CN206332431U - 电源供电保护装置、直流电源和电动车 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于电源技术领域，提供了一种电源供电保护装置、直流电源和电动车。该装置包括：过压检测单元与电压输入端相连，在电压输入端的第一输入电压大于等于第一阈值时输出高电平、小于第一阈值时输出低电平；控制单元与过压检测单元相连，在过压检测单元的输出电平大于等于第二阈值时输出高电平、小于第二阈值时输出低电平；开关单元与控制单元和电压输出端连接，在控制单元的输出为高电平时处于断开状态、为低电平时处于导通状态；开关单元处于导通状态时，开关单元输出电压为第一输入电压；开关单元处于断开状态时，开关单元输出电压小于第一输入电压。该装置能够防止接入的电源元器件受到第一输入电压波动的冲击，提高耐压承载能力。

Description

电源供电保护装置、直流电源和电动车

技术领域

本实用新型属于电源技术领域，尤其涉及一种电源供电保护装置、直流电源和电动车。

背景技术

在新能源车领域，车辆监控设备的供电系统是设备稳定工作的重要保证之一，能够保证电源元器件承受车辆供电的电压波动冲击，防止电源器件被损坏，是保证设备稳定性的重要基础。特别是新能源电动摩托车领域中，车辆监控设备的供电系统通常是取电动车自身的电池电压48～72V，电动车上的电源方案设计时电源器件一般要预留至少20％的耐压值空间，而市面上中高压耐压值的电源方案相对较少，耐压值越高的电源方案价格会高很多。

目前提高耐压承载力的电路主要有两种结构：第一种电路结构是在设备系统供电前端加电压采样电路、电压比较电路、运算放大器和MOS管开关电路，这种电路结构一方面元器件比较多，占用PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)空间比较大，另一方面运算放大器的耐压值一般低于36V，如果车辆提供的供电电压高于36V则需要增加另外的降压电路给运算放大器供电，进而进一步增加成本和PCB空间；第二种电路结构是在车辆监控设备的系统供电前端增加电压采样电路、单片机检测控制电路和高耐压值小电流输出的LDO(Low dropout regulator，低压差线性稳压器)，以控制系统的供电开关，这种路结构同样元器件比较多、成本比较高。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种电源供电保护装置、直流电源和电动车，以解决现有技术中元器件较多导致成本较高的问题。

本实用新型实施例的第一方面，提供了一种电源供电保护装置，包括电压输入端和电压输出端，包括：

过压检测单元，与所述电压输入端相连，用于在第一输入电压大于等于第一阈值时输出高电平、且在所述第一输入电压小于所述第一阈值时输出低电平；

控制单元，与所述过压检测单元相连，用于在所述过压检测单元的输出电平大于等于第二阈值时输出高电平、且在所述过压检测单元的输出电平小于所述第二阈值时输出低电平；

开关单元，与所述控制单元和所述电压输出端连接，用于在所述控制单元的输出为高电平时处于断开状态、且在所述控制单元的输出为低电平时处于导通状态；

其中，所述开关单元处于导通状态时，所述开关单元的输出电压为所述电压输入端的第一输入电压；所述开关单元处于断开状态时，所述开关单元的输出电压小于所述第一输入电压。

优选的，所述过压检测单元包括第一稳压二极管；所述第一稳压二极管的负极与所述第一输入电压电连接，所述第一稳压二极管的正极与所述控制单元电连接。

优选的，所述过压检测单元还包括第一限流电阻；所述第一稳压二极管通过所述第一限流电阻与所述控制单元电连接。

优选的，所述控制单元包括第一三极管和第二三极管；

所述第一三极管的基极与所述过压检测单元的输出端电连接，所述第一三极管的集电极与所述第一输入电压电连接，所述第一三极管的发射极接地；

所述第二三极管的基极与所述第一三极管的集电极电连接，所述第二三极管的集电极与所述开关单元的第一输入端电连接，所述第二三极管的发射极接地。

优选的，所述控制单元还包括上拉电阻；所述第一三极管的集电极通过所述上拉电阻与所述第一输入电压电连接。

优选的，所述开关单元包括PMOS管；所述PMOS管的栅极与所述控制单元的输出端电连接，所述PMOS管的源极与所述第一输入电压电连接，所述PMOS管的漏极与所述开关单元的输出端电连接。

优选的，所述开关单元还包括第二稳压二极管；

所述第二稳压二极管的负极与所述PMOS管的源极电连接，所述第二稳压二极管的正极与所述PMOS管的栅极电连接。

优选的，还包括滤波单元；所述滤波单元的输入端与所述第一输入电压电连接，所述滤波单元的输出端分别与所述过压检测单元的输入端和所述开关单元的输入端电连接。

本实用新型实施例的第二方面，提供了一种直流电源，包括上述任一电源供电保护装置。

本实用新型实施例的第三方面，提供了一种电动车，包括上述直流电源。

本实用新型实施例相对于现有技术所具有的有益效果：在第一输入电压大于第一阈值(第一输入电压过高)时，过压检测单元输出高电平，进而使得控制单元输出高电平并发送至开关单元；开关单元在接收到高电平时处于断开状态，从而使得所述开关单元的输出电压小于所述第一输入电压，对接入的电源元器件的供电进行断开保护处理，可保证后端系统电源部分避免第一输入电压波动的冲击，提高耐压承载能力；而在第一输入电压小于第一阈值(第一输入电压较低)时，过压检测单元输出低电平，进而使得控制单元根据该低电平输出低电平并发送至开关单元；开关单元在接收到低电平时处于导通状态，通过第一输入电压直接为接入的后端系统供电。本实用新型实施例，不需要使用运放集成电路或者MCU集成电路，需要电子器件较少，实现成本较低。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的电源供电保护装置的结构框图；

图2是本实用新型实施例提供的电源供电保护装置的电路结构图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本实用新型实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本实用新型。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本实用新型的描述。

为了说明本实用新型所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例一

图1示出了本实用新型实施例一提供的电源供电保护装置的结构框图。参见图1，所述电源供电保护装置可以包括过压检测单元100、控制单元200和开关单元300。

过压检测单元100，与所述电压输入端相连，用于在所述电压输入端的第一输入电压Vin大于等于第一阈值时输出高电平、且在所述第一输入电压Vin小于所述第一阈值时输出低电平。

控制单元200，与所述过压检测单元100相连，用于在所述过压检测单元100的输出电平大于等于第二阈值时输出高电平、且在所述过压检测单元100的输出电平小于所述第二阈值时输出低电平。

开关单元300，与所述控制单元200和所述电压输出端连接，用于在所述控制单元200的输出为高电平时处于断开状态、且在所述控制单元200的输出为低电平时处于导通状态。

其中，所述开关单元300处于导通状态时，所述开关单元300的输出电压为所述第一输入电压Vin；所述开关单元300处于断开状态时，所述开关单元300的输出电压小于所述第一输入电压Vin。

上述电源供电保护装置，在第一输入电压大于第一阈值(第一输入电压Vin过高)时，过压检测单元输出高电平，进而使得控制单元输出高电平并发送至开关单元；开关单元在接收到高电平时处于断开状态，从而使得所述开关单元的输出电压小于所述第一输入电压Vin，对接入的电源元器件的供电进行断开保护处理，可保证后端系统电源部分避免第一输入电压Vin波动的冲击，提高耐压承载能力；而在第一输入电压Vin小于第一阈值(第一输入电压Vin较低)时，过压检测单元输出低电平，进而使得控制单元根据该低电平输出低电平并发送至开关单元；开关单元在接收到低电平时处于导通状态，通过第一输入电压Vin直接为接入的后端系统供电。本实用新型实施例，不需要使用运放集成电路或者MCU集成电路，需要电子器件较少，实现成本较低。

参见图2，一个实施例中，所述过压检测单元100可以包括第一稳压二极管D1。所述第一稳压二极管D1的负极与所述第一输入电压Vin电连接，所述第一稳压二极管D1的正极与所述控制单元200的输入端电连接。其中，第一阈值对应所述第一稳压二极管D1的额定电压Vz(即反向击穿电压)。

可以理解的，在所述第一输入电压Vin小于第一稳压二极管D1的额定电压Vz时，第一稳压二极管D1处于截止状态，过压检测单元100输出端的电压为0V。在所述第一输入电压Vin大于第一稳压二极管D1的额定电压Vz时，第一稳压二极管D1被反向击穿，过压检测单元100输出端的电压为所述第一输入电压Vin与所述第一稳压二极管D1额定电压Vz的差值。

采用第一稳压二极管D1实现根据第一输入电压Vin在大于等于第一阈值时输出高电平、小于第一阈值时输出低电平，实现结构简单，且过压检测单元100的输出电平反应速度较快，能够与第一输入电压Vin保持很好的同步性。本实施例中，可根据实际情况选定第一稳压二极管D1的具体型号，不同的第一稳压二极管D1对应的额定电压不同，从而使得过压检测单元100输出端的电压也有所不同。

进一步的，所述过压检测单元100还可以包括第一限流电阻R1，以防止流过第一稳压二极管D1过大，对第一稳压二极管D1造成永久性破坏。所述第一稳压二极管D1通过所述第一限流电阻R1与所述控制单元200的输入端电连接。具体的，所述第一限流电阻R1的一端与所述第一稳压二极管D1的正极电连接，另一端与所述控制单元200的输入端电连接。本实施例中，第一限流电阻R1的选择，与所述第一输入电压Vin的大小、所述第一稳压二极管D1的额定电压和所述控制单元200的有关，可根据实际需要(例如第二阈值的大小)选定相应的第一限流电阻R1。

参见图2，一个实施例中，所述控制单元200可以包括第一三极管Q1和第二三极管Q2。其中，所述第一三极管Q1的基极与所述过压检测单元100的输出端电连接。所述第一三极管Q1的集电极与所述第一输入电压Vin电连接。所述第一三极管Q1的发射极接地。所述第二三极管Q2的基极与所述第一三极管Q1的集电极电连接，所述第二三极管Q2的集电极与所述开关单元300的第一输入端电连接，所述第二三极管Q2的发射极接地。本实施例中，所述第一三极管Q1和所述第二三极管Q2均为NPN型三极管，但并不以此为限。

参见图2，所述过压检测单元100输出端的输出电压等于所述第一三极管Q1的基极电压。当所述第一三极管Q1的基极电压大于0.7V时，所述第一三极管Q1处于饱和状态，所述第一三极管Q1的集电极电压为低电平。此时，所述第二三极管Q2的基极电压为低电平，小于0.7V。因此，所述第二三极管Q2处于截止状态，所述第二三极管Q2的集电极电压为高电平。

当所述第一三极管Q1的基极电压小于0.7V时，所述第一三极管Q1处于截止状态，所述第一三极管Q1的集电极电压为高电平。此时，所述第二三极管Q2的基极电压为高电平，大于0.7V。因此，所述第二三极管Q2处于饱和状态，所述第二三极管Q2的集电极电压为低电平。

进一步的，参见图2，所述控制单200还可以包括上拉电阻R2。所述第一三极管Q1的集电极通过所述上拉电阻R2与所述第一输入电压Vin电连接。上拉电阻R2的阻值大小可以根据所述第一三极管Q1的性能来选定。其中，上拉电阻R2的阻值不宜过大也不易过小。在上拉电阻R2阻值过大可能会引起第一三极管Q1的集电极输出电平的延迟，导致控制单元200输出的电平与所述第一输入电压Vin同步性较差，进而使得在需要开关单元300断开或导通时反应较慢，最终导致对开关单元300输出端的输出电压起不到很好的保护作用。

例如，在所述第一输入电压Vin较高(例如大于第一阈值)时，开关单元300本应断开，使得开关单元300的输出电压小于所述第一输入电压Vin，例如为0V；且在所述第一输入电压Vin较低(例如小于第一阈值)时，开关单元300本应导通，使得开关单元300的输出电压即为当前的所述第一输入电压Vin。而若上拉电阻R2阻值过大时，会使得在所述第一输入电压Vin较高时，开关单元300可能会出现导通情况，以及在所述第一输入电压Vin较低时，开关单元300可能会出现断开情况。

优选的，所述控制单200还可以包括第二限流电阻R3。第二限流电阻R3的两端分别与第二三极管Q2的集电极和所述开关单元的输入端电连接。所述第二三极管Q2通过所述第二电流电阻R3与所述开关单元300电连接。

另外，在第一三极管Q1的基极和发射极之间还设置有电阻R4。具体的，电阻R4的一端与第一三极管Q1的基极电连接，另一端与第一三极管Q1的发射极电连接。电阻R4用于为第一三极管Q1的基极提供偏置电压，以使得第一三极管Q1能够工作在放大状态。

参见图2，作为一种可实施方式，所述开关单元300包括PMOS管T1。所述PMOS管T1的栅极与所述控制单元200的输出端电连接，所述PMOS管T1的源极与所述第一输入电压Vin电连接，所述PMOS管T1的漏极与所述开关单元200的输出端电连接。

可以理解的，当控制单元200输出的电压为低电平时，PMOS管T1导通(即源极和漏极导通)，开关单元300输出端的输出电压Vcc即为所述第一输入电压Vin。当控制单元200输出的电压为高电平时，PMOS管T1截止(即源极和漏极导通断开)，开关单元300输出端的输出电压Vcc小于所述第一输入电压Vin，等于零。

优选的，参见图2，所述开关单元300还可以包括第二稳压二极管D2。所述第二稳压二极管D2的负极与所述PMOS管T1的源极电连接，所述第二稳压二极管D2的正极与所述PMOS管T1的栅极电连接。所述第二稳压二极管D2用于限制所述PMOS管T1的偏置电压Vgs小于等于第二稳压二极管D2的额定电压。本实施例中，第二稳压二极管D2的额定电压可以为16V左右。

进一步的，所述开关单元300还可以包括第三限流电阻R5。第三限流电阻R5与所述第二稳压二极管D2并联。

另外，所述开关单元300包括两个输入端和一个输出端。两个输入端分别是第一输入端和第二输入端。其中，所述PMOS管T1的栅极与所述开关单元300的第一输入端电连接。所述PMOS管T1的源极与所述开关单元300的第二输入端电连接。所述PMOS管T1的漏极与所述开关单元300的输出端电连接。

以下对上述电源供电保护装置的工作原理进行系统描述：

在第一输入电压Vin高于第一稳压二极管D1的额定电压时，第一稳压二极管D1导通，通过第一限流电阻R1，使得第一三极管Q1的基极电压为第一输入电压Vin与第一稳压二极管D1的额定电压Vz和第一限流电阻R1的压降之间的差值。此时，第一三极管Q1的基极电压为高电平，第一三极管Q1处于饱和状态，第一三极管Q1的集电极为低电平，进而使得第二三极管Q2的集电极为高电平。而PMOS管T1在栅极为高电平的情况下断开，即源极和漏极不导通，此时开关单元300输出端的电压Vcc为零，从而在第一输入电压Vin太高的情况下，对接入的后端系统的供电进行断开保护处理。即，可保证后端系统电源部分避免第一输入电压Vin波动的冲击，提高耐压承载能力。

在第一输入电压Vin降低至小于第一稳压二极管D1的额定电压时，第一稳压二极管D1截止，使得第一三极管Q1的基极电压为低电平。此时，第一三极管Q1的集电极为高电平，进而使得第二三极管Q2的集电极为低电平。而PMOS管T1在栅极为低电平的情况下导通，即源极和漏极导通。此时，开关单元300输出端的电压Vcc为即为第一输入电压Vin，从而在第一输入电压Vin较低的情况下，使得第一输入电压Vin直接为接入的后端系统供电。

较佳的，参见图1，所述电源供电保护装置还可以包括滤波单元400。所述滤波单元400的输入端与所述第一输入电压Vin电连接，所述滤波单元400的输出端分别与所述过压检测单元100的输入端和所述开关单元300的输入端电连接。具体的，所述开关单元300的第二输入端与所述滤波单元400的输出端电连接。其中，所述过压检测单元100通过所述滤波单元400与所述第一输入电压Vin电连接。所述控制单元200的第一三极管Q1的集电极通过所述滤波单元400与所述第一输入电压Vin电连接。所述开关单元300通过所述滤波单元400与所述第一输入电压Vin电连接。

本实施例中，滤波单元400可以根据实际情况选用合适的滤波电路，例如电容滤波电路、电感滤波电路以及复式滤波电路。本实施例中，滤波单元400选用电容滤波电路，包括相并联的第一电容C1和第二电容C2。为便于表述，将包括相并联的第一电容C1和第二电容C2统称为电容器。

可以理解的，当所述第一输入电压Vin加到电容器两端的时候，对电容器充电，把电能储存在电容器中；当所述第一输入电压Vin失去(或降低)之后，电容器将把储存的电能再放出来。对电容器充电的时候，电容器两端的电压逐渐升高，直到接近充电电压；对电容器放电的时候，电容器两端的电压逐渐降低，直到完全消失。电容器的容量越大，负载电阻值越大，充电和放电所需要的时间越长。对于电感滤波电路和复式滤波电的工作原理可以参考电容滤波电路的工作原理，在此不再赘述。

上述电源供电保护装置，在第一输入电压Vin大于第一阈值(第一输入电压Vin过高)时，过压检测单元100根据该第一输入电压Vin输出高电平；该高电平大于第二阈值时，控制单元200根据该高电平输出高电平并发送至开关单元300；开关单元300在接收到高电平时处于断开状态，从而使得所述开关单元300输出端的输出电压小于所述第一输入电压Vin，对接入的后端系统的供电进行断开保护处理，可保证后端系统电源部分避免第一输入电压Vin波动的冲击，提高耐压承载能力；而在第一输入电压Vin小于第一阈值(第一输入电压Vin较低)时，过压检测单元100根据该第一输入电压Vin输出低电平；该低电平大于第二阈值时，控制单元200根据该低电平输出低电平并发送至开关单元300；开关单元300在接收到低电平时处于导通状态，通过第一输入电压Vin直接为接入的后端系统供电。而且上述电源供电保护装置不需要使用运放集成电路或者MCU集成电路，实现成本较低。

实施例二

对应于上文实施例所述的电源供电保护装置，本实施例提供了一种直流电源，包括上述任一种电源供电保护装置，具有上述供电保护装置所具有的所有优点，在此不再赘述。

实施例三

对应于上文实施例所述的直流电源，本实施例提供了一种电动车，包括上述任一种直流电源，具有上述直流电源所具有的所有优点，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。

在本实用新型所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上所述实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电源供电保护装置，包括电压输入端和电压输出端，其特征在于，还包括：

过压检测单元，与所述电压输入端相连，用于在第一输入电压大于等于第一阈值时输出高电平、且在所述第一输入电压小于所述第一阈值时输出低电平；

控制单元，与所述过压检测单元相连，用于在所述过压检测单元的输出电平大于等于第二阈值时输出高电平、且在所述过压检测单元的输出电平小于所述第二阈值时输出低电平；

开关单元，与所述控制单元和所述电压输出端连接，用于在所述控制单元的输出为高电平时处于断开状态、且在所述控制单元的输出为低电平时处于导通状态；

其中，所述开关单元处于导通状态时，所述开关单元的输出电压为所述电压输入端的第一输入电压；所述开关单元处于断开状态时，所述开关单元的输出电压小于所述第一输入电压。

2.根据权利要求1所述的电源供电保护装置，其特征在于，所述过压检测单元包括第一稳压二极管；所述第一稳压二极管的负极与所述第一输入电压电连接，所述第一稳压二极管的正极与所述控制单元电连接。

3.根据权利要求2所述的电源供电保护装置，其特征在于，所述过压检测单元还包括第一限流电阻；所述第一稳压二极管通过所述第一限流电阻与所述控制单元电连接。

4.根据权利要求1所述的电源供电保护装置，其特征在于，所述控制单元包括第一三极管和第二三极管；

所述第一三极管的基极与所述过压检测单元的输出端电连接，所述第一三极管的集电极与所述第一输入电压电连接，所述第一三极管的发射极接地；

所述第二三极管的基极与所述第一三极管的集电极电连接，所述第二三极管的集电极与所述开关单元的第一输入端电连接，所述第二三极管的发射极接地。

5.根据权利要求4所述的电源供电保护装置，其特征在于，所述控制单元还包括上拉电阻；所述第一三极管的集电极通过所述上拉电阻与所述第一输入电压电连接。

6.根据权利要求1所述的电源供电保护装置，其特征在于，所述开关单元包括PMOS管；所述PMOS管的栅极与所述控制单元的输出端电连接，所述PMOS管的源极与所述第一输入电压电连接，所述PMOS管的漏极与所述开关单元的输出端电连接。

7.根据权利要求6所述的电源供电保护装置，其特征在于，所述开关单元还包括第二稳压二极管；

所述第二稳压二极管的负极与所述PMOS管的源极电连接，所述第二稳压二极管的正极与所述PMOS管的栅极电连接。

8.根据权利要求1所述的电源供电保护装置，其特征在于，还包括滤波单元；所述滤波单元的输入端与所述第一输入电压电连接，所述滤波单元的输出端分别与所述过压检测单元的输入端和所述开关单元的输入端电连接。

9.一种直流电源，其特征在于，包括权利要求1至8任一所述的电源供电保护装置。

10.一种电动车，其特征在于，包括权利要求9所述的直流电源。