CN202034757U - 保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种保护电路，包括电源模块、应用电路模块以及过流过压保护模块，过流过压保护模块包括：初级保护模块，输入端与电源模块连接，用于滤除电源模块输出的电压中包含的高频干扰信号，形成第一电压；关断模块，输入端与初级保护模块的输出端连接，用于在第一电压大于应用电路模块的预定工作电压时，经预定时间后断开与应用电路模块的连接；限压模块，输入端与关断模块的输出端连接，输出端与应用电路模块连接，用于在预定时间内使限压模块的输出电压小于或等于应用电路模块的预定工作电压。应用本实用新型的技术方案，成本低，易实现，同时可以有效地对应用电路模块进行保护。

Description

保护电路

技术领域

本实用新型涉及半导体领域，具体地，涉及一种保护电路。

背景技术

基于半导体及封装工艺，集成电路(IC)朝着高密度、低电压、小体积方向发展，同时电子产品也趋向于多功能、小体积、低功耗。当这些技术朝着小而全的方向发展时却面临一些实际问题，比如：由于密度大、电压低，集成电路及电路系统对于一些干扰就变得越发敏感，尤其对过流，过压等甚为敏感。

电源是电子系统可靠工作的前提，当电源出现过压、过流等问题时，再好的后端也难免不出问题，小则不能正常工作，大则烧毁器件、系统。在高电压，大电流情况下，通常使用分离方案处理宽电压供电环境中过压、过流等问题，这种方案比较成熟，用的也较多，常用的有光耦、继电器检测控制方法等。由于产品体积越来越小，分离方案已不再适用，一些简单的IC方案应运而生，可以满足产品小型化方面的要求，如凌特、美信等半导体公司的汽车电源IC方案。图1和图2分别示出了现有技术一和二中的典型应用电路。如图1和图2所示的IC方案虽然简单，但也需要与一些外围功率器件配合使用，整体成本较高。此外，由于集成电路本身的问题，保护不可能做的很高，在这一点上远不及传统的分离方案。传统的分离方案虽然成熟，保护范围大，但其复杂笨重不适应现代电子系统的小型化要求。IC解决方案虽然相对简单，可以节省一些空间，但是保护能力有限且成本高。这样就需要一个既不复杂又不失性能的方案。

针对现有技术中分离方案复杂笨重不适应现代电子系统的小型化要求，IC方案保护能力有限且成本高的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种保护电路，以解决现有技术中分离方案复杂笨重，IC方案保护能力有限且成本高的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种保护电路。该保护电路包括：电源模块以及应用电路模块，保护电路还包括过流过压保护模块，其中，过流过压保护模块包括：初级保护模块，输入端与电源模块连接，用于滤除电源模块输出的电压中包含的高频干扰信号，形成第一电压；关断模块，输入端与初级保护模块的输出端连接，用于在第一电压大于应用电路模块的预定工作电压时，经预定时间后断开与应用电路模块的连接；以及限压模块，输入端与关断模块的输出端连接，输出端与应用电路模块连接，用于在预定时间内使限压模块的输出电压小于或等于应用电路模块的预定工作电压。

进一步地，初级保护模块包括：过流模块，第一端与电源模块连接，用于在电源模块的输出电流大于应用电路模块的预定工作电流时，断开与电源模块的连接；瞬态过压模块，第一端与过流模块连接，第二端接地，用于在电源模块输出的电压大于保护电路的安全工作电压时，使瞬态过压模块两端的电压小于或等于关断模块的安全工作电压；第四电容，第一端与电源模块的第一端连接，第二端接地；第一二极管，阳极与过流模块的第二端连接，用于防止电源反接；以及高频滤波器，输入端与第一二极管的阴极连接，输出端作为初级保护模块的输出端，用于滤除电源模块输出的电压中包含的高频干扰信号。

进一步地，过流模块包括自恢复保险，瞬态过压模块包括第一瞬态电压抑制器，高频滤波器包括第一磁珠和第二磁珠组成的并联电路。

进一步地，关断模块包括：第一分压电阻，第一端与关断模块的输入端连接；第二分压电阻，第一端与第一分压电阻的第二端连接，第二端接地；第一电压比较器，输入端与第一分压电阻的第二端连接；第一场效应管，源极接地；第一电阻，第一端与第一场效应管的漏极相连；第二场效应管，源极与关断模块的输入端连接，漏极作为关断模块的输出端，栅极与第一电阻的第二端相连；第二电阻，第一端与第一电压比较器的输出端连接，第二端与第一场效应管的栅极连接；第一二极管，阳极与第二电阻的第一端连接，阴极与第二电阻的第二端连接；第一电容，第一端与第二电阻的第二端连接，第二端接地；以及第一稳压二极管，阴极与第一电容的第一端连接，阳极接地。

进一步地，关断模块还包括：第三电阻，第一端与关断模块的输入端连接，第二端与第一电压比较器的输出端连接；第四电阻，第一端与第二场效应管的源极连接，第二端与第一场效应管的漏极连接；第五电阻，第一端与第二场效应管的源极连接，第二端与第二场效应管的栅极连接；第二稳压二极管，阴极与第二场效应管的源极连接，阳极与第二场效应管的栅极连接；以及第二电容，第一端连接第二场效应管的漏极，第二端接地。

进一步地，第一场效应管是N型场效应管，第二场效应管是P型场效应管，第一电压比较器是并联电压调节器。

进一步地，限压模块包括：第三分压电阻，第一端与限压模块的输出端连接；第四分压电阻，第一端与第三分压电阻的第二端连接，第二端接地；第二电压比较器，输入端与第三分压电阻的第二端连接；第三场效应管，栅极与第二电压比较器的输出端连接，源极接地；第六电阻，第一端与第三场效应管的漏极相连；以及第四场效应管，源极与限压模块的输入端连接，栅极与第六电阻的第二端相连，漏极与第三分压电阻的第二端连接，并作为限压模块的输出端。

进一步地，限压模块还包括：第七电阻，第一端与限压模块的输入端连接，第二端与第二电压比较器的输出端连接；第八电阻，第一端与第四场效应管的源极连接，第二端与第三场效应管的漏极连接；第九电阻，第一端与第四场效应管的源极连接，第二端与第四场效应管的栅极连接；第三稳压二极管，阴极与第九电阻的第一端连接，阳极与第六电阻的第二端连接；第三电容，第一端与第四场效应管的漏极连接，第二端接地；第五电容，第一端与第四场效应管的漏极连接，第二端接地；第二瞬态电压抑制器二极管，阴极与第四场效应管的漏极连接，阳极接地；以及第四稳压二极管，阴极与第二电压比较器输出端连接，阳极接地。

进一步地，第三场效应管是N型场效应管，第四场效应管是P型场效应管，第二电压比较器是并联电压调节器。

应用本实用新型的技术方案，通过采用包括初级保护模块、关断模块和限压模块，当电源模块的输出电压超过应用电路模块的预定工作电压时，电路经过初级保护模块的过流保护和瞬态过压保护后，并不立刻切断电源，而是通过关断模块延时一段时间再关断，从而避免系统进行重复开启时产生的电源扰动，以达到抗干扰的目的。在延时关断期间，由限压模块保证应用电路模块的安全。通过电路的三级保护可以自由设置电路的关断或持续工作而不需要更换高耐压的应用电路模块器件，节省成本。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了现有技术一的典型应用电路示意图；

图2示出了现有技术二的典型应用电路示意图；

图3是根据本实用新型实施例的保护电路的原理示意图；

图4是根据本实用新型实施例的初级保护模块的电路连接示意图；

图5是根据本实用新型实施例的限压模块的原理框图；以及

图6是根据本实用新型实施例的关断模块和限压模块的电路连接示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

图3是根据本实用新型实施例的保护电路的原理示意图。

如图3所示，该保护电路包括：电源模块10以及应用电路模块50，保护电路还包括过流过压保护模块30，其中，过流过压保护模块30包括：初级保护模块31，输入端与电源模块10连接，用于滤除电源模块10输出的电压中包含的高频干扰信号，形成第一电压V1；关断模块33，输入端与初级保护模块31的输出端连接，用于在第一电压V1大于应用电路模块50的预定工作电压时，经预定时间后断开与应用电路模块50的连接；限压模块35，输入端与关断模块33的输出端连接，输出端与应用电路模块50连接，用于在预定时间内使限压模块35的输出电压小于或等于应用电路模块50的预定工作电压。在本实施例中，通过采用初级保护模块31能够实现限流保护、浪涌保护；通过采用关断模块33能够实现延时关断保护，并且在延时关断期间，将过流过压保护模块30的输出电压钳位在应用电路模块50的预定工作电压内。

图4是根据本实用新型实施例的初级保护模块的电路连接示意图。

如图4所示，初级保护模块31包括：过流模块311，第一端与电源模块10连接，用于在电源模块10的输出电流大于应用电路模块50的预定工作电流时，断开与电源模块10的连接；瞬态过压模块313，第一端与过流模块311连接，第二端接地，用于在电源模块10输出的电压大于保护电路的安全工作电压时，使瞬态过压模块313两端的电压小于或等于关断模块33的安全工作电压；第四电容C4，第一端与电源模块10连接，第二端接地；第一二极管D8，阳极与过流模块311的第二端连接，用于防止电源反接；以及高频滤波器，输入端与第一二极管D8的阴极连接，输出端作为初级保护模块31的输出端，用于滤除电源模块10输出的电压中包含的高频干扰信号。

在本实施例中，过流模块311包括自恢复保险F1，瞬态过压模块313包括第一瞬态电压抑制器D7。高频滤波器包括磁珠FB1和磁珠FB2组成的并联电路。根据实际情况，保险和瞬态电压抑制器可灵活选择，比如保险丝和压敏电阻。具体地，第一瞬态电压抑制器D7可以是5KP51CA。

通过采用初级保护模块31的自恢复保险F1和瞬态电压抑制器D7主要进行大范围的电流和瞬态电压保护。其中，通过采用自恢复保险F1能够在电源模块10的输出电流大于应用电路模块50的预定工作电流时，自动断开与电源模块10的连接。而通过采用第一瞬态电压抑制器D7能够在电源模块10输出的瞬时电压大于保护电路的安全工作电压时，使第一瞬态电压抑制器D7两端的电压小于或等于关断模块33的安全工作电压，从而使初级保护模块31输出的第一电压V1小于或等于关断模块33的安全工作电压。

图6是根据本实用新型实施例的关断模块和限压模块的电路连接示意图。

如图6所示，第一分压电阻R1，第一端与关断模块33的输入端连接；第二分压电阻R2，第一端与第一分压电阻R1的第二端连接，第二端接地；第一电压比较器Q1，输入端与第一分压电阻R1的第二端连接；第一场效应管Q3，源极接地；第一电阻R5，第一端与第一场效应管Q3的漏极相连；第二场效应管Q8，源极与关断模块33的输入端连接，漏极作为关断模块33的输出端，栅极与第一电阻R5的第二端相连；第二电阻R4，第一端与第一电压比较器Q1的输出端连接，第二端与第一场效应管Q3的栅极连接；第一二极管D6，阳极与第二电阻R4的第一端连接，阴极与第二电阻R4的第二端连接；第一电容C1，第一端与第二电阻R4的第二端连接，第二端接地；第一稳压二极管D1，阴极与第一电容C1的第一端连接，阳极接地。关断模块33还包括：第三电阻R3，第一端与关断模块33的输入端连接，第二端与第一电压比较器Q1的输出端连接；第四电阻R7，第一端与第二场效应管Q8的源极连接，第二端与第一场效应管Q3的漏极连接；第五电阻R6，第一端与第二场效应管Q8的源极连接，第二端与第二场效应管Q8的栅极连接；第二稳压二极管D2，阴极与第二场效应管Q8的源极连接，阳极与第二场效应管Q8的栅极连接；第二电容C2，第一端连接第二场效应管Q8的漏极，第二端接地。

在本实施例中，限压模块35包括：第三分压电阻R12，第一端与限压模块35的输出端连接；第四分压电阻R13，第一端与第三分压电阻R12的第二端连接，第二端接地；第二电压比较器Q2，输入端与第三分压电阻R12的第二端连接；第三场效应管Q4，栅极与第二电压比较器Q2的输出端连接，源极接地；第六电阻R9，第一端与第三场效应管Q4的漏极相连；第四场效应管Q7，源极与限压模块35的输入端连接，栅极与第六电阻R9的第二端相连，漏极与第三分压电阻R12的第二端连接，并作为限压模块35的输出端。限压模块35还包括：第七电阻R8，第一端与限压模块35的输入端连接，第二端与第二电压比较器Q2的输出端连接；第八电阻R10，第一端与第四场效应管Q7的源极连接，第二端与第三场效应管Q4的漏极连接；第九电阻R11，第一端与第四场效应管Q7的源极连接，第二端与第四场效应管Q7的栅极连接；第三稳压二极管D5，阴极与第九电阻R11的第一端连接，阳极与第六电阻R9的第二端连接；第三电容C3，第一端与第四场效应管Q7的漏极连接，第二端接地；第五电容C5，第一端与第四场效应管Q7的漏极连接，第二端接地；第二瞬态电压抑制器D4，阴极与第四场效应管Q7的漏极连接，阳极接地；第四稳压二极管D3，阴极与第二电压比较器Q2输出端连接，阳极接地。

在图6中，第一场效应管Q3是N型场效应管，第二场效应管Q8是P型场效应管，第一电压比较器Q1是并联电压调节器。第三场效应管Q4是N型场效应管，第四场效应管Q7是P型场效应管，第二电压比较器Q2是并联电压调节器。具体地，第一电压比较器Q1可以为LMV431。LMV431参考端值为1.24V，反向。第二电压比较器Q2可以为LMV431。

图5是根据本实用新型实施例的限压模块的原理框图。

下面将结合图5对本实用新型实施例中限压模块35的原理进行说明。

限压模块35可以采用线性稳压电源设计思路实现，即串联型稳压电源设计思想。如图5所示，串联型稳压电路由四部分组成：取样部分、基准电压、比较放大器和调整管。取样电路的作用是将输出电压的变化取出，并反馈到比较放大器。比较放大器则将取样回来的电压与基准电压比较放大后，去控制调整管，由调整管调节输出电压，使其得到一个稳定的输出电压。其中，R_P的作用：灵活调整所需的输出稳定电压。

下面将结合图4和图6对本实用新型作进一步说明。

如图4和图6所示，在正常工作情况下(无过流、过压发生)，自恢复保险F1呈现低阻抗，电流可以顺利通过，第一瞬态电压抑制器D7呈现高阻抗，几乎无损耗。在过流和瞬时过压情况下，可采用初级保护模块31对应用电路模块50进行保护。对于持续过压则主要靠关断模块33和限压模块35两部分共同完成。

如图6所示，当初级保护模块31输出的第一电压V1低于应用电路模块50的过压保护门限值时，第一分压电阻R1和第二分压电阻R2的分压低于第一电压比较器Q1的参考电压，第一电压比较器Q1的输出为高，第一场效应管Q3导通，将第二场效应管Q8的栅极电压拉低，第二场效应管Q8导通。同理，当限压模块35的输出电压低于应用电路模块50的限压门限时，第四场效应管Q7导通。其中，第一二极管D6用来加快上电开机时间，避免第二电阻R4与第一电容C1组成的RC电路长时间充电造成上电太慢。其中，第一电容C1可以防止电路中的一些波动及干扰，使应用电路模块50不至于直接断电。

在出现过流的情况下，自恢复保险F1会发热，跳变至高阻状态(相当于断开)，故障排除后自恢复保险F1恢复到低阻状态，电流可以顺利通过。

当电源模块10的输出电压大于应用电路模块50的预定工作电压时，瞬态高压被第一瞬态电压抑制器D7钳位在保护电路的安全工作电压内，第一分压电阻R1和第二分压电阻R2分压在第一电压比较器Q1参考端的值大于1.24V，第一电压比较器Q1的输出为低。第一电容C1通过第二电阻R4和第一电压比较器Q1对地进行放电，当第一电压比较器C1上的电压小于第一场效应管Q3的门限时，第一场效应管Q3关断，第二场效应管Q8的栅源电压小于门限值(取电压绝对值)，第二场效应管Q8关断，从而保护应用电路模块50。在这个过程中，由于第一电容C1要进行放电，电路不能立即关断，将给应用电路模块50造成过压危险，则可以由限压模块35保证应用电路模块50的安全。当关断模块33输出的第二电压V2在第三分压电阻R12和第四分压电阻R13上分压大于1.24V时，第二电压比较器Q2输出为低，第三场效应管Q4关断，进而关断第四场效应管Q7，第二电压V2开始下降，当第三分压电阻R12和第四分压电阻R13上分压小于1.24V时，第二电压比较器Q2输出为高，第三场效应管Q4导通，进而导通第四场效应管Q7，第二电压V2升高。这样循环动作，可以调节第二电压V2大小。

从以上的描述中，可以看出，应用本实用新型的技术方案不仅可以在过压、过流时实现电路的自动关断保护、故障消除自动恢复，而且具有高压工作的能力。关断模块的器件的电气参数一般都能做的很高，且价格较低。关断模块和限压模块的元器件可以根据自己实际需要进行设置。对于应用电路模块的要求比较低，可以节约很多成本，尤其适合于宽电压工作的电子系统电源设计。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种保护电路，包括电源模块(10)以及应用电路模块(50)，其特征在于，所述保护电路还包括过流过压保护模块(30)，其中，所述过流过压保护模块(30)包括：

初级保护模块(31)，输入端与所述电源模块(10)连接，用于滤除所述电源模块(10)输出的电压中包含的高频干扰信号，形成第一电压；

关断模块(33)，输入端与所述初级保护模块(31)的输出端连接，用于在所述第一电压大于所述应用电路模块(50)的预定工作电压时，经预定时间后断开与所述应用电路模块(50)的连接；以及

限压模块(35)，输入端与所述关断模块(33)的输出端连接，输出端与所述应用电路模块(50)连接，用于在所述预定时间内使所述限压模块(35)的输出电压小于或等于所述应用电路模块(50)的预定工作电压。

2.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述初级保护模块(31)包括：

过流模块(311)，第一端与所述电源模块(10)连接，用于在所述电源模块(10)的输出电流大于所述应用电路模块(50)的预定工作电流时，断开与所述电源模块(10)的连接；

瞬态过压模块(313)，第一端与所述过流模块(311)连接，第二端接地，用于在所述电源模块(10)输出的电压大于所述保护电路的安全工作电压时，使所述瞬态过压模块(313)两端的电压小于或等于所述关断模块(33)的安全工作电压；

第四电容(C4)，第一端与所述电源模块(10)连接，第二端接地；

第一二极管(D8)，阳极与所述过流模块(311)的第二端连接，用于防止电源反接；以及

高频滤波器，输入端与所述第一二极管(D8)的阴极连接，输出端作为所述初级保护模块(31)的输出端，用于滤除所述电源模块(10)输出的电压中包含的所述高频干扰信号。

3.根据权利要求2所述的保护电路，其特征在于，所述过流模块(311)包括自恢复保险(F1)，所述瞬态过压模块(313)包括第一瞬态电压抑制器(D7)，所述高频滤波器包括第一磁珠(FB1)和第二磁珠(FB2)组成的并联电路。

4.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述关断模块(33)包括：

第一分压电阻(R1)，第一端与所述关断模块(33)的输入端连接；

第二分压电阻(R2)，第一端与所述第一分压电阻(R1)的第二端连接，第二端接地；

第一电压比较器(Q1)，输入端与所述第一分压电阻(R1)的第二端连接；

第一场效应管(Q3)，源极接地；

第一电阻(R5)，第一端与所述第一场效应管(Q3)的漏极相连；

第二场效应管(Q8)，源极与所述关断模块(33)的输入端连接，漏极作为所述关断模块(33)的输出端，栅极与所述第一电阻(R5)的第二端相连；

第二电阻(R4)，第一端与所述第一电压比较器(Q1)的输出端连接，第二端与所述第一场效应管(Q3)的栅极连接；

第一二极管(D6)，阳极与所述第二电阻(R4)的第一端连接，阴极与所述第二电阻(R4)的第二端连接；

第一电容(C1)，第一端与所述第二电阻(R4)的第二端连接，第二端接地；以及

第一稳压二极管(D1)，阴极与所述第一电容(C1)的第一端连接，阳极接地。

5.根据权利要求4所述的保护电路，其特征在于，所述关断模块(33)还包括：

第三电阻(R3)，第一端与所述关断模块(33)的输入端连接，第二端与所述第一电压比较器(Q1)的输出端连接；

第四电阻(R7)，第一端与所述第二场效应管(Q8)的源极连接，第二端与所述第一场效应管(Q3)的漏极连接；

第五电阻(R6)，第一端与所述第二场效应管(Q8)的源极连接，第二端与所述第二场效应管(Q8)的栅极连接；

第二稳压二极管(D2)，阴极与所述第二场效应管(Q8)的源极连接，阳极与所述第二场效应管(Q8)的栅极连接；以及

第二电容(C2)，第一端连接所述第二场效应管(Q8)的漏极，第二端接地。

6.根据权利要求4或5所述的保护电路，其特征在于，所述第一场效应管(Q3)是N型场效应管，所述第二场效应管(Q8)是P型场效应管，所述第一电压比较器(Q1)是并联电压调节器。

7.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述限压模块(35)包括：

第三分压电阻(R12)，第一端与所述限压模块(35)的输出端连接；

第四分压电阻(R13)，第一端与所述第三分压电阻(R12)的第二端连接，第二端接地；

第二电压比较器(Q2)，输入端与所述第三分压电阻(R12)的第二端连接；

第三场效应管(Q4)，栅极与所述第二电压比较器(Q2)的输出端连接，源极接地；

第六电阻(R9)，第一端与所述第三场效应管(Q4)的漏极相连；以及

第四场效应管(Q7)，源极与所述限压模块(35)的输入端连接，栅极与所述第六电阻(R9)的第二端相连，漏极与所述第三分压电阻(R12)的第二端连接，并作为所述限压模块(35)的输出端。

8.根据权利要求7所述的保护电路，其特征在于，所述限压模块(35)还包括：

第七电阻(R8)，第一端与所述限压模块(35)的输入端连接，第二端与所述第二电压比较器(Q2)的输出端连接；

第八电阻(R10)，第一端与所述第四场效应管(Q7)的源极连接，第二端与所述第三场效应管(Q4)的漏极连接；

第九电阻(R11)，第一端与所述第四场效应管(Q7)的源极连接，第二端与所述第四场效应管(Q7)的栅极连接；

第三稳压二极管(D5)，阴极与所述第九电阻(R11)的第一端连接，阳极与所述第六电阻(R9)的第二端连接；

第三电容(C3)，第一端与所述第四场效应管(Q7)的漏极连接，第二端接地；

第五电容(C5)，第一端与所述第四场效应管(Q7)的漏极连接，第二端接地；

第二瞬态电压抑制器(D4)，阴极与所述第四场效应管(Q7)的漏极连接，阳极接地；以及

第四稳压二极管(D3)，阴极与所述第二电压比较器(Q2)输出端连接，阳极接地。

9.根据权利要求7或8所述的保护电路，其特征在于，所述第三场效应管(Q4)是N型场效应管，所述第四场效应管(Q7)是P型场效应管，所述第二电压比较器(Q2)是并联电压调节器。

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