CN205901263U - 过压保护电路及便携式电子产品 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种过压保护电路及便携式电子产品，包括第一分压电路、第二分压电路、放大器、第一开关元件、第二开关元件和第三开关元件；通过设计两组分压电路对输入电源进行不等比例的分压变换，并利用所生成的两路分压调节放大器的输出，继而利用放大器的输出电压改变开关电路的通断状态，以实现对输入电源的传输通路的通断控制，达到过压保护的设计目的。采用这种电路设计，对于不同电子产品对输入电源的电压要求不同的情况，可以采用调节两组分压电路参数配置的方式来改变过压保护电路的过压保护阈值，继而满足不同电子产品的工作要求，配置灵活、电路结构简单、成本低，尤其适合应用在便携式电子产品中。

Description

过压保护电路及便携式电子产品

技术领域

本实用新型属于电源电路技术领域，具体地说，是涉及一种用于对供电电源实现过压保护的电路结构设计以及基于所述过压保护电路设计的便携式电子产品。

背景技术

当前，各种各样的电子产品已深入到人们生活的方方面面，其采用的电路结构也越来越复杂，使用的电子元器件也越来越昂贵。电子产品在接入外部供电时，一旦输入电压由于外界不稳定因素导致瞬间增大，很有可能会对整个电路造成不必要的损失，因此，在电子产品中设计过压保护电路就显得尤为重要。

现有的过压保护电路多采用OVP（Overvoltage protection，过压保护）芯片进行电路设计，利用OVP芯片检测输入电压的幅值，并在输入电压的幅值超过过压保护阈值时，自动切断输入电压的传输通路，以保护电子产品内部的电子元器件免受过压冲击而损坏。采用OVP芯片设计的过压保护电路，性能稳定，响应速度快，但是硬件成本高，并且过压保护阈值多为恒定值，不方便进行灵活地设定。

发明内容

本实用新型针对现有采用OVP芯片设计的过压保护电路硬件成本高、电压保护阈值设定不灵活的问题，提出了一种采用分立元器件搭建形成的过压保护电路，以达到降低成本、提高电路使用灵活性的设计目的。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种过压保护电路，连接在电源输入端与电源输出端之间，包括第一分压电路、第二分压电路、放大器、第一开关元件、第二开关元件和第三开关元件；其中，所述第一分压电路连接在所述电源输入端与地之间，对通过所述电源输入端接入的输入电源进行分压，并通过其第一分压节点输出第一分压；所述第二分压电路连接在所述电源输入端与地之间，对所述输入电源进行分压，并通过其第一分压节点输出第二分压；所述放大器的同相输入端和反相输入端对应接收所述的第一分压和第二分压，并根据第一分压和第二分压的差值确定其输出端输出的控制电压的幅值；所述第一开关元件的控制端接收所述放大器输出的控制电压；配置所述第一分压电路和第二分压电路，使通过所述放大器输出的控制电压的幅值在输入电源未超过过压保护阈值时小于第一开关元件的导通电压，而在输入电源超过或等于过压保护阈值时大于第一开关元件的导通电压；所述第二开关元件的控制端连接所述第一开关元件的开关通路，通过控制第一开关元件通断以改变第二开关元件的通断状态；所述第三开关元件的其控制端连接所述第二开关元件的开关通路，通过控制第二开关元件通断以改变第三开关元件的通断状态；所述第三开关元件的开关通路连接在所述电源输入端与电源输出端之间，用于连通或者切断所述输入电源向电源输出端的传输通路。

进一步的，所述第二开关元件的控制端通过第一开关电路的开关通路接地，并连接上拉电源，通过控制第一开关电路的通断状态以改变第二开关电路的控制端的高低电平状态，继而改变第二开关元件的通断状态。

优选的，所述上拉电源优选由所述第二分压电路通过其第二分压节点分压生成。

作为所述第二分压电路的一种优选电路设计，所述第二分压电路优选由三个分压电阻串联而成，其中，连接所述电源输入端的分压电阻与居中的分压电阻之间的中间节点形成所述第二分压电路的第二分压节点；所述居中的分压电阻与接地的分压电阻之间的中间节点形成所述第二分压电路的第一分压节点。

优选的，所述第二开关元件优选采用一颗PNP型三极管，所述PNP型三极管的基极连接所述第二分压电路的第二分压节点，并通过所述第一开关元件的开关通路接地；所述PNP型三极管的发射极连接所述的电源输入端，集电极通过下拉电阻接地，并连接所述第三开关元件的控制端。

优选的，所述第三开关元件优选采用一颗P沟道MOS管，所述P沟道MOS管的栅极通过所述下拉电阻接地，并连接所述PNP型三极管的集电极，所述P沟道MOS管的源极连接所述的电源输入端，漏极连接所述的电源输出端，在所述P沟道MOS管的源极与栅极之间跨接有上拉电阻。

优选的，所述第一开关元件优选采用一颗NPN型三极管，所述NPN型三极管的基极连接所述放大器的输出端，发射极接地，集电极连接所述第二开关元件的控制端。

作为所述第一分压电路的一种优选电路设计，所述第一分压电路优选由三个分压电阻串联而成，其中，连接所述电源输入端的分压电阻与居中的分压电阻之间的中间节点形成所述第一分压电路的第二分压节点，连接所述放大器的供电端；所述居中的分压电阻与接地的分压电阻之间的中间节点形成所述第一分压电路的第一分压节点。

进一步的，所述放大器的同相输入端连接所述第一分压电路的第一分压节点，反相输入端连接所述第二分压电路的第一分压节点，输出端通过反馈电阻连接所述放大器的反相输入端。

基于上述过压保护电路的线路设计，本实用新型还提出了一种便携式电子产品，设置有用于接入输入电源的电源输入端、负载电路、用于将所述输入电源传送至负载电路的电源输出端、以及连接在所述电源输入端与电源输出端之间的过压保护电路；所述过压保护电路包括第一分压电路、第二分压电路、放大器、第一开关元件、第二开关元件和第三开关元件；其中，所述第一分压电路连接在所述电源输入端与地之间，对通过所述电源输入端接入的输入电源进行分压，并通过其第一分压节点输出第一分压；所述第二分压电路连接在所述电源输入端与地之间，对所述输入电源进行分压，并通过其第一分压节点输出第二分压；所述放大器的同相输入端和反相输入端对应接收所述的第一分压和第二分压，并根据第一分压和第二分压的差值确定其输出端输出的控制电压的幅值；所述第一开关元件的控制端接收所述放大器输出的控制电压；配置所述第一分压电路和第二分压电路，使通过所述放大器输出的控制电压的幅值在输入电源未超过过压保护阈值时小于第一开关元件的导通电压，而在输入电源超过或等于过压保护阈值时大于第一开关元件的导通电压；所述第二开关元件的控制端连接所述第一开关元件的开关通路，通过控制第一开关元件通断以改变第二开关元件的通断状态；所述第三开关元件的其控制端连接所述第二开关元件的开关通路，通过控制第二开关元件通断以改变第三开关元件的通断状态；所述第三开关元件的开关通路连接在所述电源输入端与电源输出端之间，用于连通或者切断所述输入电源向电源输出端的传输通路。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型的过压保护电路采用分立元器件搭建而成，通过设计两组分压电路对输入电源进行不等比例的分压变换，并利用所生成的两路分压调节放大器的输出，继而利用放大器的输出电压改变开关电路的通断状态，以实现对输入电源的传输通路的通断控制，达到过压保护的设计目的。采用这种电路设计，对于不同电子产品对输入电源的电压要求不同的情况，可以采用调节两组分压电路参数配置的方式来改变过压保护电路的过压保护阈值，继而满足不同电子产品的工作要求，配置灵活、电路结构简单、成本低，尤其适合应用在便携式电子产品中，例如VR产品（虚拟现实产品）等，在提高该类电子产品使用安全性的同时，可以有效控制产品的硬件成本。

结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本实用新型所提出的过压保护电路的一种实施例的电路原理框图；

图2是图1中的过压保护电路的一种实施例的具体电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细地说明。

本实用新型为了降低过压保护电路的硬件成本，实现过压保护阈值的灵活设定，继而扩展过压保护电路的适用场合，提出了一种采用分立元器件代替OVP芯片搭建形成的过压保护电路，如图1所示，包括第一分压电路、第二分压电路、放大器、第一开关元件、第二开关元件和第三开关元件等主要组成部分。其中，第一分压电路和第二分压电路连接电源输入端INPUT，用于对通过电源输入端INPUT接入的输入电源Vin进行分压变换，并通过各自的第一分压节点分别生成第一分压V1和第二分压V2，对应传输至放大器的两个输入端，例如同相输入端+和反相输入端-。配置所述第一分压电路和第二分压电路中的分压器件的参数值，使得通过两组分压电路的第一分压节点输出的第一分压V1和第二分压V2的幅值不等，继而利用第一分压V1和第二分压V2的差值调整放大器的输出端输出的控制电压Vo的幅值，并利用所述控制电压Vo对所述第一开关元件进行通断控制。在本实施例中，可以通过配置第一分压电路和第二分压电路中的分压器件的参数值以及放大器的工作参数，使得通过放大器输出的控制电压Vo的幅值在输入电源Vin的电压幅值未超过设定的过压保护阈值时小于第一开关元件的导通电压，以控制第一开关元件关断；而在输入电源Vin的电压幅值超过或等于设定的过压保护阈值时，通过放大器输出的控制电压Vo的幅值大于第一开关元件的导通电压，以控制第一开关元件导通。将所述第一开关元件的开关通路连接至第二开关元件的控制端，利用第一开关元件的通断状态的改变控制第二开关元件导通或者关断，并进一步利用第二开关元件的通断状态的改变控制第三开关元件导通或者关断，将第三开关元件的开关通路连接在所述电源输入端INPUT与连接负载电路的电源输出端OUTPUT之间，通过控制第三开关元件在输入电源Vin正常时（Vin低于设定的过压保护阈值）导通，以将输入电源Vin传输至电源输出端OUTPUT，为负载电路供电；而在输入电源Vin异常时（Vin高于或等于设定的过压保护阈值），通过控制第三开关元件关断，以切断输入电源Vin向电源输出端OUTPUT传输的通路，停止向负载电路供电，由此实现了过压保护的功能。

为了对所述第二开关元件的通断状态进行可靠地控制，本实施例将所述第二开关元件的控制端一方面通过第一开关元件的开关通路接地，另一方面连接上拉电源，例如通过一上拉电阻连接至所述的电源输入端Vin。在第一开关元件关断时，利用上拉电源将第二开关元件的控制端的电位拉高；而在第一开关元件导通时，将第二开关元件的控制端电位拉低到地，继而通过改变第二开关元件的控制端的高低电平状态，以控制第二开关元件准确通断。

作为本实施例的一种优选电路设计，所述上拉电源优选通过所述第二分压电路提供，即利用所述第二分压电路的另外一个分压节点（例如第二分压节点）输出的第三分压V3作为所述上拉电源，连接至所述第二开关元件的控制端，以实现对所述第二开关元件的通断控制。采用这种电路设计，可以简化电路结构，进一步降低硬件成本。

下面结合图2，对本实施例的过压保护电路的具体电路结构及其工作原理进行详细的说明。

在本实施例中，所述第一开关元件优选使用一颗NPN型三极管Q1，所述第二开关元件优选使用一颗PNP型三极管Q3，所述第三开关元件优选使用一颗P沟道MOS管Q3。所述第一分压电路优选采用三个分压电阻R2、R3、R4串联而成，所述第二分压电路优选采用三个分压电阻R5、R6、R7串联而成。

将所述第一分压电路连接在电源输入端INPUT与地线GND之间，其中，R2为连接电源输入端INPUT的分压电阻，R3为居中的分压电阻，R4为接地的分压电阻。将分压电阻R3、R4的中间节点作为第一分压电路的第一分压节点A1，连接放大器U1的同相输入端+，为放大器U1提供第一分压V1；将分压电阻R2、R3的中间节点作为第一分压电路的第二分压节点B1，连接放大器U1的供电端，为放大器U1提供工作电源。当然，所述放大器U1所需的工作电源也可以采用其他方式提供，本实施例并不仅限于以上举例。

将所述第二分压电路连接在电源输入端INPUT与地线GND之间，其中，R5为连接电源输入端INPUT的分压电阻，R6为居中的分压电阻，R7为接地的分压电阻。将分压电阻R6、R7的中间节点作为第二分压电路的第一分压节点A2，连接放大器U1的反相输入端-，为放大器U1提供第二分压V2；将分压电阻R5、R6的中间节点作为第二分压电路的第二分压节点B2，连接PNP型三极管Q2的基极，为PNP型三极管Q2的基极提供上拉电平，进而参与对PNP型三极管的通断控制。

对第一分压电路和第二分压电路中的分压电阻R2-R7的阻值进行合理配置，使第一分压V1和第二分压V2不等，且随着通过电源输入端INPUT接入的输入电源Vin的电压幅值变化，第一分压V1与第二分压V2的差值随之改变。放大器U1根据第一分压V1与第二分压V2的差值调整其输出的控制电压Vo，并在输入电源Vin的电压幅值未超过设定的过压保护阈值时，使控制电压Vo的幅值低于NPN型三极管Q1的导通压降，控制NPN型三极管Q1保持关断状态；而在输入电源Vin的电压幅值上升到或者超过设定的过压保护阈值时，使控制电压Vo的幅值高于NPN型三极管Q1的导通压降，控制NPN型三极管Q1饱和导通，进而控制PNP型三极管Q2和P沟道MOS管Q3依次导通，执行过压保护动作。

为了便于对放大器U1输出的控制电压Vo进行灵活调整，设计反馈电阻R10连接在放大器U1的输出端与反相输入端-之间，通过配置第一分压电路、第二分压电路中的分压电阻R2-R7以及反馈电阻R10的阻值，实现对过压保护阈值的灵活设定。

将所述NPN型三极管Q1的基极连接至放大器U1的输出端，接收放大器U1输出的控制电压Vo，发射极接地，集电极连接PNP型三极管Q2的基极。将PNP型三极管Q2的集电极通过下拉电阻R9接地，并连接P沟道MOS管Q3的栅极，PNP型三极管Q2的发射极连接电源输入端INPUT。为了对所述P沟道MOS管Q3实现准确的开关控制，将所述P沟道MOS管Q3的栅极通过上拉电阻R8连接至电源输入端INPUT，并在所述上拉电阻R8的两端并联电容C3，如图2所示，通过电容C3起到稳压、滤波及消除高频噪声的作用，以避免P沟道MOS管Q3因高频干扰而出现误动作。将所述P沟道MOS管Q3的源极连接至所述的电源输入端INPUT，漏极连接电源输出端OUTPUT，通过控制P沟道MOS管Q3通断，以连通或者切断输入电源Vin向负载电路的传输通路，继而实现在输入电源Vin正常时，为负载电路供电，而在输入电源Vin异常时，执行过压保护的功能。

为了稳定输入电源Vin，在所述电源输入端INPUT连接有滤波电路，例如连接在电源输入端INPUT与地之间的滤波电容C1以及连接在电源输入端INPUT与地之间且相互串联的电阻R1和电容C2，如图2所示，利用所述滤波电路消除输入电源Vin中的高频噪声等干扰信号。

本实施例的过压保护电路的工作原理是：当电子产品通过其电源输入端INPUT接入输入电源Vin时，输入电源Vin首先通过由电容C1、C2和电阻R1组成的滤波电路进行高频噪声等干扰信号的抑制处理后，传输至第一分压电路和第二分压电路进行分压变换。通过放大器U1接收两个分压电路的第一分压节点A1、A2输出的第一分压V1和第二分压V2，根据第一分压V1和第二分压V2的差值大小调整其输出的控制电压Vo的幅值。当输入电源Vin正常，即输入电源Vin的电压幅值小于设定的过压保护阈值时，通过放大器U1输出的控制电压Vo的幅值低于NPN型三极管Q1的导通压降。此时，NPN型三极管Q1处于关断状态，PNP型三极管Q2的基极电压为第二分压电路的第二分压节点B2提供的分压，继而使PNP型三极管Q2的基极电压为高电平，控制PNP型三极管Q2处于关断状态。由于PNP型三极管Q2关断，P沟道MOS管Q3的栅极电压等于上拉电阻R8与下拉电阻R9对输入电源Vin的分压，即P沟道MOS管Q3的源栅极电压V_SG<0，从而使P沟道MOS管Q3饱和导通，将输入电源Vin传输至电源输出端OUTPUT，进而为负载电路供电。

当输入电源Vin出现异常时，例如输入电源Vin的电压幅值等于或者大于设定的过压保护阈值时，通过两个分压电路输出的第一分压V1和第二分压V2的差值变大，从而使得通过放大器U1输出的控制电压Vo的幅值升高，大于NPN型三极管Q1的导通压降。此时，NPN型三极管Q1转入饱和导通状态，拉低PNP型三极管Q2的基极电位，控制PNP型三极管Q2饱和导通。由于PNP型三极管Q2饱和导通，输入电源Vin通过PNP型三极管Q2的开关通路施加到P沟道MOS管Q3的栅极，使P沟道MOS管Q3的栅极电压基本上等于其源极电压，即P沟道MOS管Q3的栅源极电压V_GS≈0，从而使P沟道MOS管Q3关断，切断输入电源Vin向电源输出端OUTPUT的传输，控制电子产品进入过压保护状态，避免负载电路遭受过压冲击，起到保护负载电路的作用。

本实用新型的过压保护电路采用分立元器件搭建而成，成本低，过压保护阈值可灵活设定，能够适用于各种需要进行过压保护的便携式电子产品中，特别适合在VR（Virtual Reality，虚拟现实）产品中推广应用。

当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种过压保护电路，连接在电源输入端与电源输出端之间，其特征在于，包括：

第一分压电路，其连接在所述电源输入端与地之间，对通过所述电源输入端接入的输入电源进行分压，并通过其第一分压节点输出第一分压；

第二分压电路，其连接在所述电源输入端与地之间，对所述输入电源进行分压，并通过其第一分压节点输出第二分压；

放大器，其同相输入端和反相输入端对应接收所述的第一分压和第二分压，并根据第一分压和第二分压的差值确定其输出端输出的控制电压的幅值；

第一开关元件，其控制端接收所述放大器输出的控制电压；配置所述第一分压电路和第二分压电路，使通过所述放大器输出的控制电压的幅值在输入电源未超过过压保护阈值时小于第一开关元件的导通电压，而在输入电源超过或等于过压保护阈值时大于第一开关元件的导通电压；

第二开关元件，其控制端连接所述第一开关元件的开关通路，通过控制第一开关元件通断以改变第二开关元件的通断状态；

第三开关元件，其控制端连接所述第二开关元件的开关通路，通过控制第二开关元件通断以改变第三开关元件的通断状态；所述第三开关元件的开关通路连接在所述电源输入端与电源输出端之间，用于连通或者切断所述输入电源向电源输出端的传输通路。

2.根据权利要求1所述的过压保护电路，其特征在于，所述第二开关元件的控制端通过第一开关电路的开关通路接地，并连接上拉电源，通过控制第一开关电路的通断状态以改变第二开关电路的控制端的高低电平状态，继而改变第二开关元件的通断状态。

3.根据权利要求2所述的过压保护电路，其特征在于，所述上拉电源由所述第二分压电路通过其第二分压节点分压生成。

4.根据权利要求3所述的过压保护电路，其特征在于，所述第二分压电路由三个分压电阻串联而成，其中，连接所述电源输入端的分压电阻与居中的分压电阻之间的中间节点形成所述第二分压电路的第二分压节点；所述居中的分压电阻与接地的分压电阻之间的中间节点形成所述第二分压电路的第一分压节点。

5.根据权利要求4所述的过压保护电路，其特征在于，所述第二开关元件为一PNP型三极管，所述PNP型三极管的基极连接所述第二分压电路的第二分压节点，并通过所述第一开关元件的开关通路接地；所述PNP型三极管的发射极连接所述的电源输入端，集电极通过下拉电阻接地，并连接所述第三开关元件的控制端。

6.根据权利要求5所述的过压保护电路，其特征在于，所述第三开关元件为一P沟道MOS管，所述P沟道MOS管的栅极通过所述下拉电阻接地，并连接所述PNP型三极管的集电极，所述P沟道MOS管的源极连接所述的电源输入端，漏极连接所述的电源输出端，在所述P沟道MOS管的源极与栅极之间跨接有上拉电阻。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的过压保护电路，其特征在于，所述第一开关元件为一NPN型三极管，所述NPN型三极管的基极连接所述放大器的输出端，发射极接地，集电极连接所述第二开关元件的控制端。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的过压保护电路，其特征在于，所述第一分压电路由三个分压电阻串联而成，其中，连接所述电源输入端的分压电阻与居中的分压电阻之间的中间节点形成所述第一分压电路的第二分压节点，连接所述放大器的供电端；所述居中的分压电阻与接地的分压电阻之间的中间节点形成所述第一分压电路的第一分压节点。

9.根据权利要求8所述的过压保护电路，其特征在于，所述放大器的同相输入端连接所述第一分压电路的第一分压节点，反相输入端连接所述第二分压电路的第一分压节点，输出端通过反馈电阻连接所述放大器的反相输入端。

10.一种便携式电子产品，设置有用于接入输入电源的电源输入端、负载电路以及用于将所述输入电源传送至负载电路的电源输出端；其特征在于，还设置有如权利要求1至9中任一项所述的过压保护电路。