CN108134381B - 过压保护电路、方法及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供的过压保护电路、方法及电子设备，涉及过压保护技术领域。其中，过压保护电路包括：第一阻抗单元；第二阻抗单元，该第二阻抗单元的第一端与第一阻抗单元的第二端连接；第三阻抗单元，该第三阻抗单元的第一端与第二阻抗单元的第一端连接；开关单元，该开关单元的第一端与第三阻抗单元的第二端连接、第二端与第二阻抗单元的第二端连接。开关单元在获取到第二阻抗单元两端的电压差值大于预设值时导通，以通过第三阻抗单元的分流降低第二阻抗单元两端的电压差值，以降低通过过压保护电路输出的电能的电压值。通过上述方法，可以解决现有技术中因过压保护电路动作而导致用电电路不能正常工作或影响对电源输出电压的准确测量的问题。

Description

过压保护电路、方法及电子设备

技术领域

本发明涉及过压保护技术领域，具体而言，涉及一种过压保护电路、方法及电子设备。

背景技术

在电子设备的使用过程中，由于电子设备中的用电电路需要电源的驱动才能完成工作，因此，用电电路一般会与电源连接。其中，在接线错误或电源故障时，向用电电路输出的电能的电压值可能会大于最大工作电压，进而导致用电电路中的电气元件损坏的问题。经发明人研究发现，现有的过压保护技术中存在因过压保护电路动作而导致用电电路不能正常工作或因过压保护电路动作而导致电源输出的电压被强制拉低进而影响对电源输出电压的准确测量的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种过压保护电路、方法及电子设备，以解决现有技术中因过压保护电路动作而导致用电电路不能正常工作或因过压保护电路动作而导致电源输出的电压被强制拉低进而影响对电源输出电压的准确测量的问题。

为实现上述目的，本发明实施例采用如下技术方案：

一种过压保护电路，包括：

第一阻抗单元，该第一阻抗单元的第一端作为所述过压保护电路的第一输入端与电源连接；

第二阻抗单元，该第二阻抗单元的第一端与所述第一阻抗单元的第二端连接、第二端作为所述过压保护电路的第二输入端与电源连接；

第三阻抗单元，该第三阻抗单元的第一端与所述第二阻抗单元的第一端连接后作为所述过压保护电路的第一输出端与用电电路连接；

开关单元，该开关单元的第一端与所述第三阻抗单元的第二端连接、第二端与所述第二阻抗单元的第二端连接后作为所述过压保护电路的第二输出端与用电电路连接；

其中，所述开关单元在获取到所述第二阻抗单元两端的电压差值大于预设值时导通，以通过所述第三阻抗单元的分流降低所述第二阻抗单元两端的电压差值，以降低通过所述过压保护电路的第一输出端和第二输出端输出电能的电压值。

在本发明实施例较佳的选择中，在上述过压保护电路中，所述第一阻抗单元包括电阻器件、电容器件和电感器件中的至少一种，所述第二阻抗单元包括电阻器件、电容器件和电感器件中的至少一种，所述第三阻抗单元包括电阻器件、电容器件和电感器件中的至少一种。

在本发明实施例较佳的选择中，在上述过压保护电路中，所述第一阻抗单元包括第一电容，该第一电容的第一端作为所述过压保护电路的第一输入端；

所述第二阻抗单元包括第二电容，该第二电容的第一端与所述第一电容的第二端连接、第二端作为所述过压保护电路的第二输入端；

所述第三阻抗单元包括第三电容，该第三电容的第一端与所述第二阻抗单元的第一端连接后作为所述过压保护电路的第一输出端、第二端与所述开关单元的第一端连接。

在本发明实施例较佳的选择中，在上述过压保护电路中，所述第一阻抗单元还包括：

第一电阻，该第一电阻的第一端与所述第一电容的第二端连接、第二端与所述第二电容的第一端连接；

第二电阻，该第二电阻的第一端与所述第一电阻的第二端连接、第二端与所述第二电容的第二端连接。

在本发明实施例较佳的选择中，在上述过压保护电路中，所述第一电阻为线绕电阻，所述第二电阻为压敏电阻。

在本发明实施例较佳的选择中，在上述过压保护电路中，所述第三阻抗单元还包括：

第三电阻，该第三电阻的第一端与所述第三电容的第二端连接、第二端与所述开关单元的第一端连接。

在本发明实施例较佳的选择中，在上述过压保护电路中，所述开关单元包括：

半导体放电管，该半导体放电管的第一端与所述第三阻抗单元的第二端连接、第二端与所述第二阻抗单元的第二端连接后作为所述过压保护电路的第二输出端与用电电路连接；

其中，所述半导体放电管两端的电压差值大于或等于击穿电压时导通，且当电压降低使得流过半导体放电管的电流低于它的维持电流后，半导体放电管关断。

在上述基础上，本发明实施例还提供了一种过压保护方法，应用于上述过压保护电路，所述方法包括：

第一阻抗单元和第二阻抗单元对电源输入的电能进行分压处理，并通过所述过压保护电路的第一输出端和第二输出端向用电电路输出电压值为第二阻抗单元两端的电压差值的电能；

开关单元在获取到第二阻抗单元两端的电压差值大于预设值时导通，以使所述第三阻抗单元对所述第二阻抗单元进行分流处理；

所述第二阻抗单元在进行分流处理后两端的电压差值降低，并通过所述过压保护电路的第一输出端和第二输出端输出电压值为降低后的电压差值的电能。

在上述基础上，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括用电电路和上述过压保护电路，所述过压保护电路的第一输出端和第二输出端分别与所述用电电路连接。

在本发明实施例较佳的选择中，在上述电子设备中，所述用电电路包括：

电压转换单元，该电压转换单元的第一输入端与所述过压保护电路的第二阻抗单元的第一端连接、第二输入端与所述第二阻抗单元的第二端连接；

用电单元，该用电单元与所述电压转换单元的第一输出端和第二输出端分别连接；

其中，所述电压转换单元根据输入电能的电压值确定电压转换比例，并根据该电压转换比例对输入电能进行电压转换处理，以向所述用电单元输出固定电压值的电能。

本发明提供的过压保护电路、方法及电子设备，通过开关单元与各阻抗单元的配合，有效地控制过压保护电路的输出电压，在解决现有技术中因过压保护电路动作而导致用电电路不能正常工作或因过压保护电路动作而导致电源输出的电压被强制拉低进而影响对电源输出电压的准确测量的问题的同时，还可以避免因过压保护电路的输出电压过高而导致用电电路中的电气元件损坏的问题，极大地提高了过压保护电路、方法及电子设备的安全性和可靠性。

进一步地，通过第一电阻、第二电阻和第三电阻的设置，可以有效避免因流经开关单元的电流过大而损坏开关单元的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明实施例提供的电子设备的应用框图。

图2为本发明实施例提供的用电电路的电路原理图。

图3为本发明实施例提供的过压保护电路的结构框图。

图4为本发明实施例提供的过压保护电路的电路原理图。

图5为本发明实施例提供的过压保护电路的另一电路原理图。

图6为本发明实施例提供的过压保护方法的流程示意图。

图标：10-电子设备；20-电源；100-过压保护电路；110-第一阻抗单元；130-第二阻抗单元；150-第三阻抗单元；170-开关单元；C1-第一电容；C2-第二电容；C3-第三电容；R1-第一电阻；R2-第二电阻；R3-第三电阻；D1-半导体放电管；200-用电电路；210-电压转换单元；211-AC/DC模块；230-用电单元。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为只是或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明实施例提供了一种电子设备10，用于在电源20的驱动下完成工作。其中，所述电子设备10包括过压保护电路100和用电电路200。所述用电电路200通过所述过压保护电路100与电源20连接，以获取电源20提供的电能，并在该电能的电压值高于预设值时，通过所述过压保护电路100降低输入至所述用电电路200电能的电压值，进而避免所述用电电路200中的电气元件损坏的问题。

进一步地，在本实施例中，所述过压保护电路100可以包括第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端。其中，所述过压保护电路100的第一输入端和第二输入端分别与电源20连接、第一输出端和第二输出端分别与所述用电电路200连接。

可选地，所述用电电路200的具体类型不受限制，可以根据实际需求进行设置，例如，根据所述电子设备10的功能不同可以有不同的选择。考虑到电气元件一般具有额定工作电压，电源20输入的电压可能存在波动，例如，在过压保护电路100在进行过压保护之前与之后，输出的电压会存在较大的差值，在本实施例中，所述用电电路200可以包括电压转换单元210和用电单元230。

在本实施例中，所述电压转换单元210的第一输入端与所述过压保护电路100的第一输出端连接、第二输入端与所述过压保护电路100的第二输出端连接、第一输出端和第二输出端分别与所述用电单元230连接。

其中，所述电压转换单元210根据输入电能的电压值确定电压转换比例，并根据该电压转换比例对输入电能进行电压转换处理，以向所述用电单元230输出固定电压值的电能。例如，在该固定电压值为100V时，若输入电能的电压为300V，则所述电压转换比例可以为3：1，若输入电能的电压值为400V，则所述电压转换比例可以为4：1。

可选地，所述固定电压值的具体取值不受限制，可以根据所述用电单元230的额定工作电压进行设置。

可选地，所述电压转换单元210的类型不受限制，可以根据电源20的类型和用电单元230的类型进行设置。例如，在电源20为直流电源、用电单元230为直流元件时，所述电压转换单元210可以为DC-DC模块，在电源20为交流电源、用电单元230为直流元件时，所述电压转换单元210可以为AC/DC模块211。

考虑到电源20一般为交流电源、用电单元230一般为直流元件，结合图2，以所述电压转换单元210为AC/DC模块211为例进行说明。其中，所述AC/DC模块211的第一输入端与所述过压保护电路100的第一输出端连接、第二输入端与所述过压保护电路100的第二输出端连接、正输出端与所述用电单元230的供电端连接、负输出端接地。

结合图3，本发明实施例还提供一种可应用于上述电子设备10的过压保护电路100。其中，所述过压保护电路100包括第一阻抗单元110、第二阻抗单元130、第三阻抗单元150和开关单元170。

所述第一阻抗单元110的第一端作为所述过压保护电路100的第一输入端与电源20连接，所述第二阻抗单元130的第一端与所述第一阻抗单元110的第二端连接、第二端作为所述过压保护电路100的第二输入端与电源20连接，所述第三阻抗单元150的第一端与所述第二阻抗单元130的第一端连接后作为所述过压保护电路100的第一输出端与用电电路200连接，所述开关单元170的第一端与所述第三阻抗单元150的第二端连接、第二端与所述第二阻抗单元130的第二端连接后作为所述过压保护电路100的第二输出端与用电电路200连接。

其中，所述开关单元170在获取到所述第二阻抗单元130两端的电压差值大于预设值时导通，以通过所述第三阻抗单元150的分流降低所述第二阻抗单元130两端的电压差值，以降低通过所述过压保护电路100的第一输出端和第二输出端输出电能的电压值。

在本实施例中，以所述第一阻抗单元110、第二阻抗单元130、第三阻抗单元150的阻抗值为100Ω，预设值为100V为例进行说明。若电源20输出电能的电压值为150V，则根据所述第一阻抗单元110和第二阻抗单元130的分压，所述第二阻抗单元130两端的电压差值为75V(150*100/(100+100))，开关单元170不导通；若电源20输出电能的电压值为210V，则根据所述第一阻抗单元110和第二阻抗单元130的分压，所述第二阻抗单元130两端的电压差值为105V(210*100/(100+100))，大于预设值100V，则开关单元170导通以使第三阻抗单元150与第二阻抗单元130并联分流，第二阻抗单元130两端的电压差值由105V变为70V(210*50/(100+50)，其中，50为第二阻抗单元130和第三阻抗单元150并联后的阻抗值)。

可选地，所述第一阻抗单元110、第二阻抗单元130和第三阻抗单元150的具体类型不受限制，根据实际需求进行设置即可，例如，所述第一阻抗单元110可以包括电阻器件、电容器件和电感器件中的至少一种，所述第二阻抗单元130可以包括电阻器件、电容器件和电感器件中的至少一种，所述第三阻抗单元150可以包括电阻器件、电容器件和电感器件中的至少一种。

其中，在各阻抗单元中仅包括电阻器件时，所述过压保护电路100既可以进行直流保护、也可以进行交流保护。在各阻抗单元中包括电容器件和电感器件中的至少一种时，所述过压保护电路100可以进行交流保护。

考虑到电源20一般为交流电源，在本实施例中，结合图4，以各阻抗单元包括电容器件为例进行说明。其中，所述第一阻抗单元110可以包括第一电容C1，所述第二阻抗单元130可以包括第二电容C2，所述第三阻抗单元150可以包括第三电容C3。

在本实施例中，所述第一电容C1的第一端作为所述过压保护电路100的第一输入端，所述第二电容C2的第一端与所述第一电容C1的第二端连接、第二端作为所述过压保护电路100的第二输入端，所述第三电容C3的第一端与所述第二阻抗单元130的第一端连接后作为所述过压保护电路100的第一输出端、第二端与所述开关单元170的第一端。

其中，所述第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3的具体阻抗值不受限制，可以根据实际应用中电源20的电压值和用电电路200的最大工作电压进行设置。

进一步地，为提高所述过压保护电路100的抗浪涌冲击的能力，在本实施例中，结合图5，所述第一阻抗单元110还可以包括第一电阻R1和第二电阻R2。其中，所述第一电阻R1的第一端与所述第一电容C1的第二端连接、第二端与所述第二电容C2的第一端连接，所述第二电阻R2的第一端与所述第一电阻R1的第二端连接、第二端与所述第二电容C2的第二端连接。

可选地，所述第一电阻R1和第二电阻R2的具体阻抗值不受限制，可以根据所述第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3的阻抗值以及所述电源20的电压值和所述用电电路200的最大工作电压进行设置。其中，为保证所述第一电阻R1和第二电阻R2能够有效地对浪涌冲击起到防护作用，所述第一电阻R1可以为线绕电阻，所述第二电阻R2可以为压敏电阻。

进一步地，为避免所述开关单元170在导通后因流经开关单元170的电流过大而导致开关单元170损坏的问题，在本实施例中，所述第三阻抗单元150还可以包括第三电阻R3。其中，所述第三电阻R3的第一端与所述第三电容C3的第二端连接、第二端与所述开关单元170的第一端连接。

可选地，所述第三电阻R3的阻抗值不受限制，可以根据实际需求进行设置，例如，可以根据所述开关单元170的抗电流冲击能力进行设置。

可选地，所述开关单元170包括的电气元件不受限制，既可以是功率开关，例如，三极管、金属氧化物半导体场效应晶体管、晶闸管、碳化硅晶体管、氮化镓晶体管、高电子迁移率晶体管以及绝缘栅双极型晶体管等具备开关特性的电气元件；也可以是触发开关，例如，半导体放电管D1或气体放电管。在本实施例中，为保证电路结构的简洁、降低制造成本，所述开关单元170可以为触发开关。

其中，为提高触发开关的响应速度，在第二阻抗单元130两端的电压差值大于触发开关的击穿电压值时快速导通，在第二阻抗单元130两端的电压差值变为小于触发开关的击穿电压值时快速关断，在本实施例中，所述触发开关可以为半导体放电管D1。

所述半导体放电管D1的第一端与所述第三阻抗单元150的第二端连接、第二端与所述第二阻抗单元130的第二端连接后作为所述过压保护电路100的第二输出端与用电电路200连接。其中，所述半导体放电管D1两端的电压差值大于或等于击穿电压时导通，且当电压降低使得流过半导体放电管的电流低于它的维持电流后，半导体放电管关断，从而控制所述第三阻抗单元150是否对所述第二阻抗单元130进行分流。

结合图6，本发明实施例还提供一种可应用于上述过压保护电路100的过压保护方法。其中，所述过压保护方法可以包括步骤S110、步骤S130和步骤S150。

步骤S110，第一阻抗单元110和第二阻抗单元130对电源20输入的电能进行分压处理，并通过所述过压保护电路100的第一输出端和第二输出端向用电电路200输出电压值为第二阻抗单元130两端的电压差值的电能。

步骤S130，开关单元170在获取到第二阻抗单元130两端的电压差值大于预设值时导通，以使所述第三阻抗单元150对所述第二阻抗单元130进行分流处理。

步骤S150，所述第二阻抗单元130在进行分流处理后两端的电压差值降低，并通过所述过压保护电路100的第一输出端和第二输出端输出电压值为降低后的电压差值的电能。

综上所述，本发明提供的一种过压保护电路100、方法及电子设备10，通过开关单元170与各阻抗单元的配合，有效地控制过压保护电路100的输出电压，在解决现有技术中因过压保护电路100动作而导致用电电路200不能正常工作或因过压保护电路动作而导致电源20输出的电压被强制拉低进而影响对电源20输出电压的准确测量的问题的同时，还可以避免因过压保护电路100的输出电压过高而导致用电电路200中的电气元件损坏的问题，极大地提高了过压保护电路100、方法及电子设备10的安全性和可靠性。其次，通过第一电阻R1和第二电阻R2的设置，可以提高过压保护电路100、方法及电子设备10的抗浪涌能力，通过第三电阻R3的设置，可以有效避免因流经开关单元170的电流过大而损坏开关单元170的问题。然后，通过将开关单元170设置为半导体放电管D1，可以根据两端的电压进行快速的响应，进而及时、可靠地对用电电路200进行保护与恢复正常供电。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种过压保护电路，其特征在于，包括：

第一阻抗单元，该第一阻抗单元的第一端作为所述过压保护电路的第一输入端与电源连接；

第二阻抗单元，该第二阻抗单元的第一端与所述第一阻抗单元的第二端连接、第二端作为所述过压保护电路的第二输入端与电源连接；

第三阻抗单元，该第三阻抗单元的第一端与所述第二阻抗单元的第一端连接后作为所述过压保护电路的第一输出端与用电电路连接，且该第三阻抗单元的阻抗值为固定值；

开关单元，该开关单元的第一端与所述第三阻抗单元的第二端连接、第二端与所述第二阻抗单元的第二端连接后作为所述过压保护电路的第二输出端与用电电路连接；

其中，所述开关单元在获取到所述第二阻抗单元两端的电压差值大于预设值时导通，通过所述第三阻抗单元的分流降低所述第二阻抗单元两端的电压差值，以降低通过所述过压保护电路的第一输出端和第二输出端输出电能的电压值。

2.根据权利要求1所述的过压保护电路，其特征在于，所述第一阻抗单元包括电阻器件、电容器件和电感器件中的至少一种，所述第二阻抗单元包括电阻器件、电容器件和电感器件中的至少一种，所述第三阻抗单元包括电阻器件、电容器件和电感器件中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的过压保护电路，其特征在于，所述第一阻抗单元包括第一电容，该第一电容的第一端作为所述过压保护电路的第一输入端；

所述第二阻抗单元包括第二电容，该第二电容的第一端与所述第一电容的第二端连接、第二端作为所述过压保护电路的第二输入端；

所述第三阻抗单元包括第三电容，该第三电容的第一端与所述第二阻抗单元的第一端连接后作为所述过压保护电路的第一输出端、第二端与所述开关单元的第一端连接。

4.根据权利要求3所述的过压保护电路，其特征在于，所述第一阻抗单元还包括：

第一电阻，该第一电阻的第一端与所述第一电容的第二端连接、第二端与所述第二电容的第一端连接；

第二电阻，该第二电阻的第一端与所述第一电阻的第二端连接、第二端与所述第二电容的第二端连接。

5.根据权利要求4所述的过压保护电路，其特征在于，所述第一电阻为线绕电阻，所述第二电阻为压敏电阻。

6.根据权利要求3所述的过压保护电路，其特征在于，所述第三阻抗单元还包括：

第三电阻，该第三电阻的第一端与所述第三电容的第二端连接、第二端与所述开关单元的第一端连接。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的过压保护电路，其特征在于，所述开关单元包括：

半导体放电管，该半导体放电管的第一端与所述第三阻抗单元的第二端连接、第二端与所述第二阻抗单元的第二端连接后作为所述过压保护电路的第二输出端与用电电路连接；

其中，所述半导体放电管两端的电压差值大于或等于击穿电压时导通，且当电压降低使得流过半导体放电管的电流低于它的维持电流后，半导体放电管关断。

8.一种过压保护方法，应用于权利要求1-7任意一项所述的过压保护电路，其特征在于，所述方法包括：

第一阻抗单元和第二阻抗单元对电源输入的电能进行分压处理，并通过所述过压保护电路的第一输出端和第二输出端向用电电路输出电压值为第二阻抗单元两端的电压差值的电能；

开关单元在获取到第二阻抗单元两端的电压差值大于预设值时导通，以使所述第三阻抗单元对所述第二阻抗单元进行分流处理；

所述第二阻抗单元在进行分流处理后两端的电压差值降低，并通过所述过压保护电路的第一输出端和第二输出端输出电压值为降低后的电压差值的电能。

9.一种电子设备，其特征在于，包括用电电路和权利要求1-7任意一项所述的过压保护电路，所述过压保护电路的第一输出端和第二输出端分别与所述用电电路连接。

10.根据权利要求9所述的电子设备，其特征在于，所述用电电路包括：

电压转换单元，该电压转换单元的第一输入端与所述过压保护电路的第二阻抗单元的第一端连接、第二输入端与所述第二阻抗单元的第二端连接；

用电单元，该用电单元与所述电压转换单元的第一输出端和第二输出端分别连接；

其中，所述电压转换单元根据输入电能的电压值确定电压转换比例，并根据该电压转换比例对输入电能进行电压转换处理，以向所述用电单元输出固定电压值的电能。

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