CN107394749A - 一种保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于电子电路领域，提供了一种保护电路。电路包括：开关单元、执行单元、采样单元。本发明实施例提供的一种保护电路，执行单元根据检测到的电压信号来控制第一可控开关的通断，以控制整个带感性负载的电路的通断，从而既保证了带感性负载的电路的正常工作，又能在感性负载停止工作时有效地阻断电压反灌时的回路，解决了现有技术中，带感性负载的电路在感性负载停止工作时会发生电压反灌而使电源工作异常或使系统其他部分损坏的问题。

Description

一种保护电路
技术领域
本发明属于电子电路领域，尤其涉及一种保护电路。
背景技术
在一些电子电路中，由于电路系统功能的需要，常常会用到感性负载。
然而，负载停止工作的瞬间，由于感性负载的特性，会产生一个反向的高电势(即电压反灌)这个反向的高电势则会对系统其它部分电路产生较大的损害，导致电源工作异常或系统其他部分发生损坏。
目前，一般的防反灌电路，使用继电器或者二极管来实现，但是使用继电器会存在反映时间慢、体积大，成本高、寿命有限、可靠性不好的问题；使用二极管又存在不能过大电流、或者过大电流功耗大、需要额外增加散热器成本高、体积大、效率低的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种保护电路，旨在解决现有技术中，带感性负载的电路在感性负载停止工作时会发生电压反灌而使电源工作异常或使系统其他部分损坏的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种保护电路，包括：开关单元、执行单元、采样单元；
所述开关单元设于开关电源与负载端之间，包括：第一可控开关；
与所述第一可控开关的输入端与输出端并联或内置于所述第一可控开关的启动二极管；
与所述第一可控开关的控制端及输出端并联的第一分压电阻；
与所述第一分压电阻串联以进行分压的第二分压电阻；
所述采样单元从负载端采集电压信号，并输出至执行单元，所述执行单元与所述第一分压电阻耦接，当所述电压信号达到预设阈值，所述执行单元控制所述第一分压电阻两端的分压，以控制所述第一可控开关的通断。
本发明实施例提供的一种保护电路，执行单元根据检测到的电压信号来控制第一可控开关的通断，以控制整个带感性负载的电路的通断，从而既保证了带感性负载的电路的正常工作，又能在感性负载停止工作时有效地阻断电压反灌时的回路，解决了现有技术中，带感性负载的电路在感性负载停止工作时会发生电压反灌而使电源工作异常或使系统其他部分损坏的问题。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种保护电路的应用环境示意图；
图2是本发明实施例二提供的一种保护电路；
图3是本发明实施例三提供的一种保护电路；
图4是本发明实施例四提供的一种保护电路。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
本发明实施例提供的一种保护电路，执行单元根据检测到的电压信号来控制第一可控开关的通断，以控制整个带感性负载的电路的通断，从而既保证了带感性负载的电路的正常工作，又能在感性负载停止工作时有效地阻断电压反灌时的回路，解决了现有技术中，带感性负载的电路在感性负载停止工作时会发生电压反灌而使电源工作异常或使系统其他部分损坏的问题。
实施例一：
如图1所示为本发明实施例提供的一种保护电路的应用环境示意图；图2 为本发明实施例提供的一种保护电路。
本发明实施例提供一种保护电路10，包括：开关单元11、执行单元12、采样单元13；
开关单元11设于开关电源与负载端之间，包括：第一可控开关；
与所述第一可控开关的输入端与输出端并联或内置于所述第一可控开关的启动二极管；
与第一可控开关的控制端及输出端并联的第一分压电阻；
与第一分压电阻串联以进行分压的第二分压电阻；
采样单元13从负载端采集电压信号，并输出至执行单元12，执行单元12 与第一分压电阻耦接，当电压信号达到预设阈值，执行单元12控制第一分压电阻两端的分压，以控制第一可控开关的通断。
在本发明实施例中，如图1所示，开关单元11分别连接开关电源、负载与执行单元12，且开关单元11、执行单元12、采样单元13依次连接，其中，采样单元13还连接负载，图中负载为感性负载。
在本发明实施例中，开关单元11设于开关电源与负载端之间，包括：第一可控开关；与第一可控开关的输入端与输出端并联或内置于第一可控开关的启动二极管；与第一可控开关的控制端及输出端并联的第一分压电阻；与第一分压电阻串联以进行分压的第二分压电阻。
在工作状态时，开关电源输出高电平，启动二极管导通，通过第一第二分压电阻分压，使得第一可控开关处于导通状态，此时启动二极管被第一可控开关短路，减小功耗，开关电源与负载耦接；当负载停止工作时，由于感性元器件的作用，负载与开关电源组成的回路会形成一个反向的高电势，此时采集单元13采集到这个高电势之后，输出至执行单元12，执行单元12与第一分压电阻耦接，,此时执行单元接收到电压信号达到预设阈值，就会控制第一分压电阻两端的分压，使之小于第一可控开关的开启电压，以控制第一可控开关断开，避免了过高的反向高电势使得开关电源工作异常或电路系统其他部分损坏。
本发明实施例提供的一种保护电路，执行单元根据检测到的电压信号来控制第一可控开关的通断，以控制整个带感性负载的电路的通断，从而既保证了带感性负载的电路的正常工作，又能在感性负载停止工作时有效地阻断电压反灌时的回路，解决了现有技术中，带感性负载的电路在感性负载停止工作时会发生电压反灌而使电源工作异常或使系统其他部分损坏的问题。
实施例二：
在本发明实施例中，如图2所示为本发明实施例提供的一种保护电路。
在本发明实施例中，开关单元11包括：第一可控开关，启动二极管D1，第一分压电阻R3和第二分压电阻R4；其中，第一可控开关为P沟道型MOS 管Q1，启动二极管D1与MOS管Q1的漏极和源极并联，或者在本发明的另一实施例中，启动二极管可以是直接内置于MOS管Q1的形式，为第一可控开关的内部体二极管，第一分压电阻R3与MOS管Q1的源极与栅极并联，第二分压电阻R4与第一分压电阻R3串联以进行分压。
采样单元13包括：第三分压电阻R1与第四分压电阻R5，第三分压电阻 R1与第四分压电阻R5相互串联后与负载两端并联，采样单元13的电压信号输出端由第三分压电阻R1与第四分压电阻R5的公共端引出。执行单元12包括：第二可控开关为MOS管Q2，MOS管Q2的栅极与第三分压电阻R1与第四分压电阻R5的公共端连接，MOS管Q2的漏极和源极与第一分压电阻R3 并联。其中，如图2所示，保护电路10还包括连接于第三分压电阻R1与第四分压电阻R5的公共端与MOS管栅极之间的限流电阻R2。
以下详细说明图2电路的工作原理。
如图2所示的保护电路，上电时，VIN电压经过启动二极管D1后，在第一分压电阻R3、第二分压电阻R4分压，第一分压电阻R3分得的电压大于MOS Q1的导通电压，MOS管Q1导通，电路进入正常工作状态，同时第三分压电阻R1、第四分压电阻R5也分压，但由于电阻值设置原因，第一分压电阻R1 上分得的电压不足以导通MOS管Q2。
在负载停止工作的瞬间，由于感性元器件的工作特性，电路中会产生一个与正常工作时反向的高电压，此电压高于电源输入电压。此时采样单元13检测到高电压，即第三分压电阻R1两端电压瞬间升高，且第三分压电阻R1两端升高后电压达到可以导通Q2的幅值，因为第三分压电阻R1并联于MOS管Q2 的栅极和源极之间，因此MOS管Q2导通，短路电阻R3，使得第一分压电阻 R3两端电压减小，从而MOS管Q1栅极与源极之间电压减小，MOS管Q1截止，阻断了反向回路，避免了过高的反向电压对开关电源带来影响，使之工作状态发生异常。
本发明实施例提供的一种保护电路，执行单元根据检测到的电压信号来控制第一可控开关的通断，以控制整个带感性负载的电路的通断，从而既保证了带感性负载的电路的正常工作，又能在感性负载停止工作时有效地阻断电压反灌时的回路，解决了现有技术中，带感性负载的电路在感性负载停止工作时会发生电压反灌而使电源工作异常或使系统其他部分损坏的问题。
实施例三：
如图3所示，为本发明实施例提供的一种保护电路，与实施例二的区别在于：
在本发明实施例中，执行单元12包括：第三可控开关Q3与第四可控开关 Q5；其中，第三可控开关为NPN型三极管Q3，其发射极与集电极并联于第一分压电阻R3两端，基极与第四可控开关连接；第四可控开关为PNP型三极管 Q5，其基极连接限流电阻R2，发射极连接于开关单元11与负载之间，集电极耦接于三极管Q3的基极。起着电流放大的作用，提高开关单元11的关断速度。采样单元13包括：第五分压电阻R9、第六分压电阻R8及一开关模块；其中，第五分压电阻R9、第六分压电阻R8及开关模块的输入端、输出端串联后与负载两端并联，开关模块的控制端根据负载两端的电压变化控制，第五分压电阻 9的一端与开关单元11的输出端连接，采样单元13的电压信号输出端由第五分压电阻R9与第六分压电阻R8的公共端引出。
在本发明实施例中，一种保护电路10，还包括并联于负载两端的一组分压电阻R6和R10，且开关模块的控制端与分压电阻R6和R10相连。
在本发明实施例中，如图3所示，开关模块为可控精密稳压源U1，其输入端与并联于负载两端的第五分压电阻R9和第六分压电阻R8相连。上述的可控精密稳压源U1能够产生瞬变的电压信号，避免三极管Q5工作于放大状态而导致开关单元11的关断异常，保证了开关状态的稳定，而且可以提供很高的关断电压精度。
以下详细说明图3电路图的工作原理。
如图3所示的保护电路，
上电时，VIN电压经过启动二极管D1后，在第一分压电阻R3、第二分压电阻R4分压，第一分压电阻R3分得的电压大于MOS Q1的导通电压，MOS 管Q1导通，电路进入正常工作状态，同时分压电阻R6和R10也分压，但由于电阻值设置原因，分压电阻R10上分得的电压不足以导通U1。同时由于精密稳压源U1不导通，三极管Q5也就不会导通。
在负载停止工作的瞬间，由于感性元器件的工作特性，电路中会产生一个与正常工作时反向的高电压，此时采样单元13检测到高电压，并且在分压电阻 R10上分得的电压大于2.5V，则可控精密稳压源U1导通，第五分压电阻R9 两端电压升高，因为第五分压电阻R9串联限流电阻R2后并联于三极管Q5的发射极与基极，因此三极管Q5导通，导通后电阻R13串联电阻R5分压，R5 电压升高，导致三极管Q3导通，使得第一分压电阻R3两端电压减小，从而MOS管Q1栅极与源极之间电压减小，MOS管Q1截止，切断了电压反灌时的回路，避免了过高的反向电压对开关电源造成影响，使其工作异常，也避免了反向电压对电路系统的其他部分带来损坏。
在本发明的一个较优的实施例中，保护电路10还包括泄放单元14。其中，如图3所示，泄放单元14包括：泄放电阻R11与第五可控开关Q4，其中第五可控开关为N沟道型MOS管Q4；泄放电阻R11与MOS管Q54的漏极及源极串联后与负载两端并联，MOS管Q4的栅极与三极管Q3的基极相连。
本发明实施例提供的泄放单元14，可以在电路中产生较高的反向电压时，快速消耗电压，消除了过高的反向电压使开关电源工作异常或使电路系统其他部分发生损坏，增强了保护电路10的工作效果。同时在电路正常工作时，此泄放电路不工作，不会带来额外的功率损耗。
在本发明的一个较优的实施例中，如图4所示，一种保护电路10，在第一分压电阻R3的两端并联有一稳压管ZD1，其中，稳压管ZD1可限制第一分压电阻R3两端的压差，使电压不会过高而损坏MOS管Q1，使之能稳定工作。
在本发明的另一个较优的实施例中，一种保护电路10，在MOS管Q1的栅极与第一分压电阻R3、第二分压电阻R4的公共端间还串联有一限流电阻R7，可有效防止流过MOS管Q1的电流过大，保护了MOS管Q1。
本发明实施例提供的一种保护电路，执行单元根据检测到的电压信号来控制第一可控开关的通断，以控制整个带感性负载的电路的通断，从而既保证了带感性负载的电路的正常工作，又能在感性负载停止工作时有效地阻断电压反灌时的回路，解决了现有技术中，带感性负载的电路在感性负载停止工作时会发生电压反灌而使电源工作异常或使系统其他部分损坏的问题。
实施例四：
如图4，为本发明实施例提供的一种保护电路，与实施例三的区别在于，采样单元13包括：第七分压电阻R14与一稳压模块，其中，如图4，稳压模块为一稳压二极管ZD2；第七分压电阻R14与稳压二极管ZD2串联后与负载两端并联，其中，第七分压电阻R14的一端与开关单元11的输出端连接，采样单元13的电压信号输出端由第七分压电阻R14的另一端引出。
如图4所示的保护电路，在感性负载停止工作的瞬间，由于感性元器件的工作特性，电路中会产生一个与正常工作时反向的高电压，此时采样单元13 检测到高电压，此电压高于稳压管的击穿电压，稳压管击穿后，即第七分压电阻R14两端的电压增大，且其并联于三极管Q5的基极与发射极，则三极管Q5 导通，三极管Q3导通，使得第一分压电阻R3两端电压减小，从而MOS管Q1 栅极与源极之间电压减小，MOS管Q1截止，切断了电压反灌时的回路，避免了过高的反向电压对开关电源造成影响，使其工作异常，也避免了反向电压对电路系统的其他部分带来损坏。
本发明实施例提供的一种保护电路，执行单元根据检测到的电压信号来控制第一可控开关的通断，以控制整个带感性负载的电路的通断，从而既保证了带感性负载的电路的正常工作，又能在感性负载停止工作时有效地阻断电压反灌时的回路，解决了现有技术中，带感性负载的电路在感性负载停止工作时会发生电压反灌而使电源工作异常或使系统其他部分损坏的问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种保护电路，其特征在于，所述保护电路包括：开关单元、执行单元、采样单元；
所述开关单元设于开关电源与负载端之间，包括：第一可控开关；
与所述第一可控开关的输入端与输出端并联或内置于所述第一可控开关的启动二极管；
与所述第一可控开关的控制端及输出端并联的第一分压电阻；
与所述第一分压电阻串联以进行分压的第二分压电阻；
所述采样单元从负载端采集电压信号，并输出至所述执行单元，所述执行单元与所述第一分压电阻耦接，当所述电压信号达到预设阈值，所述执行单元控制所述第一分压电阻两端的分压，以控制所述第一可控开关的通断。
2.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述执行单元包括：第二可控开关，所述第二可控开关的控制端与所述采样单元的电压信号输出端连接，所述第二可控开关的输入端与输出端与所述第一分压电阻并联。
3.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述执行单元包括：第三可控开关与第四可控开关；
所述第四可控开关的输入端连接于所述开关单元与所述负载端之间，所述第四可控开关的控制端与所述采样单元的电压信号输出端连接，所述第四可控开关的输出端与所述第三可控开关的控制端通过一组分压电阻相连，所述第三可控开关的输入端、输出端与所述第一分压电阻并联。
4.如权利要求3所述的保护电路，其特征在于，所述保护电路还包括泄放单元，所述泄放单元包括：泄放电阻与第五可控开关；
所述泄放电阻与所述第五可控开关的输入端及输出端串联后与负载两端并联，所述第五可控开关的控制端与所述第三可控开关的控制端相连。
5.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述采样单元包括：第三分压电阻与第四分压电阻；
所述第三分压电阻与第四分压电阻相互串联后与负载两端并联，采样单元的电压信号输出端由所述第三分压电阻与第四分压电阻的公共端引出。
6.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述采样单元包括：第五分压电阻、第六分压电阻及一开关模块；
所述第五分压电阻、第六分压电阻及开关模块的输入端、输出端串联后与负载两端并联，所述开关模块的控制端根据所述负载两端的电压变化控制，其中，所述第五分压电阻的一端与所述开关单元的输出端连接，采样单元的电压信号输出端由所述第五分压电阻与第六分压电阻的公共端引出。
7.如权利要求6所述的保护电路，其特征在于，所述开关模块的控制端与并联于所述负载两端的一组分压电阻相连。
8.如权利要求7所述的电路，其特征在于，所述开关模块为可控精密稳压源U1。
9.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述采样单元包括：第七分压电阻与一稳压模块；
所述第七分压电阻与所述稳压模块串联后与负载两端并联，其中，所述第七分压电阻的一端与所述开关单元的输出端连接，采样单元的电压信号输出端由第七分压的另一端引出。
10.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述第一分压电阻的两端并联有一稳压管。
11.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一可控开关的控制端与所述第一分压电阻、第二分压电阻的公共端间串联有一限流电阻。
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