CN112018725A - 过压防护装置 - Google Patents

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CN112018725A CN202011001065.XA CN202011001065A CN112018725A CN 112018725 A CN112018725 A CN 112018725A CN 202011001065 A CN202011001065 A CN 202011001065A CN 112018725 A CN112018725 A CN 112018725A
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李亚坤
李胜
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/20—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess voltage

Abstract

本发明公开了一种过压防护装置，包括滞回比较单元、自举升压单元、稳压二极管、开关单元；滞回比较单元的输入端与电源端电连接，滞回比较单元的输出端与自举升压单元的输入端电连接，自举升压单元的输出端与稳压二极管的阴极电连接，开关单元的第一端与电源端电连接，开关单元的第二端作为过压防护装置的输出端，稳压二极管的阴极与开关单元的控制端电连接以控制开关单元的导通或断开，开关单元导通时，第一端与第二端连通，开关单元断开时，第一端与第二端断开；稳压二极管的阳极接地。本发明的过压防护装置响应速度快，发生过压时，该过压防护装置输出端电压保持平稳，系统依旧正常工作。

Description

过压防护装置
技术领域
本发明属于过压防护技术领域，尤其涉及一种过压防护装置。
背景技术
在很多项目的硬件设计中，由于电源入口处经常受到浪涌过压等的考验，所以很多设计都会采用集成芯片用于防止供电过压的发生。但集成芯片结构复杂、成本高；还有一些以PMOS(P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管)为主的分立元器件搭建的过压防护电路，但缺点是响应速度慢，一些特殊情况依旧容易损坏电路。
专利申请CN201210553603.5公开了一种功放过驻波保护电路，其搭建的是一个外围电路进行器件输入端电平检测，若电平较高，则关闭芯片使能，芯片不工作，但是高电压依旧作用于芯片输入口；另外，设计只适用于系统正常工作后对单一芯片或模块进行防护，模块供电电流不通过其搭建的电路。同时有保护延迟，过压保护后，模块停止工作。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中过压防护的电路成本高、响应速度慢的缺陷，提供一种过压防护装置。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
本发明提供一种过压防护装置，包括滞回比较单元、自举升压单元、稳压二极管、开关单元；
滞回比较单元的输入端与电源端电连接，滞回比较单元的输出端与自举升压单元的输入端电连接，
自举升压单元的输出端与稳压二极管的阴极电连接，
开关单元的第一端与电源端电连接，开关单元的第二端作为过压防护装置的输出端，稳压二极管的阴极与开关单元的控制端电连接以控制开关单元的导通或断开，开关单元导通时，第一端与第二端连通，开关单元断开时，第一端与第二端断开；
稳压二极管的阳极接地。
可选地，自举升压单元包括第一二极管、第二二极管、第一电容；
第一电容的一端作为自举升压单元的输入端，第一电容的另一端分别与第一二极管的阴极、第二二极管的阳极电连接；
第一二极管的阳极与电源端电连接；
第二二极管的阴极与自举升压单元的输出端电连接。
可选地，自举升压单元还包括第一电阻；
第一电阻的一端与第二二极管的阴极电连接，第一电阻的另一端作为自举升压单元的输出端。
可选地，滞回比较单元包括比较器、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第二电容；
第三电阻的一端分别与滞回比较单元的输入端、第二电阻的一端电连接，第三电阻的另一端分别与比较器的正向输入端、第四电阻的一端电连接，第四电阻的另一端接地；
第二电容的一端与比较器的负向输入端电连接，第二电容的另一端接地；
比较器的输出端分别与滞回比较单元的输出端、第二电阻的一端电连接。
可选地，滞回比较单元还包括第五电阻、第六电阻；
第五电阻的一端与比较器的正向输入端电连接，第五电阻的另一端与比较器的输出端电连接；
第六电阻的一端与比较器的负向输入端电连接，第六电阻的另一端与比较器的输出端电连接。
可选地，过压防护装置还包括第三电容；
第三电容的一端与开关单元的第二端电连接，第三电容的另一端接地。
可选地，开关单元包括NMOS管(N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管)，NMOS管的栅极作为开关单元的控制端，NMOS管的漏极作为开关单元的第一端，NMOS管的源极作为开关单元的第二端。
可选地，电源端的电压为5伏，稳压二极管的稳定电压为9.5伏，NMOS管的栅源电压为4.5伏。
本发明的积极进步效果在于：本发明的过压防护装置响应速度快，并且，发生过压时，该过压防护装置输出端电压保持平稳，系统依旧正常工作；该过压防护装置应用场景较多，电流直接通过该过压保护电路，过压发生保护后，不影响系统工作。
附图说明
图1为本发明的一较佳实施例的过压防护装置的结构示意图。
图2为本发明的一较佳实施例的过压防护装置的滞回比较单元的结构示意图。
具体实施方式
下面通过一较佳实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
本实施例提供一种过压防护装置。参照图1，该过压防护装置包括滞回比较单元101、自举升压单元102、稳压二极管Z1、开关单元103。
滞回比较单元101的输入端与电源端VDD电连接，滞回比较单元101的输出端与自举升压单元102的输入端电连接，自举升压单元102的输出端与稳压二极管Z1的阴极电连接，开关单元103的第一端与电源端VDD电连接，开关单元103的第二端作为过压防护装置的输出端，输出电压以Vout表征。稳压二极管Z1的阴极与开关单元103的控制端电连接以控制开关单元103的导通或断开，开关单元103导通时，第一端与第二端连通，开关单元103断开时，第一端与第二端断开；稳压二极管Z1的阳极接地。
作为一种可选的实施方式，自举升压单元102包括第一二极管T1、第二二极管T2、第一电容C1；第一电容C1的一端作为自举升压单元102的输入端，第一电容C1的另一端分别与第一二极管T1的阴极、第二二极管T2的阳极电连接；第一二极管T1的阳极与电源端VDD电连接；第二二极管T2的阴极与自举升压单元102的输出端电连接。
在一种较佳的实施方式中，自举升压单元102还包括第一电阻R1；第一电阻R1的一端与第二二极管T2的阴极电连接，第一电阻R1的另一端作为自举升压单元102的输出端。
参照图2，滞回比较单元101包括比较器U1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第二电容C2；第三电阻R3的一端分别与滞回比较单元101的输入端、第二电阻R2的一端电连接，第三电阻R3的另一端分别与比较器U1的正向输入端、第四电阻R4的一端电连接，第四电阻R4的另一端接地；第二电容C2的一端与比较器U1的负向输入端电连接，第二电容C2的另一端接地；比较器U1的输出端分别与滞回比较单元101的输出端、第二电阻R2的一端电连接。
滞回比较单元101还包括第五电阻R5、第六电阻R6；第五电阻R5的一端与比较器U1的正向输入端电连接，第五电阻R5的另一端与比较器U1的输出端电连接；第六电阻R6的一端与比较器U1的负向输入端电连接，第六电阻R6的另一端与比较器U1的输出端电连接。
在一种可选的实施方式中，过压防护装置还包括第三电容C3；第三电容C3的一端与开关单元103的第二端电连接，第三电容C3的另一端接地。
具体实施时，开关单元103包括NMOS管M1，NMOS管M1的栅极作为开关单元103的控制端，NMOS管M1的漏极作为开关单元103的第一端，NMOS管M1的源极作为开关单元103的第二端。
在一种具体应用中，电源端VDD的电压为5伏，稳压二极管Z1的稳定电压为9.5伏，NMOS管M1的栅源电压为4.5伏。
本实施例的过压防护装置应用于低电压大电流输入场合，滞回比较单元101的输入电压一般都可以满足电源通路的上限电压，且成本较低。本本实施例的过压防护装置在上电初始阶段，由于NMOS管M1的栅极阈值电压的存在，导致主通路上的NMOS管M1不能够完全打开。紧接着通过滞回比较单元101产生一个幅值5V，频率几十千赫兹(频率可调)的方波，再通过外围的第一电容C1及第一二极管T1、第二二极管T2组成的自举升压单元102对NMOS管M1的栅极进行升压，最高到10V，然后通过9.5V左右的稳压二级管Z1将NMOS管M1的栅极稳压。在输入电压增大的情况下(小于比较器U1的阈值电压，15V-36V不等)，由于NMOS管M1栅极电压稳定在9.5V(其中，NMOS管M1的栅源电压VGS＝4.5V)，使得输出电压Vout被钳位在稳定的5V。
本实施例的过压防护装置的输出端为系统供电，在系统第一次上电过程中，不需要任何外在特殊条件，仅基于本实施例的过压防护装置，通过使用比较器、二极管及自举电容产生一个高于系统供电的电压，将主通路上的NMOS管完全打开。该过压防护装置直接通过NMOS管的栅源极阈值钳位特性，使用稳压二极管将栅极稳压。即便供电端发生过压，NMOS管的源极被稳定的钳位，依旧可以保证系统能正常工作。
另外，相比于PMOS管搭建的过压保护电路，本实施例的过压防护装置的响应更为迅速。
专利申请CN201210553603.5公开了一种功放过驻波保护电路，其搭建的是一个外围电路进行器件输入端电平检测，若电平较高，则关闭芯片使能，芯片不工作，但是高电压依旧作用于芯片输入口。而本实施例的过压防护装置的实现原理不同：本实施例的过压防护装置主要通过搭建外围电路将主通路上的NMOS管完全打开，外部电源在通过NMOS管给系统供电过程中发生过压时，NMOS管输出端电压保持平稳，系统依旧正常工作。
另外，专利申请CN201210553603.5的功放过驻波保护电路只适用于系统正常工作后对单一芯片或模块进行防护，模块供电电流不通过其搭建的电路。同时有保护延迟，过压保护后，模块停止工作。而本实施例的过压防护装置的应用场景更广，既可以应用在系统供电入口处，同时可以应用在以上专利的应用场景中，电流直接通过该过压保护电路，过压发生保护后，不影响系统工作。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种过压防护装置，其特征在于，包括滞回比较单元、自举升压单元、稳压二极管、开关单元；
所述滞回比较单元的输入端与电源端电连接，所述滞回比较单元的输出端与所述自举升压单元的输入端电连接，
所述自举升压单元的输出端与所述稳压二极管的阴极电连接，
所述开关单元的第一端与所述电源端电连接，所述开关单元的第二端作为所述过压防护装置的输出端，所述稳压二极管的阴极与所述开关单元的控制端电连接以控制所述开关单元的导通或断开，所述开关单元导通时，所述第一端与所述第二端连通，所述开关单元断开时，所述第一端与所述第二端断开；
所述稳压二极管的阳极接地。
2.如权利要求1所述的过压防护装置，其特征在于，所述自举升压单元包括第一二极管、第二二极管、第一电容；
所述第一电容的一端作为所述自举升压单元的输入端，所述第一电容的另一端分别与所述第一二极管的阴极、所述第二二极管的阳极电连接；
所述第一二极管的阳极与所述电源端电连接；
所述第二二极管的阴极与所述自举升压单元的输出端电连接。
3.如权利要求2所述的过压防护装置，其特征在于，所述自举升压单元还包括第一电阻；
所述第一电阻的一端与所述第二二极管的阴极电连接，所述第一电阻的另一端作为所述自举升压单元的输出端。
4.如权利要求1所述的过压防护装置，其特征在于，所述滞回比较单元包括比较器、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第二电容；
所述第三电阻的一端分别与所述滞回比较单元的输入端、所述第二电阻的一端电连接，所述第三电阻的另一端分别与所述比较器的正向输入端、所述第四电阻的一端电连接，所述第四电阻的另一端接地；
所述第二电容的一端与所述比较器的负向输入端电连接，所述第二电容的另一端接地；
所述比较器的输出端分别与所述滞回比较单元的输出端、所述第二电阻的一端电连接。
5.如权利要求4所述的过压防护装置，其特征在于，所述滞回比较单元还包括第五电阻、第六电阻；
所述第五电阻的一端与所述比较器的正向输入端电连接，所述第五电阻的另一端与所述比较器的输出端电连接；
所述第六电阻的一端与所述比较器的负向输入端电连接，所述第六电阻的另一端与所述比较器的输出端电连接。
6.如权利要求1所述的过压防护装置，其特征在于，所述过压防护装置还包括第三电容；
所述第三电容的一端与所述开关单元的第二端电连接，所述第三电容的另一端接地。
7.如权利要求1所述的过压防护装置，其特征在于，所述开关单元包括NMOS管，所述NMOS管的栅极作为所述开关单元的控制端，所述NMOS管的漏极作为所述开关单元的第一端，所述NMOS管的源极作为所述开关单元的第二端。
8.如权利要求7所述的过压防护装置，其特征在于，所述电源端的电压为5伏，所述稳压二极管的稳定电压为9.5伏，所述NMOS管的栅源电压为4.5伏。
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