CN112542940A - 一种输入过压保护电路及包括该电路的电源板 - Google Patents

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魏海山
朱武
陈正文
丁清澍
田伟
唐威
余开庆
孙康康
陈燕平
忻兰苑
谢舜蒙
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Abstract

本发明公开了一种输入过压保护电路及包括该电路的电源板，输入过压保护电路包括：由第一电阻、第二电阻串联而成的第一支路，由第三电阻、稳压源串联而成的第二支路，第一、二支路均连接于输入正端与输入负端之间。输入过压保护电路还包括第一开关管、第二开关管、第一稳压管、第二稳压管、第四电阻及第五电阻。稳压源的阴极连接至第三电阻，阳极连接至输入负端，电压参考极连接至第一电阻与第二电阻之间连接点。第一稳压管并联于稳压源的阴极与阳极之间。第二稳压管的负极连接至第三电阻，正极通过第四电阻连接至输入负端。本发明能够解决现有输入过压保护电路需要额外的辅助电源，大幅提升了整个电路复杂程度的技术问题。

Description

一种输入过压保护电路及包括该电路的电源板
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，尤其是涉及一种应用于电源板的输入过压保护电路及包括该电路的电源板。
背景技术
在电源板的实际应用过程中，当输入电压超过一定范围后，会造成电源板损坏。为规避这一问题，保障电源板的正常应用，常常需要额外增加输入过压保护电路，当输入电压超过应用范围时，及时保护电源板。通常，电源板一般需要具备输入欠压保护、过流保护、输出过压保护、过温保护、输入过压保护等功能。如附图1所示，常用的输入过压保护电路一般利用比较器U1实现，当输入电压高于基准电压时，输入过压保护电路工作，使得电源板停止供电。但是这种保护方式，需要额外为比较器提供辅助电源，大幅提升了整个电路的复杂程度。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种输入过压保护电路及包括该电路的电源板，以解决现有输入过压保护电路需要额外的辅助电源，大幅提升了整个电路复杂程度的技术问题。
为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种输入过压保护电路的技术实现方案，输入过压保护电路，包括：
由第一电阻、第二电阻串联而成的第一支路，所述第一支路连接于输入正端与输入负端之间；
由第三电阻、稳压源串联而成的第二支路，所述第二支路连接于输入正端与输入负端之间；
所述输入过压保护电路还包括第一开关管、第二开关管、第一稳压管、第二稳压管、第四电阻及第五电阻；
所述稳压源的阴极连接至第三电阻，阳极连接至输入负端，电压参考极连接至所述第一电阻与第二电阻之间连接点；
所述第一稳压管并联于稳压源的阴极与阳极之间，所述第一稳压管的负极与稳压源的阴极相连，第一稳压管的正极与所述稳压源的阳极相连；
所述第二稳压管的负极连接至第三电阻，正极通过第四电阻连接至输入负端；
所述第五电阻的一端连接至所述第一电阻与第二电阻之间连接点，另一端通过第二开关管连接至输入负端；
所述第一开关管的栅极连接至所述第二稳压管正极与第四电阻之间的连接点，源极连接至输入负端，所述第一开关管的漏极与源极之间输出电压转换模块的控制信号；
所述第二开关管的栅极与第一开关管的栅极相连，漏极连接至第五电阻的另一端，源极连接至输入负端。
进一步的，当输入正端与输入负端之间的电压处于正常范围时，所述稳压源的电压参考极电位低于设定电压值，稳压源不导通。所述第一稳压管被钳位在对应的稳压电压，经过所述第二稳压管与第四电阻分压，第二稳压管被钳位在对应的稳压电压。
进一步的，当输入正端与输入负端之间的电压处于正常范围时，所述第一稳压管和第二稳压管分别被钳位在对应的稳压电压。所述第一开关管、第二开关管栅源极之间的电压高于阈值电压Vth，第一开关管和第二开关管处于导通状态。此时电压转换模块的ON/OFF脚被下拉至低电平，所述电压转换模块正常工作。
进一步的，当输入正端与输入负端之间的电压继续升高，直至所述稳压源的电压参考极电位高于设定电压值时，所述稳压源导通，所述第一开关管、第二开关管栅源极之间的电压为零，第一开关管和第二开关管关断，所述电压转换模块的ON/OFF脚悬空，此时电压转换模块停止工作。
进一步的，输入正端与输入负端之间的过压回差通过所述第五电阻及第二开关管实现。
进一步的，在输入正端与输入负端之间的电压超出正常范围之前，所述第二电阻与第五电阻并联后再与第一电阻串联分压。在输入正端与输入负端之间的电压超出正常范围之后，所述第一电阻单独与第二电阻串联分压。通过所述第二开关管是否开通，调节输入正端与输入负端之间的过压回差。
进一步的，所述稳压源的电压参考极与输入负端之间还并联有第一电容，所述第一电容用于滤波以防止电压抖动导致所述输入过压保护电路误动作。
进一步的，所述第一稳压管的正极与第二稳压管的正极之间还连接有第二电容，所述第二电容同时并联在第四电阻的两端，所述第二电容用于滤波以防止电压抖动导致所述输入过压保护电路误动作。
进一步的，所述第一开关管和第二开关管均采用MOSFET管。
本发明还另外具体提供了一种输入过压保护电路的技术实现方案，电源板，包括：如上所述的输入过压保护电路，与所述输入过压保护电路输入端相连的防浪涌电路，及与所述输入过压保护电路输出端相连的电压转换模块。当所述电压转换模块的ON/OFF脚与输入负端之间的电压为低电平时，电压转换模块正常工作。当所述电压转换模块的ON/OFF脚与输入负端之间的电压为高电平或悬空时，电压转换模块停止工作，整个电源板进入输入过压保护状态。
通过实施上述本发明提供的输入过压保护电路及包括该电路的电源板的技术方案，具有如下有益效果：
(1)本发明输入过压保护电路及包括该电路的电源板，输入过压保护电路无需额外提供辅助电源电路，直接从输入电压端取电，能够及时保护电源板，提高电源板的可靠性和使用寿命；
(2)本发明输入过压保护电路及包括该电路的电源板，采用TL431芯片、MOSFET管等器件实现输入过压保护功能，电路简单实用，工作可靠性高、价格较低、综合性能好；
(3)本发明输入过压保护电路及包括该电路的电源板，具有输入过压回差调节功能，电路稳定性强；
(4)本发明输入过压保护电路及包括该电路的电源板，经实际检验，电路电源板切实可行、简单可靠，可以推广到类似应用场景中，具有极高的经济价值。
附图说明
为了引用和清楚起见，将下文中使用的技术名词、简写或缩写记载如下：
MOSFET：Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管的简称；
DC-DC：一种在直流电路中将一个电压值的电能变为另一个电压值的电能的装置。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的实施例。
图1是现有技术输入过压保护电路的电路原理图；
图2是本发明电源板一种具体实施例的结构原理框图；
图3是本发明输入过压保护电路一种具体实施例的电路原理图；
图4是本发明电源板一种具体实施例的电路原理图；
图中：1–输入过压保护电路，2–防浪涌电路，3–电压转换模块，10-电源板，V1–第一开关管，V2–第二开关管，V3–第一稳压管，V4–第二稳压管，R1–第一电阻，R2–第二电阻，R3–第三电阻，R4–第四电阻，R5–第五电阻，N1–稳压源，C1–第一电容，C2–第二电容。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
如附图2至附图4所示，给出了本发明输入过压保护电路及包括该电路的电源板的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
如附图3所示，一种本发明输入过压保护电路的实施例，具体包括：
由第一电阻R1、第二电阻R2串联而成的第一支路，第一支路连接于输入正端与输入负端之间；
由第三电阻R3、稳压源N1串联而成的第二支路，第二支路连接于输入正端与输入负端之间。稳压源N1可以具体采用TL431，TL431具有三个管脚，a脚是输入电压参考极，b脚是阴极，c脚是阳极。
输入过压保护电路1还包括第一开关管V1、第二开关管V2、第一稳压管V3、第二稳压管V4、第四电阻R4及第五电阻R5。第一开关管V1和第二开关管V2均采用MOSFET管。
稳压源N1的阴极连接至第三电阻R3，阳极连接至输入负端，电压参考极连接至第一电阻R1与第二电阻R2之间连接点。
第一稳压管V3并联于稳压源N1的阴极与阳极之间，第一稳压管V3的负极与稳压源N1的阴极相连，第一稳压管V3的正极与稳压源N1的阳极相连。
第二稳压管V4的负极连接至第三电阻R3，正极通过第四电阻R4连接至输入负端。
第五电阻R5的一端连接至第一电阻R1与第二电阻R2之间连接点，另一端通过第二开关管V2连接至输入负端。
第一开关管V1的栅极连接至第二稳压管V4正极与第四电阻R4之间的连接点，源极连接至输入负端，第一开关管V1的漏极与源极之间输出电压转换模块3的控制信号。
第二开关管V2的栅极与第一开关管V1的栅极相连，漏极连接至第五电阻R5的另一端，源极连接至输入负端。
当输入正端与输入负端之间的电压处于正常范围时，稳压源N1的电压参考极电位低于设定电压值(如：2.5V)，稳压源N1不导通。第一稳压管V3被钳位在对应的稳压电压，经过第二稳压管V4与第四电阻R4分压，第二稳压管V4被钳位在对应的稳压电压。第一开关管V1、第二开关管V2栅源极之间的电压高于阈值电压Vth，第一开关管V1和第二开关管V2处于导通状态。此时，电压转换模块3的ON/OFF脚被下拉至低电平(即地)，电压转换模块3正常工作。
当输入正端与输入负端之间的电压继续升高，直至稳压源N1的电压参考极电位高于设定电压值(如：2.5V)时，稳压源N1导通，第一开关管V1、第二开关管V2栅源极之间的电压为零，第一开关管V1和第二开关管V2关断，电压转换模块3的ON/OFF脚悬空，此时电压转换模块3停止工作。
输入正端与输入负端之间的过压回差通过第五电阻R5及第二开关管V2实现。在输入正端与输入负端之间的电压超出正常范围(即输入过压)之前，第二电阻R2与第五电阻R5并联后再与第一电阻R1串联分压。在输入正端与输入负端之间的电压超出正常范围之后，第一电阻R1单独与第二电阻R2串联分压。通过第二开关管V2是否开通，调节输入正端与输入负端之间的过压回差。例如：输入过压保护点为35.4V，输入过压恢复点为34.4V。
稳压源N1的电压参考极与输入负端之间还并联有第一电容C1，第一电容C1用于滤波以防止电压抖动导致输入过压保护电路1误动作。第一稳压管V3的正极与第二稳压管V4的正极之间还连接有第二电容C2，第二电容C2同时并联在第四电阻R4的两端，第二电容C2用于滤波以防止电压抖动导致输入过压保护电路1误动作。
实施例1利用TL431、MOSFET管、稳压管、电阻和电容搭建输入过压保护电路，整个电路无需提供额外的辅助电源，而直接从输入电压端取电，能够及时保护电源板，提高电源板的可靠性和使用寿命。经实际检验，该实施例描述的电路简单可行、稳定可靠，能够很好地保护电源板，同时具有极高的经济价值。
实施例2
如附图2和附图4所示，一种电源板的实施例，具体包括：如实施例1所述的输入过压保护电路1，与输入过压保护电路1输入端相连的防浪涌电路2，及与输入过压保护电路1输出端相连的电压转换模块3。当电压转换模块3的ON/OFF脚与输入负端Vin-之间的电压为低电平时，电压转换模块3正常工作。当电压转换模块3的ON/OFF脚与输入负端之间的电压为高电平或悬空时，电压转换模块3停止工作，整个电源板进入输入过压保护状态。
输入过压保护电路1放置于防浪涌电路2和(隔离)电压转换模块3之间。(隔离)电压转换模块的输入端具有三个引脚，分别是输入正、输入负和ON/OFF。实施例2通过控制ON/OFF脚和输入负之间的电压，起到输入过压保护功能。其中，防浪涌电路2用于将输入至输入过压保护电路1的电压限制在电路所能承受的电压范围内，可以采用现有技术中各种常用的防浪涌电路结构。电压转换模块3是一种DC-DC电源板，其功能是将输入直流电压转换成所需要的直流电压。
通过实施本发明具体实施例描述的输入过压保护电路及包括该电路的电源板的技术方案，能够产生如下技术效果：
(1)本发明具体实施例描述的输入过压保护电路及包括该电路的电源板，输入过压保护电路无需额外提供辅助电源电路，直接从输入电压端取电，能够及时保护电源板，提高电源板的可靠性和使用寿命；
(2)本发明具体实施例描述的输入过压保护电路及包括该电路的电源板，采用TL431芯片、MOSFET管等器件实现输入过压保护功能，电路简单实用，工作可靠性高、价格较低、综合性能好；
(3)本发明具体实施例描述的输入过压保护电路及包括该电路的电源板，具有输入过压回差调节功能，电路稳定性强；
(4)本发明具体实施例描述的输入过压保护电路及包括该电路的电源板，经实际检验，电路切实可行、简单可靠，可以推广到类似应用场景中，具有极高的经济价值。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (10)

1.一种输入过压保护电路，其特征在于，包括：
由第一电阻(R1)、第二电阻(R2)串联而成的第一支路，所述第一支路连接于输入正端与输入负端之间；
由第三电阻(R3)、稳压源(N1)串联而成的第二支路，所述第二支路连接于输入正端与输入负端之间；
所述输入过压保护电路(1)还包括第一开关管(V1)、第二开关管(V2)、第一稳压管(V3)、第二稳压管(V4)、第四电阻(R4)及第五电阻(R5)；
所述稳压源(N1)的阴极连接至第三电阻(R3)，阳极连接至输入负端，电压参考极连接至所述第一电阻(R1)与第二电阻(R2)之间连接点；
所述第一稳压管(V3)并联于稳压源(N1)的阴极与阳极之间，所述第一稳压管(V3)的负极与稳压源(N1)的阴极相连，第一稳压管(V3)的正极与所述稳压源(N1)的阳极相连；
所述第二稳压管(V4)的负极连接至第三电阻(R3)，正极通过第四电阻(R4)连接至输入负端；
所述第五电阻(R5)的一端连接至所述第一电阻(R1)与第二电阻(R2)之间连接点，另一端通过第二开关管(V2)连接至输入负端；
所述第一开关管(V1)的栅极连接至所述第二稳压管(V4)正极与第四电阻(R4)之间的连接点，源极连接至输入负端，所述第一开关管(V1)的漏极与源极之间输出电压转换模块(3)的控制信号；
所述第二开关管(V2)的栅极与第一开关管(V1)的栅极相连，漏极连接至第五电阻(R5)的另一端，源极连接至输入负端。
2.根据权利要求1所述的输入过压保护电路，其特征在于：当输入正端与输入负端之间的电压处于正常范围时，所述稳压源(N1)的电压参考极电位低于设定电压值，稳压源(N1)不导通；所述第一稳压管(V3)被钳位在对应的稳压电压，经过所述第二稳压管(V4)与第四电阻(R4)分压，第二稳压管(V4)被钳位在对应的稳压电压。
3.根据权利要求2所述的输入过压保护电路，其特征在于：当输入正端与输入负端之间的电压处于正常范围时，所述第一稳压管(V3)和第二稳压管(V4)分别被钳位在对应的稳压电压；所述第一开关管(V1)、第二开关管(V2)栅源极之间的电压高于阈值电压Vth，第一开关管(V1)和第二开关管(V2)处于导通状态；此时电压转换模块(3)的ON/OFF脚被下拉至低电平，所述电压转换模块(3)正常工作。
4.根据权利要求3所述的输入过压保护电路，其特征在于：当输入正端与输入负端之间的电压继续升高，直至所述稳压源(N1)的电压参考极电位高于设定电压值时，所述稳压源(N1)导通，所述第一开关管(V1)、第二开关管(V2)栅源极之间的电压为零，第一开关管(V1)和第二开关管(V2)关断，所述电压转换模块(3)的ON/OFF脚悬空，此时电压转换模块(3)停止工作。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的输入过压保护电路，其特征在于：输入正端与输入负端之间的过压回差通过所述第五电阻(R5)及第二开关管(V2)实现。
6.根据权利要求5所述的输入过压保护电路，其特征在于：在输入正端与输入负端之间的电压超出正常范围之前，所述第二电阻(R2)与第五电阻(R5)并联后再与第一电阻(R1)串联分压；在输入正端与输入负端之间的电压超出正常范围之后，所述第一电阻(R1)单独与第二电阻(R2)串联分压；通过所述第二开关管(V2)是否开通，调节输入正端与输入负端之间的过压回差。
7.根据权利要求1、2、3、4或6所述的输入过压保护电路，其特征在于：所述稳压源(N1)的电压参考极与输入负端之间还并联有第一电容(C1)，所述第一电容(C1)用于滤波以防止电压抖动导致所述输入过压保护电路(1)误动作。
8.根据权利要求7所述的输入过压保护电路，其特征在于：所述第一稳压管(V3)的正极与第二稳压管(V4)的正极之间还连接有第二电容(C2)，所述第二电容(C2)同时并联在第四电阻(R4)的两端，所述第二电容(C2)用于滤波以防止电压抖动导致所述输入过压保护电路(1)误动作。
9.根据权利要求1、2、3、4、6或8所述的输入过压保护电路，其特征在于：所述第一开关管(V1)和第二开关管(V2)均采用MOSFET管。
10.一种电源板，其特征在于，包括：如权利要求1至9中任一项所述的输入过压保护电路(1)，与所述输入过压保护电路(1)输入端相连的防浪涌电路(2)，及与所述输入过压保护电路(1)输出端相连的电压转换模块(3)；当所述电压转换模块(3)的ON/OFF脚与输入负端之间的电压为低电平时，电压转换模块(3)正常工作；当所述电压转换模块(3)的ON/OFF脚与输入负端之间的电压为高电平或悬空时，电压转换模块(3)停止工作，整个电源板进入输入过压保护状态。
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