CN112018743A - 一种无源物联网芯片过压保护电路及其实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无源物联网芯片过压保护电路及其实现方法，所述过压保护电路包括m级泄流模块，连接在能量采集电路和物联网电路芯片系统之间，各级泄流模块在所述能量采集电路输出的电压超出相应的阈值电压时启动泄流以稳定将所述能量采集电路输出的电压传输至所述物联网电路芯片系统，本发明可在保证高电压下的大泄流能力的同时保证小电压下极小的漏电电流。

Description

一种无源物联网芯片过压保护电路及其实现方法
技术领域
本发明涉及一种过压保护电路及方法，特别是涉及一种无源物联网芯片过压保护电路及其实现方法。
背景技术
任何电子器件都有其可以承受的最大额定工作电压，一旦超出最大的耐压范围，器件的寿命会受到很大的影响，甚至器件直接损坏。过压保护电路是用于防止输入电压过高而造成电路系统中器件的损害。一旦输入电压高于设定的电压，过压保护电压立即启动关闭或者降低输入至设定值。现有无源物联网芯片系统中，芯片的输入电源通常由自带的能量采集电路提供，当系统采集能量大于系统所需能量就存在着过压的危险。
为了防止这种现象的发生，现有的方法通常是在能量采集电路10输出的电源电压上接几个二极管(D1～D3)同向串联组成的过压保护电路20到电源地，如图1所示，通过泄流的方式来降低电压，在过压保护电路20之后才接入原有的物联网电路芯片系统30，在正常工作的电压下，泄流电路本身并没有功耗。这种方法在一定程度上会把电压控制在一定的范围内，但是由于受限于二极管器件的泄流能力，当接收到的能量太大时，导致器件的输入电压超过额定值而致使器件遭到破坏，提升大尺寸器件虽然能有效提升电路的保护能力，但是会在电路正常工作电压下产生漏电流。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种无源物联网芯片过压保护电路及其实现方法，以在保证高电压下的大泄流能力的同时保证小电压下极小的漏电电流。
为达上述及其它目的，本发明提出一种无源物联网芯片过压保护电路，包括m级泄流模块，连接在能量采集电路和物联网电路芯片系统之间，各级泄流模块在所述能量采集电路输出的电压超出相应的阈值电压时启动泄流以稳定将所述能量采集电路输出的电压传输至所述物联网电路芯片系统。
优选地，第一级的第一泄流模块包括第一限流电阻以及d个串联的泄流二极管D10、D11、……、D1(d-1)，第k级的第k泄流模块包括第k限流电阻以及(d+k-1)个串联的泄流二极管Dk0、Dk1、……、Dk(d+k-2)，最后一级为第m泄流模块，包括(d+m-1)个串联的泄流二极管Dm0、Dm1、……、Dm(d+m-2)。
优选地，所述过压保护电路包括：
第一泄流模块，用于在所述能量采集电路输出的电压超出第一阈值Vth1时开始泄流以稳定传输至所述物联网电路芯片系统；
第二泄流模块，用于在所述能量采集电路输出的电压超出第二阈值Vth2时开始泄流以稳定传输至所述物联网电路芯片系统；
第三泄流模块，用于在所述能量采集电路输出的电压超出第三阈值Vth3时开始泄流以稳定传输至所述物联网电路芯片系统。
优选地，所述第一泄流模块包括第一限流电阻及若干串联的泄流二极管，所述第一限流电阻一端连接第二泄流模块，另一端与该若干串联的泄流二极管的阳极以及所述物联网电路芯片系统的电源输入端相连组成第一电压节点即输出电压节点VDD，该若干串联的泄流二极管同向串联于所述第一限流电阻另一端与地之间。
优选地，所述第二泄流模块包括第二限流电阻以及若干串联的泄流二极管，所述第二限流电阻一端连接第三泄流模块，另一端与该若干串联的泄流二极管的阳极以及所述第一泄流模块相连组成第二电压节点，该若干串联的泄流二极管同向串联于所述第二限流电阻另一端与地之间。
优选地，所述第三泄流模块包括若干串联的泄流二极管，所述能量采集电路的输出与该若干串联的泄流二极管的阳极及第二泄流模块的相连组成第三电压节点，该若干串联的泄流二极管同向串联于所述第三电压节点与地之间。
为达到上述目的，本发明还提供一种无源物联网芯片过压保护电路的实现方法，所述方法利用连接在能量采集电路和物联网电路芯片系统之间的m级泄流模块，各级泄流模块在所述能量采集电路输出的电压超出相应的阈值电压时启动泄流以稳定将所述能量采集电路输出的电压传输至所述物联网电路芯片系统
优选地，所述方法包括如下步骤：
步骤S1，当能量采集电路输出的电压超出第一阈值Vth1时，利用第一泄流模块开始泄流以将能量采集电路输出的电压稳定传输至物联网电路芯片系统；
步骤S2，当能量采集电路输出的电压超出第二阈值Vth2时利用第二泄流模块开始泄流以稳定传输至物联网电路芯片系统；
步骤S3，当能量采集电路输出的电压超出第三阈值Vth3时利用第三泄流模块开始泄流以稳定传输至物联网电路芯片系统。
与现有技术相比，本发明一种无源物联网芯片过压保护电路的实现方法通过将m级泄流模块连接在能量采集电路和物联网电路芯片系统之间，各级泄流模块在所述能量采集电路输出的电压超出相应的阈值电压时启动泄流以稳定将所述能量采集电路输出的电压传输至所述物联网电路芯片系统，实现在保证高电压下的大泄流能力的同时保证小电压下极小的漏电电流的目的。
附图说明
图1为现有技术中无源物联网芯片过压保护电路的电路结构图；
图2为本发明一种无源物联网芯片过压保护电路之较佳实施例的电路结构图；
图3为本发明一种无源物联网芯片过压保护电路的实现方法的步骤流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
图2为本发明一种无源物联网芯片过压保护电路之较佳实施例的电路结构图。如图2所示，在本发明较佳实施例中，一种无源物联网芯片过压保护电路，包括：第一泄流模块201、第二泄流模块202和第三泄流模块203。
其中，第一泄流模块201由第一限流电阻R1、泄流二极管D10、D11、D12组成，用于在能量采集电路10输出的电压超出第一阈值Vth1时开始泄流以稳定传输至物联网电路芯片系统30；第二泄流模块202由第二限流电阻R2、泄流二极管D20、D21、D22、D23组成，用于在能量采集电路10输出的电压超出第二阈值Vth2时开始泄流以稳定传输至物联网电路芯片系统30；第三泄流模块203由泄流二极管D30、D31、D32、D33、D34组成，用于在能量采集电路10输出的电压超出第三阈值Vth3时开始泄流以稳定传输至物联网电路芯片系统30。
能量采集电路10的输出与泄流二极管D30的阳极和第二限流电阻R2的一端相连组成第三电压节点V3，泄流二极管D30～D34同向串联，即泄流二极管D30阴极与的泄流二极管D31的阳极相连、泄流二极管D31的阴极与泄流二极管D32的阳极相连、泄流二极管D32的阴极与泄流二极管D33的阳极相连、泄流二极管D33的阴极与泄流二极管D34的阳极相连，泄流二极管D34的阴极接地；第二限流电阻R2的另一端与泄流二极管D20的阳极和第一限流电阻R1的一端相连组成第二电压节点V2，泄流二极管D20～D23同向串联，即泄流二极管D20的阴极与泄流二极管D21的阳极相连、泄流二极管D21的阴极与泄流二极管D22的阳极相连、泄流二极管D22的阴极与泄流二极管D23的阳极相连，流二极管D23的阴极接地；第一限流电阻R1的另一端与泄流二极管D10的阳极和物联网电路芯片系统30的电源输入端相连组成第一电压节点即输出电压节点VDD，泄流二极管D10～D12同向串联，即泄流二极管D10的阴极与泄流二极管D11的阳极相连、泄流二极管D11的阴极与泄流二极管D12的阳极相连，流二极管D12的阴极接地。
可以拓展的，以第一泄流模块201为基本单元，m个泄流模块级联，假设第一泄流模块201串联的泄流二极管为d个，即，
第一泄流模块201由第一限流电阻R1、泄流二极管D10、D11、……、D1(d-1)组成，第k泄流模块20k由第k限流电阻Rk、泄流二极管Dk0、Dk1、……、Dk(d+k-2)组成，最后一级为第m泄流模块20m由泄流二极管Dm0、Dm1、……、Dm(d+m-2)组成。
根据物联网电路芯片系统30的电压的要求和泄流二极管的开启阈值电压，d可以是大于1的整数，较佳取值为3；级联个数m是大于1的整数，较佳取值为3。
该过压保护电路中电阻R1、R2通常取值较小(例如几十欧姆)。
当能量采集电路采集到的能量较低时，流过D10/D11/D12的电流为I1＝“0”，过压保护电路不消耗任何功耗；
当能量采集电路采集到的能量超过器件所能承受的电压即第一阈值Vth1时，过压保护电路开始启动，D10/D11/D12泄流电路率先启动；
当能量采集电路采集到的能量进一步提升时，电流I1进一步提升，第二电压节点电压V2会随之增大，从而当能量采集电路采集到的能量超过第二阈值Vth2时，D20/D21/D22/D23泄流电路启动；
同理，D30/D31/D32/D33/D34泄流电路启动。
图3为本发明一种无源物联网芯片过压保护电路的实现方法的步骤流程图。如图3所示，本发明一种无源物联网芯片过压保护电路的实现方法，包括如下步骤：
步骤S1，当能量采集电路输出的电压超出第一阈值Vth1时，利用第一泄流模块开始泄流以将能量采集电路输出的电压稳定传输至物联网电路芯片系统；
步骤S2，当能量采集电路输出的电压超出第二阈值Vth2时利用第二泄流模块开始泄流以稳定传输至物联网电路芯片系统；
步骤S3，当能量采集电路输出的电压超出第三阈值Vth3时利用第三泄流模块开始泄流以稳定传输至物联网电路芯片系统。
也就是说，当能量采集电路采集到的能量较低时(输出的电压低于第一阈值Vth1)，流过第一泄流模块的泄流二极管的D10/D11/D12的电流为I1＝“0”，过压保护电路不消耗任何功耗；
当能量采集电路采集到的能量超过器件所能承受的电压即第一阈值Vth1时，过压保护电路开始启动，包含泄流二极管的D10/D11/D12的第一泄流模块率先启动；
当能量采集电路采集到的能量进一步提升时，电流I1进一步提升，第二电压节点电压V2会随之增大，从而当能量采集电路采集到的能量超过第二阈值Vth2时，包含泄流二极管D20/D21/D22/D23的第二泄流模块启动；
当能量采集电路采集到的能量进一步提升时，电流I1进一步提升，第三电压节点V3随之增大，当能量采集电路采集到的能量超过第三阈值Vth3时，包含泄流二极管D30/D31/D32/D33/D34的第三泄流模块启动。
综上所述，本发明一种无源物联网芯片过压保护电路的实现方法通过将m级泄流模块连接在能量采集电路和物联网电路芯片系统之间，各级泄流模块在所述能量采集电路输出的电压超出相应的阈值电压时启动泄流以稳定将所述能量采集电路输出的电压传输至所述物联网电路芯片系统，实现在保证高电压下的大泄流能力的同时保证小电压下极小的漏电电流的目的。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (8)

1.一种无源物联网芯片过压保护电路，包括m级泄流模块，连接在能量采集电路和物联网电路芯片系统之间，各级泄流模块在所述能量采集电路输出的电压超出相应的阈值电压时启动泄流以稳定将所述能量采集电路输出的电压传输至所述物联网电路芯片系统。
2.如权利要求1所述的一种无源物联网芯片过压保护电路，其特征在于：第一级的第一泄流模块包括第一限流电阻以及d个串联的泄流二极管D10、D11、……、D1(d-1)，第k级的第k泄流模块包括第k限流电阻以及(d+k-1)个串联的泄流二极管Dk0、Dk1、……、Dk(d+k-2)，最后一级为第m泄流模块，包括(d+m-1)个串联的泄流二极管Dm0、Dm1、……、Dm(d+m-2)。
3.如权利要求2所述的无源物联网芯片过压保护电路，其特征在于，所述过压保护电路包括：
第一泄流模块，用于在所述能量采集电路输出的电压超出第一阈值Vth1时开始泄流以稳定传输至所述物联网电路芯片系统；
第二泄流模块，用于在所述能量采集电路输出的电压超出第二阈值Vth2时开始泄流以稳定传输至所述物联网电路芯片系统；
第三泄流模块，用于在所述能量采集电路输出的电压超出第三阈值Vth3时开始泄流以稳定传输至所述物联网电路芯片系统。
4.如权利要求3所述的无源物联网芯片过压保护电路，其特征在于：所述第一泄流模块包括第一限流电阻及若干串联的泄流二极管，所述第一限流电阻一端连接第二泄流模块，另一端与该若干串联的泄流二极管的阳极以及所述物联网电路芯片系统的电源输入端相连组成第一电压节点即输出电压节点VDD，该若干串联的泄流二极管同向串联于所述第一限流电阻另一端与地之间。
5.如权利要求3所述的无源物联网芯片过压保护电路，其特征在于：所述第二泄流模块包括第二限流电阻以及若干串联的泄流二极管，所述第二限流电阻一端连接第三泄流模块，另一端与该若干串联的泄流二极管的阳极以及所述第一泄流模块相连组成第二电压节点，该若干串联的泄流二极管同向串联于所述第二限流电阻另一端与地之间。
6.如权利要求3所述的无源物联网芯片过压保护电路，其特征在于：所述第三泄流模块包括若干串联的泄流二极管，所述能量采集电路的输出与该若干串联的泄流二极管的阳极及第二泄流模块的相连组成第三电压节点，该若干串联的泄流二极管同向串联于所述第三电压节点与地之间。
7.一种无源物联网芯片过压保护电路的实现方法，其特征在于：所述方法利用连接在能量采集电路和物联网电路芯片系统之间的m级泄流模块，各级泄流模块在所述能量采集电路输出的电压超出相应的阈值电压时启动泄流以稳定将所述能量采集电路输出的电压传输至所述物联网电路芯片系统。
8.如权利要求7所述的一种无源物联网芯片过压保护电路的实现方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤S1，当能量采集电路输出的电压超出第一阈值Vth1时，利用第一泄流模块开始泄流以将能量采集电路输出的电压稳定传输至物联网电路芯片系统；
步骤S2，当能量采集电路输出的电压超出第二阈值Vth2时利用第二泄流模块开始泄流以稳定传输至物联网电路芯片系统；
步骤S3，当能量采集电路输出的电压超出第三阈值Vth3时利用第三泄流模块开始泄流以稳定传输至物联网电路芯片系统。
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