CN109361203A - 一种保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供的一种保护电路，包括：控制电路和浪涌泄流电路；控制电路用于向浪涌泄流电路提供控制电压。控制电路接收输入电压，当输入电压的绝对值超过阈值电压的绝对值时，控制电路向浪涌泄流电路提供控制电压，浪涌泄流电路接收输入电压和控制电压，基于控制电路提供的控制电压，对输入电压进行泄流，输出泄流电流，基于上述的电路，使电源后级的电子元件免受浪涌电压和反接负压的危害。

Description

一种保护电路

技术领域

本发明涉及电路技术领域，尤其涉及一种保护电路。

背景技术

自从“电”被发现以来，就被广泛的应用在各行各业，“电”极大的改变人们的工作和生活方式。现如今，毫不夸张的说，现在人们生活的方方面面都离不开“电”，大到电脑电视，小到手机灯泡，都需要用电。

但是电视和手机这种内含有集成度高的集成电路板中的某些元器件的工作电压有一个固定范围，一旦电压过高或者电压过低都可能损坏这个元器件，例如最常见的反接和浪涌电压，虽然浪涌电压的出现往往只是一瞬间，但是由于电压过高，因而可以轻易的损坏用电器，而反接则会导致电流流向与用电器正常工作时电流流向相反，也能够轻易的损坏用电器。

浪涌电压和反接的出现没有办法完全避免，我们只能采取有效的方式保护一些用电器免受浪涌电压或反接的危害。但是，现有技术中，保护电路只能防止反接或者只能实现浪涌保护，没有办法在同时实现防反接和浪涌保护，若采用两个不同的电路来分别实现这两个功能，就会造成电路过于复杂，会造成用电器过大，并且也会造成资源的浪费。

因此，如何在一个电路中同时实现防反接和浪涌保护成为了一种不可忽视的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种保护电路，解决了无法在同一个电路中同时实现防反接和浪涌保护的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

本发明公开了一种保护电路，包括：控制电路和浪涌泄流电路；

所述控制电路，用于接收输入电压，当所述输入电压的绝对值大于预设的阈值电压的绝对值时，向所述浪涌泄流电路输出控制电压；

所述浪涌泄流电路，用于依据所述控制电压，对所述输入电压进行泄流，并输出泄流电流。

优选的，所述控制电路包括：

二极管D3、二极管D4、二极管Z1、稳压二极管Z2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和晶体管M3；

所述稳压二极管Z3的阴极分别与供电电源的正端和充电电源的正端相连，阳极通过所述电阻R2与充电电源的负端相连；

所述二极管D4的阳极通过所述电阻R4与所述稳压二极管Z3的阴极相连，阴极与所述晶体管M3的第一端相连；

所述二极管Z1的阳极与所述供电电源的负端相连，阴极与所述稳压二极管Z2的阴极相连；

所述稳压二极管Z2的阳极与所述晶体管M3的第一端相连；

所述晶体管M3的控制端通过所述电阻R3与所述稳压二极管Z3的阴极相连，第二端通过所述电阻R1与所述充电电源的负端相连；

所述二极管D3的阳极与所述晶体管M3的第二端相连，阴极与所述晶体管M3的第一端相连。

优选的，所述浪涌泄流电路包括：

晶体管M1、二极管D1、晶体管M2以及二极管D2；

所述晶体管M1的第一端与所述充电电源的负端相连，第二端与所述供电电源的负端相连，控制端与所述晶体管M3的第一端相连；

所述二极管D1的阳极与所述晶体管M1的第一端相连，阴极与所述晶体管M1的第二端相连；

所述晶体管M2的第一端与所述充电电源的负端相连，第二端与所述供电电源的正端相连，控制端与所述电阻R2和所述稳压二极管Z3的公共端相连；

所述二极管D2的阳极与所述晶体管M2的第一端相连，阴极与所述晶体管M2的第二端相连。

基于上述本发明实施例提供的一种保护电路，控制电路接收输入电压，当输入电压的绝对值超过阈值电压的绝对值时，控制电路向浪涌泄流电路提供控制电压，浪涌泄流电路接收输入电压和控制电压，基于控制电路提供的控制电压，对输入电压进行泄流，输出泄流电流，基于上述的电路，使电源后级的电子元件免受浪涌电压和反接负压的危害。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有的一种保护电路的电路图；

图2为本发明实施例提供的一种保护电路的效果图；

图3为本发明实施例提供的一种保护电路的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种保护电路的电路图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

目前，现有的应用于集成电路的保护电路，如图1所示，包括稳压电路101、电阻R1以及开关管M1。稳压电路的输入端接收输入电压VIN，稳压电路101的输出端通过电阻R1接地。开关管M1的第二端接收输入电压VIN，开关管M1的第一端接地，开关管M1的控制端连接稳压电路101的输出端。其中，稳压电路101包括多个稳压二极管Z1，多个稳压二极管Z1反接于电路中。开关管M1可以为NMOS管，开关管M1的第一端为源极，控制端为栅极，第二端为漏极。

当输入电压VIN超过钳位电压时，即出现浪涌电压时，稳压电路101导通，输出导通电压V1。开关管M1的控制端接收了导通电压V1，当导通电压V1超过开关管M1的开启电压时，开关管M1导通，对输入电压VIN进行泄流。

图1所公开的浪涌保护电路，虽然能够实现保护电路免受浪涌电压的危害这一目的，但是电路本身并不安全，当输入电压为负直流电压时，开关管M1的寄生二极管会导通且一直通过大电流，功率很大，极易损坏开关管M1，因此现有的浪涌保护电路本身并不安全，并且无法防反接。

针对上述问题，本发明实施例提供了一种保护电路，所述保护电路设置于供电电源和需要保护的电路之间；保护电路的效果，如图2所示，能够保护电源后级的电子元件免受浪涌电压及反接负压的危害，为电源后级的电子元件提供一个正常的工作范围的电压。例如保护电路设置于充电器和充电接口之间，充电器为供电电源，充电接口及电池为充电电源，经过本发明实施例公开的保护电路向充电接口充电，由保护电路保证充电接口的工作电压为正常的工作电压，从而起到保护充电接口和充电接口后面的电池的目的。

下面针对保护电路结构示意图来描述本发明的具体实现。

如图3所示，为本发明实施例提供的一种保护电路的结构示意图，包括：

控制电路301和浪涌泄流电路302。

所述控制电路301，用于接收输入电压，当所述输入电压的绝对值大于预设的阈值电压的绝对值时，向所述浪涌泄流电路302输出控制电压。

其中，所述阈值电压包括第一阈值电压、第二阈值电压和第三阈值电压；所述第一阈值电压的电压值为负值，用于判断输入电压是否为负浪涌电压；所述第二阈值电压的电压值为正值，用于判断输入电压是否大于正常工作电压的最小值；第三阈值电压的电压值为正值，第三阈值电压大于第二阈值电压，用于判断输入电压是否为正浪涌电压。

此外，控制电压用于控制浪涌泄流电路302中的起着开关作用的元器件。控制电压包括第一控制电压、第二控制电压和第三控制电压。

当输入电压小于第一阈值电压时，输出第一控制电压；当输入电压大于第二阈值电压时，输出第二控制电压；当输入电压大于第三阈值电压时，输出第二控制电压和第三控制电压。

需要说明的是，输入电压是指供电电源正端的电势减去供电电源负端的电势所得到的电势差，供电电源正端的电压大于供电电源负端的电压时，所述输入电压为正电压，当供电电源正端的电压小于供电电源负端的电压时，所述输入电压为负电压。所述阈值电压用于确定输入电压是否为浪涌电压，可通过选用合适规格的元器件确定相应的阈值电压。

所述浪涌泄流电路302，用于依据所述控制电压，对所述输入电压进行泄流，并输出泄流电流。

其中，当浪涌泄流电路302接收到第一控制电压时，输入电压为负浪涌电压，对负浪涌电压进行泄流。

当浪涌泄流电路302仅接收到第二控制电压时，输入电压为正常工作电压，保护电路正常为后级电路供电。

当浪涌泄流电路302接收到第三控制电压时，输入电压为正浪涌电压，对正浪涌电压进行泄流。

本发明实施例提供的一种保护电路，控制电路301接收输入电压，当输入电压的绝对值超过阈值电压的绝对值时，控制电路301向浪涌泄流电路302提供控制电压，浪涌泄流电路302接收输入电压和控制电压，基于控制电路301提供的控制电压，对输入电压进行泄流，输出泄流电流，基于上述本发明实施例提供的电路，能够达到保护电源后级的电子元件免受浪涌电压和反接负压危害的目的。

本发明实施例提供的一种保护电路，如图4所示，为本发明实施例提供的一种保护电路中控制电路401的一种实施方式，所述控制电路401包括：

二极管D3、二极管D4、二极管Z1、稳压二极管Z2、稳压二极管Z3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和晶体管M3；

所述稳压二极管Z3的阴极分别与供电电源的正端和充电电源的正端相连，阳极通过所述电阻R2与充电电源的负端相连；

需要说明的是，所述稳压二极管Z3的数量可以为一个，也可以为多个，可以通过设置所述稳压二极管Z3设置第三阈值电压。所述稳压二极管Z3的阳极为控制电路401的第二输出端，用于输出第三控制电压。

所述二极管D4的阳极通过所述电阻R4与所述稳压二极管Z3的阴极相连，阴极与所述晶体管M3的第一端相连；

需要说明的是，所述晶体管M3的第一端为控制电路401的第一输出端，用于输出第一控制电压或第二控制电压。

所述二极管Z1的阳极与所述供电电源的负端相连，阴极与所述稳压二极管Z2的阴极相连；

需要说明的是，二极管Z1可以为普通的二极管，也可以为稳压二极管，优选的，本实施例中为普通二极管。

所述稳压二极管Z2的阳极与所述晶体管M3的第一端相连；

需要说明的是，稳压二极管Z2的数量可以为一个，也可以为多个，可以通过设置稳压二极管Z2设置第一阈值电压。

所述晶体管M3的控制端通过所述电阻R3与所述稳压二极管Z3的阴极相连，第二端通过所述电阻R1与所述充电电源的负端相连；

需要说明的是，所述晶体管M3可以为MOS管，其中，第一端为源极，第二端为漏极，控制端为栅极。进一步的，所述晶体管M3可以为PMOS管。

所述二极管D3的阳极与所述晶体管M3的第二端相连，阴极与所述晶体管M3的第一端相连。

需要说明的是，所述二极管D3可以为晶体管M3的寄生体二极管，也可以为普通的二极管。

本发明实施例提供的一种保护电路，控制电路接收输入电压，当输入电压的绝对值超过阈值电压的绝对值时，控制电路向浪涌泄流电路提供控制电压，浪涌泄流电路接收输入电压和控制电压，基于控制电路提供的控制电压，对输入电压进行泄流，输出泄流电流，基于上述本发明实施例提供的电路，能够达到保护电源后级的电子元件免受浪涌电压和反接负压危害的目的。

进一步的，控制电路在输入电压小于第一阈值电压时，经由控制电路第一输出端，向浪涌泄流电路输出第一控制电压；控制电路在输入电压大于第一阈值电压小于第二阈值电压时，不输出控制电压；控制电路确定输入电压大于第二阈值电压小于第三阈值电压，经由控制电路的第一输出端向浪涌泄流电路输出第二控制电压；控制电路在输入电压大于第三输入电压时，经由控制电路的第一输出端向浪涌泄流电路输出第二控制电压，并经由控制电路的第二输出端向浪涌泄流电路输出第三控制电压。

本发明实施例提供的一种保护电路，如图4所示，为本发明实施例提供的一种保护电路中浪涌泄流电路402的一种实施方式，所述浪涌泄流电路402包括：晶体管M1、二极管D1、晶体管M2以及二极管D2；

所述晶体管M1的第一端与所述充电电源的负端相连，第二端与所述供电电源的负端相连，控制端与所述晶体管M3的第一端相连；

需要说明的是，所述晶体管M1可以为MOS管，其中，第一端为源极，第二端为漏极，控制端为栅极。进一步的，所述晶体管M1可以为NMOS管。进一步的，第一控制电压和第二控制电压为大于晶体管M1开启电压的电压。

所述二极管D1的阳极与所述晶体管M1的第一端相连，阴极与所述晶体管M1的第二端相连；

需要说明的是，所述二极管D1可以为晶体管M1的寄生体二极管，也可以为普通的二极管。

所述晶体管M2的第一端与所述充电电源的负端相连，第二端与所述供电电源的正端相连，控制端与所述电阻R2和所述稳压二极管Z3的公共端相连；

需要说明的是，所述晶体管M2可以为MOS管，其中，第一端为源极，第二端为漏极，控制端为栅极。进一步的，所述晶体管M2可以为NMOS管。进一步的，第三控制电压为大于晶体管M1开启电压的电压。

所述二极管D2的阳极与所述晶体管M2的第一端相连，阴极与所述晶体管M2的第二端相连。

需要说明的是，所述二极管D2可以为晶体管M2的寄生体二极管，也可以为普通的二极管。

本发明实施例提供的一种保护电路，控制电路接收输入电压，当输入电压的绝对值超过阈值电压的绝对值时，控制电路向浪涌泄流电路提供控制电压，浪涌泄流电路接收输入电压和控制电压，基于控制电路提供的控制电压，对输入电压进行泄流，输出泄流电流，基于上述本发明实施例提供的电路，能够达到保护电源后级的电子元件免受浪涌电压和反接负压危害的目的。

进一步的，控制电路在输入电压小于第一阈值电压时，经由控制电路第一输出端，向浪涌泄流电路输出第一控制电压；控制电路在输入电压大于第一阈值电压小于第二阈值电压时，不输出控制电压；控制电路确定输入电压大于第二阈值电压小于第三阈值电压，经由控制电路的第一输出端向浪涌泄流电路输出第二控制电压；控制电路在输入电压大于第三输入电压时，经由控制电路的第一输出端向浪涌泄流电路输出第二控制电压，并经由控制电路的第二输出端向浪涌泄流电路输出第三控制电压。

进一步的，当输入电压小于第一阈值电压时，也就是出现负浪涌电压时，浪涌泄流电路收到第一控制的电压，打开晶体管M1。供电电源负极经过晶体管M1的沟道和二极管D2与供电电源正极相连，对负浪涌电压进行泄流，输出泄压电流。当输入电压大于第一阈值电压，小于第二阈值电压时，也就是电路为反接时，浪涌泄流电路没有接收到控制电压，晶体管M1和晶体管M2均处于沟道未导通，状态，此时供电电源负极相当于断路状态。当输入电压大于第二阈值电压，小于第三阈值电压时，也就是处于正常工作电压时，浪涌泄流电路接收到第二控制电压，打开晶体管M1，此时电路可以正常为充电电源充电。当输入电压大于第三阈值电压时，也就是出现正浪涌电压时，浪涌泄流电路同时接收到第二控制电压电压和第三控制电压，基于第二控制电压打开晶体管M1，基于第三控制电压打开晶体管M2，此时，供电电源正端经过M2的沟道和晶体管M1的沟道与供电电源短接，对正浪涌电压进行泄流，输出泄压电流。经由上述各个过程使充电电源正端和负端之间的电压处于正常范围，从而达到保护充电电源的目的。

结合上述实施例公开的一种保护电路，结合图4，本发明实施例公开的一种保护电路的具体应用实例如下：

该保护电路集成于手机充电接口处，充电电源接口经过充电线路与手机电池相连接，供电电源接口连接手机充电器，由手机充电器提供输入电压。

其中，晶体管M1和晶体管M2均采用开启电压为1V的NMOS管，晶体管M3采用开启电压为1V的PMOS管。

稳压二极管Z2和稳压二极管Z3均采用反向击穿电压为10V的稳压二极管，二极管Z1、二极管D1、二极管D2、二极管D3以及二极管D4均采用正向导通电压为0.7V，反向击穿电压大于30V的普通二极管。

电阻R1、电阻R2、电阻R3以及R4均采用阻值为100Ω的电阻。

此时电路中第一阈值电压为-12.4V，第二阈值电压为1.7V，第三阈值电压为11V。

防负浪涌原理：

当输入电压小于-12.4V时，二极管Z1正向导通，稳压二极管Z2被反向击穿，晶体管M3的源极与栅极之间的电压大于1V，晶体管M3沟道导通，稳压二极管Z2的阳极经过晶体管M3的沟道、电阻R1以及二极管D2与供电电源正端连接，此时电阻R1两端的电压大于晶体管M1的开启电压，晶体管M1沟道导通，负浪涌电压经晶体管M1的沟道和二极管D2泄流，输出泄流电流。

防反接原理：

当输入电压大于-12.4V，小于1.7V时，若输入电压大于-10.7V，则稳压二极管Z2未被反向击穿，电阻R1两端没有电压；若输入电压小于-10.7V，则电阻R1两端的电压小于晶体管M1的开启电压；晶体管M1关闭，二极管D1反接，并且由于二极管D2的存在，所以电池负端电压最低为-0.7V。

正常工作原理：

当输入电压大于1.7V，小于11V时，经由电阻R4和二极管D4向晶体管M1提供第二阈值电压，晶体管M1沟道开启，晶体管M2沟道未导通，可正常为电池充电。

防正浪涌原理：

当输入电压大于11V，此时晶体管M1沟道导通，并且稳压二极管Z3被反向击穿，供电电源经过稳压二极管Z3和电阻R2与供电电源负端连通，此时电阻R2两端的电压大于晶体管M2的开启电压，晶体管M2沟道导通，供电器正极经过晶体管M2的沟道以及晶体管M1的沟道与供电电源负端短接，泄放正浪涌电压，输出泄压电流。

经由上述过程可以保证后级电路见到的电压为-0.7V到11V之间。从而保护后级电路不会受到浪涌电压和反接负压的危害。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种保护电路，其特征在于，包括：控制电路和浪涌泄流电路；

所述控制电路，用于接收输入电压，当所述输入电压的绝对值大于预设的阈值电压的绝对值时，向所述浪涌泄流电路输出控制电压；

所述浪涌泄流电路，用于依据所述控制电压，对所述输入电压进行泄流，并输出泄流电流。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述控制电路包括：

二极管D3、二极管D4、二极管Z1、稳压二极管Z2、稳压二极管Z3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和晶体管M3；

所述稳压二极管Z3的阴极分别与供电电源的正端和充电电源的正端相连，阳极通过所述电阻R2与充电电源的负端相连；

所述二极管D4的阳极通过所述电阻R4与所述稳压二极管Z3的阴极相连，阴极与所述晶体管M3的第一端相连；

所述二极管Z1的阳极与所述供电电源的负端相连，阴极与所述稳压二极管Z2的阴极相连；

所述稳压二极管Z2的阳极与所述晶体管M3的第一端相连；

所述晶体管M3的控制端通过所述电阻R3与所述稳压二极管Z3的阴极相连，第二端通过所述电阻R1与所述充电电源的负端相连；

所述二极管D3的阳极与所述晶体管M3的第二端相连，阴极与所述晶体管M3的第一端相连。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述浪涌泄流电路包括：

晶体管M1、二极管D1、晶体管M2以及二极管D2；

所述晶体管M1的第一端与所述充电电源的负端相连，第二端与所述供电电源的负端相连，控制端与所述晶体管M3的第一端相连；

所述二极管D1的阳极与所述晶体管M1的第一端相连，阴极与所述晶体管M1的第二端相连；

所述晶体管M2的第一端与所述充电电源的负端相连，第二端与所述供电电源的正端相连，控制端与所述电阻R2和所述稳压二极管Z3的公共端相连；

所述二极管D2的阳极与所述晶体管M2的第一端相连，阴极与所述晶体管M2的第二端相连。