CN111697551B - 一种电压保护电路以及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种电压保护电路，该电压保护电路连接至电源与用电设备之间的正极电压传输线，包括电压采集单元、比较单元、基准电压输出单元以及保护单元，其中：电压采集单元的输入端与正极电压传输线连接，电压采集单元的输出端与比较单元的第一输入端连接；比较单元的第二输入端与基准电压输出单元的输出端连接，比较单元用于在用电设备产生的反向电压大于预设电压阈值时，输出第一控制信号至保护单元，比较单元的输出端与保护单元的控制端连接，保护单元的输入端连接至正极电压传输线，保护单元用于在接收到第一控制信号后导通，对正极电压传输线上的电压进行分压。实施本申请，可以防止反向电压对电源带来伤害，还保证了电源的效率。

Description

一种电压保护电路以及电子设备

技术领域

本申请涉及电路电子技术领域，尤其是一种电压保护电路以及电子设备。

背景技术

电源向用电设备提供电源，在用电设备是感性负载的情况下，比如用电设备是电机、马达等产品，用电设备产生反向电压，特别是正反转变换、突然停下或者突然启动时，该反向电压远远大于电源提供的电压，给电源带来不可逆的损害，危害电路安全。

现有技术中，为了防止反向电压对电源造成损害，采取的办法是在电源与用电设备之间串联整流二极管，利用整流二极管的单向性，阻止反向电压反灌至电源处，但是现有技术带来的问题是：在电源正常向用电设备供电时，由于整流二极管的压降带来了电能的损耗，降低了电源的效率。

发明内容

基于上面所述的问题，本申请提供了一种电压保护电路，可以在防止反向电压对电源带来伤害的基础上，还可以保证电源的效率。

一方面，本申请实施例提供了一种电压保护电路，所述电压保护电路连接至电源与用电设备之间的正极电压传输线，所述电压保护电路包括电压采集单元、比较单元、基准电压输出单元以及保护单元，其中：

所述电压采集单元的输入端与所述正极电压传输线连接，所述电压采集单元的输出端与所述比较单元的第一输入端连接；所述电压采集单元用于采集所述正极电压传输线上的第一电压，并将所述第一电压发送至所述比较单元；

所述比较单元的第二输入端与所述基准电压输出单元的输出端连接，所述基准电压输出单元用于向所述比较单元提供基准电压；所述比较单元用于比较所述第一电压与所述基准电压之间的大小关系，当所述第一电压大于所述基准电压时，输出第一控制信号至所述保护单元，所述第一电压大于所述基准电压表示所述用电设备产生的反向电压大于预设电压阈值；

所述比较单元的输出端与所述保护单元的控制端连接，所述保护单元的输入端连接至所述正极电压传输线，所述保护单元的输出端接地，所述保护单元用于在接收到所述第一控制信号后导通，对所述正极电压传输线上的电压进行分压。

在一种可能的实现方式中，所述保护单元包括场效应管以及第一二极管；其中：

所述场效应管的栅极连接至所述保护单元的控制端，所述场效应管的漏极连接至所述保护单元的输入端，所述场效应管的源极与所述第一二极管的阳极连接，所述第一二极管的阴极与所述保护单元的输出端连接，所述第一二极管用于防止所述保护单元的电流从输出端反向流动至输入端。

进一步的，所述保护单元还包括电感以及第一电阻；

所述第一二极管的阴极与所述保护单元的输出端连接包括：

所述第一二极管的阴极分别与所述电感的一端以及所述第一电阻的一端连接，所述电感的另一端与所述第一电阻的另一端分别连接至所述保护单元的输出端，所述电感用于抑制所述场效应管导通时的瞬态电流，所述第一电阻用于在所述场效应管导通或断开时提供分流支路。

更进一步的，所述保护单元还包括熔断器；

所述第一二极管的阴极分别与所述电感的一端以及所述第一电阻的一端连接包括：

所述第一二极管的阴极与所述熔断器的一端连接，所述熔断器的另一端分别与所述电感的一端以及所述第一电阻的一端连接，所述熔断器用于在所述保护单元的电流大于熔断电流时，发生熔断。

可选的，所述电压采集单元包括第二电阻以及第三电阻，其中：

所述第二电阻的一端连接至所述电压采集单元的输入端，所述第二电阻的另一端分别连接至所述第三电阻的一端以及所述电压采集单元的输出端，所述第三电阻的另一端接地。

在一种可能的实施例中，所述比较单元包括比较器；

所述比较器的正向输入端连接至所述比较单元的第一输入端，所述比较器的反向输入端连接至所述比较单元的第二输入端，所述比较器的输出端连接至所述比较单元的输出端。

进一步的，所述基准电压输出单元包括基准电压源，所述基准电压源包括基准端、阳极端和阴极端；

所述基准电压源的阴极端以及所述基准电压源的基准端分别连接至所述比较器的反向输入端，所述基准电压源的阳极端与地连接。

更进一步的，所述比较器包括电源引脚，所述电压保护电路还包括第四电阻、第五电阻、第六电阻、第二二极管以及三极管；

所述第四电阻的一端连接至所述正极电压传输线，所述第四电阻的另一端分别连接至所述第二二极管的阴极端以及所述三极管的基极，所述三极管的集电极与所述第五电阻的一端连接，所述第五电阻的另一端与所述正极电压传输线连接；

所述三极管的发射极分别与所述第六电阻的一端以及所述比较器的电源引脚连接，所述第六电阻的另一端分别连接至所述基准电压源的阴极端以及所述基准电压源的基准端。

可选的，所述比较单元还用于在所述第一电压不大于所述基准电压时，输出第二控制信号至所述保护单元；所述第一电压不大于所述基准电压表示所述用电设备产生的反向电压不大于所述预设电压阈值；

所述保护单元还用于在接收到所述第二控制信号后断开。

一方面，本申请实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括设于电源与用电设备之间，所述电子设备包括上面所述的任意一项电压保护电路。

本申请实施例中，在所述正极电压传输线上的电压不大于所述预设电压阈值时，该电压保护电路断开，电源向用电设备提供的电压不经过本申请实施例提供的电压保护电路，从而避免了该电压保护电路对电源效率的损耗，而在所述正极电压传输线上的电压大于所述预设电压阈值时，该电压保护电路导通，对所述用电设备在所述正极电压传输线上叠加的反向电压进行分压，防止反向电压对电源带来伤害。实施本申请，可以在防止反向电压对电源带来伤害的基础上，还可以保证电源的效率。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种电压保护电路的组成结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种电压保护电路的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

下面结合附图来对本申请的技术方案的实施作进一步的详细描述。

参见图1，图1为本申请实施例提供的一种电压保护电路的组成结构示意图。如图1所示，电压保护电路12连接至电源10与用电设备11之间的正极电压传输线，所述电压保护电路12包括电压采集单元120、比较单元121、基准电压输出单元122以及保护单元123，其中：

所述电压采集单元120的输入端与所述正极电压传输线连接，所述电压采集单元120的输出端与所述比较单元121的第一输入端连接；所述电压采集单元120用于采集所述正极电压传输线上的第一电压，并将所述第一电压发送至所述比较单元121；

所述比较单元121的第二输入端与所述基准电压输出单元122的输出端连接，所述基准电压输出单元122用于向所述比较单元121提供基准电压；所述比较单元121用于比较所述第一电压与所述基准电压之间的大小关系，当所述第一电压大于所述基准电压时，输出第一控制信号至所述保护单元123，所述第一电压大于所述基准电压表示所述用电设备11产生的反向电压大于预设电压阈值。可以理解的是，所述预设电压阈值可以是所述电源10的输出电压，也可以是所述电源10的安全电压，所述预设电压阈值是一个可以通过对所述基准电压输出单元122进行调整而变化的值。

所述比较单元121的输出端与所述保护单元123的控制端连接，所述保护单元123的输入端连接至所述正极电压传输线，所述保护单元123的输出端接地，所述保护单元123用于在接收到所述第一控制信号后导通，对所述正极电压传输线上的电压进行分压。

所述电源10用于向所述用电设备11提供直流电源，所述电源可以是开关电源，具有升降电压的功能，可以是Boost拓扑电路，也可以是Buck拓扑电路等等，具体使用与所述用电设备11的工作电压有关，本申请不对所述电源10作出限制。

所述用电设备11可以理解为感性负载，比如电机、马达等等，由于感性负载两端电流不可以突变，在断开用电设备11的电流的瞬间或启动用电设备11的瞬间，用电设备11产生反向电压，且该方向电压远远大于所述电源10提供的电压，例如所述电源10向所述用电设备11提供的电压是24V，而该反向电压可以达到30V甚至更高，可以理解的是，该反向电压的大小与流过所述用电设备11的电流大小以及电流变化速度有关，流过所述用电设备11的电流越大，电流变化速度越快，该反向电压越大。

所述电压保护电路12的工作原理如下：

所述电源10通过所述正极电压传输线向所述用电设备11提供电压，所述电压采集单元120对所述正极电压传输线上的第一电压进行采集，所述第一电压跟随所述正极电压传输线上的电压进行变化，所述电压采集单元120将所述第一电压发送至所述比较单元121的第一输入端，所述比较单元121的第二输入端接收来自所述基准电压输出单元122提供的基准电压，所述比较单元121对所述第一电压与所述基准电压进行比较，当所述第一电压大于所述基准电压时，表示所述用电设备11产生的反向电压大于预设电压阈值，所述比较单元121向所述保护单元123输出第一控制信号，控制所述保护单元123导通，对所述正极电压传输线上的电压进行分压；而在所述第一电压不大于所述基准电压时，表示所述第一电压不大于所述预设电压阈值，所述比较单元121输出第二控制信号至所述保护单元123，控制所述保护单元123断开。本申请实施例中，在所述正极电压传输线上的电压不大于所述预设电压阈值时，该电压保护电路12断开，电源10向用电设备11提供的电压不经过本申请实施例提供的电压保护电路12，从而避免了该电压保护电路12对电源10效率的损耗，而在所述正极电压传输线上的电压大于所述预设电压阈值时，该电压保护电路12导通，对所述用电设备11在所述正极电压传输线上叠加的反向电压进行分压，防止反向电压对电源10带来伤害。实施本申请，可以在防止反向电压对电源带来伤害的基础上，还可以保证电源的效率。

下面结合具体的元器件对图1的结构图进行介绍，参见图2，图2为本申请实施例提供的一种电压保护电路的电路原理图。如图2所示，电压保护电路22连接至电源20与用电设备21之间的正极电压传输线，所述电压保护电路22包括电压采集单元220、比较单元221、基准电压输出单元222以及保护单元223。

在一种可能的实现方式中，所述保护单元223包括场效应管Q1以及第一二极管D1；所述场效应管Q1的栅极连接至所述保护单元223的控制端，所述场效应管Q1的漏极连接至所述保护单元223的输入端，所述场效应管Q1的源极与所述第一二极管D1的阳极连接，所述第一二极管D1的阴极与所述保护单元223的输出端连接，所述第一二极管D1用于防止所述保护单元223的电流从输出端反向流动至输入端。

所述场效应管Q1是N沟道增强型场效应管，即NMOS管，则所述保护单元223的导通条件为所述场效应管Q1的栅极与源极之间的电压差大于零。

可选的，所述保护单元223还包括第八电阻R8，所述第八电阻R8的一端连接至所述场效应管Q1的栅极，所述第八电阻R8的另一端接地，所述第八电阻R8用于在所述场效应管Q1接收到低电平时，可以快速将所述场效应管Q1的栅极拉低至低电平，从而关断所述场效应管Q1。

进一步的，所述保护单元223还包括电感L1以及第一电阻R1；所述第一二极管D1的阴极分别与所述电感L1的一端以及所述第一电阻R1的一端连接，所述电感L1的另一端与所述第一电阻R1的另一端分别连接至所述保护单元223的输出端，所述电感L1用于抑制所述场效应管Q1导通时的瞬态电流，所述第一电阻R1用于在所述场效应管Q1导通或断开时提供分流支路。具体的，所述电感L1是储能器件，具有电感两端电流不可以突变的特性，则所述保护单元223在所述场效应管Q1断开到导通的过程中，电流可以由所述电感L1存储，而所述第一电阻R1与所述电感L1并联，所述保护单元223的电流可以经过所述第一电阻R1到地，防止所述保护单元223出现延时响应的情况；在所述场效应管Q1断开时，所述电感L1中存储有能量，所述第一电阻R1与所述电感L1并联，可以为所述电感L1提供分流支路，即所述电感L1的电能经过所述第一电阻R1释放。

更进一步的，所述保护单元223还包括熔断器A1；所述第一二极管D1的阴极与所述熔断器A1的一端连接，所述熔断器A1的另一端与所述第一电阻R1的一端连接，所述熔断器A1用于在所述保护单元223的电流大于熔断电流时，发生熔断。具体的，所述熔断器A1是一种当自身经过的电流超过规定值时，以电流在自身产生的热量使得熔体熔断，从而断开电路的器件，例如保险丝。所述熔断器A1避免了所述保护单元223在电流过大的情况下带来的安全问题。

可选的，所述电压采集单元220包括第二电阻R2以及第三电阻R3，其中：

所述第二电阻R2的一端连接至所述电压采集单元220的输入端，所述第二电阻R2的另一端分别连接至所述第三电阻R3的一端以及所述电压采集单元220的输出端，所述第三电阻R3的另一端接地。具体的，所述第一电压可以表示为V_out×R₃/(R₃+R₂)，其中V_out为所述正极电压传输线的电压，可选的，所述电压采集单元还包括第七电阻R7，所述第七电阻R7与所述第三电阻R3并联，增加所述第七电阻R7与所述第三电阻R3进行分压，可以实现对所述第一电压更加精确的控制。所述电压采集单元220还包括第一电容C1，所述第一电容C1的一端连接至所述正极电压传输线，所述第一电容C1的另一端接地，所述第一电容C1是延时电容，用于在所述用电设备21产生的反向电压大于预设电压阈值时，对所述反向电压的能量进行存储，使得在所述场效应管Q1从断开状态切换为导通状态的过程中，所述用电设备21产生的反向电压也没有对所述电源20造成损害。

在一种可能的实施例中，所述比较单元221包括比较器U1；

所述比较器U1的正向输入端连接至所述比较单元221的第一输入端，所述比较器U1的反向输入端连接至所述比较单元223的第二输入端，所述比较器U1的输出端连接至所述比较单元221的输出端。可选的，所述比较单元221还包括第三二极管D3，所述比较器U1的输出端经过所述第三二极管D3连接至所述比较单元223的输出端，所述第三二极管D3用于保护所述比较单元221。

进一步的，所述基准电压输出单元222包括基准电压源U2，所述基准电压源U2包括基准端、阳极端和阴极端；所述基准电压源U2的阴极端以及所述基准电压源U2的基准端分别连接至所述比较器U1的反向输入端，所述基准电压源U2的阳极端与地连接。具体的，所述基准电压源U2的电源与所述比较器U1共用电源，可以减少该电压保护电路22的电源数量。示例性的，所述基准电压源U2和所述比较器U1的电源都是12V。可选的，所述基准电压源的型号为TL431，所述基准电压为2.5V。所述基准电压源U2在本申请中可以理解为稳压二极管管，可选的，所述基准电压源U2可以替换为稳压二极管，可以理解的是，所述预设电压阈值可以通过调节所述基准电压源输出的基准电压来进行设置。所述基准电压输出单元222还包括第二电容C2，所述第二电容C2的一端连接至所述基准电压输出单元222的输出端，所述第二电容C2的另一端接地，所述第二电容C2用于稳定所述基准电压源U2的输出电压，示例性的，所述第二电容C2的放置位置越靠近比较器U1的反向输入端，效果越好。

更进一步的，所述比较器U1包括电源引脚，所述电压保护电路22还包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第二二极管D2以及三极管Q2；

所述第四电阻R4的一端连接至所述正极电压传输线，所述第四电阻R4的另一端分别连接至所述第二二极管D2的阴极端以及所述三极管Q2的基极，所述三极管Q2的集电极与所述第五电阻R5的一端连接，所述第五电阻R5的另一端与所述正极电压传输线连接；

所述三极管Q2的发射极分别与所述第六电阻R6的一端以及所述比较器U1的电源引脚连接，所述第六电阻R6的另一端分别连接至所述基准电压源U2的阴极端以及所述基准电压源U2的基准端。

可选的，所述电压保护电路22还包括第三电容C3，所述第三电容C3的一端连接至所述三极管Q3的发射极，用于稳定所述比较器U1与所述基准电压源U2的工作电压。

示例性的，所述电压保护电路22还包括第四电容C4，所述第四电容C4的一端连接至所述三极管Q2的基极，所述第四电容C4的另一端接地，所述第四电容C4是滤波电容，与所述第四电阻R4组成低通滤波器，对所述电源20的低频干扰进行滤除。

结合具体的元器件对电压保护电路的具体实现原理如下：

在正常情况下，即所述用电设备21产生的反向电压不大于所述预设电压阈值时，所述第一电压不大于所述基准电压，因此所述比较器U1输出低电平，所述场效应管Q1截止，所述电源20向所述用电设备21提供电源；当所述用电设备21产生的反向电压大于所述预设电压阈值时，所述第一电压大于所述基准电压，所述比较器U1输出高电平，所述场效应管Q1导通，所述正极电压传输线上的电压经过场效应管Q1所在的保护单元223分压，将所述正极电压传输线上的电压进行分压，使得所述正极电压传输线上的电压不大于所述预设电压阈值，从而可以防止反向电压对电源带来伤害。

本申请实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括设于电源与用电设备之间，所述电子设备包括前文所述的任意一项电压保护电路。

需要说明的是，上述术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，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全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种电压保护电路，其特征在于，所述电压保护电路连接至电源与用电设备之间的正极电压传输线，所述电压保护电路包括电压采集单元、比较单元、基准电压输出单元以及保护单元，其中，所述比较单元包括比较器，所述比较器包括正向输入端、反向输入端、输出端和电源引脚端；所述基准电压输出单元包括基准电压源，所述基准电压源包括基准端、阳极端和阴极端；

所述电压采集单元的输入端与所述正极电压传输线连接，所述电压采集单元的输出端与所述比较器的正向输入端连接；所述电压采集单元用于采集所述正极电压传输线上的第一电压，并将所述第一电压发送至所述比较器；

所述比较器的反向输入端连接所述基准电压输出单元的阴极端以及所述基准电压源的基准端，所述基准电压源的阳极端与地连接；所述基准电压输出单元用于向所述比较器提供基准电压；所述比较器用于比较所述第一电压与所述基准电压之间的大小关系，当所述第一电压大于所述基准电压时，输出第一控制信号至所述保护单元，所述第一电压大于所述基准电压表示所述用电设备产生的反向电压大于预设电压阈值；

所述比较器的输出端与所述保护单元的控制端连接，所述保护单元的输入端连接至所述正极电压传输线，所述保护单元的输出端接地，所述保护单元用于在接收到所述第一控制信号后导通，对所述正极电压传输线上的电压进行分压；

所述电压保护电路还包括第四电阻、第五电阻、第六电阻、第二二极管以及三极管；其中，所述第四电阻的一端连接至所述正极电压传输线，所述第四电阻的另一端分别连接至所述第二二极管的阴极端以及所述三极管的基极，所述三极管的集电极与所述第五电阻的一端连接，所述第五电阻的另一端与所述正极电压传输线连接；

所述三极管的发射极分别与所述第六电阻的一端以及所述比较器的电源引脚端连接，所述第六电阻的另一端分别连接至所述基准电压源的阴极端以及所述基准电压源的基准端；

所述电压保护电路还包括第三电容，所述第三电容的一端连接至所述三极管的发射极，所述第三电容的另一端接地。

2.如权利要求1所述的电压保护电路，其特征在于，所述保护单元包括场效应管以及第一二极管；其中：

所述场效应管的栅极连接至所述保护单元的控制端，所述场效应管的漏极连接至所述保护单元的输入端，所述场效应管的源极与所述第一二极管的阳极连接，所述第一二极管的阴极与所述保护单元的输出端连接，所述第一二极管用于防止所述保护单元的电流从输出端反向流动至输入端。

3.如权利要求2所述的电压保护电路，其特征在于，所述保护单元还包括电感以及第一电阻；

所述第一二极管的阴极与所述保护单元的输出端连接包括：

所述第一二极管的阴极分别与所述电感的一端以及所述第一电阻的一端连接，所述电感的另一端与所述第一电阻的另一端分别连接至所述保护单元的输出端，所述电感用于抑制所述场效应管导通时的瞬态电流，所述第一电阻用于在所述场效应管导通或断开时提供分流支路。

4.如权利要求3所述的电压保护电路，其特征在于，所述保护单元还包括熔断器；

所述第一二极管的阴极分别与所述电感的一端以及所述第一电阻的一端连接包括：

所述第一二极管的阴极与所述熔断器的一端连接，所述熔断器的另一端分别与所述电感的一端以及所述第一电阻的一端连接，所述熔断器用于在所述保护单元的电流大于熔断电流时，发生熔断。

5.如权利要求1所述的电压保护电路，其特征在于，所述电压采集单元包括第二电阻以及第三电阻，其中：

所述第二电阻的一端连接至所述电压采集单元的输入端，所述第二电阻的另一端分别连接至所述第三电阻的一端以及所述电压采集单元的输出端，所述第三电阻的另一端接地。

6.如权利要求1所述的电压保护电路，其特征在于，所述比较单元还用于在所述第一电压不大于所述基准电压时，输出第二控制信号至所述保护单元；所述第一电压不大于所述基准电压表示所述用电设备产生的反向电压不大于所述预设电压阈值；

所述保护单元还用于在接收到所述第二控制信号后断开。

7.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括设于电源与用电设备之间，所述电子设备包括权利要求1-6任意一项所述电压保护电路。

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