CN112086945B - 一种过压保护电路以及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种过压保护电路以及电子设备，该过压保护电路包括：检测电路，用于对输出电压进行检测；第一保护电路，连接检测电路，响应于输出电压的变化幅度大于第一设定阈值，输出相应的控制信号；第二保护电路，连接检测电路，响应于输出电压大于第二设定阈值且超过设定时间，输出相应的控制信号；控制电路，连接第一保护电路和第二保护电路，响应于第一保护电路或第二保护电路输出的控制信号，对输出电压进行过压保护调节。通过上述方式，能适用于不同的过压方式，对晶体管、芯片有更好的保护。

Description

一种过压保护电路以及电子设备

技术领域

本申请涉及电路技术领域，特别是涉及一种过压保护电路以及电子设备。

背景技术

过压保护(Over Voltage Protection，OVP)是指被保护线路电压超过预定的最大值时，使电源断开或使受控设备电压降低的一种保护方式。

对于半导体器件和芯片，设计者需要特别注意过压保护的设计，尤其是对要求过压保护和低失真、低噪声、高带宽的放大器模块的OVP设计。导致过压可能是人为的错误，例如把芯片的输入端对高压电源短路，也可能是应用中的错误，例如变送器通常输出的电压要高于芯片的电源电压。过压可能会导致器件或芯片的失效，严重时可导致器件或芯片的烧毁。

发明内容

为解决上述问题，本申请提供了一种过压保护电路以及电子设备，能适用于不同的过压方式，对晶体管、芯片有更好的保护。

本申请采用的一个技术方案是：提供一种过压保护电路，该过压保护电路包括：检测电路，用于对输出电压进行检测；第一保护电路，连接检测电路，响应于输出电压的变化幅度大于第一设定阈值，输出相应的控制信号；第二保护电路，连接检测电路，响应于输出电压大于第二设定阈值且超过设定时间，输出相应的控制信号；控制电路，连接第一保护电路和第二保护电路，响应于第一保护电路或第二保护电路输出的控制信号，对输出电压进行过压保护调节。

其中，检测电路包括：分压电路，用于对输出电压进行分压；第一比较电路，连接分压电路，用于将分压后的输出电压与第一基准电压进行比较。

其中，分压电路包括：第一电阻，输出电压从第一电阻的第一端输入，第一电阻的第二端作为分压输出；第二电阻，第二电阻的第一端连接第一电阻的第二端，第二电阻的第二端接地。

其中，第一比较电路，包括：误差放大器，误差放大器的第一输入端输入第一基准电压，误差放大器的第二输入端连接第一电阻的第二端；电容，电容的第一端连接误差放大器的第二输入端，电容的第二端连接误差放大器的输出端。

其中，第一保护电路包括：第二比较器，第二比较器的第一输入端连接检测电路的输出端，用于输入检测电流，第二比较器的第二输入端输入基准电流。

其中，基准电流包括第一基准电流和第二基准电流，第一基准电流小于第二基准电流；控制电路响应于检测电路输出的检测电流大于第一基准电流，降低输出电压的电压值；或控制电路响应于检测电路输出的检测电流大于第二基准电流，停止输出电压的输出。

其中，控制电路响应于检测电路输出的检测电流小于第三基准电流，恢复输出电压的输出，其中，第三基准电流小于第一基准电流。

其中，第二保护电路包括：第三比较器，第三比较器的第一端连接检测电路的输出端，第三比较器的第二输入端输入第二基准电压。

其中，控制电路响应于检测电路输出的检测电压大于第二基准电压，停止输出电压的输出。

其中，控制电路包括：逻辑或电路，逻辑或电路的第一输入端连接第一保护电路的输出端，逻辑或电路的第二输入端连接第二保护电路的输出端；乘法电路，乘法电路的输入端连接逻辑或电路的输出端；驱动电路，连接乘法电路的输出端和逻辑或电路的输出端，用于根据乘法电路和逻辑或电路输出的控制信号对输出电压进行过压保护调节。

其中，驱动电路为IGBT驱动电路，用于根据乘法电路和逻辑或电路输出的控制信号实现关断，对输出电压进行过压保护调节。

本申请采用的另一个技术方案是：提供一种电子设备，该电子设备包括如上述的过压保护电路。

本申请提供的过压保护电路包括：检测电路，用于对输出电压进行检测；第一保护电路，连接检测电路，响应于输出电压的变化幅度大于第一设定阈值，输出相应的控制信号；第二保护电路，连接检测电路，响应于输出电压大于第二设定阈值且超过设定时间，输出相应的控制信号；控制电路，连接第一保护电路和第二保护电路，响应于第一保护电路或第二保护电路输出的控制信号，对输出电压进行过压保护调节。通过上述方式，通过设置第一保护电路对动态电压变化进行检测，通过设置第二保护电路对静态电压变化进行检测，适用于更多的过压情况，另外，通过设置控制电路，能够对电压进行降压或者停止，耐压高，泄流能力大，对晶体管、芯片等电子元器件起到了很好的保护作用。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1是本申请提供的过压保护电路一实施例的结构示意图；

图2是本申请提供的检测电路的电路示意图；

图3是本申请的第一保护电路的电路示意图；

图4是本申请的第二保护电路的电路示意图；

图5是本申请提供的控制电路的电路示意图；

图6是本申请提供的过压保护电路一实施例的电路示意图；

图7是本申请提供的电子设备的结构示意图。

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。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。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。

本申请中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

参阅图1，图1是本申请提供的过压保护电路一实施例的结构示意图，该过压保护电路100包括检测电路10、第一保护电路21、第二保护电路22和控制电路30。

其中，第一保护电路21连接检测电路10，第二保护电路22连接检测电路10，控制电路30连接第一保护电路21和第二保护电路22。

其中，检测电路10用于对输出电压Vout进行检测；第一保护电路21响应于输出电压Vout的变化幅度大于第一设定阈值，输出相应的控制信号；第二保护电路22响应于输出电压大于第二设定阈值且超过设定时间，输出相应的控制信号；控制电路30响应于第一保护电路21或第二保护电路22输出的控制信号，对输出电压Vout进行过压保护调节，最终输出调节的电压V0或者停止电压输出。

可以理解地，本实施例中的过压保护电路需要检测电压的瞬时变化，即电压在短时间内的巨大变化，因此，可以通过一个比较电路来判断输出电压是否大于预设的第一基准电压。

具体地，如图2所示，图2是本申请提供的检测电路的电路示意图，该检测电路10可以包括分压电路和第一比较电路。其中，分压电路包括第一电阻R1和第二电阻R2，输出电压Vout从第一电阻R1的第一端输入，第一电阻R2的第二端作为分压输出；第二电阻R2的第一端连接第一电阻R1的第二端，第二电阻R2的第二端接地。其中，第一比较电路包括误差放大器C1和电容CC，误差放大器C1的第一输入端输入第一基准电压V1，误差放大器C1的第二输入端连接第一电阻R1的第二端；电容CC的第一端连接误差放大器C1的第二输入端，电容CC的第二端连接误差放大器C1的输出端。

在上述的电路中，将从电阻R1上会检测到一个ΔV的变化，通过电容CC将比较器的输出端与一个输入端连接，建立了反馈，该变化通过INV引脚反馈，经过EA放大后产生的检测电压ΔV与相对应的检测电流ΔI。

下面再对第一保护电路21和第二保护电路22进行介绍。

参阅图3，图3是本申请的第一保护电路的电路示意图，第一保护电路21包括第二比较器C2，第二比较器C2的第一输入端连接检测电路21的输出端，用于输入检测电流，第二比较器C2的第二输入端输入基准电流。

其中，在一实施例中，基准电流包括第一基准电流I1和第二基准电流I2，第一基准电流I1小于第二基准电流I2。

在一实施例中，控制电路30响应于检测电路10输出的检测电流ΔI大于第一基准电流I1，降低输出电压Vout的电压值，即V0小于Vout。

在另一实施例中，控制电路30响应于检测电路10输出的检测电流ΔI大于第二基准电流I2，停止输出电压Vout的输出。

在一实施例中，我们需要检测检测电流ΔI达到约21μA，因此，对于第一基准电流I1的设置，可以略小于21μA，例如20μA，第二基准电流I2可以设置为27μA。具体地，当检测电流ΔI达约21μA时，或者达到20μA，降低输出电压Vout。若检测电流ΔI继续增大达到27μA，将直接关断输出电压Vout，停止工作。

另外，控制电路30响应于检测电路10输出的检测电流ΔI小于第三基准I3电流，恢复输出电压的输出，其中，第三基准电流小于第一基准电流。例如，直到第三基准电流I3可以设置为7μA，当检测电流ΔI小于7μA后，过压保护被解除，系统恢复正常。

上述各种基准电流的设置需要根据输出电压Vout的电压值以及过压保护电路中各个元器件的参数来进行设置。

参阅图4，图4是本申请的第二保护电路的电路示意图，第二保护电路21包括第三比较器C3，第三比较器C3的第一端连接检测电路10的输出端，第三比较器C3的第二输入端输入第二基准电压V2。

可选地，结合上述图2的实施例中，在一实施例中，第一基准电压V1设置为2.5V，第二基准电压V2设置为2.25V。

在本实施例中，控制电路30响应于检测电路10输出的检测电压ΔV大于第二基准电压V2，停止输出电压Vout的输出。

可以理解地，输出电压Vout长时间高于正常输出范围时(例如负载很小的情况)，此时，第一比较器C1的INV引脚检测到的电压反馈值很大，第一比较器C1的输出端COMP将输出低电平，第一比较器C1将进入饱和区，当第三比较器C3检测到COMP端的电压小于2.25V时，第三比较器C3被触发输出控制信号，控制信号将使得控制电路30停止电压输出工作。进一步，输出电压恢复到正常范围后，第一比较器C1的输出重新回到线性区，系统恢复正常工作。

参阅图5，图5是本申请提供的控制电路的电路示意图，控制电路30包括逻辑或电路31、乘法电路32和驱动电路33。

其中，逻辑或电路31的第一输入端连接第一保护电路21的输出端，逻辑或电路31的第二输入端连接第二保护电路22的输出端；乘法电路32的输入端连接逻辑或电路31的输出端；驱动电路33连接乘法电路32的输出端和逻辑或电路31的输出端，用于根据乘法电路32和逻辑或电路31输出的控制信号对输出电压Vout进行过压保护调节。

其中，第一保护电路21和第二保护电路22的输出可以影响乘法电路32的输出，乘法电路32的输出、第一保护电路21和第二保护电路22的输出进一步对驱动电路33进行控制。

可选地，驱动电路33为IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)驱动电路，用于根据乘法电路32和逻辑或电路输出31的控制信号实现关断，对输出电压Vout进行过压保护调节。

可以理解地，驱动电路33中晶体管可由CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体)工艺、BJT(Bipolar Junction Transistor，双极结型晶体管)工艺、BCD(Bioolar-CMOS-DMOS，)工艺、SOI(Silicon-On-Insulator，绝缘衬底上的硅)工艺中的一种或者多种制作。

下面参阅图6，图6是本申请提供的过压保护电路一实施例的电路示意图，并结合上述图1-图5，通过一具体的电路进行说明。

该电路主要包括动态OVP部分(对应第一保护电路)和静态OVP部分(对应第二保护电路)。

首先，会从电阻R1上会检测到一个ΔV的变化，该变化通第一比较器C1的INV引脚反馈，经过第一比较器C1放大后产生的ΔV与相对应的检测电流ΔI，检测电流ΔI将流入动态OVP部分并与预设的基准值(I1/I2)比较，当该检测电流ΔI达约21μA时，将影响乘法器(MULTIPILER)的输出值，迫使驱动电路(DRIVER)中IGBT的导通时间降低，从而降低输出电压Vout。若电流ΔI继续增大达到27μA，将直接强迫IGBT关断，整个电压输出系统停止工作。直到ΔI小于7μA后，动态过压保护被解除，系统恢复正常。

当整个系统的输出电压Vout长时间高于正常输出范围时(例如负载很小的情况)，需要使用静态过压保护部分。此时，第一比较器C1的INV引脚检测到的电压反馈值很大，第一比较器C1的输出端COMP将输出低电平，第一比较器C1将进入饱和区，当静态过压保护模块检测到COMP端的电压小于2.25V时，静态过压保护被触发，控制信号将强迫使驱动电路中的IGBT关断，整个电压输出系统停止工作。系统的输出电压恢复到正常范围后，第一比较器C1的输出重新回到线性区，系统恢复正常工作。

区别于现有技术，本实施例提供的过压保护电路包括：检测电路，用于对输出电压进行检测；第一保护电路，连接检测电路，响应于输出电压的变化幅度大于第一设定阈值，输出相应的控制信号；第二保护电路，连接检测电路，响应于输出电压大于第二设定阈值且超过设定时间，输出相应的控制信号；控制电路，连接第一保护电路和第二保护电路，响应于第一保护电路或第二保护电路输出的控制信号，对输出电压进行过压保护调节。通过上述方式，通过设置第一保护电路对动态电压变化进行检测，通过设置第二保护电路对静态电压变化进行检测，适用于更多的过压情况，另外，通过设置控制电路，能够对电压进行降压或者停止，耐压高，泄流能力大，对晶体管、芯片等电子元器件起到了很好的保护作用。

参阅图7，图7是本申请提供的电子设备的结构示意图，该电子设备70中设置有过压保护电路100，该过压保护电路100是如上述各个实施例中的过压保护电路。

在本实施例中，该电子设备70可以电源设备，例如应用于交流电的开关电源，也可以其他带有电源的电子设备，例如烹饪设备，如电磁炉、电饭锅、电压力锅、热水器、微波炉等。

在本申请所提供的几个实施方式中，应该理解到，所揭露的方法以及设备，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施方式仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

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单元来实现本实施方式方案的目的。

另外，在本申请各个实施方式中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，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，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是根据本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种过压保护电路，其特征在于，所述过压保护电路包括：

检测电路，包括第一比较电路，所述第一比较电路包括误差放大器，所述误差放大器的第一输入端输入第一基准电压，所述误差放大器的第二输入端用于待检测的输出电压的输入，并通过一电容连接所述误差放大器的输出端，所述误差放大器的输出端连接电压源；

第一保护电路，包括第二比较器，所述第二比较器的第一输入端连接所述误差放大器的输出端，用于输入所述误差放大器的第二输入端反馈放大的检测电流，所述第二比较器的第二输入端输入基准电流，所述第二比较器的输出端响应于所述检测电流大于基准电流，输出相应的控制信号；

第二保护电路，包括第三比较器，所述第三比较器的第一端连接所述误差放大器的输出端，所述第三比较器的第二输入端输入第二基准电压，所述第三比较器的输出端响应于所述误差放大器的输出端的电压小于第二基准电压，输出相应的控制信号；

控制电路，连接所述第一保护电路和所述第二保护电路，响应于所述第一保护电路或所述第二保护电路输出的控制信号，对所述输出电压进行过压保护调节。

2.根据权利要求1所述的过压保护电路，其特征在于，

所述检测电路包括：

分压电路，用于对所述输出电压进行分压，并将分压后的所述输出电压输入至所述误差放大器的第二输入端。

3.根据权利要求2所述的过压保护电路，其特征在于，

所述分压电路包括：

第一电阻，所述输出电压从所述第一电阻的第一端输入，所述第一电阻的第二端作为分压输出；

第二电阻，所述第二电阻的第一端连接所述第一电阻的第二端，所述第二电阻的第二端接地。

4.根据权利要求1所述的过压保护电路，其特征在于，

所述基准电流包括第一基准电流和第二基准电流，所述第一基准电流小于所述第二基准电流；

所述控制电路响应于所述误差放大器输出的检测电流大于所述第一基准电流，降低所述输出电压的电压值；或

所述控制电路响应于所述误差放大器输出的检测电流大于所述第二基准电流，停止所述输出电压的输出。

5.根据权利要求4所述的过压保护电路，其特征在于，

所述控制电路响应于所述误差放大器输出的检测电流小于第三基准电流，恢复所述输出电压的输出，其中，所述第三基准电流小于所述第一基准电流。

6.根据权利要求1所述的过压保护电路，其特征在于，

所述控制电路响应于所述误差放大器输出的检测电压小于所述第二基准电压，停止所述输出电压的输出。

7.根据权利要求1所述的过压保护电路，其特征在于，

控制电路包括：

逻辑或电路，所述逻辑或电路的第一输入端连接所述第一保护电路的输出端，所述逻辑或电路的第二输入端连接所述第二保护电路的输出端；

乘法电路，所述乘法电路的输入端连接所述逻辑或电路的输出端；

驱动电路，连接所述乘法电路的输出端和所述逻辑或电路的输出端，用于根据所述乘法电路和所述逻辑或电路输出的控制信号对所述输出电压进行过压保护调节。

8.根据权利要求7所述的过压保护电路，其特征在于，

所述驱动电路为IGBT驱动电路，用于根据所述乘法电路和所述逻辑或电路输出的控制信号实现关断，对所述输出电压进行过压保护调节。

9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求1-8任一项所述的过压保护电路。

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