CN110048391A - 一种过压保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及过压保护电路技术领域，尤其涉及一种过压保护电路，其中包括，一设置有储能元件的工作单元；一稳压单元，连接于所述直流电源的输入端与所述工作单元的输入端之间；一控制单元，连接于所述工作单元的输出端与所述直流电源的输出端之间；过压保护电路通过输入不同档位的输入电压，以对直流电源进行保护。有益效果在于：采用分立器件实现过压保护电路的功能，并且通过调整单个器件，即可满足不同档位输入电压对直流电源的保护，电路结构简单，成本较低，便于推广。

Description

一种过压保护电路

技术领域

本发明涉及过压保护电路技术领域，尤其涉及一种过压保护电路。

背景技术

直流电源，是维持电路中形成稳恒电压电流的装置，例如干电池、蓄电池、直流发电机等。

现有技术中，消费类电子产品中没有增加直流电源的过压保护电路，在误插入高于工作电压的直流电源后，致机器烧毁不能正常工作的风险。

目前，采用以下方法进行保护，(1)用TVS(Transient Voltage Suppressor)称瞬变电压抑制二极管来保护电路，但对长时间误插入直流高电压没有作用；(2)通过增加过压保护芯片来保护电路，但存在器件成本高的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种过压保护电路。

具体技术方案如下：

一种过压保护电路，用于直流电源，其中包括：

一设置有储能元件的工作单元；

一稳压单元，连接于所述直流电源的输入端与所述工作单元的输入端之间；

一控制单元，连接于所述工作单元的输出端与所述直流电源的输出端之间；

所述过压保护电路通过输入不同档位的输入电压，以对所述直流电源进行保护。

优选的，所述稳压单元包括一稳压管，所述稳压管通过一第一电阻连接于所述直流电源的输入端与接地端之间。

优选的，所述工作单元包括：

一三极管，所述三极管的基极通过一第二电阻连接于所述稳压管的正极，所述三极管的发射极连接所述直流电源的输入端；

一第一电容，连接于所述三极管的集电极与所述直流电源的输入端之间；

一第三电阻，连接于所述三极管的集电极与所述直流电源的输入端之间；

一第四电阻，连接于所述三极管的集电极与接地端之间。

优选的，所述控制单元包括一MOS管，所述MOS管的栅极连接所述三极管的集电极，所述MOS管的源极连接所述直流电源的输入端，所述MOS管的漏极连接所述直流电源的输出端。

优选的，所述三极管为PNP型三极管。

优选的，所述MOS管为P沟道MOS管。

优选的，所述直流电源包括瞬态模式或静态模式；

所述过压保护电路对所述瞬态模式或所述静态模式进行过压保护。

优选的，所述瞬态模式为所述过压保护电路中插入所述直流电源的瞬间状态；或

所述静态模式为所述直流电源输入一预设输入电压时的状态。

优选的，所述预设输入电压为2.4V-7.5V。

本发明的技术方案有益效果在于：公开一种过压保护电路，用于直流电源，采用分立器件实现过压保护电路的功能，并且通过调整单个器件，即可满足不同档位输入电压对直流电源的保护，电路结构简单，成本较低，便于推广。

附图说明

参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。

图1为本发明的实施例的过压保护电路的电路连接图；

图2为本发明的实施例的过压保护电路的输入信号的特性曲线图；

图3为本发明的实施例的过压保护电路的输出信号的特性曲线图。

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作出创造性劳动的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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明包括一种过压保护电路，用于直流电源，其中包括：

一设置有储能元件的工作单元1；

一稳压单元2，连接于直流电源的输入端DC_IN与工作单元1的输入端10之间；

一控制单元3，连接于工作单元1的输出端11与直流电源的输出端DC_IN之间；

过压保护电路通过输入不同档位的输入电压，以对直流电源进行保护。

通过上述过压保护电路的技术方案，如图1所示，用于直流电源，采用分立器件实现过压保护电路的功能，例如采用工作单元1、稳压单元2、控制单元3等分立的单元进行配合使用，以实现过压保护电路的功能。并且，通过调整单个器件，即可满足不同档位输入电压对直流电源的保护，电路结构简单，成本较低，便于推广。

上述技术方案中，稳压单元2包括一稳压管Z，稳压管Z通过一第一电阻R1连接于直流电源的输入端DC_IN与接地端GND之间。

具体地，其通过选用不同型号的稳压管Z，以可以设定保护不同的电压输入，例如，选择型号为BZX55C55V6的稳压管Z可以保护高于5.6V的直流电源，当直流电源插入时以防止稳压单元1后面的元器件的损坏；选择型号为BZX55C6V8稳压管Z可以保护高于6.8V的直流电源，当直流电源插入时，以防止稳压单元1后面的元器件的损坏。

上述技术方案中，工作单元1包括：

一三极管Q1，三极管Q1的基极通过一第二电阻R2连接于稳压管1的正极，三极管Q1的发射极连接直流电源的输入端DC_IN；

一第一电容C1，连接于三极管Q1的集电极与直流电源的输入端DC_IN之间；

一第三电阻R3，连接于三极管Q1的集电极与直流电源的输入端DC_IN之间；

一第四电阻R4，连接于三极管Q1的集电极与接地端GND之间。

具体地，三极管Q1为PNP型三极管，其基极(b极)相对发射极(e极)需要负电压才导通，即：Vb<Ve，Vbe＝-0.3V～-0.7V。进一步地，结合图2、3中电容交流特性图描述得知，其图2中横坐标表示时间，单位为t，纵坐标表示直流电源的输入端DC_IN的输入信号U_i单位为V，其图3中横坐标表示时间，单位为t，纵坐标表示直流电源的输出端DC_OUT的输出信号Uo单位为V。由于第一电容Cl具有通交流作用，直流电源的输入端DC_IN的输入信号U_i中的交流电压能够通过第一电容Cl和第一电阻Rl构成回路，在回路中产生交流电流，此交流电流流过第一电阻Rl，在第一电阻Rl的两端产生的交流电压即为直流电源的输出端DC_OUT的输出信号Uo。

进一步地，第三电阻R3与第四电阻R4形成电阻分压电路，电阻分压电路包括预订数量且相互串联地，且连接于直流电源的输入端DC_IN与接地端GND之间的分压电阻，其分压电阻间相连接的点形成分压节点，其分压节点引出至三极管Q1的集电极。

上述技术方案中，优选的，三极管Q1的型号可以为MMBT3906，第二电阻R2的阻值可以为4.7K，第三电阻R3的阻值可以为100K，第四电阻R4的阻值可以为10K，第一电容C1的容值可以为1uF。

进一步地，采用分立器件实现过压保护电路的功能，电路结构简单，成本较低，便于推广。

上述技术方案中，控制单元3包括一MOS管Q2，MOS管Q2的栅极连接三极管Q1的集电极，MOS管Q2的源极连接直流电源的输入端DC_IN，MOS管Q2的漏极连接直流电源的输出端DC_OUT。

具体地，MOS管Q2为P沟道MOS管，其MOS管Q2的型号可以为AO3415，需要其MOS管Q2的栅极(G极)相对MOS管Q2的源极(S极)为负电平才能导通，即：Vgs为负电压，Vg<Vs，Vgs＝-4.5V。

进一步地，采用分立器件实现过压保护电路的功能，电路结构简单，成本较低，便于推广。

在一种较优实施例中，直流电源包括瞬态模式或静态模式；过压保护电路对瞬态模式或静态模式进行过压保护。其瞬态模式为过压保护电路中插入直流电源的瞬间状态；或静态模式为直流电源输入一预设输入电压时的状态。

上述技术方案中，优选的，预设输入电压为2.4V-7.5V，例如表一所示，预设输入电压可以选择2.4V或2.7V或3.0V或3.3V或3.6V或3.9V或4.3V或4.7V或5.1V或5.6V或6.2V或6.8V或7.5V，其对应选用的稳压管Z的型号不同，保护不同的直流电源，电路结构简单，成本较低，便于推广。

表一

在一种较优的实施例中，当直流电源处于瞬态模式时，即插入直流电源的瞬间时，利用第一电容C1的交流特性，使B点电位瞬时变高到与直流电源的输入电平一致，即：Vg＝Vs，Vgs＝0V，结合图2、3所示，由于第一电容Cl具有通交流作用，直流电源的输入端DC_IN的输入信号U_i中的交流电压能够通过第一电容Cl和第一电阻Rl构成回路，在回路中产生交流电流，此交流电流流过第一电阻Rl，其第一电阻Rl的阻值可以为4.7K，在第一电阻Rl的两端产生的交流电压即为直流电源的输出端DC_OUT的输出信号Uo。由于MOS管Q2的栅极(G极)相对MOS管Q2的源极(S极)为负电平才能导通，即:Vgs为负电压，Vg<Vs，Vgs＝-4.5V，所以MOS管Q2截止不导通，能够避免瞬间电压过高，导致系统电源被损坏的风险。

在一种较优的实施例中，当直流电源处于静态模式时，优选稳压管Z的型号为BZX55C5V6其稳压值可以为5.6V，例如5V的直流电源输入时，低于稳压管Z的稳压值，此时输入电压通过第一电阻R1至稳压管Z，由于输入电压没超过稳压管Z的稳压值，稳压管Z不导通，A点的电压与输入电压基本一样，通过第二电阻R2到三极管Q1的基极(b极)，即：Vb＝Ve＝5V，Vbe＝0V，由于三极管Q1是PNP型三极管，三极管Q1为PNP型三极管，其基极(b极)相对发射极(e极)需要负电压才导通，即：Vb<Ve，Vbe＝-0.3V～-0.7V。所以三极管Q1是截止不导通，此时，B点电位通过第三电阻R3与第四电阻R4分压后变低为0.45V，此时MOS管Q2导通，即电压Vgs＝-4.5V(Vg<Vs)，5V的输入电源通过Q2输出到直流电源的输出端DC_OUT。

进一步地，优选高于5.6V的稳压管Z的稳压值时，例如12V的直流电源输入时，此时，输入电压通过第一电阻R1至稳压管Z，由于输入电压超过稳压管Z的稳压值，稳压管Z导通，A点电压一直保持在5.6V，同时通过电阻第二电阻R2到三极管Q1的基极(b极)，Vb点电压为5.6V，即Vb<Ve(6.4V)，此时三极管Q1导通，导通后三极管Q1的发射极电压与集电极电压相同，即Ve＝Vc与B点电位电压一样即Ve＝Vc＝Vg＝Vs＝输入直流电压(12V)，Vgs＝0V，MOS管Q2截止，此时，起到保护MOS管Q2后面的电路。

采用分立器件实现过压保护电路的功能，并且通过调整单个器件，即可满足不同档位输入电压对直流电源的保护，电路结构简单，成本较低，便于推广。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种过压保护电路，用于直流电源，其特征在于，包括：

一设置有储能元件的工作单元；

一稳压单元，连接于所述直流电源的输入端与所述工作单元的输入端之间；

一控制单元，连接于所述工作单元的输出端与所述直流电源的输出端之间；

所述过压保护电路通过输入不同档位的输入电压，以对所述直流电源进行保护。

2.根据权利要求1所述的过压保护电路，其特征在于，所述稳压单元包括一稳压管，所述稳压管通过一第一电阻连接于所述直流电源的输入端与接地端之间。

3.根据权利要求2所述的过压保护电路，其特征在于，所述工作单元包括：

一三极管，所述三极管的基极通过一第二电阻连接于所述稳压管的正极，所述三极管的发射极连接所述直流电源的输入端；

一第一电容，连接于所述三极管的集电极与所述直流电源的输入端之间；

一第三电阻，连接于所述三极管的集电极与所述直流电源的输入端之间；

一第四电阻，连接于所述三极管的集电极与接地端之间。

4.根据权利要求3所述的过压保护电路，其特征在于，所述控制单元包括一MOS管，所述MOS管的栅极连接所述三极管的集电极，所述MOS管的源极连接所述直流电源的输入端，所述MOS管的漏极连接所述直流电源的输出端。

5.根据权利要求3所述的过压保护电路，其特征在于，所述三极管为PNP型三极管。

6.根据权利要求4所述的过压保护电路，其特征在于，所述MOS管为P沟道MOS管。

7.根据权利要求1所述的过压保护电路，其特征在于，所述直流电源包括瞬态模式或静态模式；

所述过压保护电路对所述瞬态模式或所述静态模式进行过压保护。

8.根据权利要求7所述的过压保护电路，其特征在于，所述瞬态模式为所述过压保护电路中插入所述直流电源的瞬间状态；或

所述静态模式为所述直流电源输入一预设输入电压时的状态。

9.根据权利要求8所述的过压保护电路，其特征在于，所述预设输入电压为2.4V-7.5V。