CN111327303A - 一种防负压馈入电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防负压馈入电路，包括开关模块和双通道控制模块；双通道控制模块包括第一控制单元、第二控制单元、第一电容和第一二极管；开关模块的第一端与供电模块的第一端连接；开关模块的控制端与第一控制单元的第一端连接；开关模块的第二端与第一电容的第一端连接；第一控制单元的第二端与供电模块的第二端连接；第二控制单元的第一端与所述第一控制单元的第一端连接；所述第二控制单元的第二端与所述第一控制单元的第二端连接；第一电容的第二端与所述第一控制单元的第一端连接；第一二极管的第一端与所述第一电容的第一端连接；所述第一二极管的第二端与所述第一电容的第二端连接。本发明能有效防止负电压馈入，并减小电路体积。

Description

一种防负压馈入电路

技术领域

本发明涉及电路技术领域，尤其涉及一种防负压馈入电路。

背景技术

车载电子控制单元ECU常由车载大容量电池以及与电池并联的发电机进行供电，车载ECU电源工作环境复杂，会受到各种信号的干扰，典型的干扰有来自高功率的感性负载的通断动作向ECU电源注入正负向的快速高能脉冲干扰，一般地，快速脉冲是指上升下降时间在微秒级别的脉冲；高能脉冲是指脉宽在毫秒级别、电压在±100V以上的脉冲电压。车载ECU电源有可能由于受这些快速高能脉冲干扰或者电池反接而注入负电压，若负电压馈入电源负载，将会对车载系统造成严重的损害。

目前，为对电源进行防护，主要通过控制开关的通断来防止负电压馈入电源负载。在主要电流通路中串联大功率整流二极管应对电池反接；采用MOS管和储能电容一起应对快速高能负脉冲。具体地，采用较长延时的MOS管栅极控制电压来控制MOS管的开关冲击电流，同时并联储能电容来应对快速高能负脉冲，现有技术中应对快速高能负脉冲的电路如图1所示。

然而，通过串联大功率整流二极管来应对电池反接，二极管不仅有压降，发热大，而且体积大，会增大防护电路的体积；通过MOS管和储能电容一起应对快速高能负脉冲，对储能电容的电容值要求高，需要大容值极性电容才能达到很好的防护效果，而大容值极性电容的高度和体积均会增大防护电路的体积。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种防负压馈入电路，能够有效应对快速高能负脉冲和电池反接，防止负电压馈入，并减小电路体积。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种防负压馈入电路，所述电路包括开关模块和双通道控制模块；所述双通道控制模块包括第一控制单元、第二控制单元、第一电容和第一二极管；

所述开关模块的第一端与供电模块的第一端连接；所述开关模块的控制端与所述第一控制单元的第一端连接；所述开关模块的第二端与所述第一电容的第一端连接；

所述第一控制单元的第二端与所述供电模块的第二端连接；

所述第二控制单元的第一端与所述第一控制单元的第一端连接；所述第二控制单元的第二端与所述第一控制单元的第二端连接；

所述第一电容的第二端与所述第一控制单元的第一端连接；

所述第一二极管的第一端与所述第一电容的第一端连接；所述第一二极管的第二端与所述第一电容的第二端连接。

进一步的，所述开关模块包括第一MOS管；所述开关模块的第一端为所述第一MOS管的漏极；所述开关模块的第二端为所述第一MOS管的源极；所述开关模块的控制端为所述第一MOS管的栅极。

进一步的，所述第一MOS管为P沟道MOS管；所述第一二极管的第一端为阴极，所述第一二极管的第二端为阳极；

所述供电模块的第一端为电源正极，所述供电模块的第二端为电源负极。

进一步的，所述第一MOS管为N沟道MOS管；所述第一二极管的第一端为阳极，所述第一二极管的第二端为阴极；

所述供电模块的第一端为电源负极，所述供电模块的第二端为电源正极。

进一步的，所述第一控制单元包括第一电阻；

所述第一控制单元的第一端为所述第一电阻的第一端，所述第一控制单元的第二端为所述第一电阻的第二端。

进一步的，所述第二控制单元包括第二电阻和第二二极管；

所述第二控制单元的第一端为所述第二电阻的第一端，所述第二电阻的第二端与所述第二二极管的第一端连接，所述第二控制单元的第二端为所述第二二极管的第二端；

所述第一MOS管为P沟道MOS管，所述第二二极管的第一端为阴极，所述第二二极管的第二端为阳极；或，

所述第一MOS管为N沟道MOS管，所述第二二极管的第一端为阳极，所述第二二极管的第二端为阴极。

进一步的，所述电路还包括第三电阻；

所述第三电阻的第一端与所述开关模块的控制端连接，所述第三电阻的第二端与所述第一控制单元的第一端连接。

进一步的，所述第一电容C₁、所述第一电阻R₁、所述第二电阻R₂、所述第三电阻R₃和所述第二二极管D2满足以下关系式：

其中，T_dSlow为所述第一控制单元的第一延时时间，所述第一延时时间为所述第一控制单元两端的电压差满足所述第一MOS管的关断条件所需的时间；T_fast为所述第二控制单元的第二延时时间，所述第二延时时间为所述第二控制单元两端的电压差满足所述第一MOS管的关断条件所需的时间，x为预设的T_dSlow与T_dFast的倍数系数；T_off为满足所述第一MOS管的关断条件时，所述第一MOS管的关断时间；

T_aim为预设的目标储能电容小于最小储能电容时，所述目标储能电容的最长放电时间；所述最小储能电容为所述防负压馈入电路不干预所述供电模块供电时，完全抵消所述供电模块的产生的负电压所需的最小的储能电容；

R_D2为所述第二二极管的导通电阻，C_g为所述第一MOS管的栅极电容的容值；

所述目标储能电容C_aim的最长放电时间T_aim满足以下公式：

所述最小储能电容C₀满足以下公式：

其中，V_P为所述供电模块的产生的负电压的电压值，T_P为所述供电模块产生的负电压的输入持续时间，R_i为所述供电模块的内阻阻值，V_nom为所述供电模块的供电电压值。

进一步的，所述第二控制单元包括第二MOS管；所述第二控制单元的第一端为所述第二MOS管的第一端，所述第二控制单元的第二端为所述第二MOS管的第二端，所述第二MOS管的第三端与所述第二MOS管的第二端连接。

进一步的，所述第一MOS管为P沟道MOS管；

所述第二MOS管为N沟道MOS管；所述第二MOS管的第一端为所述第二MOS管的源极，所述第二MOS管的第二端为所述第二MOS管的漏极，所述第二MOS管的第三端为所述第二MOS管的栅极；或，

所述第二MOS管为P沟道MOS管；所述第二MOS管的第一端为所述第二MOS管的漏极，所述第二MOS管的第二端为所述第二MOS管的源极，所述第二MOS管的第三端为所述第二MOS管的栅极。

进一步的，所述第一MOS管为N沟道MOS管；

所述第二MOS管为P沟道MOS管；所述第二MOS管的第一端为所述第二MOS管的源极，所述第二MOS管的第二端为所述第二MOS管的漏极，所述第二MOS管的第三端为所述第二MOS管的栅极；或，

所述第二MOS管为N沟道MOS管；所述第二MOS管的第一端为所述第二MOS管的漏极，所述第二MOS管的第二端为所述第二MOS管的源极，所述第二MOS管的第三端为所述第二MOS管的栅极。

上述提供的防负压馈入电路，供电模块反接或产生快速高能负脉冲向电源负载输入时，双通道控制模块能通过供电模块的输入电压变化，在一定时间内改变开关模块的控制端的电压，使得开关模块的第一端、第二端及控制端的电压达不到导通时所需的电压，开关模块断开，阻断了供电模块对电源负载输入负电压，能够有效应对电池反接和快速高能负脉冲，防止负电压馈入电源负载，且无需大功率二极管，对储能电容的要求不高，减小了电路体积。

附图说明

图1是现有技术的防负压馈入电路示意图；

图2是本发明实施例提供的防负压馈入电路示意框图；

图3是本发明实施例提供的第一种防负压馈入电路示意图；

图4是本发明实施例提供的第二种防负压馈入电路示意图；

图5是本发明实施例提供的电源输入电路示意图；

图6是本发明实施例提供的第三种防负压馈入电路示意图；

图7是本发明实施例提供的第四种防负压馈入电路示意图；

图8是本发明实施例提供的第五种防负压馈入电路示意图；

图9是本发明实施例提供的第六种防负压馈入电路示意图；

图10是仿真测试中干扰的负电压信号pulse1的电压V_pulse1波形图；

图11是仿真测试中第三MOS管Q和第一MOS管Q1_PMOS的栅极电压V_g的波形图；

图12是仿真测试中与第三MOS管Q或第一MOS管Q1_PMOS的源极连接的电源负载侧的电压V₀波形图。

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。

请参阅图2，是本发明实施例提供的防负压馈入电路示意框图；具体的，本发明实施例提供了一种防负压馈入电路，所述电路包括开关模块1和双通道控制模块2；所述双通道控制模块2包括第一控制单元3、第二控制单元4、第一电容C₁和第一二极管D1；

所述开关模块1的第一端与供电模块5的第一端连接；所述开关模块1的控制端与所述第一控制单元3的第一端连接；所述开关模块1的第二端与所述第一电容C₁的第一端连接；

所述第一控制单元3的第二端与所述供电模块5的第二端连接；

所述第二控制单元4的第一端与所述第一控制单元3的第一端连接；所述第二控制单元4的第二端与所述第一控制单元3的第二端连接；

所述第一电容C₁的第二端与所述第一控制单元3的第一端连接；

所述第一二极管D1的第一端与所述第一电容C₁的第一端连接；所述第一二极管D1的第二端与所述第一电容C₁的第二端连接。

需要说明的是，附图中只示意了防负压馈入电路和供电模块5的连接方式，具体实施时，端口A1与端口A2连接有电源负载，供电模块5为电源负载供电。供电模块5正常供电不止包括了电压平稳的情况，当供电模块5向电源负载输入的电压无浪涌脉冲或电压低频小幅度波动时，对电源负载基本没有损害，也视为供电模块正常供电；而电池反接、电压低频大幅度波动以及有快速高能负脉冲输入电源负载时，认为供电模块5的供电不正常。对于第一控制单元3，供电模块5的供电状态并不影响第一控制单元3的链路通断状态，即第一控制单元3的链路一直处于链路导通状态；对于第二控制单元4，供电模块5未向电源负载输入快速高能负脉冲，第二控制单元4的链路呈现开路状态；当第二控制单元4的两端的电压差满足第一条件时，第二控制单元4的链路呈现导通状态，且第一条件在供电模块5生成快速高能负脉冲时达到。

具体的，本发明提供的防负压馈入电路的工作原理如下：

当供电模块正常供电时，第一控制单元3的第一端和第二端的电压差基本不变，第一电容C₁的第一端和第二端的电压差也基本不变，第一电容C₁直流开路，开关模块1的第一端、第二端和控制端的电压维持在导通条件所需的电压，供电模块5继续向电源负载供电；

当供电模块5反接或电压低频大幅度波动时，开关模块1的第一端接到了供电模块5的第二端，第一控制单元3两端的电压差变化很小，但是由于开关模块1的第二端的电压缓慢接近供电模块5的第二端的电压，且第一电容C₁与第一控制单元的导通电阻形成了RC滤波链路，第一控制单元3两端的电压差缓慢接近0，第一控制单元3的第一端的电压逐渐变化成与第一控制单元3的第二端的电压相同，由于第一控制单元3的第一端与开关模块1的控制端连接，开关模块1的控制端的电压也逐渐发生变化，当开关模块1的第一端、第二端和控制端的电压不再满足开关模块1的导通条件时，开关模块1断开，阻断供电模块5向电源负载供电的过程，从而防止负电压馈入电源负载；

当供电模块5产生快速高能负脉冲时，开关模块1的第二端的电压高频变化，第一电容C₁交流短路，第一电容C₁的第二端的电压随开关模块1的第二端的电压变化而发生改变，此时第二控制单元4的两端的电压差发生改变，当第二控制单元4的两端的电压差满足第一条件时，第二控制单元4的链路呈现导通状态，第二控制单元4的两端的电压接近，开关模块1的控制端的电压随着第二控制单元4的第一端的电压变化而改变，当开关模块1的第一端、第二端和控制端的电压不再满足开关模块1的导通条件时，开关模块1断开，阻断供电模块5向电源负载供电的过程，从而防止负电压馈入电源负载。

如此设置，本发明提供的防负压馈入电路，在供电模块5供电正常时，双通道控制模块2不干预供电模块的供电过程，开关模块1导通，供电模块5为电源负载供电；供电模块5反接或产生负电压向电源负载输入时，双通道控制模块2能通过供电模块5的输入电压变化，在一定时间内改变开关模块1的控制端的电压，使得开关模块1的第一端、第二端及控制端的电压达不到导通时所需的电压，开关模块断开，阻断了供电模块5对电源负载输入负电压，防止负电压馈入电源负载。本发明提供的防负压馈入电路可以有效应对电池反接和快速高能负脉冲，且应对电池反接时，第一控制单元3的链路具有一定的电阻即可，无需大功率二极管，减小了电路体积。

进一步的，所述开关模块包括第一MOS管；所述开关模块的第一端为所述第一MOS管的漏极；所述开关模块的第二端为所述第一MOS管的源极；所述开关模块的控制端为所述第一MOS管的栅极。

具体的，由于MOS管的导通需要V_gs电压满足一定的条件，将开关模块1设为第一MOS管，可以实现开关模块1的第一端、第二端和控制端电压发生一定变化时，开关模块1断开的功能。

请参阅图3，是本发明实施例提供的第一种防负压馈入电路示意图；进一步的，所述第一MOS管为P沟道MOS管；所述第一二极管的第一端为阴极，所述第一二极管的第二端为阳极；

所述供电模块的第一端为电源正极，所述供电模块的第二端为电源负极。

具体的，所述第一MOS管为P沟道MOS管Q1_PMOS时，第一MOS管的源极的电压需要大于栅极的电压一定数值，即V_gs＜V_阈1(V_阈1为负数)时，第一MOS管才能导通，且导通时，第一MOS管的源极和漏极的电压基本相同，采用本优选方案可以实现供电模块正常供电时，第一MOS管导通，供电模块5向电源负载供电；供电模块输入负电压时，第一MOS管的源极和栅极的电压不满足V_gs＜V_阈1，使第一MOS管断开，防止负电压馈入电源负载。此时，供电模块5的正负极连接方式如图3的电源V1所示。

请参阅图4，是本发明实施例提供的第二种防负压馈入电路示意图；进一步的，所述第一MOS管为N沟道MOS管Q1_NMOS；所述第一二极管的第一端为阳极，所述第一二极管的第二端为阴极；

所述供电模块的第一端为电源负极，所述供电模块的第二端为电源正极。

具体的，所述第一MOS管为N沟道MOS管时，第一MOS管的栅极的电压需要大于源极的电压一定数值，即V_gs＞V_阈2(V_阈2为正数)时，第一MOS管才能导通，且导通时，第一MOS管的源极和漏极的电压基本相同，采用本优选方案可以实现供电模块正常供电时，第一MOS管导通，供电模块5向电源负载供电；供电模块输入负电压时，第一MOS管的源极和栅极的电压不满足V_gs＞V_阈2，使第一MOS管断开，防止负电压馈入电源负载。此时，供电模块5的正负极连接方式如图4的电源V2所示。

进一步的，所述第一控制单元包括第一电阻R₁；

所述第一控制单元3的第一端为所述第一电阻R₁的第一端，所述第一控制单元3的第二端为所述第一电阻R₁的第二端。

具体的，本发明的防负压馈入电路，应对电池反接时，需要第一控制单元3的链路具有一定的电阻，可采用本优选方案，第一控制单元3包括第一电阻R₁，使得第一电容C₁与第一电阻R₁形成RC滤波，以防止电池反接时供电模块5向电源负载馈入负电压。

进一步的，所述第二控制单元4包括第二电阻R₂和第二二极管D2；

所述第二控制单元4的第一端为所述第二电阻R₂的第一端，所述第二电阻R₂的第二端与所述第二二极管D2的第一端连接，所述第二控制单元4的第二端为所述第二二极管D2的第二端；

所述第一MOS管为P沟道MOS管Q1_PMOS，所述第二二极管D2的第一端为阴极，所述第二二极管D2的第二端为阳极；或，

所述第一MOS管为N沟道MOS管Q1_NMOS，所述第二二极管D2的第一端为阳极，所述第二二极管D2的第二端为阴极。

采用本优选方案，利用二极管的单向导通性，实现第二控制单元的链路的开路状态和导通状态的转换。

需要说明的是，如图3所示，第一MOS管为P沟道MOS管Q1_PMOS，第二二极管D2的第一端为负极，第二二极管D2的第二端为正极，第一条件为第二控制单元4的第二端的电压大于第二控制单元4的第一端的电压，且第二控制单元4的两端的电压差达到了第二二极管D2的导通电压。如图4所示，第一MOS管为N沟道MOS管Q1_NMOS，第二二极管D2的第一端为正极，第二二极管D2的第二端为负极，第一条件为第二控制单元4的第一端的电压大于第二控制单元4的第二端的电压，且第二控制单元4的两端的电压差达到了第二二极管D2的导通电压。

具体的，请参阅图3，以第一MOS管为P沟道MOS管Q1_PMOS为例，说明本发明提供的防负电压馈入电路的工作过程：

当供电模块正常供电时，第一电阻R₁的第一端和第二端的电压差基本不变，第一电容C1的第一端和第二端的电压差也基本不变，第一电容C1直流开路，第一MOS管Q1_PMOS的漏极接电源V1的正极，源极的电压与漏极的电压基本相同，栅极的电压接近于第一电阻R₁的第一端的电压，栅极的电压接近于0，第一MOS管Q1_PMOS漏极、源极和栅极的电压维持在导通条件所需的电压，供电模块5继续向电源负载供电；

当供电模块5反接或电压低频大幅度波动时，第一MOS管Q1_PMOS的漏极接到了供电模块5的负极，第一电阻R₁两端的电压差变化很小，但是由于第一MOS管Q1_PMOS的源极的电压缓慢下降，且第一电容C1与第一电阻R₁形成了RC滤波链路，第一电阻R₁的电压差缓慢接近0，第一电阻R₁的第二端连接地电平，第一电阻R₁的第一端的电压逐渐变成与第一电阻R₁的第二端的地电平相同，由于第一电阻R₁的第一端与第一MOS管Q1_PMOS的栅极连接，Q1_PMOS的栅极的电压也逐渐变成了地电平，当第一MOS管Q1_PMOS的源极为供电模块5的负极电压，栅极为电压为地电平电压，不满足V_gs＜V_阈1(V_阈1为负数)，第一MOS管Q1_PMOS断开，阻断供电模块5向电源负载供电的过程，从而防止负电压馈入电源负载；

当供电模块5产生快速高能负脉冲时，第一MOS管Q1_PMOS的漏极输入了快速高能负脉冲，第一MOS管Q1_PMOS的源极的电压高频变化，第一电容C₁交流短路，第一电容C₁的第二端的电压随第一MOS管Q1_PMOS的源极电压变化而发生改变，此时第二二极管D2的正极接地电平，第二二极管D2的负极为负压，当第二二极管D2的负极的电压下降到一定电压时，第二二极管D2正向导通，第二控制单元4的链路呈现导通状态，第二控制单元4的第一端的电压接近地电平，当第一MOS管Q1_PMOS的源极为负电压，栅极为电压为地电平电压，不满足V_gs＜V_阈1(V_阈1为负数)，第一MOS管Q1_PMOS断开，阻断供电模块5向电源负载供电的过程，从而防止负电压馈入电源负载。可选的，为了使供电模块5产生快速高能负脉冲时，第一MOS管Q1_PMOS的栅极的电压能较快速地接近地电平电压，使第一MOS管Q1_PMOS快速断开，第二电阻R₂的阻值可设置为较小的阻值。

本领域技术人员可以理解的，当第一MOS管为N沟道MOS管Q1_NMOS，时，本发明提供的防负压馈入电路的工作原理与第一MOS管为P沟道MOS管Q1_PMOS时相类似，只是具体的开关模块1的导通条件和第二二极管D2的导通条件不同，在此不再赘述电路的工作过程。

进一步的，所述电路还包括第三电阻；

所述第三电阻的第一端与所述开关模块的控制端连接，所述第三电阻的第二端与所述第一控制单元的第一端连接。

具体的，第三电阻R₃是开关模块的控制端的限流电阻，可以更好地保护开关模块1。

进一步的，所述第一电容C₁、所述第一电阻R₁、所述第二电阻R₂、所述第三电阻R₃和所述第二二极管D2满足以下关系式：

其中，T_dSlow为所述第一控制单元的第一延时时间，所述第一延时时间为所述第一控制单元两端的电压差满足所述第一MOS管的关断条件所需的时间；T_fast为所述第二控制单元的第二延时时间，所述第二延时时间为所述第二控制单元两端的电压差满足所述第一MOS管的关断条件所需的时间，x为预设的T_dSlow与T_dFast的倍数系数；T_off为满足所述第一MOS管的关断条件时，所述第一MOS的关断时间；

T_aim为预设的目标储能电容小于最小储能电容时，所述目标储能电容的最长放电时间；所述最小储能电容为所述防负压馈入电路不干预所述供电模块供电时，完全抵消所述供电模块的产生的负电压所需的最小的储能电容；

R_D2为所述第二二极管的导通电阻，C_g为所述第一MOS管的栅极电容的容值；

所述目标储能电容C_aim的最长放电时间T_aim满足以下公式：

所述最小储能电容C₀满足以下公式：

其中，V_P为所述供电模块产生的负电压的电压值，T_P为所述供电模块产生的负电压的输入持续时间，R_i为所述供电模块的内阻阻值，V_nom为所述供电模块的供电电压值。

需要说明的是，所述供电模块产生的负电压的瞬态过程按三角波近似。

可选的，倍数系数x取值为10、100或1000。

请参阅图5，是本发明实施例提供的电源输入电路示意图。

具体应用时，电源输入电路可包括：供电模块5(即图5中的电源V1)、第二电容C₂、双向TVS二极管D3、本发明提供的防负压馈入电路、目标储能电容C_aim、电源负载。下面举例说明本优选方案中对第一电容C₁、第一电阻R₁、第二电阻R₂、第三电阻R₃和第二二极管D2的设计过程：

电源输入防护对象ISO7637-2的pulse1脉冲(V_p＝-100V，T_p＝2ms，R_i＝10欧姆)，V_nom＝13.5V，目标储能电容C_aim＝220uF，第一MOS管为P沟道MOS管，第一MOS管使用ONsemi的FDD6637，其C_g＝2.3nF，T_off＝100ns。第二电容C₂＝100nF，双向TVS管D3采用VISHAY的SMC3K33CA，预设倍数系数x＝10。

使用公式(1.6)，计算得到最小储能电容C₀为741uF，确定大于目标储能电容C_aim；

使用公式(1.5)，计算得到目标储能电容C_aim的最长放电时间T_aim为0.32ms；

对第一电容C₁、第一电阻R₁、第二电阻R₂、第三电阻R₃和第二二极管D2进行设计，选择C₁＝100nF，R₁＝10K欧姆，R₂＝1K欧姆，R₃＝100欧姆，D2采用Onsemi的1SS400T1G；

使用公式(1.1)，计算得到T_dSlow＝1.02ms；

使用公式(1.2)，计算得到T_fast＝0.1ms；

验证T_dSlow、T_fast、T_off满足公式(1.3)和(1.4)，对第一电容C₁、第一电阻R₁、第二电阻R₂、第三电阻R₃和第二二极管D2的设计符合要求。

可以看出，本发明提供的防负压馈入电路，通过第二控制单元来应对快速高能负脉冲，降低了目标储能电容的电容值要求，目标储能电容的体积减小，进一步减小了电路的体积。

进一步的，所述第二控制单元4包括第二MOS管；所述第二控制单元4的第一端为所述第二MOS管的第一端，所述第二控制单元4的第二端为所述第二MOS管的第二端，所述第二MOS管的第三端与所述第二MOS管的第二端连接。

请参阅图6至图7，图6是本发明实施例提供的第三种防负压馈入电路示意图，图7是本发明实施例提供的第四种防负压馈入电路示意图。

进一步的，所述第一MOS管为P沟道MOS管Q1_PMOS；

所述第二MOS管为N沟道MOS管Q2_NMOS；所述第二MOS管Q2_NMOS的第一端为所述第二MOS管Q2_NMOS的源极，所述第二MOS管Q2_NMOS的第二端为所述第二MOS管Q2_NMOS的漏极，所述第二MOS管Q2_NMOS的第三端为所述第二MOS管Q2_NMOS的栅极；或，

所述第二MOS管为P沟道MOS管Q2_PMOS；所述第二MOS管Q2_PMOS的第一端为所述第二MOS管Q2_PMOS的漏极，所述第二MOS管Q2_PMOS的第二端为所述第二MOS管Q2_PMOS的源极，所述第二MOS管Q2_PMOS的第三端为所述第二MOS管Q2_PMOS的栅极。

具体的，如图6所示，第一MOS管为P沟道MOS管Q1_PMOS，第二MOS管为N沟道MOS管Q2_NMOS时，当供电模块5输入负电压时，第二MOS管Q2_NMOS的源极逐渐下降为负数电压，第二MOS管Q2_NMOS的栅极为地电平，当第二MOS管Q2_NMOS的源极的电压和栅极的电压满足V_gs＞V_阈2(V_阈2为正数)时，第二MOS管Q2_NMOS导通，导通后第二MOS管Q2_NMOS的源极的电压与漏极的电压基本相同，即第一MOS管的栅极被拉到接近地电平，第一MOS管断开。

需要说明的是，本领域技术人员可以理解的，第二MOS管为如图7所示的P沟道MOS管Q2_PMOS时，第二控制单元4的导通状态与开路状态的切换原理与第二MOS管为N沟道MOS管Q2_NMOS时相似，只是具体的切换条件不一样，在此不再赘述。

请参阅图8至图9，图8是本发明实施例提供的第五种防负压馈入电路示意图；图9是本发明实施例提供的第六种防负压馈入电路示意图。

进一步的，所述第一MOS管为N沟道MOS管Q1_NMOS；

所述第二MOS管为P沟道MOS管Q2_PMOS；所述第二MOS管Q2_PMOS的第一端为所述第二MOS管Q2_PMOS的源极，所述第二MOS管Q2_PMOS的第二端为所述第二MOS管Q2_PMOS的漏极，所述第二MOS管Q2_PMOS的第三端为所述第二MOS管Q2_PMOS的栅极；或，

所述第二MOS管为N沟道MOS管Q2_NMOS；所述第二MOS管Q2_NMOS的第一端为所述第二MOS管Q2_NMOS的漏极，所述第二MOS管Q2_NMOS的第二端为所述第二MOS管Q2_NMOS的源极，所述第二MOS管Q2_NMOS的第三端为所述第二MOS管Q2_NMOS的栅极。

本领域技术人员可以理解的，第一MOS管为N沟道MOS管Q1_NMOS时，第二MOS管为如图8所示的P沟道MOS管Q2_PMOS或如图9所示的N沟道MOS管Q2_NMOS时，第二控制单元4的导通状态与开路状态的切换原理与第一MOS管为P沟道MOS管Q1_PMOS时相似，只是具体的连接方式和切换条件不一样，在此不再赘述。

具体实施时，本发明提供的防负压馈入电路，在供电模块5供电正常时，双通道控制模块2不干预供电模块的供电过程，开关模块1导通，供电模块5为电源负载供电；供电模块5反接或产生负电压向电源负载输入时，双通道控制模块2能通过供电模块5的输入电压变化，在一定时间内改变开关模块1的控制端的电压，使得开关模块1的第一端、第二端及控制端的电压达不到导通时所需的电压，开关模块断开，阻断了供电模块5对电源负载输入负电压，防止负电压馈入电源负载。

本实施例的技术方案能够有效应对电池反接和快速高能负脉冲，防止负电压馈入电源负载，且应对电池反接时，无需大功率二极管，减小了电路体积。

为了更好的说明本发明提供的防负压馈入电路的效果，对图1和图5的电路图进行仿真测试。

请参阅图1，现有技术的防负压馈入电路包括电源V10，第三电容C10，第一双向TVS二极管D30，第三MOS管Q，第四电阻R0，第四电容C20，第三二极管D0，储能电容C_0aim，电源负载。

请参阅图10至图12，图10是仿真测试中干扰的负电压信号pulse1的电压V_pulse1波形图；图11是仿真测试中第三MOS管Q和第一MOS管Q1_PMOS的栅极电压V_g的波形图；图12是仿真测试中与第三MOS管Q或第一MOS管Q1_PMOS的源极连接的电源负载侧的电压V₀波形图。在图10至图12中：三角形标识的波形曲线为采用图1所示的电路的仿真测试波形曲线，正方形标识的波形曲线为采用图5所示的电路的仿真测试波形曲线。

将图1的储能电容C_0aim和图3的目标储能电容C_aim均设为220uF，如图10所示，在1ms时刻对图1和图5电路分别输入相同的干扰的负电压信号pulse1，信号pulse1的电压值为-100V，信号pulse1的输入持续时间也相同。

如图11所示，可以发现采用图1所示的电路，第三MOS管Q的栅极的电压V_g被下拉到最低的-8.5V，第三MOS管Q较晚才被关断，致与第三MOS管Q的源极连接的电源负载侧的电压V₀有最低-4.1V的负电压馈入，并且负电压馈入电源负载的持续较长时间；而采用图5所示的电路，第一MOS管Q1_PMOS的栅极的电压V_g被限位在-0.7V左右，第一MOS管Q1_PMOS较早被关断，与第一MOS管Q1_PMOS的源极连接的电源负载侧V₀的电压保持在+1.5V，无负电压馈入。本发明提供的防负压馈入电路在应对负电压馈入上效果明显。

需说明的是，以上所描述的装置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。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。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。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种防负压馈入电路，其特征在于，所述电路包括开关模块和双通道控制模块；所述双通道控制模块包括第一控制单元、第二控制单元、第一电容和第一二极管；

所述开关模块的第一端与供电模块的第一端连接；所述开关模块的控制端与所述第一控制单元的第一端连接；所述开关模块的第二端与所述第一电容的第一端连接；

所述第一控制单元的第二端与所述供电模块的第二端连接；

所述第二控制单元的第一端与所述第一控制单元的第一端连接；所述第二控制单元的第二端与所述第一控制单元的第二端连接；

所述第一电容的第二端与所述第一控制单元的第一端连接；

所述第一二极管的第一端与所述第一电容的第一端连接；所述第一二极管的第二端与所述第一电容的第二端连接。

2.如权利要求1所述的防负压馈入电路，其特征在于，所述开关模块包括第一MOS管；所述开关模块的第一端为所述第一MOS管的漏极；所述开关模块的第二端为所述第一MOS管的源极；所述开关模块的控制端为所述第一MOS管的栅极。

3.如权利要求2所述的防负压馈入电路，其特征在于，所述第一MOS管为P沟道MOS管；

所述第一二极管的第一端为阴极，所述第一二极管的第二端为阳极；

所述供电模块的第一端为电源正极，所述供电模块的第二端为电源负极。

4.如权利要求2所述的防负压馈入电路，其特征在于，所述第一MOS管为N沟道MOS管；

所述第一二极管的第一端为阳极，所述第一二极管的第二端为阴极；

所述供电模块的第一端为电源负极，所述供电模块的第二端为电源正极。

5.如权利要求2所述的防负压馈入电路，其特征在于，所述第一控制单元包括第一电阻；

所述第一控制单元的第一端为所述第一电阻的第一端，所述第一控制单元的第二端为所述第一电阻的第二端。

6.如权利要求5所述的防负压馈入电路，其特征在于，所述第二控制单元包括第二电阻和第二二极管；

所述第二控制单元的第一端为所述第二电阻的第一端，所述第二电阻的第二端与所述第二二极管的第一端连接，所述第二控制单元的第二端为所述第二二极管的第二端；

所述第一MOS管为P沟道MOS管，所述第二二极管的第一端为阴极，所述第二二极管的第二端为阳极；或，

所述第一MOS管为N沟道MOS管，所述第二二极管的第一端为阳极，所述第二二极管的第二端为阴极。

7.如权利要求6所述的防负压馈入电路，其特征在于，所述电路还包括第三电阻；

所述第三电阻的第一端与所述开关模块的控制端连接，所述第三电阻的第二端与所述第一控制单元的第一端连接。

8.如权利要求7所述的防负压馈入电路，其特征在于，所述第一电容C₁、所述第一电阻R₁、所述第二电阻R₂、所述第三电阻R₃和所述第二二极管D2满足以下关系式：

其中，T_dSlow为所述第一控制单元的第一延时时间，所述第一延时时间为所述第一控制单元两端的电压差满足所述第一MOS管的关断条件所需的时间；T_fast为所述第二控制单元的第二延时时间，所述第二延时时间为所述第二控制单元两端的电压差满足所述第一MOS管的关断条件所需的时间，x为预设的T_dSlow与T_dFast的倍数系数；T_off为满足所述第一MOS管的关断条件时，所述第一MOS管的关断时间；

T_aim为预设的目标储能电容小于最小储能电容时，所述目标储能电容的最长放电时间；所述最小储能电容为所述防负压馈入电路不干预所述供电模块供电时，完全抵消所述供电模块的产生的负电压所需的最小的储能电容；

R_D2为所述第二二极管的导通电阻，C_g为所述第一MOS管的栅极电容的容值；

所述目标储能电容C_aim的最长放电时间T_aim满足以下公式：

所述最小储能电容C₀满足以下公式：

其中，V_P为所述供电模块的产生的负电压的电压值，T_P为所述供电模块产生的负电压的输入持续时间，R_i为所述供电模块的内阻阻值，V_nom为所述供电模块的供电电压值。

9.如权利要求2或5任一项所述的防负压馈入电路，其特征在于，所述第二控制单元包括第二MOS管；所述第二控制单元的第一端为所述第二MOS管的第一端，所述第二控制单元的第二端为所述第二MOS管的第二端，所述第二MOS管的第三端与所述第二MOS管的第二端连接。

10.如权利要求9所述的防负压馈入电路，其特征在于，所述第一MOS管为P沟道MOS管；

所述第二MOS管为N沟道MOS管；所述第二MOS管的第一端为所述第二MOS管的源极，所述第二MOS管的第二端为所述第二MOS管的漏极，所述第二MOS管的第三端为所述第二MOS管的栅极；或，

所述第二MOS管为P沟道MOS管；所述第二MOS管的第一端为所述第二MOS管的漏极，所述第二MOS管的第二端为所述第二MOS管的源极，所述第二MOS管的第三端为所述第二MOS管的栅极。

11.如权利要求9所述的防负压馈入电路，其特征在于，所述第一MOS管为N沟道MOS管；

所述第二MOS管为P沟道MOS管；所述第二MOS管的第一端为所述第二MOS管的源极，所述第二MOS管的第二端为所述第二MOS管的漏极，所述第二MOS管的第三端为所述第二MOS管的栅极；或，

所述第二MOS管为N沟道MOS管；所述第二MOS管的第一端为所述第二MOS管的漏极，所述第二MOS管的第二端为所述第二MOS管的源极，所述第二MOS管的第三端为所述第二MOS管的栅极。

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