有的保护电路没有电流消耗，实现了零消耗，降低了电子产品的能耗。

当电源输入电压高于稳压二极管D1的击穿电压时，随着电压的上升，击穿电流越来越大，取样电阻R1（第一电阻）上的电压Vdet也会上升。当Vdet超过0.3V(即第一三极管Q1的开启电压)时，第一三极管Q1导通，它通过第三电阻R3驱动第二三极管Q2导通，控制电路12的输出电压Vctl被第二三级管Q2拉升到发射极电平，也就是电源输入电压的水平，场效应管Q3（P型场效应管）由导通态变为截止态，开关电路13关闭，电源输出也就关断了，从而实现了过压保护。

在保护状态下，输入电压如果恢复到正常电压水平，低于稳压二极管D1的击穿电压时，稳压二极管D1截止，取样电阻(第一电阻R1)上没有电流流过，Vdet等于0V, 第一三极管Q1第二三极管均变为截止，场效应管Q1在第四电阻R4的作用下重新打开，电源恢复供电，从而使快速有效的恢复电源的输入。

需要说明的，本发明实施例的电压检测电路采用电压检测器件，例如稳压二极管，由于稳压二极管的额定击穿电压Vd1可以根据实际情况进行调整，因此过压保护的门限Vth（极限电压）可根据实际需求进行调整，Vth≈Vd1+0.3V，其中0. 3V位三极管的开启电压；因此本发明实施例的保护电路适用于不同的工作条件，调高了保护电路的灵活性，特别适合于超低功耗的应用场合；而且，在工作电路只有几毫安时，保护电路的能耗为零，保护电路不会发热，不会对电子器件的使用寿命造成影响，因此保护电路没有使用次数的限制。

此外，整个保护电路的电压检测电路、控制电路以及开关电路均采用常规的电子器件，结构简单，成本低；并且没有复杂的时序逻辑，过压时能够快速有效的断开开关电路，没有时间上的延迟，保证了过压保护的可靠性。

需要说明的，本发明实施例的低功耗电压保护电路的适用于各种输入电源,特别适合于低压直流输入点与,例如输入电压为2.7V-91V的低压电源；另外，本发明的电源包括电路可以应用于燃气表、水表，或其他的家用电器中。

以上所述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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种低功耗电压保护电路，包括：电压输入端、电压输出端及电压保护单元，其特征在于，所述电压保护单元包括：电压检测电路、控制电路和开关电路，所述电压检测电路包括电压检测器件，所述电压检测器件的一端与电压输入端连接，所述电压检测器件的另一端作为电压检测电路的输出端与控制电路进行连接；所述电压检测器件在输入电压低于极限电压时截止，没有电流流过电压检测电路和控制电路，开关电路导通，电源输出；所述电压检测器件在输入电压高于极限电压时导通，电压检测电路导通，控制电路控制开关电路断开，电源输出关断，进行过压保护。

2.根据权利要求1所述的低功耗电压保护电路，其特征在于，所述电压检测器件为稳压二极管, 所述稳压二极管的阴极与电压输入端连接，所述稳压二极管的阳极与控制电路连接。

3.根据权利要求1所述的低功耗电压保护电路，其特征在于，所述电压检测电路还包括：

第一电阻，其一端与所述稳压二极管的阳极电连接，另一端接地；所述第一电阻与稳压二极管的公共端作为电压检测电路的输出端与控制电路连接。

4.根据权利要求1所述的低功耗电压保护电路，其特征在于，所述控制电路的一端与电源检测电路连接，所述控制电路的另一端与开关电路连接；所述控制电路还包括：第一三极管和第二三极管；

所述第一三级管的基极作为控制电路的输入端，所述第一三极管集电极与所述第二三极管的基极连接，所述第一三极管的射极接地；所述第二三极管的射极与电压输入端连接，所述第二三级管的集电极作为控制电路的输出端与开关电路连接。

5.根据权利要求4所述的低功耗电压保护电路，其特征在于，所述控制电路还包括：

第二电阻, 其一端与第一三级管的基极连接，另一端与电压检测电路的输出端连接。

6.根据权利要求4所述的低功耗电压保护电路，其特征在于，所述控制电路还包括：

第三电阻，其一端与第一三极管的集电极连接，另一端与所述第二三级管的基极连接。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的低功耗电压保护电路，其特征在于，所述开关电路设置于电压输入端与电压输出端之间，其接通与关断的状态由所述控制电路控制，所述开关电路包括：

开关管，用于控制电压输入端和电压输出端的连接与断开；所述开关管的源极与电压输入端连接，漏极与电压输出端连接，栅极接地。

8.根据权利要求7所述的低功耗电压保护电路，其特征在于，所述开关电路还包括第四电阻，所述开关管的栅极经所述第四电阻接地。

9.根据权利要求1所述的低功耗电压保护电路，其特征在于，所述电压输入端的输入电源额定电压为2.7V~91V。

10.一种燃气表，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的低功耗电压保护电路。