CN116032105A - 一种电源过压保护ic - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电源过压保护IC，涉及电路保护技术领域，解决了电源过压保护IC存在电源断开导致系统退出工作状态，出现使用异常的技术问题。该IC包括开关电路、调压电路和峰值采样电路；所述开关电路带正向尖峰脉冲抑制，用于防止电源输出端产生尖峰脉冲；所述调压电路用于对所述电源进行过压保护；所述峰值采样电路用于在所述电源过压时输出过压信号给处理器进行处理并上报服务器；所述开关电路、调压电路和峰值采样电路相互并联，所述电源的输入端分别连接开关电路、调压电路和峰值采样电路，输出端连接所述开关电路、调压电路。本发明通过设置调压电路避免了电源断开后导致使用异常的问题。

Description

一种电源过压保护IC

技术领域

本发明涉及电路保护技术领域，尤其涉及一种电源过压保护IC。

背景技术

目前很多电子产品的电源都由电源适配器来供电，而电源适配器基本采用开关电源技术，容易产生尖峰电压导致电气过应力（Electrical Over Stress，简称EOS）问题，另外目前所用的各种电源适配器大都采用USB插口，输出电压电流参数有差异，用户使用时也容易混着用，从而导致有过压问题造成电子产品损坏的可能，而这种损坏往往不好定性具体损坏原因，给厂家带来困扰。特别是低压低功耗的物联网IC，由于耐压余量较小，而用来保护的瞬态二极管（Transient Voltage Suppressor，简称TVS）的触发导通电压及钳位电压范围又比较宽，为了减少工作时TVS的漏电，又不能选导通电压接近工作电压的TVS，导致TVS很难起到保护作用；另一方面，由于EOS的脉冲时间比普通静电放电时间要长得多，TVS导通时电流较大，在过压脉冲持续时间较长时也容易烧坏TVS管本身造成对地短路，同样导致产品失效。在这种应用情况下，出现较高的过压时断开电源不失为一种较好的选择。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

现有的电源过压保护IC存在电源断开导致系统退出工作状态，出现使用异常的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电源过压保护IC，以解决现有技术中存在的电源过压保护IC存在电源断开导致系统退出工作状态，出现使用异常的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种电源过压保护IC，包括开关电路、调压电路和峰值采样电路；所述开关电路带正向尖峰脉冲抑制，用于防止电源输出端产生尖峰脉冲；所述调压电路用于对所述电源进行过压保护；所述峰值采样电路用于在所述电源过压时输出过压信号给处理器进行处理并上报服务器；所述开关电路、调压电路和峰值采样电路相互并联，所述电源的输入端分别连接开关电路、调压电路和峰值采样电路，输出端连接所述开关电路、调压电路。

优选的，所述开关电路包括第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、电阻R1、电阻R3和第二二极管D2；所述第一MOS管Q1的栅极通过所述电阻R1接所述电源的输入端，还接第一电压设置端，源极接所述第二MOS管Q2的源极，漏极通过所述电阻R3接地；所述第二MOS管Q2的栅极通过所述电阻R3接地，源极接所述电源输入端，漏极接所述电源输出端；所述第二二极管D2的阴极接所述第一MOS管Q1的源极，阳极接所述第一MOS管Q1的栅极。

优选的，所述IC还包括电阻R2和电容C2，所述电阻R2、电容C2为所述第一电压设置端的外加电阻和外加电容；所述第一电压设置端分别通过电阻R2、电容C2接地，所述电阻R2、电容C2并联。

优选的，所述调压电路包括第三MOS管Q3、第四MOS管Q4、电阻R4、电阻R6、电阻R7、第一二极管D1和第三二极管D3；所述第三MOS管Q3的栅极接所述第四MOS管Q4的漏极，源极通过所述电阻R4接所述第四MOS管Q4的栅极，漏极接所述电阻R6的一端和所述开关电路的输入端；所述第四MOS管Q4的栅极接第二电压设置端，源极接地，漏极接电阻R6的另一端；所述第一二极管D1的阴极通过所述电阻R7连接所述电源输入端，阳极连接所述第二电压设置端；所述第三二极管D3的阴极接所述第四MOS管Q4的栅极，阳极接所述第四MOS管Q4的源极。

优选的，所述调压电路还包括电阻R5，所述电阻R4、电阻R5为所述第二电压设置端的外加电阻；所述第二电压设置端通过所述电阻R4接所述电源输出端，通过所述电阻R5接地。

优选的，其特征在于，所述IC还包括电容C1和电容C2，所述电容C1、电容C2为分别为所述电源输入端、电源输出端的外加滤波电容；所述电容C1的一端接所述电源输入端，另一端接地；所述电容C2的一端接所述电源输出端，另一端接地。

优选的，所述峰值采样电路包括、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电容C4、电容C5、第四二极管D4和第五MOS管Q5；所述电阻R8的一端接所述电源输入端，另一端接所述电阻R9的一端，所述电阻R9的另一端接所述电阻R10的一端和所述第四二极管D4的阳极，所述电阻R10的另一端接地；所述第四二极管D4的阴极通过所述电容C5接地；所述电容C4并联在所述电阻R8两端；所述电阻R11并联在所述电容C5两端；所述第五MOS管Q5的栅极接所述第四二极管D4的阴极，源极接地，漏极接过压检测输出端。

实施本发明上述技术方案中的一个技术方案，具有如下优点或有益效果：

本发明采用尖峰脉冲抑制电路加调压电路，增加瞬间脉冲抑制，当正常工作有一定幅度的上升尖峰电压时瞬间断开开关从而对输出保持短暂的关断，防止输出端产生尖峰脉冲；同时设置调压电路，通过分压电阻的设置可改变关断电压和调压电压，从而有效地对电源和系统进行保护；另外还增加峰值采样电路，过压时通过输出过压信号给处理器进行处理和上报服务器，让用户或厂家了解该产品在何时何地出现过电源输入过压的情况，从而有针对性的进行处理解决。本发明具有较强的通用性，同时成本低、功耗低、便于集成、设置灵活。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，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他的附图，附图中：

图1是本发明实施例的电源过压保护IC的结构示意图；

图2是本发明实施例的电源过压保护IC的电路图；

图中：1、开关电路；2、调压电路；3、峰值采样电路。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下文将要描述的各种示例性实施例将要参考相应的附图，这些附图构成了示例性实施例的一部分，其中描述了实现本发明可能采用的各种示例性实施例。除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。应明白，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明公开的一些方面相一致的流程、方法和装置等的例子，还可使用其他的实施例，或者对本文列举的实施例进行结构和功能上的修改，而不会脱离本发明的范围和实质。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”等指示的是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的元件必须具有的特定的方位、以特定的方位构造和操作。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。术语“多个”的含义是两个或两个以上。术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接、可拆卸连接、一体连接、机械连接、电连接、通信连接、直接相连、通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

实施例一：如图1所示，本发明提供了一种电源过压保护IC，包括开关电路1、调压电路2和峰值采样电路3；开关电路1带正向尖峰脉冲抑制，用于防止电源输出端产生尖峰脉冲；调压电路2用于对电源进行过压保护；峰值采样电路3用于在电源过压时输出过压信号给处理器进行处理并上报服务器；开关电路1、调压电路2和峰值采样电路3相互并联，电源的输入端分别连接开关电路1、调压电路2和峰值采样电路3，输出端连接开关电路1、调压电路2；开关电路1、调压电路2和峰值采样电路3还分别接地。本实施例的开关电路能够增加瞬间脉冲抑制，当有尖峰电压时能够瞬间关断，从而防止输出端产生尖峰脉冲；本实施例的调压电路通过分压电阻的设置可改变关断电压和调压电压，从而有效地对电源和系统进行保护，避免电源断开导致系统使用异常；本实施例的峰值采样电路，过压时通过输出过压信号给处理器进行处理和上报服务器，让用户或厂家了解该产品在何时何地出现过电源输入过压的情况，从而有针对性的进行处理解决。

作为可选择的实施方式，如图2所示，开关电路1包括第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、电阻R1、电阻R2和第二二极管D2；第一MOS管Q1的栅极通过电阻R1接电源的输入端，还接第一电压设置端VSET1，源极接第二MOS管Q2的源极，漏极通过电阻R3接地；第二MOS管Q2的栅极通过电阻R3接地，源极接电源输入端，漏极接电源输出端；电阻R2的一端接第一电压设置端VSET1，另一端接地；第二二极管D2的阴极接第一MOS管Q1的源极，阳极接第一MOS管Q1的栅极。IC还包括电阻R2和电容C2，电阻R2、电容C2为第一电压设置端VSET1的外加电阻和外加电容；第一电压设置端VSET1分别通过电阻R2、电容C2接地，电阻R2、电容C2并联。

开关电路1的工作原理为：第一电压设置端VSET1通过电阻R1和电阻R2的分压来设置第二MOS管Q2的关断电压V1，上电时电源通过电阻R1对电容C2进行充电，所以电阻R1上的压降超过第一MOS管Q1的门限电压时，第一MOS管Q1导通，使第二MOS管Q2的栅源电压很低，第二MOS管Q2不导通，当电容C2的电压充电到电阻R1上的压降低于第一MOS管Q1的门限电压时，第一MOS管Q1不导通，电阻R3上为低电压，电源输入端的输入电压VIN只要高于第二MOS管Q2的门限电压，第二MOS管Q2为导通状态，电源输出端的输出电压VOUT近似等于输入电压VIN；当输入电压VIN高于关断电压V1时，电阻R1上的分压再次超过第一MOS管Q1的门限电压，第一MOS管Q1再次导通，从而使第二MOS管Q2关闭。其中，第一MOS管Q1、电阻R1、电阻R2、电容C2也组成瞬间脉冲检测开关，当瞬间脉冲幅度超过第一MOS管Q1的门限电压时，第一MOS管Q1的漏极、源极间将瞬间导通，当脉冲过去后第一MOS管Q1的漏极、源极再断开。如果此时没有第三MOS管Q3、第四MOS管Q4组成的调压电路2，输出电压VOUT将关断，使所供电的电路不能正常工作，如果电源出现波动，可能导致电路频繁上电和断电异常。

作为可选择的实施方式，调压电路2包括第三MOS管Q3、第四MOS管Q4、电阻R4、电阻R6、电阻R7、第一二极管D1和第三二极管D3；第三MOS管Q3的栅极接第四MOS管Q4的漏极，源极通过电阻R4接第四MOS管Q4的栅极，漏极接电阻R6的一端和开关电路1的输入端；第四MOS管Q4的栅极接第二电压设置端VSET2，源极接地，漏极接电阻R6的另一端；第一二极管D1的阴极通过电阻R7连接电源输入端，阳极连接第二电压设置端VSET2；第三二极管D3的阴极接第四MOS管Q4的栅极，阳极接第四MOS管Q4的源极；开关电路1中的第二二极管D2和调压电路2中的第三二极管D3分别接在第一MOS管Q1和第四MOS管Q4的源极与栅极之间作为保护管，避免MOS管的栅源电压超过耐压而损坏。调压电路2还包括电阻R5，电阻R4、电阻R5为第二电压设置端VSET2的外加电阻；第二电压设置端VSET2通过电阻R4接电源输出端，通过电阻R5接地。IC还包括电容C1和电容C2，电容C1、电容C2分别为电源输入端、电源输出端的外加滤波电容；电容C1的一端接电源输入端，另一端接地；电容C2的一端接电源输出端，另一端接地。其中，第一二极管D1、第二二极管D2及第三二极管D3均为稳压二极管。

调压电路2的工作原理为：当电源输出端的电压高于第二电压设置端VSET2的电压V2时（V2可以等于或略小于V1），通过电阻R4和电阻R5的分压使得R5上的电压高于第四MOS管Q4的门限电压，第四MOS管Q4开始导通，第三MOS管Q3的栅极电压下降，从而导致输出电压VOUT下降，使输出维持在V2附近，从而达到负反馈的调压效果。如果此时第二MOS管Q2是导通的，V1又大于V2，输入电压VIN低于V1，则主要是第二MOS管Q2起作用，输出电压VOUT与输入电压VIN近似相同；如果V1大于V2，且输入电压VIN高于V1，第二MOS管Q2已不导通，则输出电压VOUT介于（输入电压VIN - Q3的门限电压）与V2之间。

例如输入电压VIN为3.5V，第三MOS管Q3的门限电压为0.5V，V2设置为3.3V，则输出电压VOUT在（3.5-0.5）V~3.3V之间，如果输入电压VIN继续升高，则输出电压VOUT也继续上升到3.3V时为止。不能设置V2高于关断电压V1，由于V1已是正常电压的上限，如果V2高于V1，不仅会导致调压输出电压高于正常电压范围失去保护作用，也将导致输入电压VIN在V2与V1的电压之间时会出现输出关断现象。当输入电压VIN继续升高到过压电压V3时（V3远大于V1），虽然输出电压VOUT保持为V2, 但第三MOS管Q3上压降比较大可能导致第三MOS管Q3的功耗超过额定功率而损坏，此时需要快速将输出电压VOUT关闭，电阻R7和第一二极管D1串联电路的导通就起到加速第四MOS管Q4的饱和导通，使第三MOS管Q3的栅极电压快速变低而起到加速第三MOS管Q3关闭的作用。电阻R5的选择将关联到V2和V3的参数，可以固定电阻R7和第一二极管D1，先根据过压电压V3确定电阻R5的值，再根据V2确定电阻R4的值。电阻R7可以是NTC热敏电阻，当IC温度升到较高时，电阻R7的阻值变小可以降低V3，关断电压从而起到过热保护作用。当电源电压在正常范围工作瞬间来一个高的尖峰脉冲时，由于电容C2上的电压不能突变，相当于尖峰电压加在电阻R1上，当这个电压超过第一MOS管Q1的门限电压将使Q1导通，从而使第二MOS管Q2的栅源电压为0V而使第二MOS管Q2快速关闭，避免尖峰电压输出到电源输出端，当尖峰脉冲消失后第二MOS管Q2正常导通。在第二MOS管Q2关闭的瞬间输出靠滤波电容C3上的电荷维持。另外，第二MOS管Q2、第三MOS管Q3的门限电压尽量设计低一些（如0.4～0.6V），第一MOS管Q1、第四MOS管Q4的门限电压一致性尽量好，从而获得比较精确的设置电压。由于MOS管为电压驱动，电阻的取值可以较大以获得很低的工作电流（10uA以下）以便应用在低功耗电路中。

作为可选择的实施方式，峰值采样电路3包括电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电容C4、电容C5、第四二极管D4和第五MOS管Q5；电阻R8的一端接电源输入端，另一端接电阻R9的一端，电阻R9的另一端接电阻R10的一端和第四二极管D4的阳极，电阻R10的另一端接地；第四二极管D4的阴极通过电容C5接地；电容C4并联在电阻R8两端；电阻R11并联在电容C5两端；第五MOS管Q5的栅极接第四二极管D4的阴极，源极接地，漏极接过压检测输出端VDET。

当电源电压来到一个高的尖峰脉冲时，通过电容C4的耦合和电阻R9、电阻R10的分压，按比例将峰值电压通过第四二极管D4给电容C5快速充电，电容C5的容值比电容C4小很多，电阻R11为电容C5的泄放电阻，阻值可以在10M欧到100M欧间（要求不高的可以利用第五MOS管Q5的栅源极间电容和漏极电阻将电容C5和电阻R11省去）。当电容C5上的电压超过第五MOS管Q5的门限电压时，第五MOS管Q5将导通，通过过压检测输出端VDET所外接的上拉电阻和接口电压输出一低电平给处理器，处理器可将此过压信号迅速通过互联网或局域网送出到服务器端，在服务器端记录出现过压信号的设备相关信息和时间、IP地址等，即使后续该产品完全被损坏也可以查到一些可供分析参考的信息。当过压脉冲过后，电容C4上的高电压通过并联的电阻R8放电，电阻R8的另一个作用是当电源输出端的直流电压升到一个较高的值，通过电阻R8、电阻R9与电阻R10分压也可以使第五MOS管Q5输出过压信号。

本实施例采用尖峰脉冲抑制电路加调压电路，增加瞬间脉冲抑制，当正常工作有一定幅度的上升尖峰电压时瞬间断开开关从而对输出保持短暂的关断，防止输出端产生尖峰脉冲；同时设置调压电路，通过分压电阻的设置可改变关断电压和调压电压，从而有效地对电源和系统进行保护；另外还增加峰值采样电路，过压时通过输出过压信号给处理器进行处理和上报服务器，让用户或厂家了解该产品在何时何地出现过电源输入过压的情况，从而有针对性的进行处理解决。本实施例随着集成电路的集成度越来越高，工作电压越来越低，耐压越来越低，提高对电源尖峰脉冲抑制的保护作用，同时还提供上报过压信号的功能，具有较强的通用性，同时成本低、功耗低、便于集成、设置灵活。

实施例仅是一个特例，并不表明本发明就这样一种实现方式。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种电源过压保护IC，其特征在于，包括开关电路、调压电路和峰值采样电路；所述开关电路带正向尖峰脉冲抑制，用于防止电源输出端产生尖峰脉冲；所述调压电路用于对所述电源进行过压保护；所述峰值采样电路用于在所述电源过压时输出过压信号给处理器进行处理并上报服务器；所述开关电路、调压电路和峰值采样电路相互并联，所述电源的输入端分别连接开关电路、调压电路和峰值采样电路，输出端连接所述开关电路、调压电路。

2.根据权利要求1所述的一种电源过压保护IC，其特征在于，所述开关电路包括第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、电阻R1、电阻R3和第二二极管D2；所述第一MOS管Q1的栅极通过所述电阻R1接所述电源的输入端，还接第一电压设置端，源极接所述第二MOS管Q2的源极，漏极通过所述电阻R3接地；所述第二MOS管Q2的栅极通过所述电阻R3接地，源极接所述电源输入端，漏极接所述电源输出端；所述第二二极管D2的阴极接所述第一MOS管Q1的源极，阳极接所述第一MOS管Q1的栅极。

3.根据权利要求2所述的一种电源过压保护IC，其特征在于，所述IC还包括电阻R2和电容C2，所述电阻R2、电容C2为所述第一电压设置端的外加电阻和外加电容；所述第一电压设置端分别通过电阻R2、电容C2接地，所述电阻R2、电容C2并联。

4.根据权利要求1所述的一种电源过压保护IC，其特征在于，所述调压电路包括第三MOS管Q3、第四MOS管Q4、电阻R4、电阻R6、电阻R7、第一二极管D1和第三二极管D3；所述第三MOS管Q3的栅极接所述第四MOS管Q4的漏极，源极通过所述电阻R4接所述第四MOS管Q4的栅极，漏极接所述电阻R6的一端和所述开关电路的输入端；所述第四MOS管Q4的栅极接第二电压设置端，源极接地，漏极接电阻R6的另一端；所述第一二极管D1的阴极通过所述电阻R7连接所述电源输入端，阳极连接所述第二电压设置端；所述第三二极管D3的阴极接所述第四MOS管Q4的栅极，阳极接所述第四MOS管Q4的源极。

5.根据权利要求4所述的一种电源过压保护IC，其特征在于，所述调压电路还包括电阻R5，所述电阻R4、电阻R5为所述第二电压设置端的外加电阻；所述第二电压设置端通过所述电阻R4接所述电源输出端，通过所述电阻R5接地。

6.根据权利要求4所述的一种电源过压保护IC，其特征在于，其特征在于，所述IC还包括电容C1和电容C2，所述电容C1、电容C2为分别为所述电源输入端、电源输出端的外加滤波电容；所述电容C1的一端接所述电源输入端，另一端接地；所述电容C2的一端接所述电源输出端，另一端接地。

7.根据权利要求1所述的一种电源过压保护IC，其特征在于，所述峰值采样电路包括、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电容C4、电容C5、第四二极管D4和第五MOS管Q5；所述电阻R8的一端接所述电源输入端，另一端接所述电阻R9的一端，所述电阻R9的另一端接所述电阻R10的一端和所述第四二极管D4的阳极，所述电阻R10的另一端接地；所述第四二极管D4的阴极通过所述电容C5接地；所述电容C4并联在所述电阻R8两端；所述电阻R11并联在所述电容C5两端；所述第五MOS管Q5的栅极接所述第四二极管D4的阴极，源极接地，漏极接过压检测输出端。

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