CN201656423U - 过压保护装置及使用其的电子设备 - Google Patents

Abstract

一种过压保护装置，用于在电源电压过压时，对两个用电电路进行保护，包括第一过压保护电路、第二过压保护电路及电压负载电路。第一过压保护电路用于在电源电压大于第一阈值时，断开电源与第一用电电路的连接。第二过压保护电路用于在电源电压大于第二阈值且小于第一阈值时，断开电源与第二用电电路的连接。电压负载电路与第二过压保护电路并联，用于当电源电压大于第二阈值且小于第一阈值时，将电源电压降压后输入至第二用电电路。本实用新型还提供一种使用所述过压保护装置的电子设备。所述电子设备及过压保护装置可针对多个输入电压范围，进行不同的保护，精确度较高。

Description

过压保护装置及使用其的电子设备

技术领域

本实用新型主要涉及电子设备，尤其涉及一种包括过压保护装置的电子设备。

背景技术

电子电路由于元件参数的离散性，在设计中理论值与实际值之间会呈现一定的误差。过压保护电路也不例外，其触发电压会因元件的离散性而表现为在某一范围内波动。

通常，电子设备中只设计有一个过压保护电路，对应一个触发电压范围。然而，电子设备中通常有多个电压输出，且电压误差范围会有所不同，一个过压保护电路无法进行精确的过压保护。

实用新型内容

有鉴于此，需提供一种过压保护装置，用于在电子设备的电源过压时，保护电子设备的用电电路。

同时，还需提供一种使用所述过压保护装置的电子设备。

一种过压保护装置，连接于电子设备的电源与两个用电电路之间，用于在所述电源电压过压时，对所述两个用电电路进行保护，包括第一过压保护电路、第二过压保护电路及电压负载电路。第一过压保护电路连接于所述电源与第一用电电路之间，用于当所述电源电压大于第一阈值时，断开所述电源与所述第一用电电路的连接，包括第一开关元件及第一侦测元件。第一开关元件连接于所述电源与所述第一用电电路之间。第一侦测元件用于侦测所述电源电压，当所述电源电压大于所述第一阈值时，控制所述第一开关元件关闭，以断开所述电源与所述第一用电电路的连接。第二过压保护电路连接于所述第一过压保护电路与第二用电电路之间，用于当所述电源电压大于第二阈值且小于所述第一阈值时，断开所述电源与所述第二用电电路的连接。所述第二过压保护电路包括第二开关元件及第二侦测元件。第二开关元件连接于所述第一过压保护电路与所述第二用电电路之间。第二侦测元件用于侦测所述电源电压，当所述电源电压大于所述第二阈值且小于所述第一阈值时，控制所述第二开关元件关闭，以断开所述电源与所述第二用电电路的连接。电压负载电路与所述第二过压保护电路并联，用于当所述第一开关元件导通且所述第二开关元件关闭时，将所述电源电压降压后输入至所述第二用电电路。

优选地，所述第一开关元件为P型金属氧化物半导体场效应晶体管，栅极连接所述第一侦测电路，源极连接所述电源，漏极连接所述第一用电电路。

优选地，所述第一侦测电路包括第一电阻、第二电阻及第一比较器。第一电阻与第二电阻串联于所述电源与地之间。第一比较器包括正输入端、负输入端及输出端，所述正输入端连接于所述第一电阻与所述第二电阻之间，所述负输入端连接参考电压，所述输出端连接所述第一开关元件。

优选地，所述第二开关元件为P型金属氧化物半导体场效应晶体管，栅极连接所述第二侦测电路，源极连接所述第一开关元件，漏极连接所述第二用电电路。

优选地，所述第二侦测电路包括第三电阻、第四电阻及第二比较器。所述第四电阻与所述第三电阻串联于所述第一开关元件与地之间。第二比较器包括正输入端、负输入端及输出端，所述正输入端连接于所述第三电阻与所述第四电阻之间，所述负输入端连接参考电压，所述输出端连接所述第二开关元件。

优选地，所述电压负载电路包括第一三极管、第二三极管及第三三极管。第一三极管的基极与集电极相连，并共同连接至所述第一开关元件，发射极连接至所述第二用电电路。第二三极管的基极连接至所述第一三极管的发射极，集电极连接至所述第一开关元件，发射极连接至所述第二用电电路。第三三极管的基极连接至所述第二三极管的集电极，发射极连接所述第一开关元件，集电极连接所述第二用电电路。

一种电子设备，包括两个用电电路及过压保护装置。过压保护装置连接于所述电子设备的电源与两个用电电路之间，用于在所述电源电压过压时，对所述两个用电电路进行保护，包括第一过压保护电路、第二过压保护电路及电压负载电路。第一过压保护电路连接于所述电源与第一用电电路之间，用于当所述电源电压大于第一阈值时，断开所述电源与所述第一用电电路的连接，包括第一开关元件及第一侦测元件。第一开关元件连接于所述电源与所述第一用电电路之间。第一侦测元件用于侦测所述电源电压，当所述电源电压大于所述第一阈值时，控制所述第一开关元件关闭，以断开所述电源与所述第一用电电路的连接。第二过压保护电路连接于所述第一保护电路与第二用电电路之间，用于当所述电源电压大于第二阈值且小于所述第一阈值时，断开所述电源与所述第二用电电路的连接。所述第二过压保护电路包括第二开关元件及第二侦测元件。第二开关元件连接于所述第一保护电路与所述第二用电电路之间。第二侦测元件用于侦测所述电源电压，当所述电源电压大于所述第二阈值且小于所述第一阈值时，控制所述第二开关元件关闭，以断开所述电源与所述第二用电电路的连接。电压负载电路与所述第二过压保护电路并联，用于当所述第一开关元件导通且所述第二开关元件关闭时，将所述电源电压降压后输入至所述第二用电电路。

所述电子设备及过压保护装置由于设置两个具有不同触发阈值的过压保护电路，从而可针对多个输入电压范围进行不同的保护，精确度较高。

附图说明

图1描述了本实用新型一实施方式中电子设备的示意图；及

图2描述了本实用新型一实施方式中过压保护装置的电路图。

主要元件符号说明

电子设备                         10

过压保护装置                     20

第一过压保护电路                 210

第一侦测元件                     211

第一开关元件                     212

第一至第十电阻                   R1～R10

第一比较器                       2110

P型金属氧化物半导体场效应晶体管  Q1、Q2

电容                    C1

第二过压保护电路        220

第二侦测元件            221

第二开关元件            222

第二比较器              2210

电压负载电路            230

第一至第三三极管        Q3、Q4、Q5

第一用电电路            30

第二用电电路            40

电源                    50

参考电压源              60

具体实施方式

图1为本实用新型一实施方式中电子设备10的示意图。在本实施方式中，电子设备10可为路由器、调制解调器、机顶盒等通信产品。电子设备10包括过压保护装置20、第一用电电路302及第二用电电路40，并由电源50供电，以进行工作。在本实施方式中，电源50为外部电源。在本实用新型的另一实施方式中，电源50也可为电子设备10的内部电源。第一用电电路30与第二用电电路40为电子设备10的工作电路。在本实施方式中，第一用电电路30为主板，第二用电电路40为硬盘。在本实用新型的另一实施方式中，第一用电电路30及第二用电电路40也可为其他的工作电路。

过压保护装置20连接于电源50与第一用电电路30及第二用电电路40之间，用于当电源50的电压超过第一用电电路30及第二用电电路40所允许的最大电压时，断开第一用电电路30及第二用电电路40与电源50的连接，对第一用电电路30及第二用电电路40进行保护。

在本实施方式中，第一用电电路30及第二用电电路40所允许的最大电压理论上应相同，然而，由于电子元件参数的离散性，上述最大电压会有一定的误差。定义第一用电电路30所允许的最大电压为第一阈值，第二用电电路40所允许的最大电压为第二阈值，其中第一阈值大于第二阈值。例如，第一用电电路30及第二用电电路40设计的最大电压均为12伏，而实际上，第一用电电路30所允许的最大电压可达到14.1伏，则第一阈值为14.1伏，第二用电电路40所允许的最大电压可达到13.2伏，则第二阈值为13.2伏。

当第一用电电路30的输入电压大于第一阈值时，即超过第一用电电路30所允许的最大电压，过压保护装置20需对第一用电电路30进行过压保护。当第一用电电路30的输入电压小于第一阈值时，第一用电电路30可以正常工作，过压保护装置20不需对第一用电电路30进行过压保护。

当第二用电电路40的输入电压大于第二阈值时，即超过第二用电电路40所允许的最大电压，过压保护装置20需对第二用电电路40进行过压保护。当第二用电电路40的输入电压小于第二阈值时，第二用电电路40可以正常工作，过压保护装置20不需对第二用电电路40进行过压保护。

在本实施方式中，过压保护装置20包括第一过压保护电路210、第二过压保护电路220及电压负载电路230。第一过压保护电路210连接于电源50与第一用电电路30之间，用于当电源50的电压大于第一阈值时，断开电源50与第一用电电路30的连接。第一过压保护电路210包括第一侦测元件211及第一开关元件212。第一开关元件212连接于电源50与第一用电电路30之间。第一侦测元件211用于侦测电源50的电压，当电源50的电压大于第一阈值时，控制第一开关元件212关闭，以断开电源50与第一用电电路30的连接。

第二过压保护电路220连接于第一过压保护电路210与第二用电电路40之间，用于当电源50的电压大于第二阈值且小于第一阈值时，断开电源50与第二用电电路40的连接。第二过压保护电路220包括第二侦测元件221及第二开关元件222。第二开关元件222连接于第一过压保护电路210与第二用电电路40之间。第二侦测元件221用于侦测电源50的电压，当电源50的电压大于第二阈值且小于第一阈值时，控制第二开关元件222关闭，以断开电源50与第二用电电路40的连接。

电压负载电路230与第二过压保护电路220并联，用于当第一开关元件212导通且第二开关元件222截止，即电源50的电压大于第二阈值且小于第一阈值时，将电源50的电压降压后输入至第二用电电路40。

图2所示为本实用新型一实施方式中过压保护装置20的电路图。在本实施方式中，第一过压保护电路210的第一开关元件212为P型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET)Q1，栅极连接第一侦测电路211，源极连接电源50，漏极连接第一用电电路30。第一侦测元件211包括第一电阻R1、第二电阻R2及第一比较器2110。第一电阻R1与第二电阻R2串联于电源50与地之间。第一比较器2110包括正输入端、负输入端及输出端，正输入端连接于第一电阻R1与第二电阻R2之间，负输入端连接参考电压源60，输出端连接第一开关元件212，即连接PMOSFET Q1的栅极。参考电压源60用于提供参考电压。在本实施方式中，该参考电压为2.5伏。同样由于电子元件参数的离散性，参考电压也会有一定的误差范围，例如，为2.453伏至2.573伏。

第二过压保护电路220的第二开关元件222为P型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET)Q2，栅极连接第二侦测电路221，源极连接第一开关元件212的漏极，漏极连接第二用电电路40。第二侦测元件221包括第三电阻R3、第四电阻R4及第二比较器2210。第三电阻R3与第四电阻R4串联于第一开关元件212与地之间。第二比较器2210包括正输入端、负输入端及输出端，正输入端连接于第三电阻R3与第四电阻R4之间，负输入端连接参考电压源60，输出端连接第二开关元件222，即连接PMOSFET Q2的栅极。在本实施方式中，第一电阻R1与第三电阻R3的电阻值相同，例如同为100千欧姆，第二电阻R2的电阻值小于第四电阻R4的电阻值，分别为22.4千欧姆与24.3千欧姆。

在本实施方式中，第一比较器2110与第二比较器2210的输出端与正输入端之间分别连接第五电阻R5与第六电阻R6，用于进行反馈。PMOSFET Q1与Q2的源极与栅极之间分别连接第七电阻R7与第八电阻R8。过压保护装置20还包括电容C1，与第二电阻R2并联。

电压负载电路230包括第一三极管Q3、第二三极管Q4及第三三极管Q5。第一三极管Q3的基极及集电极连接，并连接到PMOSFET Q1的漏极，发射极通过第九电阻R9连接至第二用电电路40。第二三极管Q4的基极连接于第一三极管Q3的发射极及第九电阻R9之间，发射极也连接至第二用电电路40，集电极通过第十电阻R10连接PMOSFET Q1的漏极。第三三极管Q5的基极连接于第二三极管Q4的集电极与第十电阻R10之间，发射极连接PMOSFET Q1的漏极，集电极连接第二用电电路40。其中，第一三极管Q3及第二三极管Q4用于分压，第三三极管Q5用于提供电流。

当电源50的电压大于第一阈值时，例如，大于14.1伏时，第二电阻R2的电压大于2.5伏，即第一比较器2110的正输入端的电压大于2.5伏，大于负输入端的电压。因而，第一比较器2110输出高电位信号至PMOSFET Q1的基极，使得PMOSFET Q1截止，无电压输入至第一用电电路30与第二用电电路40。此时，第一过压保护电路210被触发，对第一用电电路30与第二用电电路40进行总体过压保护。

当电源50的电压大于第二阈值且小于第一阈值时，例如，大于13.2伏且小于14.1伏，第二电阻R2的电压小于参考电压2.5伏，即第一比较器2110的正输入端的电压小于2.5伏，小于负输入端的电压，因而，第一比较器2110输出低电位信号至PMOSFET Q1的基极，使得PMOSFET Q1导通，电源50的电压输入第一用电电路30，第一用电电路30正常工作，不需被过压保护。若忽略PMOSFET Q1的导通压降不计，第四电阻R4的电压大于2.5伏，即第二比较器2210的正输入端的电压大于2.5伏，大于负输入端的电压，因而，第二比较器2210输出高电位信号至PMOSFET Q2的基极，使得PMOSFET Q2截止，电源50的电压不会直接输入至第二用电电路40。此时，电压负载电路230的三个三极管Q3、Q4及Q5均导通，因而电源50的电压经过第一三极管Q3及第二三极管Q4的分压后，输入第二用电电路40，避免超过第二用电电路40所允许的最大电压。

当电源50的电压小于第二阈值时，例如，小于12.3伏，第一过压保护电路210及第二过压保护电路220均不会被触发，第一用电电路30及第二用电电路40均正常工作。此时，过压保护装置20的工作原理如下：第二电阻R2的电压小于2.5伏，即第一比较器2110的正输入端的电压小于2.5伏，小于负输入端的电压，因而，第一比较器2110输出低电位信号至PMOSFET Q1的基极，使得PMOSFET Q1导通，电源50的电压输入第一用电电路30。若忽略PMOSFET Q1的导通压降不计，第四电阻R4的电压小于2.5伏，即第二比较器2210的正输入端的电压小于2.5伏，小于负输入端的电压，因而，第二比较器2210输出低电位信号至PMOSFET Q2的基极，使得PMOSFET Q2导通。又因为PMOSFET Q2的导通压降很小，使得电压负载230的三个三极管Q3、Q4及Q5均截止，电源50的电压输入第二用电电路40。

本实用新型的电子设备10及其过压保护装置20由于设置两个具有不同触发阈值的过压保护电路，从而可针对多个输入电压范围进行不同的保护，精确度较高。此外，利用比较器及晶体管进行侦测及保护，成本较低，且容易实现。

Claims (7)

1.一种过压保护装置，连接于电子设备的电源与两个用电电路之间，用于当所述电源电压过压时，对所述两个用电电路进行保护，其特征在于，所述过压保护装置包括：

第一过压保护电路，连接于所述电源与第一用电电路之间，用于当所述电源电压大于第一阈值时，断开所述电源与所述第一用电电路的连接，所述第一过压保护电路包括：

第一开关元件，连接于所述电源与所述第一用电电路之间；及

第一侦测元件，用于侦测所述电源电压，当所述电源电压大于所述第一阈值时，控制所述第一开关元件关闭，以断开所述电源与所述第一用电电路的连接；

第二过压保护电路，连接于所述第一过压保护电路与第二用电电路之间，用于当所述电源电压大于第二阈值且小于所述第一阈值时，断开所述电源与所述第二用电电路的连接，所述第二过压保护电路包括：

第二开关元件，连接于所述第一过压保护电路与所述第二用电电路之间；及

第二侦测元件，用于侦测所述电源电压，当所述电源电压大于所述第二阈值且小于所述第一阈值时，控制所述第二开关元件关闭，以断开所述电源与所述第二用电电路的连接；及

电压负载电路，与所述第二过压保护电路并联，用于当所述第一开关元件导通且所述第二开关元件关闭时，将所述电源电压降压后输入至所述第二用电电路。

2.如权利要求1所述的过压保护装置，其特征在于，所述第一开关元件为P型金属氧化物半导体场效应晶体管，栅极连接所述第一侦测电路，源极连接所述电源，漏极连接所述第一用电电路。

3.如权利要求1所述的过压保护装置，其特征在于，所述第一侦测电路包括：

第一电阻；

第二电阻，与所述第一电阻串联连接于所述电源与地之间；及

第一比较器，包括正输入端、负输入端及输出端，所述正输入端连接于所述第一电阻与所述第二电阻之间，所述负输入端连接参考电压，所述输出端连接所述第一开关元件。

4.如权利要求1所述的过压保护装置，其特征在于，所述第二开关元件为P型金属氧化物半导体场效应晶体管，栅极连接所述第二侦测电路，源极连接所述第一开关元件，漏极连接所述第二用电电路。

5.如权利要求1所述的过压保护装置，其特征在于，所述第二侦测电路包括：

第三电阻；

第四电阻，与所述第三电阻串联连接于所述第一开关元件与地之间；及

第二比较器，包括正输入端、负输入端及输出端，所述正输入端连接于所述第三电阻与所述第四电阻之间，所述负输入端连接参考电压，所述输出端连接所述第二开关元件。

6.如权利要求1所述的过压保护装置，其特征在于，所述电压负载电路包括：

第一三极管，基极与集电极相连并共同连接至所述第一开关元件，发射极连接至所述第二用电电路；

第二三极管，基极连接至所述第一三极管的发射极，集电极连接至所述第一开关元件，发射极连接至所述第二用电电路；及

第三三极管，基极连接至所述第二三极管的集电极，发射极连接所述第一开关元件，集电极连接所述第二用电电路。

7.一种电子设备，包括两个用电电路，其特征在于，所述电子设备还包括：

如权利要求1至6任意一项所述的过压保护装置，用于当所述电子设备的电源电压过压时，对所述两个用电电路进行保护。

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