CN108429239A - 一种输出过压保护电路及包含该电路的电源 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种输出过压保护电路及包含该电路的电源，输出过压保护电路包括：阈值电路、采样电路、比较电路、控制电路及开关电路；阈值电路用于产生阈值电压，并输出给比较电路的第一输入端；采样电路用于采样设备输入端口Vo的电压，并产生采样电压输出给比较电路的第二输入端；比较电路用于将阈值电压与采样电压进行比较，并输出控制信号给控制电路的输入端；控制电路依据控制信号控制开关电路的导通和关断；本发明开关电路的两个输出端分别用于连接设备输入端口和电源输出端口，从而能实现设备输入端口出现过压异常时电源停止给设备供电，使得电源和设备都获得保护。
Description
技术领域
本发明涉及电源领域，具体的，涉及电源的输出过压保护。
背景技术
在如今的电源产品中，电源各种保护功能能够让其应用于各种环境中，并能保证电源产品的可靠性，输出过压保护功能是其中的一种保护功能；图1所示为现有输出过压保护电路的保护功能机制：电源内部电路或者器件异常，导致输出电压升高，为防止电源输出电压过高而损坏后端设备，从而设计输出过压保护电路，当此异常发生时使电源关断输出或者输出钳位等，不仅能避免后端设备因供电电压(电源输出电压)过高而遭到损坏，还能提高电源本身的可靠性。
然而上述保护机制是由电源内部异常而引起的一种保护功能，保护对象为被供电设备，是一种电源异常进而保护设备的保护功能，但是设备亦会异常，从而影响电源；所以目前行业上的电源电源并未充分考虑到电源电源应用环境的恶劣影响，尤其是后端设备给电源带来的影响；如后端设备由于异常，导致设备的输入端口(电源输出端口)产生一个高电压，大于电源电源的输入电压，导致倒灌到电源内部，导致电源输出EMC电路的器件由于过压而遭到损坏，进而电源异常，存在电源炸机或者火灾的隐患，其电源的可靠性大大降低，所以现需一种特殊的输出过压保护电路，其保护对象是电源，提高电源电源的可靠性，避免后端设备异常带来的恶劣影响。
发明内容
有鉴于此，本发明针对以上问题提供了一种输出过压保护电路及包含该电路的电源，用于控制电源电源的输出端，以解决设备异常后给电源电源带来的恶劣影响，提高电源的可靠性。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的：
一种输出过压保护电路，包括：阈值电路、采样电路、比较电路、控制电路及开关电路；
阈值电路的输入端用于输入供电电压Vcc，阈值电路的输出端连接比较电路的第一输入端；采样电路的输入端用于连接设备输入端口Vo，采样电路的输出端连接比较电路的第二输入端；比较电路的输出端连接控制电路的输入端，控制电路的输出端连接开关电路的输入端，开关电路的第一输出端用于连接设备输入端口Vo，开关电路的第二输出端用于连接电源输出端口Vo～；
阈值电路用于产生阈值电压，并输出给比较电路的第一输入端；
采样电路用于采样设备输入端口Vo的电压，并产生采样电压输出给比较电路的第二输入端；
比较电路用于将阈值电压与采样电压进行比较，并产生控制信号输出给控制电路的输入端；
控制电路依据控制信号控制开关电路的导通和关断，当阈值电压大于采样电压时，开关电路导通，开关电路的第一输出端和开关电路的第二输出端短路；当阈值电压小于采样电压时，开关电路关断，开关电路的第一输出端和开关电路的第二输出端开路。
作为阈值电路的第一种具体的实施方式，包括两只串联的电阻，第一只电阻的一端为阈值电路的输入端，第一只电阻的另一端经第二只电阻后接地，两只电阻的连接点为阈值电路的输出端。
作为阈值电路的第二种具体的实施方式，包括电阻和精准稳压源，电阻的一端为阈值电路的输入端，电阻的另一端、精准稳压源的阴极以及精准稳压源的参考端连接后形成阈值电路的输出端，精准稳压源的阳极接地。
作为上述阈值电路的第一种和第二种具体实施方式的改进，还包括一只电容，电容的一端连接阈值电路的输出端，电容的另一端接地。
作为采样电路的一种具体的实施方式，包括两只串联的电阻，第一只电阻的一端为采样电路的输入端，第一只电阻的另一端经第二只电阻后接地，两只电阻的连接点为采样电路的输出端。
作为上述采样电路具体实施方式的改进，还包括一只电容，电容的一端连接采样电路的输出端，电容的另一端接地。
作为比较电路的一种具体的实施方式，包括一只比较器，比较器的反向输入端为比较电路的第一输入端，比较器的同向输入端为比较电路的第二输入端，比较器的输出端为比较电路的输出端。
作为控制电路的一种具体的实施方式，包括一只三极管，三极管的基极为控制电路的输入端，三极管的集电极为控制电路的输出端，三极管的发射极接地。
作为上述控制电路具体实施方式的改进，还包括两只电阻和一只电容，其中一只电阻连接在三极管的基极与控制电路的输入端之间，另外一只电阻连接在三极管的基极与三极管的发射极之间，电容连接在三极管的发射极与控制电路的输入端之间。
作为开关电路的一种具体的实施方式，包括一只MOS管，MOS管的栅极为开关电路的输入端，MOS管的漏极为开关电路的第一输出端，MOS管的源极为开关电路的第二输出端。
作为上述开关电路具体的实施方式的改进，还包括一只电阻，电阻连接在开关电路的输入端与为开关电路提供供电电压的线路中。
作为上述技术方案的改进，还包括回差电路，回差电路的输入端连接采样电路的输出端，回差电路的输出端连接比较电路的输出端，回差电路用于产生回差电压，使得比较电路输出控制信号的翻转存在回差。
作为回差电路的一种具体的实施方式，为一只电阻。
作为上述技术方案的改进，还包防干扰电路，防干扰电路连接于比较电路的输出端与控制电路的输入端之间。
作为防干扰电路的一种具体的实施方式，为一只二极管，二极管的阳极连接比较电路的输出端，二极管的阴极连接控制电路的输入端。
包含上述输出过压保护电路的电源技术方案为：开关电路的第一输出端形成电源的一个端口，该端口用于连接设备输入端口Vo；开关电路的第二输出端连接电源输出端口Vo～。
术语解释：
回差电压：回差电压设置目的就是把控制的点变成段，如果没有回差，当采样电压在阈值电压周围波动变化时，比较电路输出控制信号至控制电路控制开关电路的导通和关断就在不停的变化，对设备有极大的损害。
举例：阈值电压设置为1.0V，回差电压设置为0.1V，则当采样电压上升超过1.0V时，比较电路输出的控制信号至控制电路控制开关电路关断，当采样电压回到0.9V时，比较电路才输出翻转的控制信号至控制电路控制开关电路导通。
本发明的工作原理将结合具体实施方式进行分析，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1)本发明提出了一种全新的保护思路，同时提高了电源和设备的可靠性；
2)本发明电路简单，易于设计，便于调试，成本低。
附图说明
图1为现有输出过压保护电路的保护功能机制；
图2为本发明输出过压保护电路的保护功能机制；
图3为本发明输出过压保护电路的原理框图；
图4为本发明输出过压保护电路第一实施例的原理图；
图5为本发明输出过压保护电路第二实施例的原理图。
具体实施方式
图2为本发明输出过压保护电路的原理框图保护功能机制，与图1不同之处在于：本发明从设备出现异常的情况出发，同时考虑电源和设备的保护问题，由此产生了本发明的发明构思，即为：采样设备输入端口Vo的电压，与阈值电压进行比较后控制电源和设备之间是否接通，从而实现设备输入端口出现过压异常时电源停止给设备供电，使得电源和设备都获得了保护。
需要说明的是，应用本发明输出过压保护电路的电源在实施时可以保留背景技术中所述的现有的输出过压保护电路，使得电源和设备组成的系统的可靠性得到加强。
图3所示为本发明的原理框图，包括：阈值电路、采样电路、比较电路、控制电路及开关电路；阈值电路的输入端用于输入供电电压Vcc，阈值电路的输出端连接比较电路的第一输入端；采样电路的输入端用于连接设备输入端口Vo，采样电路的输出端连接比较电路的第二输入端；比较电路的输出端连接控制电路的输入端，控制电路的输出端连接开关电路的输入端，开关电路的第一输出端用于连接设备输入端口Vo，开关电路的第二输出端用于连接电源输出端口Vo～。
图2原理框图中的阈值电路用于产生阈值电压，并输出给比较电路的第一输入端；采样电路用于采样设备输入端口Vo的电压，并产生采样电压输出给比较电路的第二输入端；比较电路用于将阈值电压与采样电压进行比较，并产生控制信号输出给控制电路的输入端；控制电路依据控制信号控制开关电路的导通和关断，当阈值电压大于采样电压时，开关电路导通，开关电路的第一输出端和开关电路的第二输出端短路；当阈值电压小于采样电压时，开关电路关断，开关电路的第一输出端和开关电路的第二输出端开路。
为了使本发明更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。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。
第一实施例
图3所示为本发明输出过压保护电路第一实施例的原理图。
阈值电路包括两只串联的电阻，第一只电阻R1的一端为阈值电路的输入端，第一只电阻 R1的另一端经第二只电阻R4后接地，两只电阻的连接点为阈值电路的输出端；阈值电路还包括一只电容C1，电容C1与电阻R4并联，电容C1用于滤除阈值电路中的干扰电压。
采样电路包括两只串联的电阻，第一只电阻R2的一端为采样电路的输入端，第一只电阻R2的另一端经第二只电阻R3后接地，两只电阻的连接点为采样电路的输出端；采样电路还包括一只电容C2，电容C2与电阻R3并联，电容C2用于滤除采样电路中的干扰电压。
比较电路为一只比较器U2A，比较器U2A的反向输入端为比较电路的第一输入端，比较器U2A的同向输入端为比较电路的第二输入端，比较器U2A的输出端为比较电路的输出端。
控制电路包括一只三极管Q1，三极管Q1的基极为控制电路的输入端，三极管Q1的集电极为控制电路的输出端，三极管Q1的发射极接地；控制电路还包括两只电阻和一只电容，其中一只电阻R5连接在三极管Q1的基极与控制电路的输入端之间，电阻R5用于限制三极管 Q1的基极电流，另外一只电阻R6连接在三极管Q1的基极与三极管Q1的发射极之间，电阻 R6的作用在于确保三极管Q1能可靠关断，电容C3连接在三极管Q1的发射极与控制电路的输入端之间，电容C3用于滤除采样电路中的干扰电压。
开关电路包括一只MOS管TR1，MOS管TR1的栅极为开关电路的输入端，MOS管TR1的漏极为开关电路的第一输出端，MOS管TR1的源极为开关电路的第二输出端；开关电路还包括一只电阻R8，电阻R8连接在开关电路的输入端与为开关电路提供供电电压的线路中。
此外，本实施例还包括回差电路，回差电路为一只电阻R9。
本实施例的工作原理分析如下：
当电源启动或者正常工作时，比较器反相输入端输入的阈值电压一直大于比较器正相输入端输入的采样电压，比较器的输出端为低电平，三极管Q1处于截止状态，供电电压Vcc为 MOS管TR1提供驱动电压，即MOS管TR1的栅极为高电平，MOS管TR1处于导通状态，设备输入端口Vo和电源输出端口Vo～为短路，电源输出电压给设备供电正常工作，所以此电路不会影响电源和设备的启动和正常工作；当电源后端设备由于异常导致输入端口Vo的电压升高时，采样电压也持续升高，当采样电压大于阈值电压时，即比较器的正相输入端的电压大于反相输入端的电压，比较器的输出端输出高电平，回差电路工作，同时三极管Q1导通，将 MOS管TR1的栅极电压拉低，MOS管TR1关断，设备输入端口Vo和电源输出端口Vo～为开路，即电源输出端口Vo～和设备输入端口Vo断开，进而保护了电源，提高了电源的可靠性。
本实施例中回差电路中的电阻R9会与采样电路的分压电阻R2进行串联，从而形成回差电压；如当采样电压大于阈值电压时，比较电路输出高电平的控制信号，回差电路工作，回差电路中的电阻R9与采样电路中的分压电阻R2串联，阻值变大，采样电压进一步升高形成回差电压，保证比较器可靠地输出高电平的控制信号，防止抖动误差发；反之亦然，回差电路能保证比较器可靠地输出低电平的控制信号，防止抖动误差发。
第二实施例
图2所示为本发明输出过压保护电路第二实施例的原理图，和第一实施例相比，不同点在于：将电阻R4换为了精准稳压源U1，采用精准稳压源，其阈值电压更为稳定准确，能避免设备输入端口Vo的电压因干扰波动影响阈值电压，导致比较电路误差发，其保护电路的可靠性进一步提升，精准稳压源采用常见的431即可。
该电路工作原理与第一实施例一致，在此不再赘述。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为本发明的限制，在本发明图3原理框图的基础上，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出另外的改进及润饰，这些改进及润饰也在本发明的保护范围，这里不再用实施例赘述，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (14)
1.一种输出过压保护电路，其特征在于：包括：阈值电路、采样电路、比较电路、控制电路及开关电路；
阈值电路的输入端用于输入供电电压Vcc，阈值电路的输出端连接比较电路的第一输入端；采样电路的输入端用于连接设备输入端口Vo，采样电路的输出端连接比较电路的第二输入端；比较电路的输出端连接控制电路的输入端，控制电路的输出端连接开关电路的输入端，开关电路的第一输出端用于连接设备输入端口Vo，开关电路的第二输出端用于连接电源输出端口Vo～；
阈值电路用于产生阈值电压，并输出给比较电路的第一输入端；采样电路用于采样设备输入端口Vo的电压，并产生采样电压输出给比较电路的第二输入端；
比较电路用于将阈值电压与采样电压进行比较，并产生控制信号输出给控制电路的输入端；控制电路依据控制信号控制开关电路的导通和关断，当阈值电压大于采样电压时，开关电路导通，开关电路的第一输出端和开关电路的第二输出端短路；当阈值电压小于采样电压时，开关电路关断，开关电路的第一输出端和开关电路的第二输出端开路。
2.根据权利要求1所述的输出过压保护电路，其特征在于：阈值电路包括两只串联的电阻，第一只电阻的一端为阈值电路的输入端，第一只电阻的另一端经第二只电阻后接地，两只电阻的连接点为阈值电路的输出端。
3.根据权利要求1所述的输出过压保护电路，其特征在于：阈值电路包括电阻和精准稳压源，电阻的一端为阈值电路的输入端，电阻的另一端、精准稳压源的阴极以及精准稳压源的参考端连接后形成阈值电路的输出端，精准稳压源的阳极接地。
4.根据权利要求2或3所述的输出过压保护电路，其特征在于：阈值电路还包括一只电容，电容的一端连接阈值电路的输出端，电容的另一端接地。
5.根据权利要求1所述的输出过压保护电路，其特征在于：采样电路包括两只串联的电阻，第一只电阻的一端为采样电路的输入端，第一只电阻的另一端经第二只电阻后接地，两只电阻的连接点为采样电路的输出端。
6.根据权利要求5所述的输出过压保护电路，其特征在于：采样电路还包括一只电容，电容的一端连接采样电路的输出端，电容的另一端接地。
7.根据权利要求1所述的输出过压保护电路，其特征在于：比较电路包括一只比较器，比较器的反向输入端为比较电路的第一输入端，比较器的同向输入端为比较电路的第二输入端，比较器的输出端为比较电路的输出端。
8.根据权利要求1所述的输出过压保护电路，其特征在于：控制电路包括一只三极管，三极管的基极为控制电路的输入端，三极管的集电极为控制电路的输出端，三极管的发射极接地。
9.根据权利要求8所述的输出过压保护电路，其特征在于：控制电路还包括两只电阻和一只电容，其中一只电阻连接在三极管的基极与控制电路的输入端之间，另外一只电阻连接在三极管的基极与三极管的发射极之间，电容连接在三极管的发射极与控制电路的输入端之间。
10.根据权利要求1所述的输出过压保护电路，其特征在于：开关电路包括一只MOS管，MOS管的栅极为开关电路的输入端，MOS管的漏极为开关电路的第一输出端，MOS管的源极为开关电路的第二输出端。
11.根据权利要求10所述的输出过压保护电路，其特征在于：开关电路还包括一只电阻，电阻连接在开关电路的输入端与为开关电路提供供电电压的线路中。
12.根据权利要求1所述的输出过压保护电路，其特征在于：还包括回差电路，回差电路的输入端连接采样电路的输出端，回差电路的输出端连接比较电路的输出端，回差电路用于产生回差电压，使得比较电路输出控制信号的翻转存在回差。
13.根据权利要求12所述的输出过压保护电路，其特征在于：回差电路为一只电阻。
14.一种包含权利要求1至13任一项所述的输出过压保护电路的电源，其特征在于：开关电路的第一输出端形成电源的一个端口，该端口用于连接设备输入端口Vo；开关电路的第二输出端连接电源输出端口Vo～。
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