CN113765082A - 一种电源输入保护装置、电子元件及电子设备 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种电源输入保护装置、电子元件及电子设备，该装置至少包括：过压保护单元；其中，过压保护单元的第一输入端与电源连接，过压保护单元的第一输出端接地，过压保护单元第二输出端与待保护的电子元件的输入端连接，在第一输入端输入的电压值小于或等于第一阈值的情况下，第一输入端与第二输出端连通；过压保护单元至少包括第一控制单元，第一控制单元在第一输入端输入的电压值大于第一阈值的情况下，控制第一输入端与第一输出端连通。本公开通过设置具有接地端的过压保护单元，在操作人员出现误操作的情况下，将电源输入的超出额定范围的电压直接进行接地处理，避免因电压过高导致电子元件的损坏，极大地降低了元件损坏的风险。

Description

一种电源输入保护装置、电子元件及电子设备

技术领域

本公开涉及电子技术领域，特别涉及一种电源输入保护装置、电子元件及电子设备。

背景技术

目前所使用的各类电子元件均具有一个额定的电压输入范围，在其范围内，电子元件可以正常工作，为了防止操作人员随意设置或误操作电源导致电子元件的输入电压超过其额定范围而导致元件损坏的情况出现，通常会在各类元件中增加保险丝等保护措施。但是，针对要求较高的元器件或电路板等电子元件来说，保险丝无法达到较好的保护作用，在大批量验证产品时依旧存在产品损坏的风险。

发明内容

本公开实施例的目的在于提供一种电源输入保护装置、电子元件及电子设备，用以解决现有技术中保险丝保护效果差，存在产品损坏风险的问题。

本公开的实施例采用如下技术方案：一种电源输入保护装置，至少包括：过压保护单元；其中，所述过压保护单元的第一输入端与电源连接，所述过压保护单元的第一输出端接地，所述过压保护单元第二输出端与待保护的电子元件的输入端连接，在所述第一输入端输入的电压值小于或等于第一阈值的情况下，所述第一输入端与所述第二输出端连通；所述过压保护单元至少包括第一控制单元，所述第一控制单元在所述第一输入端输入的电压值大于第一阈值的情况下，控制所述第一输入端与所述第一输出端连通。

在一些实施例中，所述第一控制单元至少包括：第一晶体管、第一分压电阻以及第二分压电阻；其中，所述第一晶体管的第一极与所述第一输入端和所述第二输出端连接，所述第一晶体管的第二极与所述第一输出端连接，所述第一分压电阻的第一端与所述第一输入端连接，所述第一分压电阻的第二端与所述第二分压电阻的第一端以及所述第一晶体管的栅极连接，所述第二分压电阻的第二端与所述第一晶体管的第二极连接。

在一些实施例中，所述第一晶体管为N型晶体管，在所述第一输入端输入的电压值大于第一阈值的情况下，所述第一晶体管的栅极上所施加的电压大于所述第一晶体管的开启电压，所述第一晶体管的第一极和第二极导通，使第一输入单元与所述第一输出端连通。

在一些实施例中，所述第一分压电阻和所述第二分压电阻均为阻值可调电阻。

在一些实施例中，所述第一控制单元还包括：第一电容，其中，所述第一电容的第一极与所述第一晶体管的栅极连接，所述第一电容的第二极与所述第一晶体管的第二极连接。

在一些实施例中，还包括：极性保护单元，所述极性保护单元的第一极与所述电源连接，所述极性保护单元的第二极与所述过压保护单元的第一输入端连接，以使所述电源在输出正向电压时与所述过压保护单元的第一输入端连通。

在一些实施例中，所述极性保护单元至少包括：二极管，其中，所述二极管的正极与所述电源连接，所述二极管的负极与所述过压保护单元的第一输入端连接。

在一些实施例中，还包括：第一限流电阻和第二限流电阻；其中，所述第一限流电阻设置在所述电源和所述过压保护单元的第一输入端之间，所述第二限流电阻设置在所述过压保护单元的第二输出端与所述待保护的电子元件的输入端之间。

本公开的实施例还提供了一种电子元件，所述电子元件至少包括上述的电源输入保护装置，并且所述电源输入保护装置与所述电子元件的供电端连接。

本公开的实施例还提供了一种电子设备，包括上述的电子元件。

本公开实施例的有益效果在于：通过设置具有接地端的过压保护单元，在操作人员出现误操作的情况下，将电源输入的超出额定范围的电压直接进行接地处理，避免因电压过高导致电子元件的损坏，极大地降低了元件损坏的风险。

附图说明

为了更清楚地说明本公开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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开第一实施例中电源输入保护装置的示意图；

图2为本公开第一实施例中过压保护单元的电路结构示意图；

图3为本公开第一实施例中电源输入保护装置的另一种示意图；

图4为本公开第一实施例中过压保护单元的另一种结构示意图。

具体实施方式

此处参考附图描述本公开的各种方案以及特征。

应理解的是，可以对此处申请的实施例做出各种修改。因此，上述说明书不应该视为限制，而仅是作为实施例的范例。本领域的技术人员将想到在本公开的范围和精神内的其他修改。

包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，并且与上面给出的对本公开的大致描述以及下面给出的对实施例的详细描述一起用于解释本公开的原理。

通过下面参照附图对给定为非限制性实例的实施例的优选形式的描述，本公开的这些和其它特性将会变得显而易见。

还应当理解，尽管已经参照一些具体实例对本公开进行了描述，但本领域技术人员能够确定地实现本公开的很多其它等效形式，它们具有如权利要求的特征并因此都位于借此所限定的保护范围内。

当结合附图时，鉴于以下详细说明，本公开的上述和其他方面、特征和优势将变得更为显而易见。

此后参照附图描述本公开的具体实施例；然而，应当理解，所申请的实施例仅仅是本公开的实例，其可采用多种方式实施。熟知和/或重复的功能和结构并未详细描述以避免不必要或多余的细节使得本公开模糊不清。因此，本文所申请的具体的结构性和功能性细节并非意在限定，而是仅仅作为权利要求的基础和代表性基础用于教导本领域技术人员以实质上任意合适的详细结构多样地使用本公开。

本说明书可使用词组“在一种实施例中”、“在另一个实施例中”、“在又一实施例中”或“在其他实施例中”，其均可指代根据本公开的相同或不同实施例中的一个或多个。

目前所使用的各类电子元件均具有一个额定的电压输入范围，在其范围内，电子元件可以正常工作，为了防止操作人员随意设置或误操作电源导致电子元件的输入电压超过其额定范围而导致元件损坏的情况出现，通常会在各类元件中增加保险丝等保护措施，在大批量设计出货时可以大幅度降低企业的生产成本。

但是，保险丝的使用缺点同样明显。例如，其在烧断后，必须找到相同规格的保险丝才能进行替换，相当于增加了维修的难度和成本；同时，保险丝的原理使用的是过流保护，对于一些要求比较高的元器件以及逻辑电路并不能很好的发挥保护的作用；在大批量进行产品验证的时候，若电源接错，可能导致所有产品全部损坏，造成巨大经济损失。

为了解决上述问题，本公开提出了一种电源输入保护装置，其用于与电源和待保护的电子元件的输入端之间，实现对电子元件的电源保护。图1示出了本实施例中电源输入保护装置的示意图，其主要包括一个过压保护单元10，其中，过压保护单元10的第一输入端与电源20连接，过压保护单元10的第一输出端直接接地，其同时具有一第二输出端连接待保护的电子元件30。其中，接地端可以是电子元件30的接地端，也可以是独立设置的接地端或其他元件的接地端，本实施例不进行限制，图1中以第一输出端连接电子元件30的接地端为例。

在第一输入端输入的电压值小于或等于第一阈值时，过压保护单元10中的第一输入端与第二输出端连通，使电源20输出的电压输入到电子元件30中，实现对电子元件30的供电。进一步地，过压保护单元10中至少包括第一控制单元11，第一控制单元11主要用于在电源20输入的电压值超过第一阈值时，控制第一输入端与第一输出端连通，使电源20输入的高于第一阈值的电压不会输入到电子元件30中，起到保护电子元件30的作用。具体地，第一阈值的具体值可以根据电子元件30的额定使用范围进行确定，本实施例不进行具体范围的限制。

图2示出了过压保护单元10的电路结构示意图，其主要包括第一晶体管M1、第一分压电阻R1以及第二分压电阻R2。如图2所示，第一晶体管M1的第一极与第一输入端和第二输出端连接，第一晶体管M1的第二极与第一输出端连接，第一分压电阻R1的第一端与第一输入端连接，第一分压电阻R1的第二端与第二分压电阻R2的第一端以及第一晶体管M1的栅极连接，第二分压电阻R2的第二端与第一晶体管M2的第二极连接。

具体地，本实施例中所使用的第一晶体管为N型mos管，在其栅极上所施加的电压大于其自身的开启电压时，mos管的源极和漏极之间导通，因此可以起到一个开关控制的效果。本实施例中，第一晶体管M1的栅极上所施加的电压为实际为第二分压电阻R2两端的偏置电压，而上述偏置电压是基于第一分压电阻R1和第二分压电阻R2的阻值确定的，在进行R1和R2的阻值确定时，需要根据M1的开启电压进行计算，保证在经过分压后，当第一输入端输入的电压超过第一阈值时，R2两端的偏置电压大于M1的开启电压即可。需要注意的是，在将M1的第一极定义为源极时，其第二极则定义为漏极，若将M1的第一极定义为漏极，则第二极定义为源极即可，二者实质上没有区别，只要能保证在栅极电压大于开启电压时两极之间导通即可。

进一步地，在第一输入端输入的电压值大于第一阈值的情况下，第一晶体管M1的栅极上施加的电压(即R2两端的偏置电压)会大于其自身的开启电压，使M1的第一极和第二极导通，参考图2的电路结构，在M1的第一极和第二极导通时，原本要流经第二输入端到达电子元件30的电流直接经过M1的第一极和第二极导通后形成的沟道，最终从第一输出端流向接地端，实现了对电子元件30的保护，防止其过载损坏。

在一些实施例中，根据M1型号的不同以及电子元件30需求的不同，第一分压电阻R1和第二分压电阻R2需要进行阻值的调整来满足M1的开启条件，因此可以将第一分压电阻R1和第二分压电阻R2设置为阻值可调的可变电阻，在实际使用过程中配合不同型号的晶体管和电子元件进行阻值的快速调整，以提升电源输入保护装置的适配性能。

另外，如图2所示，第一控制单元11中还包括第一电容C1，其第一极与第一晶体管M1的栅极连接，其第二极则与第一晶体管M1的第二极连接，其主要作用是进行滤波，即对第一晶体管M1栅极上施加的电源杂波进行滤除，以保证M1的开启条件更加精确。

在一些实施例中，电源输入保护装置还可以包括极性保护单元40，如图3所示。具体地，极性保护单元40的第一极与电源20连接，其第二极则与过压保护单元10的第一输入端连接，以使电源20在输出正向电压时与过压保护单元10的第一输入端连通，防止其因为电源极性反接造成电子元件30的损伤。具体地，如图4所示，极性保护单元40可以为二极管D1，此时二极管D1的正极与电源20连接，二极管D1的负极则与过压保护单元10的第一输入端连接，由于二极管正常工作在电源的正向导通状态，若电源的极性接反，二极管D1会处于截止状态，从而保护后续的电子元件30。

另外，图2和图4中还设置有第一限流电阻R3和第二限流电阻R4，其中R3用于在电源输入保护装置开始运行后保护电源，R4则用于在电源输入保护装置开始运行后保护被供电的电子元件30。因此，第一限流电阻R3设置在电源20和过压保护单元10的第一输入端之间，第二限流电阻R4设置在过压保护单元10的第二输出端与待保护电子元件30的输入端之间。需要注意的是，第一限流电阻R3和第二限流电阻R4的阻值，可以根据电源20输出的电压以及电子元件30的额定工作电压进行调整确定，其同样可以使用阻值可调的可变电阻实现，本实施例不进行实际限制。

下面结合一种实际的使用情况，对图4电路中各元件的相关参数以及本实施例的实现原理进行说明。例如，电路中D1的导通电压为0.7V，M1的开启电压为1.2V，R1的阻值为8kΩ，R2的阻值为1kΩ，R3的阻值为1kΩ，R4的阻值为1kΩ；本实施例中电子元件为输入电压范围在10至13.5V之间的TCON板(timing controller，液晶显示器中显示面板的控制信号板)，其通常输入的电压为12V，当其输入超过13.5V的电压时，TCON板即处于过压状态，极易发生损坏。在电源输出正向电压，且电压值不超过13.5V时，M1的第一极和第二极处于未导通状态，此时TCON板正常供电使用；若电源输出反向电压，则二极管D1处于截止状态，TCON板处于未供电状态，也不会出现损坏的情况；若电源输出正向电压，但是电压值超过13.5V时，此时M1的栅极电压为：

(Vin-VD1)*{R2/(R1+R2+R3)}＝Vg(M1)；

其中，Vin为电源输入电压，VD1为D1的导通电压，R1、R2、R3分别代表第一分压电阻、第二分压电阻以及第一限流电阻的阻值；将上述数值代入公式中即可得到第一晶体管M1的栅极电压Vg(M1)为1.28V，大于其开启电压1.2V，使M1导通，起到对TCON板的保护作用。

需要注意的是，上述的电阻、晶体管以及二极管的相应参数值，均为一种实际的可能出现的具体实施方式，其均可以根据实际情况进行调整，只要满足在电源输出的电压值超过电子元件的额定电压时，M1栅极电压大于其开启电压，实现电子元件的保护即可。

本实施例通过设置具有接地端的过压保护单元，在操作人员出现误操作的情况下，将电源输入的超出额定范围的电压直接进行接地处理，避免因电压过高导致电子元件的损坏，极大地降低了元件损坏的风险，进而降低了电子元件的维修成本，提升了元件的使用寿命。另外，在设置有极性保护单元的情况下，电源输入保护装置还可以避免因电源极性反接造成的电子元件损伤，进一步提升了电子元件的使用寿命。

本公开第二实施例提供了一种电子元件，其内部至少设置有本公开第一实施例提供的电源输入保护装置，并且该电源输入保护装置与电子元件的供电端连接，用以对电子元件进行保护。在一些实施例中，该电子元件可以是TCON板、SOC板(液晶显示器的控制信号板)、C-PCB(液晶面板的边板)或TCONLESS元器件(液晶显示器中不具有TCON板的元件)，也可以是其他对输入电压较为敏感，需要保证工作电压范围的其他电子元件或逻辑电路板，本实施例不进行具体限制。

通过电源输入保护装置的设置，可以在电子元件输入超出自身工作电压范围的电压值时起到防护作用，避免电子元件在超出自身工作电压的情况下出现损伤，造成经济损失。

本公开的第三实施例提供了一种电子设备，该设备至少包括本公开第二实施例所提供的电子元件，该电子元件具有过电保护功能，极大的降低了电子元件出现的损坏情况的概率，进一步降低电子设备整体的维修成本，延长电子设备使用寿命。

以上对本公开多个实施例进行了详细说明，但本公开不限于这些具体的实施例，本领域技术人员在本公开构思的基础上，能够做出多种变型和修改实施例，这些变型和修改都应落入本公开所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种电源输入保护装置，其特征在于，至少包括：

过压保护单元；其中，所述过压保护单元的第一输入端与电源连接，所述过压保护单元的第一输出端接地，所述过压保护单元第二输出端与待保护的电子元件的输入端连接，在所述第一输入端输入的电压值小于或等于第一阈值的情况下，所述第一输入端与所述第二输出端连通；

所述过压保护单元至少包括第一控制单元，所述第一控制单元在所述第一输入端输入的电压值大于第一阈值的情况下，控制所述第一输入端与所述第一输出端连通。

2.根据权利要求1所述的电源输入保护装置，其特征在于，所述第一控制单元至少包括：

第一晶体管、第一分压电阻以及第二分压电阻；其中，所述第一晶体管的第一极与所述第一输入端和所述第二输出端连接，所述第一晶体管的第二极与所述第一输出端连接，所述第一分压电阻的第一端与所述第一输入端连接，所述第一分压电阻的第二端与所述第二分压电阻的第一端以及所述第一晶体管的栅极连接，所述第二分压电阻的第二端与所述第一晶体管的第二极连接。

3.根据权利要求2所述的电源输入保护装置，其特征在于，所述第一晶体管为N型晶体管，在所述第一输入端输入的电压值大于第一阈值的情况下，所述第一晶体管的栅极上所施加的电压大于所述第一晶体管的开启电压，所述第一晶体管的第一极和第二极导通，使第一输入单元与所述第一输出端连通。

4.根据权利要求2所述的电源输入保护装置，其特征在于，所述第一分压电阻和所述第二分压电阻均为阻值可调电阻。

5.根据权利要求2所述的电源输入保护装置，其特征在于，所述第一控制单元还包括：

第一电容，其中，所述第一电容的第一极与所述第一晶体管的栅极连接，所述第一电容的第二极与所述第一晶体管的第二极连接。

6.根据权利要求1所述的电源输入保护装置，其特征在于，还包括：

极性保护单元，所述极性保护单元的第一极与所述电源连接，所述极性保护单元的第二极与所述过压保护单元的第一输入端连接，以使所述电源在输出正向电压时与所述过压保护单元的第一输入端连通。

7.根据权利要求6所述的电源输入保护装置，其特征在于，所述极性保护单元至少包括：

二极管，其中，所述二极管的正极与所述电源连接，所述二极管的负极与所述过压保护单元的第一输入端连接。

8.根据权利要求1所述的电源输入保护装置，其特征在于，还包括：

第一限流电阻和第二限流电阻；其中，所述第一限流电阻设置在所述电源和所述过压保护单元的第一输入端之间，所述第二限流电阻设置在所述过压保护单元的第二输出端与所述待保护的电子元件的输入端之间。

9.一种电子元件，其特征在于，所述电子元件至少包括权利要求1至8中任一项所述的电源输入保护装置，并且所述电源输入保护装置与所述电子元件的供电端连接。

10.一种电子设备，其特征在于，至少包括权利要求9所述的电子元件。

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