CN109217238A - 一种保护电路和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种保护电路和电子设备。该保护电路包括：第一支路和第一开路失效型器件，所述第一支路包括串联连接的第一保护单元和第一升压单元，所述第一保护单元用于过流和/或漏电保护，所述第一升压单元用于响应第一支路的电流变化而升压；所述第一开路失效型器件并联连接于所述第一支路的两端。本发明解决了现有的保护电路的防护性能不佳的问题，提升了保护电路的防护性能。

Description

一种保护电路和电子设备
技术领域
本发明实施例涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种保护电路和电子设备。
背景技术
电子设备在轨道交通、汽车电子、通讯、新能源、安防、消费电子、工业电子、医疗电子等行业得到了广泛的应用，其性能的优劣直接关系到相关设备能否安全可靠地工作。
为了保证电子设备能够安全可靠地工作，多在电子设备电源端口设计保护电路。在现有技术中，保护电路中的保护器件一旦损坏或误动作，将可能导致整个保护电路失效或者影响后级电路的正常运行，因此现有的保护电路的防护性能不佳，容易影响后级电路的正常工作。
发明内容
本发明提供一种保护电路和电子设备，以提升保护电路的防护性能。
第一方面，本发明实施例提供了一种保护电路，该保护电路包括：
第一支路，所述第一支路包括串联连接的第一保护单元和第一升压单元，所述第一保护单元用于过流和/或漏电保护，所述第一升压单元用于响应第一支路的电流变化而升压；
第一开路失效型器件，并联连接于所述第一支路的两端。
可选地，所述第一升压单元的电感值使得在所述保护电路受到雷击或浪涌电流时，第一开路失效型器件两端的电压高于其动作电压，且所述第一支路上的分流低于所述第一保护单元的动作电流。
可选地，所述第一升压单元的电感值使得在所述保护电路的后级电路过载时，所述第一开路失效型器件两端的电压低于其动作电压，且所述第一支路上的分流高于所述第一保护单元的动作电流。
可选地，所述第一升压单元包括与所述第一保护单元串联连接的差模电感。
可选地，所述第一保护单元包括与所述第一升压单元串联连接的空气断路器、保险丝或漏电保护开关中的至少一种。
可选地。保护电路还包括第二支路；
所述第一升压单元包括共模电感的第一线圈，所述共模电感的第一线圈与所述第一保护单元串联连接；所述第二支路包括第二升压单元，所述第二升压单元包括所述共模电感的第二线圈，所述共模电感的第二线圈串联连接于所述第二支路的两端。
可选地，保护电路还包括第二保护单元，所述第二保护单元与所述第二升压单元串联连接。
可选地，保护电路还包括第二开路失效型器件，所述第二开路失效型器件并联连接于所述第二支路的两端。
可选地，所述第一支路为高压交流供电线路、高压直流供电线路、低压交流供电线路低压直流供电线路或信号线路中的一种。
第二方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括至少一个如本发明任意实施例所提供的保护电路。
本发明在保护电路的第一支路上设置串联连接的第一保护单元和第一升压单元，在第一支路的两端并联连接第一开路失效型器件，第一保护单元用于过流和/或漏电保护，第一升压单元用于响应第一支路的电流变化而升压。与现有技术相比，本发明实施例能有效的区分工作频率电流过流和雷击浪涌过流，确保保护电路在正常工作状态和工作频率电流过载保护状态下，第一保护单元执行正常的操作，而在雷击或浪涌产生的瞬态过电流的情况下，第一保护单元不会误动作、后级电路会正常供电，以及在此基础上，第一开路失效型器件一旦损坏，会实现开路失效功能，避免了该线路短路导通，进一步提升了保护电路的防护性能，有利于产品安全认证。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种保护电路的电路图；
图2为本发明实施例提供的另一种保护电路的电路图；
图3为本发明实施例提供的又一种保护电路的电路图；
图4为本发明实施例提供的又一种保护电路的电路图；
图5为本发明实施例提供的又一种保护电路的电路图；
图6为本发明实施例提供的又一种保护电路的电路图；
图7为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
本发明实施例提供了一种保护电路。该保护电路可应用于交流电源口、直流电源口或信号口，实现对交流电路、直流电路或信号电路的防护。图1为本发明实施例提供的一种保护电路的电路图。参见图1，该保护电路包括第一支路10，第一支路10包括串联连接的第一保护单元110和第一升压单元120，第一保护单元110用于过流和/或漏电保护，第一升压单元120用于响应第一支路的电流变化而升压。该保护电路还包括第一开路失效型器件20，第一开路失效型器件20并联连接于第一支路10的两端。
其中，第一支路10可以为电源线路或信号线路。第一升压单元120根据流过的电流值的大小，决定其两端的电压大小。示例性地，当电流过大或电流的变化率过大时，第一升压单元120两端的电压急剧上升，第一升压单元120例如可以是电感、电阻或由至少一个电感和/或至少一个电阻电连接的电路结构。第一开路失效型器件20例如可以是开路失效放电管(Open Circuit Gas Discharge Tube，0GDT)，第一开路失效型器件20是一种无雷击或浪涌瞬时过电压时呈高阻抗特性，一旦响应雷击或浪涌过电压，其阻抗突变为低阻抗特性，允许雷击或浪涌过电流通过，以及一旦损坏，实现开路失效功能的防护器件。第一开路失效型器件20泻放雷击或浪涌能量的能力强，在电路中的主要作用是泻放瞬时高压能量，若发生损坏，会处于断路状态，不会造成误导通。然而在现有技术中，保护电路多采用半导体放电管(Thyristor Surge Suppresser，TSS)、金属氧化物压敏电阻(Metal Oxide Varistor，MOV)、气体放电管(Gas Discharge Tube，GDT)或瞬态抑制二极管(Transient VoltageSuppressor，TVS)，这些防护器件发生短路失效后，外观无明显变化，保护电路中没有监控和上报告警，所以保护电路中仅采用TSS、MOV、GDT或TVS等防护器件，若损坏后发生短路，会将第一支路10中的第一支路10短路，导致第一保护单元110不起作用，存在较大的安全隐患。与现有技术相比，本发明实施例采用第一开路失效型器件20，一旦损坏，第一开路失效型器件20会实现开路失效功能，避免了该线路短路导通，提升了保护电路的防护性能，有利于产品安全认证。
该保护电路的工作状态主要包括3类：第1类为正常工作状态，在正常工作状态下，电源通过第一支路10向后级电路供电，工作频率电流从第一支路10通过，第一升压单元120两端感应到的电压较低，达不到第一开路失效型器件20的导通电压，第一开路失效型器件20不导通；第2类为工作频率电流过载保护状态，当后级电路出现过流和/或漏电故障时(持续时间通常在10ms以上)，工作频率电流增大，第一升压单元120两端感应到的电压仍然较低，第一开路失效型器件20不导通，然而当工作频率电流超过第一保护单元110的门限时，第一保护单元110动作，后级电路供电停止；第3类为雷击或浪涌电流保护状态，当出现雷击或浪涌电流时(持续时间通常在1ms以下)，第一升压单元120两端感应到的电压急速上升，导致第一开路失效型器件20两端的电压急速上升，当超过第一开路失效型器件20的动作电压时，第一开路失效型器件20导通，大部分雷击或浪涌电流由第一开路失效型器件20通过，不会使第一保护单元110误动作，电源仍然向后级电路供电，避免了在雷击或浪涌电流下第一保护单元110误动作，从而造成后级电路的设备停机，需要人工恢复或修复的情况，以及避免了在人工恢复过程中设备带电给操作人员进行操作维护带来的风险，确保了用电安全。
本发明实施例在第一支路10上设置串联连接的第一保护单元110和第一升压单元120，在第一支路10的两端并联连接第一开路失效型器件20，第一保护单元110用于过流和/或漏电保护，第一升压单元120用于响应第一支路10的电流变化而升压。与现有技术相比，本发明实施例能有效的区分工作频率电流过流和雷击浪涌过流，确保保护电路在正常工作状态和工作频率电流过载保护状态下，第一保护单元110执行正常的操作，而在雷击或浪涌产生的瞬态过电流的情况下，第一保护单元110不会误动作、后级电路会正常供电，以及在此基础上，第一开路失效型器件20一旦损坏，会实现开路失效功能，避免了该线路短路导通，进一步提升了保护电路的防护性能，有利于产品安全认证。
在上述实施例中，可选地，第一支路10为高压交流供电线路、高压直流供电线路、低压交流供电线路、低压直流供电线路或信号线路中的一种，从而实现对高压交流供电、高压直流供电、低压交流供电、低压直流供电或信号线路的保护。
在上述实施例中，可选地，通过调整第一升压单元120的参数，可以调整雷击或浪涌电流在第一支路10上的分流，具体地，第一升压单元120的电感值使得在保护电路受到雷击或浪涌电流时，第一开路失效型器件20两端的电压高于其动作电压，且第一支路10上的分流低于第一保护单元110的动作电流，从而确保该保护电路在泄放雷击或浪涌电流的同时，第一支路10能够向后级电路继续供电。
可选地，第一升压单元120的电感值使得在保护电路的后级电路过载时，第一开路失效型器件20两端的电压低于其动作电压，且第一支路10上的分流高于第一保护单元110的动作电流，从而确保该保护电路在后级电路过载时，第一保护单元110能够及时动作，使得后级电路不受损坏。
在上述各实施例中，可选地，与第一升压单元120串联连接的第一保护单元110为断路保护器，具体包括空气断路器、保险丝或漏电保护开关中的至少一种。图2为本发明实施例提供的另一种保护电路的电路图，参见图2，该第一保护单元110为空气断路器。空气断路器又名空气开关，是一种只要电路中电流超过额定电流就会自动断开的开关。例如，当该保护电路应用于低压配电网络时，第一保护单元110采用空气断路器可以对后级电路或电气设备发生的短路、严重过载及欠电压等故障进行保护。图3为本发明实施例提供的又一种保护电路的电路图。参见图3，该第一保护单元110为保险丝。保险丝在电路中主要起过载保护的作用，在电流异常升高到一定的高度和热度的时候，保险丝自身熔断切断电流，保护电路的安全运行。例如，当该保护电路应用于汽车、机床或电器仪表等电子电路中，第一保护单元110采用保险丝可以对汽车、机床或电器仪表等电子电路进行过流过热保护。
需要说明的是，在上述实施例中，第一升压单元120的设置方式有多种，图1-图3示例性地示出了第一升压单元120包括与第一保护单元110串联连接的差模电感或具有升压作用的绕线，并非对本发明的限定，在其他实施方式中，还可以根据电路的结构特点，设置第一升压单元120。图4为本发明实施例提供的又一种保护电路的电路图。参见图4，该保护电路还包括第二支路30。第一升压单元120包括共模电感的第一线圈，共模电感的第一线圈与第一保护单元110串联连接；第二支路30包括第二升压单元320，第二升压单元320包括共模电感的第二线圈，共模电感的第二线圈串联连接于第二支路30的两端。其中，第一支路10可以为交流电源(AC电源)中的火线L，第二支路30可以为交流电源中的零线N；或者，第一支路10可以为交流电源中的零线N，第二支路30可以为交流电源中的火线L。第一升压单元120这样设置，可以使得后级电路为电源电路时，电源电路中起滤波作用的共模电感可复用为保护电路中的第一升压单元120，保护电路中无需设置额外的第一升压单元120，从而简化了保护电路的电路结构，节省了元器件的使用。
图5为本发明实施例提供的又一种保护电路的电路图。参见图5，保护电路还包括第二保护单元310，第二保护单元310与第二升压单元320串联连接，第二保护单元310用于过流和/或漏电保护，本发明在设置第一保护单元110的基础上，设置第二保护单元310，进一步提升了保护电路的防护性能。
继续参见图5，在上述各实施例的基础上，保护电路还包括第二开路失效型器件40，第二开路失效型器件40并联连接于第二支路30的两端，第二开路失效型器件40用于泻放雷击或浪涌电流，第二升压单元320两端感应到的电压急速上升，导致第二开路失效型器件40两端的电压急速上升，当超过第二开路失效型器件40的动作电压时，第二开路失效型器件40导通，大部分雷击或浪涌电流由第二开路失效型器件40通过，不会使第二保护单元310误动作，电源仍然向后级电路供电，本发明实施例在第一支路10和第一开路失效型器件20的基础上，设置第二支路30和第二开路失效型器件40，进一步提升了保护电路的防护性能。
图6为本发明实施例提供的又一种保护电路的电路图。参见图6，可选地，第一保护单元110为漏电保护开关50的一相开关，第二保护单元310为漏电保护开关50的另一相开关，漏电保护开关50不仅与其它断路器一样可将后级电路接通或断开，而且具有对漏电流检测和判断的功能，当后级电路中发生漏电或绝缘破坏时，漏电保护开关50可根据判断结果将后级电路接通或断开。例如，当该保护电路应用于低压配电网络时，漏电保护开关50可以对后级电路或电气设备发生的短路、过载、漏电及绝缘破坏等故障进行保护。
本发明实施例还提供了一种电子设备。图7为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。参见图7，该电子设备包括至少一个如本发明任意实施例所提供的保护电路。例如该电子设备可以是汽车电子、通讯、新能源、安防、消费电子、工业电子或医疗电子等装置中的电脑、导航仪或摄像头等。
本发明实施例提供的电子设备，在保护电路的第一支路上设置串联连接的第一保护单元和第一升压单元，在第一支路的两端并联连接第一开路失效型器件，第一保护单元用于过流和/或漏电保护，第一升压单元用于响应第一支路的电流变化而升压。与现有技术相比，本发明实施例能有效的区分工作频率电流过流和雷击浪涌过流，确保保护电路在正常工作状态和工作频率电流过载保护状态下，第一保护单元执行正常的操作，而在雷击或浪涌产生的瞬态过电流的情况下，第一保护单元不会误动作、后级电路会正常供电，以及在此基础上，第一开路失效型器件一旦损坏，会实现开路失效功能，避免了该线路短路导通，进一步提升了保护电路的防护性能，有利于产品安全认证。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种保护电路，其特征在于，包括：
第一支路，所述第一支路包括串联连接的第一保护单元和第一升压单元，所述第一保护单元用于过流和/或漏电保护，所述第一升压单元用于响应所述第一支路的电流变化而升压；
第一开路失效型器件，并联连接于所述第一支路的两端。
2.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述第一升压单元的电感值使得在所述保护电路受到雷击或浪涌电流时，第一开路失效型器件两端的电压高于其动作电压，且所述第一支路上的分流低于所述第一保护单元的动作电流。
3.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述第一升压单元的电感值使得在所述保护电路的后级电路过载时，所述第一开路失效型器件两端的电压低于其动作电压，且所述第一支路上的分流高于所述第一保护单元的动作电流。
4.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述第一升压单元包括与所述第一保护单元串联连接的差模电感。
5.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述第一保护单元包括与所述第一升压单元串联连接的空气断路器、保险丝或漏电保护开关中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，还包括第二支路；
所述第一升压单元包括共模电感的第一线圈，所述共模电感的第一线圈与所述第一保护单元串联连接；所述第二支路包括第二升压单元，所述第二升压单元包括所述共模电感的第二线圈，所述共模电感的第二线圈串联连接于所述第二支路的两端。
7.根据权利要求6所述的保护电路，其特征在于，还包括第二保护单元，所述第二保护单元与所述第二升压单元串联连接。
8.根据权利要求6或7所述的保护电路，其特征在于，还包括第二开路失效型器件，所述第二开路失效型器件并联连接于所述第二支路的两端。
9.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述第一支路为高压交流供电线路、高压直流供电线路、低压交流供电线路、低压直流供电线路或信号线路的一种。
10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括至少一个如权利要求1-9任一项所述的保护电路。
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