CN108039695A - 过压保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种过压保护电路，包括：恒流保护模块、基准电压模块、比较模块、通断控制模块；比较模块的第一输入端连接输入电源，恒流保护模块的输入端连接输入电源，输出端连接基准电压模块的输入端，基准电压模块的输出端连接比较模块的第二输入端，比较模块的输出端连接通断控制模块的受控端，通断控制模块控制输入电源是否给负载电路供电；恒流保护模块用于给基准电压模块进行恒流供电，并对基准电压模块进行过压保护；基准电压模块用于给比较模块的第二输入端提供稳定的基准电压；比较模块用于对第一输入端输入的电压与基准电压进行比较后，输出控制通断控制模块通断的控制信号，该过压保护电路电压使用范围大、反应速率快，电压精度高。

Description

过压保护电路

技术领域

本发明涉及电压过压保护领域，特别是涉及一种过压保护电路。

背景技术

电路中如果输入电压过高会造成负载电路内部器件受损害甚至烧毁，因此需要过压保护电路对电路进行保护。传统的过压保护电路主要有2种方案：利用集成芯片方案和利用稳压管加三极管的方案。集成芯片反应速率快、电压精度高，但是一般会有一个电压使用范围，导致电压的使用范围小；而稳压管加三极管的方案，虽然可以通过调整稳压管和三极管的耐压来改变电压使用范围，但是反应速率较慢，电压精度较差。

发明内容

基于此，有必要提供一种电压使用范围大、反应速率快，电压精度高的过压保护电路。

一种过压保护电路，用于对负载电路进行过压保护，包括：恒流保护模块、基准电压模块、比较模块、通断控制模块；

所述比较模块的第一输入端连接输入电源，所述恒流保护模块的输入端连接所述输入电源，输出端连接所述基准电压模块的输入端，所述基准电压模块的输出端连接所述比较模块的第二输入端，所述比较模块的输出端连接所述通断控制模块的受控端，所述通断控制模块控制所述输入电源是否给负载电路供电；

所述恒流保护模块用于给所述基准电压模块进行恒流供电，并对所述基准电压模块进行过压保护；

所述基准电压模块用于给所述比较模块的第二输入端提供稳定的基准电压；

所述比较模块用于在所述第一输入端输入的电压低于所述基准电压时，输出控制所述通断控制模块将所述输入电源与所述负载电路连通的控制信号；在所述第一输入端输入的电压高于所述基准电压时，输出控制所述通断控制模块将所述输入电源与所述负载电路断开的控制信号。

在其中一个实施例中，还包括过压阈值预设模块，所述过压阈值预设模块包括分压电阻R1和分压电阻R4，所述输入电源串联分压电阻R1和分压电阻R4后接地，所述分压电阻R4连接所述分压电阻R1的一端并连接所述第一输入端，所述第一输入端输入的电压与所述输入电源的电压比值为所述分压电阻R4的阻值与所述分压电阻R1和分压电阻R4的阻值之和的比值，从而可以通过调节所述分压电阻R1和分压电阻R4的比值来调节所述输入电源使所述比较模块的输出跳变的过压阈值。

在其中一个实施例中，所述过压阈值预设模块还包括二极管D2，所述二极管D2的阳极连接于所述分压电阻R1和分压电阻R4之间，所述二极管D2的阴极连接所述基准电压模块。

在其中一个实施例中，所述恒流保护模块包括PNP三极管N1、PNP三极管N2、电阻R8、电阻R10、电阻R11以及稳压二极管DW2，所述电阻R8串联于所述输入电源和所述PNP三极管N2的发射极之间，所述电阻R11串联于所述PNP三极管N2的集电极和接地端之间，所述电阻R10串联于所述电阻R8和所述PNP三极管N2的基极之间，所述PNP三极管N1的发射极连接所述PNP三极管N2的基极，所述PNP三极管N1的基极串联于所述PNP三极管N2的集电极和所述电阻R11之间，所述PNP三极管N1的集电极连接所述基准电压模块的输入端，所述稳压二极管DW2的阴极串联于所述电阻R8和所述PNP三极管N2的发射极之间，所述稳压二极管DW2的阳极接地。

在其中一个实施例中，所述基准电压模块包括稳压芯片U1、电阻R2、电阻R6、电阻R9以及电容C2，所述电容C2一端连接所述稳压芯片U1的输入端，另一端接地；所述恒流保护模块的输出端串联于所述稳压芯片U1的输入端和所述电容C2之间，所述电阻R6串联于所述稳压芯片U1的输出端和所述电阻R9之间，所述电阻R9的另一端接地，所述电阻R2串联于所述稳压芯片U1的输入端和所述稳压芯片U1的输出端之间，所述稳压芯片U1的接地端接地，所述比较模块的第二输入端串联于所述电阻R6和电阻R9之间。

在其中一个实施例中，所述比较模块包括比较器U2，所述比较器U2的反相输入端为所述第一输入端，所述比较器U2的正相输入端为所述第二输入端，所述比较器U2的输出端连接所述通断控制模块的受控端，并且还串联电阻R3连接所述恒流保护模块的输出端，所述比较器U2的电源端连接所述恒流保护模块的输出端，所述比较器U2的接地端接地。

在其中一个实施例中，所述通断控制模块包括NPN三极管N4和场效应管Q1，所述NPN三极管N4的基极串联电阻R15连接所述比较模块的输出端，所述NPN三极管N4的发射极接地，所述NPN三极管N4的集电极串联电阻R13连接所述场效应管Q1的栅极，所述效应管Q1的源极连接所述输入电源，稳压二极管DW1的阴极连接所述输入电源，所述稳压二极管DW1的阳极串联于所述场效应管Q1的栅极和所述电阻R13之间，所述场效应管Q1的漏极连接所述负载电路，电阻R16串联于所述输入电源和所述NPN三极管N4的集电极之间。

在其中一个实施例中，所述通断控制模块还包括分压电阻R14和电容C6，所述分压电阻R14和电容C6分别串联于所述电阻R15和接地端之间，所述分压电阻R14和电容C6并联。

在其中一个实施例中，所述控制信号是逻辑控制信号。

上述过压保护电路，由于恒流保护模块用于给基准电压模块进行恒流供电，并对基准电压模块进行过压保护，使得基准电压模块在输入电源电压波动较大时也能给比较模块提供稳定的基准电压，从而使该过压保护电路电压使用范围大，比较模块用于对第一输入端输入的电压和基准电压的电压进行比较后输出控制信号，通断控制模块根据该控制信号控制输入电源与负载电路的通断，反应速率快，电压精度高。

附图说明

图1是一实施例中过压保护电路的模块图；

图2是一实施例中过压保护电路的电路图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

图1是一实施例中过压保护电路的模块图。

在本实施例中，该过压保护电路包括用于对负载电路进行过压保护，包括：恒流保护模块10、基准电压模块20、比较模块30、通断控制模块40；

比较模块30的第一输入端连接输入电源，恒流保护模块10的输入端连接输入电源，输出端连接基准电压模块20的输入端，基准电压模块20的输出端连接比较模块30的第二输入端，比较模块30的输出端连接通断控制模块40的受控端，通断控制模块40控制输入电源是否给负载电路供电；

恒流保护模块10用于给基准电压模块20进行恒流供电，并对基准电压模块20进行过压保护；

基准电压模块20用于给比较模块30的第二输入端提供稳定的基准电压；

比较模块30用于在第一输入端输入的电压低于基准电压时，输出控制通断控制模块40将输入电源与负载电路连通的控制信号；在第一输入端输入的电压高于基准电压时，输出控制通断控制模块40将输入电源与负载电路断开的控制信号。

上述过压保护电路，由于恒流保护模块10用于给基准电压模块20进行恒流供电，并对基准电压模块20进行过压保护，使得基准电压模块20在输入电源电压波动较大时也能给比较模块30提供稳定的基准电压，从而使该过压保护电路电压使用范围大，比较模块30用于对第一输入端输入的电压和基准电压的电压进行比较后输出控制信号，通断控制模块40根据该控制信号控制输入电源与负载电路的通断，反应速率快，电压精度高。

在一个实施例中，比较模块30输出的控制信号是逻辑控制信号，比较模块30在第一输入端输入的电压低于基准电压时，输出高电平，控制通断控制模块40将输入电源与负载电路连通；在第一输入端输入的电压高于基准电压时，输出低电平，控制通断控制模块40将输入电源与负载电路断开。在其中一个实施例中，基准电压为1.24V，在其他实施例中，基准电压可根据实际情况进行调整。

请参见图1和图2，在一个实施例中，该过压保护电路还包括过压阈值预设模块50，过压阈值预设模块50包括分压电阻R1和分压电阻R4，输入电源串联分压电阻R1和分压电阻R4后接地，分压电阻R4连接分压电阻R1的一端并连接比较模块30的第一输入端，该第一输入端输入的电压与输入电源的电压比值为分压电阻R4的阻值与分压电阻R1和分压电阻R4的阻值之和的比值，从而可以通过调节分压电阻R1和分压电阻R4的比值来调节输入电源使比较模块30的输出跳变的过压阈值，从而达到保护输入电源电压宽压可调的目的。在一个实施例中，电压的过压阈值为54V，在其他实施例中，电压的过压阈值也可为100V。

参见图2，在一个实施例中，过压阈值预设模块50还包括二极管D2，二极管D2的阳极连接于分压电阻R1和分压电阻R4之间，二极管D2的阴极连接基准电压模块20，该二极管D2可防止输入电源电压过高时损坏比较模块30的第一输入端，对比较模块30的第一输入端起到过压保护的作用。

在一个实施例中，恒流保护模块10包括PNP三极管N1、PNP三极管N2、电阻R8、电阻R10、电阻R11以及稳压二极管DW2，电阻R8串联于输入电源和PNP三极管N2的发射极之间，电阻R11串联于PNP三极管N2的集电极和接地端之间，电阻R10串联于电阻R8和PNP三极管N2的基极之间，PNP三极管N1的发射极连接PNP三极管N2的基极，PNP三极管N1的基极串联于PNP三极管N2的集电极和电阻R11之间，PNP三极管N1的集电极连接基准电压模块20的输入端。稳压二极管DW2的阴极串联于电阻R8和PNP三极管N2的发射极之间，稳压二极管DW2的阳极接地，稳压二极管DW2用于在输入电源电压过压时，对恒流保护模块10进行保护，防止恒流保护模块10被损坏。恒流保护模块10用于在输入电源电压变化(甚至过压)时给基准电压模块20提供恒定的电流，保护基准电压模块20不被损坏。

在一个实施例中，基准电压模块20包括稳压芯片U1、电阻R2、电阻R6、电阻R9以及电容C2，电容C2一端连接稳压芯片U1的输入端，另一端接地；恒流保护模块10的输出端串联于稳压芯片U1的输入端和电容C2之间，电阻R6串联于稳压芯片U1的输出端和电阻R9之间，电阻R9的另一端接地，电阻R2串联于稳压芯片U1的输入端和稳压芯片U1的输出端之间，稳压芯片U1的接地端接地，比较模块30的第二输入端串联于电阻R6和电阻R9之间。稳压芯片U1反应速率快、电压精度高，在恒流保护模块10的保护下，工作电压稳定，从而稳压芯片U1能给比较模块30提供稳定的基准电压，使过压保护电路电压使用范围大。一般集成芯片如果没有恒流保护模块10的保护，在过压的状态下容易被损坏，导致过压保护电路电压使用范围小。

在一个实施例中，比较模块30包括比较器U2，比较器U2的反相输入端为第一输入端，比较器U2的正相输入端为第二输入端，比较器U2的输出端连接通断控制模块40的受控端，并且还串联电阻R3连接所述恒流保护模块10的输出端，比较器U2的电源端连接恒流保护模块10的输出端，比较器U2的接地端接地。比较器U2的电源端连接恒流保护模块10的输出端，可使比较器U2在恒流保护模块10的作用下适用于大范围的过压保护电路的电压比较，不需要使用昂贵的芯片来对比较器U2的电源端进行单独供电，方便稳定，节约成本。

在一个实施例中，通断控制模块40包括NPN三极管N4和场效应管Q1，NPN三极管N4的基极串联电阻R15连接比较模块30的输出端，NPN三极管N4的发射极接地，NPN三极管N4的集电极串联电阻R13连接场效应管Q1的栅极，效应管Q1的源极连接输入电源，稳压二极管DW1的阴极连接输入电源，稳压二极管DW1的阳极串联于场效应管Q1的栅极和电阻R13之间，场效应管Q1的漏极连接负载电路，电阻R16串联于输入电源和NPN三极管N4的集电极之间。

请继续参见图2，输入电源电压低于设定的过压阈值(例如54V)时，输入电源电压通过分压电阻R1和分压电阻R4分压后接入比较器U2的反相输入端，反相输入端的电压小于比较器U2的正相输入端的基准电压(例如1.24V)时，比较器U2的输出端输出高电平，NPN三极管N4导通，从而场效应管Q1导通，输入电源(IN)向负载电路(VIN)正常供电；输入电源电压高于设定的过压阈值时，输入电源电压通过分压电阻R1和分压电阻R4分压后接入比较器U2的反相输入端，反相输入端的电压大于比较器U2的正相输入端的基准电压，比较器U2的输出端输出低电平，NPN三极管N4不导通，从而场效应管Q1关断，输入电源(IN)不能向负载电路(VIN)正常供电，从而保护负载电路免受输入电源电压过压的影响。

在一个实施例中，通断控制模块40还包括分压电阻R14和电容C6，分压电阻R14和电容C6分别串联于电阻R15和接地端之间，分压电阻R14和电容C6并联。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种过压保护电路，用于对负载电路进行过压保护，其特征在于，包括：恒流保护模块、基准电压模块、比较模块、通断控制模块；

所述比较模块的第一输入端连接输入电源，所述恒流保护模块的输入端连接所述输入电源，输出端连接所述基准电压模块的输入端，所述基准电压模块的输出端连接所述比较模块的第二输入端，所述比较模块的输出端连接所述通断控制模块的受控端，所述通断控制模块控制所述输入电源是否给所述负载电路供电；

所述恒流保护模块用于给所述基准电压模块进行恒流供电，并对所述基准电压模块进行过压保护；

所述基准电压模块用于给所述比较模块的第二输入端提供稳定的基准电压；

所述比较模块用于在所述第一输入端输入的电压低于所述基准电压时，输出控制所述通断控制模块将所述输入电源与所述负载电路连通的控制信号；在所述第一输入端输入的电压高于所述基准电压时，输出控制所述通断控制模块将所述输入电源与所述负载电路断开的控制信号。

2.根据权利要求1所述的过压保护电路，其特征在于，还包括过压阈值预设模块，所述过压阈值预设模块包括分压电阻R1和分压电阻R4，所述输入电源串联分压电阻R1和分压电阻R4后接地，所述分压电阻R4连接所述分压电阻R1的一端并连接所述第一输入端，所述第一输入端输入的电压与所述输入电源的电压比值为所述分压电阻R4的阻值与所述分压电阻R1和分压电阻R4的阻值之和的比值，从而可以通过调节所述分压电阻R1和分压电阻R4的比值来调节所述输入电源使所述比较模块的输出跳变的过压阈值。

3.根据权利要求2所述的过压保护电路，其特征在于，所述过压阈值预设模块还包括二极管D2，所述二极管D2的阳极连接于所述分压电阻R1和分压电阻R4之间，所述二极管D2的阴极连接所述基准电压模块。

4.根据权利要求1所述的过压保护电路，其特征在于，所述恒流保护模块包括PNP三极管N1、PNP三极管N2、电阻R8、电阻R10、电阻R11以及稳压二极管DW2，所述电阻R8串联于所述输入电源和所述PNP三极管N2的发射极之间，所述电阻R11串联于所述PNP三极管N2的集电极和接地端之间，所述电阻R10串联于所述电阻R8和所述PNP三极管N2的基极之间，所述PNP三极管N1的发射极连接所述PNP三极管N2的基极，所述PNP三极管N1的基极串联于所述PNP三极管N2的集电极和所述电阻R11之间，所述PNP三极管N1的集电极连接所述基准电压模块的输入端，所述稳压二极管DW2的阴极串联于所述电阻R8和所述PNP三极管N2的发射极之间，所述稳压二极管DW2的阳极接地。

5.根据权利要求1所述的过压保护电路，其特征在于，所述基准电压模块包括稳压芯片U1、电阻R2、电阻R6、电阻R9以及电容C2，所述电容C2一端连接所述稳压芯片U1的输入端，另一端接地；所述恒流保护模块的输出端串联于所述稳压芯片U1的输入端和所述电容C2之间，所述电阻R6串联于所述稳压芯片U1的输出端和所述电阻R9之间，所述电阻R9的另一端接地，所述电阻R2串联于所述稳压芯片U1的输入端和所述稳压芯片U1的输出端之间，所述稳压芯片U1的接地端接地，所述比较模块的第二输入端串联于所述电阻R6和电阻R9之间。

6.根据权利要求1所述的过压保护电路，其特征在于，所述比较模块包括比较器U2，所述比较器U2的反相输入端为所述第一输入端，所述比较器U2的正相输入端为所述第二输入端，所述比较器U2的输出端连接所述通断控制模块的受控端，并且还串联电阻R3连接所述恒流保护模块的输出端，所述比较器U2的电源端连接所述恒流保护模块的输出端，所述比较器U2的接地端接地。

7.根据权利要求1所述的过压保护电路，其特征在于，所述通断控制模块包括NPN三极管N4和场效应管Q1，所述NPN三极管N4的基极串联电阻R15连接所述比较模块的输出端，所述NPN三极管N4的发射极接地，所述NPN三极管N4的集电极串联电阻R13连接所述场效应管Q1的栅极，所述效应管Q1的源极连接所述输入电源，稳压二极管DW1的阴极连接所述输入电源，所述稳压二极管DW1的阳极串联于所述场效应管Q1的栅极和所述电阻R13之间，所述场效应管Q1的漏极连接所述负载电路，电阻R16串联于所述输入电源和所述NPN三极管N4的集电极之间。

8.根据权利要求7所述的过压保护电路，其特征在于，所述通断控制模块还包括分压电阻R14和电容C6，所述分压电阻R14和电容C6分别串联于所述电阻R15和接地端之间，所述分压电阻R14和电容C6并联。

9.根据权利要求1所述的过压保护电路，其特征在于，所述控制信号是逻辑控制信号。