CN117712989A - 一种掉电保护电路及电子产品 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种掉电保护电路及电子产品。掉电保护电路包括上电开关模块、电压保持模块和电压检测模块，电压保持模块用于基于掉电保护电路的输入端的电压进行充电，并在掉电保护电路的输入端掉电时，保持充电后电压；电压检测模块用于检测掉电保护电路的输入端的电压，在掉电保护电路的输入端掉电时，连通电压保持模块和上电开关模块，以加速关断上电开关模块。在电子产品不慎掉落，电池的连接弹片发生振动，导致触点接触不良，电压快速跌落起伏，产生电弧时，本发明实施例能够关断电源通路上的上电开关模块，立即切断电流，防止电子产品死机，解决了现有保护电路存在电源热插拔时保护电路动作慢的问题。

Description

一种掉电保护电路及电子产品
技术领域
本发明实施例涉及电源保护技术领域，尤其涉及一种掉电保护电路及电子产品。
背景技术
在电池的连接方式为弹片式触点接触的电子产品或设备使用过程中，当电子产品或设备不慎掉落，例如从某一高度掉落到地面时，电池的连接弹片会发生振动，导致触点接触不良，电压快速跌落起伏，产生电弧并有概率出现死机。
现有的保护电路通过检测电源输入的电压值来判断输入欠压，驱动短路开关将PMOS开关栅源极短路，关断PMOS开关，来实现迅速响应电压跌落，实现热插拔保护。然而，现有的保护电路进行欠压检测的方式只能通过设置阈值启动保护，PMOS开关关断速度不够快，因此，现有保护电路的性能较差，电路可靠性偏低。
发明内容
本发明实施例提供一种掉电保护电路及电子产品，以在电压抖动时立即切断电流，防止电子产品死机，有利于提高电路的可靠性和产品的保护能力。
第一方面，本发明实施例提供了一种掉电保护电路，包括：
上电开关模块，所述上电开关模块连接于所述掉电保护电路的输入端以及所述掉电保护电路的输出端之间；
电压保持模块，所述电压保持模块与所述掉电保护电路的输入端连接，所述电压保持模块用于基于所述掉电保护电路的输入端的电压进行充电，并在所述掉电保护电路的输入端掉电时，保持充电后电压；
电压检测模块，所述电压检测模块与所述掉电保护电路的输入端连接，用于检测所述掉电保护电路的输入端的电压；所述电压检测模块还与所述电压保持模块、上电开关模块连接，用于在所述掉电保护电路的输入端掉电时，连通所述电压保持模块和所述上电开关模块，以关断所述上电开关模块。
可选地，所述电压检测模块包括控制开关，所述控制开关包括输入端、控制端和输出端；
所述控制开关的输入端与所述电压保持模块连接，所述控制开关的控制端与所述掉电保护电路的输入端连接，所述控制开关的输出端与所述上电开关模块连接；所述控制开关用于在所述掉电保护电路的输入端掉电时导通，所述电压保持模块向所述上电开关模块泄放电荷，以使所述上电开关模块关断。
可选地，所述上电开关模块包括上电开关，所述上电开关的输入端与所述掉电保护电路的输入端连接，所述上电开关的输出端与所述掉电保护电路的输出端连接，所述上电开关的控制端与所述电压检测模块连接。
可选地，所述电压保持模块包括：
二极管，所述二极管的阳极与所述掉电保护电路的输入端连接；
第一电容，所述第一电容的第一端与所述二极管的阴极以及所述电压检测模块连接，所述第一电容的第二端接地。
可选地，所述电压保持模块还包括第一电阻，所述第一电阻连接于所述二极管的阴极和所述第一电容的第一端之间。
可选地，所述上电开关模块还包括第二电容；
所述第二电容的第一端连接所述上电开关的输入端，所述第二电容的第二端连接所述上电开关的控制端，所述第一电容的电容值大于所述第二电容的电容值。
可选地，所述掉电保护电路还包括第二电阻，所述第二电阻与所述第二电容并联连接于所述上电开关的输入端与所述上电开关的控制端。
可选地，所述掉电保护电路还包括第三电阻，所述第三电阻的第一端连接所述上电开关的控制端，所述第三电阻的第二端接地。
可选地，所述掉电保护电路还包括第四电阻，所述第四电阻连接于所述控制开关的输出端和所述上电开关模块之间。
第二方面，本发明实施例还提供了一种电子产品，包括第一方面所述的掉电保护电路。
本发明实施例所提供的技术方案，电压检测模块检测掉电保护电路的输入端的电压，电压保持模块基于掉电保护电路的输入端的电压进行充电，在掉电保护电路的输入端掉电时，电压检测模块使电压保持模块和上电开关模块连通，电压保持模块向上电开关模块泄放电荷，给上电开关模块施加反向电压，加速关断上电开关模块。由此可见，在电子产品不慎掉落，电池的连接弹片发生振动，导致触点接触不良，电压快速跌落起伏，产生电弧时，本发明实施例能够快速关断电源通路上的上电开关模块，立即切断电流，防止电子产品死机，解决了现有保护电路存在电源热插拔时保护电路动作慢的问题，有利于避免在电压波动情况下发生器件损坏，有效提高了电路的可靠性和产品的保护能力。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种掉电保护电路的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的另一种掉电保护电路的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的又一种掉电保护电路的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种掉电保护电路在电源电压跌落时的电压波形图；
图5是本发明实施例提供的一种掉电保护电路在电源电压小幅跌落时的保护波形图；
图6是本发明实施例提供的一种掉电保护电路在电源电压跌落幅度过小时的保护波形图；
图7是本发明实施例提供的另一种掉电保护电路在电源电压跌落时的保护波形图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
现有的保护电路进行欠压检测的方式只能通过设置阈值启动保护，PMOS开关关断速度不够快，电路实际测试关断时间在20ms以上，且电路结构较为复杂，因此，现有保护电路的性能较差，电路可靠性偏低。
针对上述技术问题，本发明实施例提供了一种掉电保护电路，图1是本发明实施例提供的一种掉电保护电路的结构示意图。参见图1，掉电保护电路包括上电开关模块100、电压保持模块200和电压检测模块300。
上电开关模块100连接于掉电保护电路的输入端Vin，以及掉电保护电路的输出端Vout之间；电压保持模块200与掉电保护电路的输入端Vin连接，电压保持模块200用于基于掉电保护电路的输入端Vin的电压进行充电，并在掉电保护电路的输入端Vin掉电时，保持充电后电压；电压检测模块300与掉电保护电路的输入端Vin连接，用于检测掉电保护电路的输入端Vin的电压，电压检测模块300还与电压保持模块200、上电开关模块100连接，用于在掉电保护电路的输入端Vin掉电时，连通电压保持模块200和上电开关模块100，以加速关断上电开关模块100。
其中，上电开关模块100可以但不限于采用金属氧化物半导体场效晶体管(MetalOxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET)，例如PMOS管。可知地，由于上电开关模块100连接于掉电保护电路的输入端Vin，以及掉电保护电路的输出端Vout之间，因此，在掉电保护电路的输入端Vin上电时，上电开关模块100导通，使得掉电保护电路的输入端Vin及其输出端Vout相互连通。可以理解的是，当上电开关模块100关断，会使得掉电保护电路的输入端Vin及其输出端Vout相互断开，即切断电源。
可知地，电压保持模块200用于基于掉电保护电路的输入端Vin的电压进行充电，并在掉电保护电路的输入端Vin掉电时，保持充电后电压值，是指，在掉电保护电路的输入端Vin及其输出端Vout相互连通时，向电压保持模块200充电，在掉电保护电路的输入端Vin掉电时，电压保持模块200能够将其内部的电压保持在充电后的电压值。
可知地，电压检测模块300用于与电压保持模块200共同检测掉电保护电路的输入端Vin的电压，当掉电保护电路的输入端Vin电压跌落的速率和幅值超过阈值时，电压检测模块300作为掉电保护电路的动作开关控制保护电路动作，使电压保持模块200和上电开关模块100连通，向上电开关模块100施加反向电压，以关断上电开关模块100。
继续参见图1，可知的，掉电保护电路的工作原理具体如下，在拔插电池或电子产品跌落时，电池连接弹片会产生振动，导致电压抖动，产生电弧；当产生电压抖动，掉电保护电路的输入端Vin掉电时，电压保持模块200能够将其内部电压保持在充电后的电压值，当电压检测模块300和电压保持模块200检测到掉电保护电路的输入端Vin的电压跌落的速率和幅值超过阈值时，电压检测模块300使电压保持模块200和上电开关模块100连通，向上电开关模块100施加反向电压，使上电开关模块100快速关断，进而切断电保护电路的输入端Vin及其输出端Vout之间的连接。
由此可见，在电子产品不慎掉落，电池的连接弹片发生振动，导致触点接触不良，电压快速跌落起伏，产生电弧时，本实施例能够关断电源通路上的上电开关模块，立即切断电流，防止电子产品死机，解决了现有保护电路存在电源热插拔时保护电路动作慢的问题，有利于避免在电压波动情况下发生器件损坏，有效提高了电路的可靠性和产品的保护能力。
在上述实施例的基础上，以下对掉电保护电路的具体结构进行说明，但不作为对本发明的限定。图2是本发明实施例提供的另一种掉电保护电路的结构示意图，参见图2，可选地，上电开关模块100包括上电开关110，上电开关110的输入端与掉电保护电路的输入端Vin连接，上电开关110的输出端与掉电保护电路的输出端Vout连接，上电开关110的控制端与电压检测模300连接。电压检测模300包括控制开关310，控制开关310包括输入端、控制端和输出端；控制开关310的输入端与电压保持模块200连接，控制开关310的控制端与掉电保护电路的输入端Vin连接，控制开关310的输出端与上电开关110的控制端连接。
可选地，电压保持模块200包括二极管D1和第一电容C1。二极管D1的阳极与掉电保护电路的输入端Vin连接；用于单向导通电流，并与第一电容C1形成高电压保持功能，以及避免在掉电保护电路上电时，第一电容C1产生大电流造成电火花打火，保护电路及元器件。
第一电容C1的第一端与二极管D1的阴极以及电压检测模块300连接，第一电容C1的第二端接地；第一电容C1用于与二极管D1形成高电压保持功能，以及当电压检测模块300导通时，第一电容C1向上电开关110的控制端泄放电荷。
上电开关模块100还包括第二电容C2；第二电容C2的第一端连接上电开关110的输入端，第二电容C2的第二端连接上电开关110的控制端；用于使上电开关110上电时延时启动，防止上电时上电开关110产生电火花打火或产生电弧。
其中，第一电容C1的电容值大于第二电容C2的电容值；当控制开关310的控制端的电压跌落至其开通时，第一电容C1能够通过控制开关310给第二电容C2大电流泄放电荷，并且由于第一电容C1远大于第二电容C2，上电开关110的控制端的电压可以高于输入端的电压。
可选地，掉电保护电路还包括第二电阻R1和第三电阻R2，第二电阻R1与第二电容C2并联连接于上电开关110的输入端与上电开关110的控制端，第三电阻R2的第一端连接上电开关110的控制端，第三电阻R2的第二端接地；第二电阻R1用于给上电开关110分压，避免上电开关110的控制端与输入端电压差过压造成击穿，保护上电开关110，第三电阻R2用于与第二电阻R1一起为上电开关110分压，避免上电开关110的控制端与输入端电压差过压造成击穿，保护上电开关110。
由此可见，图2所示掉电保护电路的具体工作原理如下：
在拔插电池或电子产品跌落时，电池连接弹片会产生振动，导致电压抖动，产生电弧；当产生电压抖动，掉电保护电路的输入端Vin掉电时，控制开关310的控制端的电压随着掉电保护电路的输入端Vin下降，由于第一电容C1能够将其内部电压保持在充电后的电压值，控制开关310的输入端的电压被第一电容C1保持在一个较高的电压值，当控制开关310的控制端与输入端的电压差大于其阈值电压时，控制开关310导通，第一电容C1向第二电容C2的第二端泄放电荷，使第二电容C2两端的电压发生变化；由于第二电容C2的第一端连接上电开关110的输入端，第二电容C2的第二端连接上电开关110的控制端，所以第二电容C2两端的电压差就等同于上电开关110的控制端与输入端的电压差；由于掉电保护电路的输入端Vin掉电，而第一电容C1向第二电容C2的第二端泄放电荷，使第二电容C2的第二端电压升高，所以上电开关110的输入端电压下降，上电开关110的控制端电压升高，上电开关110的控制端电压远大于上电开关110输入端的电压，上电开关110会迅速关断。
由此可知，在电子产品不慎掉落，电池的连接弹片发生振动，导致触点接触不良，电压快速跌落起伏，产生电弧时，本实施例能够关断电源通路上的上电开关模块，立即切断电流，防止电子产品死机，解决了现有保护电路存在电源热插拔时保护电路动作慢的问题，有利于避免在电压波动情况下发生器件损坏，有效提高了电路的可靠性和产品的保护能力。
图3是本发明实施例提供的又一种掉电保护电路的结构示意图，参见图3，可选地，掉电保护电路还包括第一电阻R3，第一电阻R3连接于二极管D1的阴极和第一电容C1的第一端之间；第一电阻R3用于给二极管D1限流，避免二极管D1因电流过大而烧毁。
可选地，掉电保护电路还包括第四电阻R4，第四电阻R4连接于控制开关310的输出端和上电开关模块100之间；第四电阻R4用于给控制开关310限流，避免控制开关310因电流过大而烧毁。
基于图3所示的掉电保护电路，以下通过实际掉电保护电路的测试结果对本发明实施例所提供技术方案的有益效果分四个方面进行阐述，但不作为对本发明的限定。
第一方面，采用直流电压对加载图3所示的掉电保护电路的设备进行测试。
图4是本发明实施例提供的一种掉电保护电路在电源电压跌落时的电压波形图。参见图4，Vout是指掉电保护电路的输出端的电压波形，Vin是指掉电保护电路的输入端的电压波形，Vc是指掉电保护电路的第二电容C2的第二端的电压波形。
根据测试结果，采用图3中掉电保护电路的设备在电源电压跌落时，第二电容C2的第二端的电压Vc大于掉电保护电路的输入端的电压Vin，即上电开关110的控制端电压大于掉电保护电路的输入端的电压Vin。由此可见，本发明实施例通过设置掉电保护电路，使得设备在电压抖动时，上电开关110的控制端电压会被抬高，上电开关110的控制端电压大于上电开关110的输入端电压，有效地关断上电开关110，有利于避免在电压波动情况下发生器件损坏。
第二方面，采用直流电压对加载图3所示的掉电保护电路的设备进行测试。
图5是本发明实施例提供的一种掉电保护电路在电源电压小幅跌落时的保护波形图。参见图5，Vout是指掉电保护电路的输出端的电压波形，Vin是指掉电保护电路的输入端的电压波形，Vc是指掉电保护电路的第二电容C2的第二端的电压波形；Vh是指掉电保护电路的第一电容C1的第一端的电压波形。
根据测试结果，采用图3中掉电保护电路的设备在电源电压小幅跌落时，第一电容C1向第二电容C2少量泄放电荷，第二电容C2的第二端的电压Vc大于掉电保护电路的输入端的电压Vin，即上电开关110的控制端电压大于掉电保护电路的输入端的电压Vin，且掉电保护电路的输出端的电压Vout延时上电。由此可见，本发明实施例通过设置掉电保护电路，使得设备在电压抖动较小时，也可以有效地关断上电开关110，有效提高了电路的可靠性和产品的保护能力。
第三方面，对电源电压跌落的幅度过小时，掉电保护电路的动作情况进行测试。
图6是本发明实施例提供的一种掉电保护电路在电源电压跌落幅度过小时的保护波形图。参见图6，Vin是指掉电保护电路的输入端的电压波形，Vc是指掉电保护电路的第二电容C2的第二端的电压波形；Vh是指掉电保护电路的第一电容C1的第一端的电压波形。
根据测试结果，采用图3中掉电保护电路的设备在电源电压跌落幅度过小时，第一电容C1无动作，不泄放电荷，第二电容C2的第二端的电压Vc随着掉电保护电路的输入端的电压Vin产生细微抖动。由此可见，本发明实施例通过设置掉电保护电路，使得设备在电压抖动过小，不会造成影响时，掉电保护电路不进行动作，可以避免不必要地关断上电开关110，有效提高了电路的可靠性。
第四方面，对掉电保护电路在电压跌落时进行保护动作的响应时间进行测试。
图7是本发明实施例提供的另一种掉电保护电路在电源电压跌落时的保护波形图。参见图7，Vout是指掉电保护电路的输出端的电压波形，Vin是指掉电保护电路的输入端的电压波形，Vg是指掉电保护电路的上电开关110的控制端的电压波形；Iin是指掉电保护电路的输入端的电流波形。
根据测试结果，采用图3中掉电保护电路的设备在电源电压跌落时，掉电保护电路的响应时间为3.67ms，上电开关110的控制端的电压上升时间在1ms以内，保护动作迅速，解决了现有保护电路存在电源热插拔时保护电路动作慢的问题，有利于避免在电压波动情况下发生器件损坏，有效提高了电路的可靠性和产品的保护能力。
由此可见，本实施例能够关断电源通路上的上电开关模块，立即切断电流，防止电子产品死机，解决了现有保护电路存在电源热插拔时保护电路动作慢的问题，有利于避免在电压波动情况下发生器件损坏，有效提高了电路的可靠性和产品的保护能力。
本发明实施例还提供了一种用电设备，包括本发明任意实施例所提供的掉电保护电路，其技术原理和实现的效果类似，不再赘述。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种掉电保护电路，其特征在于，包括：
上电开关模块，所述上电开关模块连接于所述掉电保护电路的输入端以及所述掉电保护电路的输出端之间；
电压保持模块，所述电压保持模块与所述掉电保护电路的输入端连接，所述电压保持模块用于基于所述掉电保护电路的输入端的电压进行充电，并在所述掉电保护电路的输入端掉电时，保持充电后的电压；
电压检测模块，所述电压检测模块与所述掉电保护电路的输入端连接，用于检测所述掉电保护电路的输入端的电压；所述电压检测模块还与所述电压保持模块、上电开关模块连接，用于在所述掉电保护电路的输入端掉电时，连通所述电压保持模块和所述上电开关模块，以关断所述上电开关模块。
2.根据权利要求1所述的掉电保护电路，其特征在于，所述电压检测模块包括控制开关，所述控制开关包括输入端、控制端和输出端；
所述控制开关的输入端与所述电压保持模块连接，所述控制开关的控制端与所述掉电保护电路的输入端连接，所述控制开关的输出端与所述上电开关模块连接；所述控制开关用于在所述掉电保护电路的输入端掉电时导通，所述电压保持模块向所述上电开关模块泄放电荷，以使所述上电开关模块关断。
3.根据权利要求1所述的掉电保护电路，其特征在于，所述上电开关模块包括上电开关，所述上电开关的输入端与所述掉电保护电路的输入端连接，所述上电开关的输出端与所述掉电保护电路的输出端连接，所述上电开关的控制端与所述电压检测模块连接。
4.根据权利要求3所述的掉电保护电路，其特征在于，所述电压保持模块包括：
二极管，所述二极管的阳极与所述掉电保护电路的输入端连接；
第一电容，所述第一电容的第一端与所述二极管的阴极以及所述电压检测模块连接，所述第一电容的第二端接地。
5.根据权利要求4所述的掉电保护电路，其特征在于，所述电压保持模块还包括第一电阻，所述第一电阻连接于所述二极管的阴极和所述第一电容的第一端之间。
6.根据权利要求4所述的掉电保护电路，其特征在于，所述上电开关模块还包括第二电容；
所述第二电容的第一端连接所述上电开关的输入端，所述第二电容的第二端连接所述上电开关的控制端，所述第一电容的电容值大于所述第二电容的电容值。
7.根据权利要求6所述的掉电保护电路，其特征在于，所述掉电保护电路还包括第二电阻，所述第二电阻与所述第二电容并联连接于所述上电开关的输入端与所述上电开关的控制端。
8.根据权利要求6所述的掉电保护电路，其特征在于，所述掉电保护电路还包括第三电阻，所述第三电阻的第一端连接所述上电开关的控制端，所述第三电阻的第二端接地。
9.根据权利要求2所述的掉电保护电路，其特征在于，所述掉电保护电路还包括第四电阻，所述第四电阻连接于所述控制开关的输出端和所述上电开关模块之间。
10.一种电子产品，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的掉电保护电路。
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