CN114336568A - 电源反接保护电路及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电源反接保护电路及装置，用于与电源连接，包括：第一场效应管、第一电阻、第二场效应管、第二电阻和电容。该电路在电源反向供电时，第一场效应管和第二场效应管内部的PN结在反向电压作用下处于反偏隔离状态，此时，第一场效应管和第二场效应管为截止状态，整个电路结构自动切断电源正负极间的通路，达到防反接的作用。同时，该电源反接保护电路的场效应管在反接保护时，无需额外的开关判断和控制电路，因此该电路具有响应速度快，可靠性高的特点。

Description

电源反接保护电路及装置

技术领域

本发明涉及电源管理的技术领域，尤其是涉及一种电源反接保护电路及装置。

背景技术

随着电源技术的发展，直流电源的应用越来越广泛，但由于直流电源在实际应用时存在正极和负极的分别，因此即使直流电源上标有正极、负极的记号，还是存在反接的可能性。因此，为了防止直流电源在实际使用过程中因反接而造成对其供电的后续电路的损坏，电源反接保护电路便相应出现。

常用的电源反接保护电路一般基于串联二极管或串联受控开关实现，但基于串联二极管实现的电源反接保护电路，在正向工作时需要占用额外的二极管压降，给电路造成不必要的损耗，同时，二极管的引入也会缩减后续电路或电子元件的工作电压范围。而基于串联受控开关实现的电源反接保护电路，需要额外添加比较器或检测电路来控制受控开关的开启或关断，导致电路响应速度慢，可靠性不高。

综上，现有的电源反接保护电路存在电路损耗高、响应速度慢和可靠性低的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电源反接保护电路及装置，以缓解现有的电源反接保护电路存在的电路损耗高、响应速度慢和可靠性低的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种电源反接保护电路，用于与电源连接，包括：第一场效应管、第一电阻、第二场效应管、第二电阻和电容；

所述第一场效应管的第一端与所述电源正极连接，所述第一场效应管的第二端与所述第一电阻的第一端连接，所述第一场效应管的第三端与所述第二电阻的第一端、所述电容的第一端连接；

所述第一电阻的第二端、所述电容的第二端与所述第二场效应管的第一端连接，所述第二电阻的第二端与所述第二场效应管的第二端连接；

所述第二场效应管的第三端与所述电源的负极连接。

进一步的，所述第一场效应管为P沟道场效应管，所述P沟道场效应管的漏极与所述电源正极连接，所述P沟道场效应管的栅极与所述第一电阻的第一端连接，所述P沟道场效应管的源极与所述第二电阻的第一端、所述电容的第一端连接。

进一步的，所述第二场效应管为N沟道场效应管，所述N沟道场效应管的漏极与所述电源负极连接，所述N沟道场效应管的栅极与所述第二电阻的第二端连接，所述N沟道场效应管的源极与所述第一电阻的第二端、所述电容的第二端连接。

进一步的，所述电路还包括：第一二极管、第二二极管；

所述第一二极管的阳极与所述第一场效应管的第二端连接，所述第一二极管的阴极与所述第一场效应管的第三端连接；

所述第二二极管的阳极与所述第二场效应管的第一端连接，所述第一二极管的阴极与所述第二场效应管的第二端连接。

进一步的，所述电路还包括：负载；

所述负载的第一端与所述第一场效应管的第三端连接，所述负载的第二端与所述第二场效应管的第一端连接。

进一步的，所述第一二极管、所述第二二极管均为齐纳二极管。

进一步的，所述负载包括：任意一种需要外部电源供电的电路结构或电子元件。

第二方面，本发明实施例还提供了一种电源反接保护装置，包括上述第一方面任一项所述的电源反接保护电路。

在本发明实施例中，提供了一种电源反接保护电路，用于与电源连接，包括：第一场效应管、第一电阻、第二场效应管、第二电阻和电容；第一场效应管的第一端与电源正极连接，第一场效应管的第二端与第一电阻的第一端连接，第一场效应管的第三端与第二电阻的第一端、电容的第一端连接；第一电阻的第二端、电容的第二端与第二场效应管的第一端连接，第二电阻的第二端与第二场效应管的第二端连接；第二场效应管的第三端与电源的负极连接。通过上述描述可知，本发明的电源反接保护电路，在电源正向接入时，第一场效应管和第二场效应管正向导通时的内阻极小，不会产生额外的压降；在电源正负极反向接入时，第一场效应管和第二场效应管内部的PN结处于反偏隔离的状态，使得第一场效应管和第二场效应管为截止状态，电源反接保护电路无法形成通路，从而防止电源反接对后续电路或电子元件造成损坏。同时，该电路无需额外的开关判断和控制电路，使得电路响应迅速，可靠性高，有效缓解了现有的电源反接保护电路存在的电路损耗高、响应速度慢和可靠性低的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。

图1为本发明实施例提供的一种电源反接保护电路的结构框图；

图2为本发明实施例提供的一种电源反接保护电路的第一种结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种电源反接保护电路的第二种结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种电源反接保护电路的第三种结构示意图。

图标：11-第一场效应管；12-第一电阻；13-第二场效应管；14-第二电阻；15-电容。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

现有技术中，为了实现电源反接保护，常用的电源反接保护电路一般基于串联二极管或串联受控开关实现，但基于串联二极管实现的电源反接保护电路，在正向工作时二极管会占用额外的压降，给电路带来不必要的损耗，同时，二极管的引入也会缩减后续电路或电子元件的工作电压范围。而基于串联受控开关实现的电源反接保护电路，需要额外添加比较器或检测电路来控制受控开关的开启或关断，增加电路成本的同时，导致电路响应速度慢，可靠性不高。

基于此，本发明的电源反接保护电路基于场效应管实现，利用电源反接时反向电压导致的场效应管处于截止状态，实现对后续电路或电子元器件的保护。同时，场效应管的开通与关断无需额外的开关判断和控制电路，使得本发明的电源反接保护电路响应迅速，可靠性高。

下面结合附图对本发明实施例进行进一步介绍。

实施例一：

根据本发明实施例，提供了一种电源反接保护电路的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1是本发明实施例的一种电源反接保护电路的结构框图，如图1所示，一种电源反接保护电路，用于与电源连接，包括：第一场效应管11、第一电阻12、第二场效应管13、第二电阻14和电容15；

第一场效应管11的第一端与电源正极连接，第一场效应管11的第二端与第一电阻12的第一端连接，第一场效应管11的第三端与第二电阻14的第一端、电容15的第一端连接；

第一电阻12的第二端、电容15的第二端与第二场效应管13的第一端连接，第二电阻14的第二端与第二场效应管13的第二端连接；

第二场效应管13的第三端与电源的负极连接。

在本发明实施例中，若没有特殊说明，对于左右两端连接的器件，第一端是指该器件的左端，第二端是指该器件的右端，对于上下两端连接的器件，第一端是指该器件的上端，第二端是指该器件的下端。

具体的，本发明的电源反接保护电路基于场效应管实现，当电源正向供电时，电源正极电压高于电源负极电压，第一场效应管11和第二场效应管13通过电容15完成上电建立，建立后因第一场效应管11和第二场效应管13构成类似锁存器的结构，使得两个场效应管之间形成正反馈，从而将第一场效应管11和第二场效应管13锁定在导通状态，其中，电路中的第一电阻12和第二电阻14均为限流电阻，用于限制线路上的电流，防止电流过大导致第一场效应管11和第二场效应管13被击穿；当电源正负极反接时，电源正极电压低于电源负极电压，第一场效应管11和第二场效应管13内部的PN结因反向电压的输入而处于反偏隔离状态，导致电源反接保护电路处于断路状态，从而防止因电源反接给后续电路或电子元器件造成损坏。下文中将对该过程进行详细描述，在此不再赘述。

在本发明实施例中，提供了一种电源反接保护电路，用于与电源连接，包括：第一场效应管11、第一电阻12、第二场效应管13、第二电阻14和电容15；第一场效应管11的第一端与电源正极连接，第一场效应管11的第二端与第一电阻12的第一端连接，第一场效应管11的第三端与第二电阻14的第一端、电容15的第一端连接；第一电阻12的第二端、电容15的第二端与第二场效应管13的第一端连接，第二电阻14的第二端与第二场效应管13的第二端连接；第二场效应管13的第三端与电源的负极连接。通过上述描述可知，本发明的电源反接保护电路，在电源正向接入时，第一场效应管和第二场效应管正向导通时的内阻极小，不会产生额外的压降；在电源正负极反向接入时，第一场效应管和第二场效应管内部的PN结处于反偏隔离状态，使得第一场效应管和第二场效应管为截止状态，电源反接保护电路无法形成通路，从而防止电源反接对后续电路或电子元件造成损坏。同时，该电路无需额外的开关判断和控制电路，使得电路响应迅速，可靠性高，有效缓解了现有的电源反接保护电路存在的电路损耗高、响应速度慢和可靠性低的技术问题。

上述内容对电源反接保护电路的框架进行了简单描述，下面再对电源反接保护电路内部结构进行详细介绍。

在本发明的一个可选实施例中，第一场效应管11为P沟道场效应管，P沟道场效应管的漏极与电源正极连接，P沟道场效应管的栅极与第一电阻12的第一端连接，P沟道场效应管的源极与第二电阻14的第一端、电容15的第一端连接。

具体的，图2为本发明实施例提供的一种电源反接保护电路的第一种结构示意图，如图2所示，本实施例中第一场效应管11选择为P沟道场效应管，即P-MOS(Metal-Oxide-Semiconductor，金属-氧化物-半导体)管，由于电源上电瞬间，P-MOS管处于截止状态，此时令P-MOS管的体二极管处于正向导通状态，实现电源电压到后续电路的传输，因此，电路连接时，P-MOS管Q1的漏极D1与电源正极DC+连接，P-MOS管Q1的栅极G1与第一电阻R1的第一端连接，P-MOS管Q1的源极S1与第二电阻R2、电容C的第一端连接。

在本发明的一个可选实施例中，第二场效应管13为N沟道场效应管，N沟道场效应管的漏极与电源负极连接，N沟道场效应管的栅极与第二电阻14的第二端连接，N沟道场效应管的源极与第一电阻12的第二端、电容15的第二端连接。

具体的，如图2所示，本实施例中第二场效应管13选择为N沟道场效应管，即N-MOS管。同理，在电源上电瞬间，N-MOS管处于截止状态，此时令N-MOS管的体二极管处于正向导通状态，将整个电路构成回路，因此，电路连接时，N-MOS管Q2的栅极G2与第二电阻R2的第二端连接，N-MOS管Q2的源极S2与第一电阻R1的第二端、电容C的第二端连接,N-MOS管Q2的漏极D2与电源负极DC-连接。

在本发明的一个可选实施例中，电路还包括：第一二极管、第二二极管；

第一二极管的阳极与第一场效应管11的第二端连接，第一二极管的阴极与第一场效应管11的第三端连接；

第二二极管的阳极与第二场效应管13的第一端连接，第一二极管的阴极与第二场效应管13的第二端连接。

另外，第一二极管、第二二极管均为齐纳二极管。

具体的，考虑到MOS管的栅极电容容易积累电荷并且不容易放电，此时如果有静电感应产生，很容易引起栅极产生高电压导致MOS管被击穿，因此本实施例中引入齐纳二极管，使高压可以通过反向击穿放出，从而对MOS管进行保护。其中，齐纳二极管是一种利用PN结反向击穿状态，使得电流在很大范围内变化而电压基本不变的稳压二极管，是一种到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件。如图3所示，本实施例的电路结构引入第一二极管ZD1和第二二极管ZD2，其中，第一二极管ZD1连接于P-MOS管的栅极G1和源极S1之间，维持P-MOS管的栅源电压的稳定；第二二极管ZD2连接于N-MOS管的栅极G2和源极S2之间，维持N-MOS管的栅源电压的稳定，从而提高电路的可靠性。

在本发明的一个可选实施例中，电路还包括：负载；

负载的第一端与第一场效应管11的第三端连接，负载的第二端与第二场效应管13的第一端连接。

另外，负载包括：任意一种需要外部电源供电的电路结构或电子元件。

具体的，如图4所示，本实施例的电路结构中还包括负载，其中，负载可以为任意一种需要外部电源供电的电路结构或电子元件，其在电路连接时，负载一端与P-MOS管的源极S1连接，负载的另一端与N-MOS管的源极S2连接。

下面针对图4，对于本实施例提供的一种电源反接保护电路的第三种结构示意图的详细工作过程进行介绍：

1)电源正向供电：

电源正向供电时，在上电瞬间，P-MOS管处于截止状态，但其内部漏极D1与源极S1之间的体二极管处于导通状态，此时电源电压经P-MOS管的体二极管输出，并经过负载分压、第一电阻R1分压后返回至P-MOS管的栅极G1，此时，体二极管的输出端电压高于P-MOS管的栅极G1电压，即P-MOS管的源极S1电压高于P-MOS管的栅极G1电压，则P-MOS管导通。

同理，当P-MOS管导通后，P-MOS管的源极S1输出的电压经第二电阻R2传输至N-MOS管的栅极G2，与此同时，还经过负载分压后传输至N-MOS管的源极S2后经过N-MOS管内部源极S2与漏极D2之间的体二极管返回至电源负极。由于该过程中负载产生的压降远大于第二电阻R2的产生压降，因此，在P-MOS管的源极S1输出的电压固定的情况下，传输至N-MOS管的栅极G2的电压高于传输至N-MOS管的源极S2的电压，则N-MOS管导通，最终完成上电建立。

其中，电路中第一二极管ZD1作为P-MOS管的栅源电压的钳位保护，防止P-MOS管的栅极G1和源极S1之间的电压超过其所能承受的最大电压，同理，第二二极管ZD2作为N-MOS管的栅源电压的钳位保护，防止N-MOS管的栅极G2和源极S2之间的电压超过其所能承受的最大电压，从而提高电路的可靠性和稳定性。

另外，对于上述电源正向供电时输入的电源电压需超过2倍的MOS管导通的阈值电压。因为电源反接保护电路在未接通时，电容15无充放电，此时电容15正负端电压相等，而电容15的正端即电容15第一端经第二电阻R2连接N-MOS管的栅极G2、电容15的负端即电容15第二端经第一电阻R1连接P-MOS管的栅极G1，变相说明此时P-MOS管的栅极电压等于N-MOS管的栅极电压，此时电源电压就可以等效为P-MOS管的源栅电压与N-MOS管栅源电压之和。因此，当电源电压超过2倍的MOS管导通的阈值电压时，相当于P-MOS管的源栅电压与N-MOS管栅源电压之和大于2倍的阈值电压，说明P-MOS管的源栅电压与N-MOS管栅源电压之中至少有一个已经超过阈值电压，也就是说，至少有一个MOS管可以导通，一旦其中一个MOS管导通，便可以通过电阻带动另一个MOS管导通，并通过锁存器结构形成正反馈，实现电路的上电建立。

2)电源反向供电：

电源反向供电时，在上电瞬间，P-MOS管只有P型掺杂的漏极接负电压，N-MOS管只有N型掺杂的漏极接正电压，此时P-MOS管和N-MOS管内的PN结处于反向偏置状态，因此，P-MOS管和N-MOS管均为截止状态。与此同时，两者内部的体二极管也因反向电压的输入而处于反向截止状态，此时整个电路中P-MOS管的栅极G1没有通路下拉来导通P-MOS管，同理N-MOS管的栅极G2没有上拉通路来导通N-MOS管，整个结构自动切断正负电源连接的通路，使其无法为后续电路结构或电子元件进行供电，达到防反接的效果。

本发明的电源反接保护电路，在电源正向接入时，因第一场效应管和第二场效应管正向导通时的内阻极小，不会带来额外的电路损耗；在电源正负极反向接入时，第一场效应管和第二场效应管处于截止状态，自动切断电源正负极间的通路，从而防止电源反接对后续电路或电子元件造成损坏。同时，为了提高该电路的可靠性，本实施例引入齐纳二极管，防止电路内的场效应管被反向高压击穿，提高了电源反接保护电路的可靠性。最后，该电路无需额外的开关判断和控制电路，使得电路响应迅速。

实施例二:

本发明实施例还提供了一种电源反接保护装置，包括上述实施例一中任一项所述的电源反接保护电路。

本申请实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，前述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，均可以参考上述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，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，又例如，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。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

再例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

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例方案的目的。

另外，在本申请提供的实施例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。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台电子设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述车辆标记方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的范围。都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种电源反接保护电路，用于与电源连接，其特征在于，包括：第一场效应管、第一电阻、第二场效应管、第二电阻和电容；

所述第一场效应管的第一端与所述电源正极连接，所述第一场效应管的第二端与所述第一电阻的第一端连接，所述第一场效应管的第三端与所述第二电阻的第一端、所述电容的第一端连接；

所述第一电阻的第二端、所述电容的第二端与所述第二场效应管的第一端连接，所述第二电阻的第二端与所述第二场效应管的第二端连接；

所述第二场效应管的第三端与所述电源的负极连接。

2.根据权利要求1所述的电源反接保护电路，其特征在于，所述第一场效应管为P沟道场效应管，所述P沟道场效应管的漏极与所述电源正极连接，所述P沟道场效应管的栅极与所述第一电阻的第一端连接，所述P沟道场效应管的源极与所述第二电阻的第一端、所述电容的第一端连接。

3.根据权利要求1所述的电源反接保护电路，其特征在于，所述第二场效应管为N沟道场效应管，所述N沟道场效应管的漏极与所述电源负极连接，所述N沟道场效应管的栅极与所述第二电阻的第二端连接，所述N沟道场效应管的源极与所述第一电阻的第二端、所述电容的第二端连接。

4.根据权利要求1所述的电源反接保护电路，其特征在于，所述电路还包括：第一二极管、第二二极管；

所述第一二极管的阳极与所述第一场效应管的第二端连接，所述第一二极管的阴极与所述第一场效应管的第三端连接；

所述第二二极管的阳极与所述第二场效应管的第一端连接，所述第一二极管的阴极与所述第二场效应管的第二端连接。

5.根据权利要求4所述的电源反接保护电路，其特征在于，所述电路还包括：负载；

所述负载的第一端与所述第一场效应管的第三端连接，所述负载的第二端与所述第二场效应管的第一端连接。

6.根据权利要求4所述的电源反接保护电路，其特征在于，所述第一二极管、所述第二二极管均为齐纳二极管。

7.根据权利要求5所述的电源反接保护电路，其特征在于，所述负载包括：任意一种需要外部电源供电的电路结构或电子元件。

8.一种电源反接保护装置，其特征在于，包括如权利要求1至7任一项所述的电源反接保护电路。

Images