CN207381958U - 一种过压保护电路及电子产品 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种过压保护电路及电子产品，过压保护电路包括电源输入端、电源输出端、稳压二极管、第一开关管、第二开关管；电源输入端通过分压电阻连接稳压二极管的阴极，稳压二极管的阳极接地；稳压二极管的阴极连接第一开关管的控制端，第一开关管的开关通路的一端通过电阻电路接地，另一端连接电源输入端；电源输入端通过分压电路接地，分压电路的分压节点连接第二开关管的控制端；分压电路的分压节点连接第一开关管的开关通路的一端；电源输入端通过所述第二开关管的开关通路连接电源输出端。本实用新型在电源输入端处的电压大于用电负载的额定电压时，切断供电线路，实现过压保护；而且整个电路采用分立元件搭建而成，成本低。

Description

一种过压保护电路及电子产品

技术领域

本实用新型属于保护电路技术领域，具体地说，是涉及一种过压保护电路以及采用所述过压保护电路设计的电子产品。

背景技术

目前家用或工业用智能机器人应用范围越来越广，因机器人往往具有自由的移动性，所以其内置电池供电就成为一种适应其可移动性的常用方法。对于机器人充电的方法有很多种，人工手动连接适配器充电，或者机器人自主移动到充电桩，依靠磁铁吸合或自身运动将电源插头插入。

但是手动连接充电器或充电过程中有可能会出现电压超出其额定电压的情况，如用错电源适配器，从而导致设备损坏。因此机器人产品应用过压保护电路就变得有必要。

发明内容

本实用新型提供了一种过压保护电路，提高了用电负载的安全性。

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，包括电源输入端和电源输出端，还包括稳压二极管、第一开关管、第二开关管；所述电源输入端通过分压电阻连接所述稳压二极管的阴极，所述稳压二极管的阳极接地；所述稳压二极管的阴极连接所述第一开关管的控制端，所述第一开关管的开关通路的一端通过电阻电路接地，另一端连接所述电源输入端；所述电源输入端通过分压电路接地，所述分压电路的分压节点连接所述第二开关管的控制端；所述分压电路的分压节点连接所述第一开关管的开关通路的一端；所述电源输入端通过所述第二开关管的开关通路连接所述电源输出端。

进一步的，所述电阻电路包括第一分压电阻和第二分压电阻，所述第一分压电阻的一端连接所述第一开关管的开关通路的一端，所述第一分压电阻的另一端连接所述第二分压电阻的一端，所述第二分压电阻的另一端接地；所述第一分压电阻和第二分压电阻的分压节点连接第三开关管的控制端；所述电源输入端通过所述第三开关管的开关通路接地，在所述电源输入端与第三开关管的开关通路之间串联有指示灯；所述第一开关管的开关通路的一端连接二极管的阳极，所述二极管的阴极连接所述分压电路的分压节点。

又进一步的，所述分压电路包括第三分压电阻和第四分压电阻，所述第三分压电阻的一端连接所述电源输入端，所述第三分压电阻的另一端连接所述第四分压电阻的一端，所述第四分压电阻的另一端通过开关接地；所述第三分压电阻和第四分压电阻的分压节点连接所述第二开关管的控制端。

更进一步的，所述稳压二极管的阴极通过另一分压电阻连接第一开关管的控制端。

再进一步的，所述第一开关管为PNP三极管或PMOS管，所述第二开关管为PMOS管或PNP三极管。

优选的，所述第三开关管为NPN三极管或NMOS管。

进一步的，在所述电源输出端与地之间串联有防静电电路。

又进一步的，所述电源输入端通过第一滤波电容接地，所述电源输出端通过第二滤波电容接地。

基于上述过压保护电路的结构设计，本实用新型还提出了一种电子产品，所述电子产品包括所述的过压保护电路，所述过压保护电路包括电源输入端和电源输出端，还包括稳压二极管、第一开关管、第二开关管；所述电源输入端通过分压电阻连接所述稳压二极管的阴极，所述稳压二极管的阳极接地；所述稳压二极管的阴极连接所述第一开关管的控制端，所述第一开关管的开关通路的一端通过电阻电路接地，另一端连接所述电源输入端；所述电源输入端通过分压电路接地，所述分压电路的分压节点连接所述第二开关管的控制端；所述分压电路的分压节点连接所述第一开关管的开关通路的一端；所述电源输入端通过所述第二开关管的开关通路连接所述电源输出端。

进一步的，所述电子产品为机器人。

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及电子产品，通过设置第一开关管、第二开关管、稳压二极管，在电源输入端处的电压大于用电负载的额定电压时，第一开关管导通、第二开关管截止，切断电源输入端与电源输出端之间的供电线路，避免用电负载因高压烧毁，实现了过压保护，提高了用电负载的安全性；而且，整个电路采用分立元件搭建而成，成本低，在实现过压保护的基础上降低了电路成本。

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。

本实施例的过压保护电路主要包括电源输入端PWR_IN、电源输出端PWR_OUT、稳压二极管D2、第一开关管Q1、第二开关管Q2等，参见图1所示；电源输入端PWR_IN通过分压电阻R1连接稳压二极管D2的阴极，稳压二极管D2的阳极接地；稳压二极管D2的阴极连接第一开关管Q1的控制端，第一开关管Q1的开关通路的一端通过电阻电路接地，第一开关管Q1的另一端连接电源输入端PWR_IN；电源输入端PWR_IN通过分压电路接地，分压电路的分压节点连接第二开关管Q2的控制端，分压电路的分压节点连接第一开关管Q1的开关通路的一端；电源输入端PWR_IN通过第二开关管Q2的开关通路连接电源输出端PWR_OUT。

电源输入端PWR_IN与供电电源连接，接收供电电源提供的电能，并通过第二开关管Q2的开关通路传输至电源输出端PWR_OUT，电源输出端PWR_OUT与负载连接，输出电能供负载使用。

当第二开关管Q2的开关通路导通时，供电线路导通，电源输入端PWR_IN处的电能通过第二开关管Q2的开关通路传输至电源输出端PWR_OUT，并通过电源输出端PWR_OUT传输至用电负载；当第二开关管Q2的开关通路关断时，供电线路关断，电源输入端PWR_IN处的电能不能传输至电源输出端PWR_OUT，无法为用电负载供电。

选择合适的稳压二极管型号，使得稳压二极管D2的额定稳压值与用电负载的额定电压相等。在正常情况下，供电电源传输至电源输入端PWR_IN处的电压等于用电负载的额定电压。在过压情况下，供电电源传输至电源输入端PWR_IN处的电压大于用电负载的额定电压。

假设用电负载的额定电压为20V，选择合适的稳压二极管型号，稳压二极管D2的额定稳压值也为20V。

在正常情况下，即供电电源传输到电源输入端PWR_IN处的电压等于20V时，由于稳压二极管D2的额定稳压值为20V，按照稳压二极管的特性，分压电阻R1两端的压差为0，即加在第一开关管Q1的控制端的电压为20V，第一开关管Q1的开关通路的一端的电压也为20V，第一开关管Q1截止；调整分压电路的分压比例，使得第二开关管Q2的开关通路的一端与控制端之间的压差满足Q2的导通条件，Q2饱和导通；则电源输入端PWR_IN与电源输出端PWR_OUT之间的供电线路导通。

在过压情况下，即供电电源传输到电源输入端PWR_IN处的电压大于20V时，如25V时，由于稳压二极管D2的额定稳压值为20V，电阻R1两端的压差足以使第一开关管Q1饱和导通，第二开关管Q2的控制端的电压即为电源输入端PWR_IN的电压，第二开关管Q2截止，电源输入端PWR_IN与电源输出端PWR_OUT之间的供电线路切断，实现过压保护，避免用电负载因电压过高而烧坏，提高了用电负载的安全性。

因此，本实施例的过压保护电路，通过设置第一开关管、第二开关管、稳压二极管等，在电源输入端处的电压大于用电负载的额定电压时，第一开关管导通、第二开关管截止，切断电源输入端与电源输出端之间的供电线路，避免用电负载因高压烧毁，实现了过压保护，提高了用电负载的安全性；而且，整个电路采用分立元件搭建而成，成本低，在实现过压保护的基础上降低了电路成本。

在本实施例中，电阻电路包括第一分压电阻R3和第二分压电阻R4，第一分压电阻R3的一端连接第一开关管Q1的开关通路的一端，第一分压电阻R3的另一端连接第二分压电阻R4的一端，第二分压电阻R4的另一端接地；第一分压电阻R3和第二分压电阻R4的分压节点连接第三开关管Q3的控制端；电源输入端PWR_IN通过第三开关管Q3的开关通路接地，在电源输入端PWR_IN与第三开关管Q3的开关通路之间串联有指示灯LED。第一开关管Q1的开关通路的一端连接二极管D3的阳极，二极管D3的阴极连接分压电路的分压节点， 防止电源输入端PWR_IN的电流通过分压电路逆流至Q3的控制端，避免Q3误导通、指示灯误亮。

在正常情况下，即供电电源传输到电源输入端PWR_IN处的电压等于20V时，第一开关管Q1截止，Q3的基极和发射极之间压差为0，Q3截止，指示灯LED不亮。在过压情况下，即供电电源传输到电源输入端PWR_IN处的电压大于20V时，第一开关管Q1饱和导通，调整第一分压电阻R3和第二分压电阻R4的分压比例，使得Q3的基极和发射极之间的压差达到导通条件，Q3饱和导通，电源输入端PWR_IN提供的电流通过指示灯LED、第三开关管Q3的开关通路流入地，指示灯LED亮，实现过压指示，提示用户及时切断供电电源，保护整个电路以及用电负载。

在本实施例中，分压电路包括第三分压电阻R6和第四分压电阻R7，第三分压电阻R6的一端连接电源输入端PWR_IN，第三分压电阻R6的另一端连接第四分压电阻R7的一端，第四分压电阻R7的另一端通过开关SW1接地；第三分压电阻和第四分压电阻的分压节点连接第二开关管Q2的控制端。

在开关SW1闭合时，若第一开关管Q1截止，则电源输入端PWR_IN提供的电流通过R6、R7、SW1流入地，调整R6和R7的阻值比例， R6两端的压差可以使第二开关管Q2饱和导通，电源输入端PWR_IN与电源输出端PWR_OUT之间的供电线路导通；若第一开关管Q1导通，R6两端的压差为0，第二开关管Q2截止，电源输入端PWR_IN与电源输出端PWR_OUT之间的供电线路断开。

在开关SW1断开时，无论第一开关管Q1截止与否，第二开关管Q2始终截止，电源输入端PWR_IN与电源输出端PWR_OUT之间的供电线路断开。

开关SW1不对供电线路直接操作，而是通过控制第二开关管Q2的通断来间接控制供电线路的通断，安全可靠，同时降低了对开关耐电流能力等电特性的要求。开关SW1的设置，进一步提高了整个电路的安全性和可靠性。

在本实施例中，稳压二极管D2的阴极通过另一分压电阻R2连接第一开关管Q1的控制端。R2的作用是分压，防止Q1因高压被击穿损坏，提高Q1的安全性。

在本实施例中，第一开关管Q1为低导通压降开关管，如PNP三极管或PMOS管；第二开关管Q2为低导通压降开关管，如PMOS管或PNP三极管；第三开关管Q3为高导通压降开关管，如NPN三极管或NMOS管；成本低、性能稳定、效果好。

下面，以第一开关管Q1为PNP三极管、第二开关管Q2为PMOS管、第三开关管Q3为NPN三极管为例，对电路结构及其工作原理进行详细阐述。

第一开关管Q1的基极通过电阻R2连接稳压二极管D2的阴极，Q1的发射极连接电源输入端PWR_IN，Q1的集电极通过R3连接R4，并通过R4接地；R3和R4的分压节点连接第三开关管Q3的基极，Q3的发射极接地，Q3的集电极连接指示灯LED的阴极，指示灯LED的阳极通过限流电阻R5连接电源输入端PWR_IN。Q1的集电极连接二极管D3的阳极，D3的阴极连接R6和R7的分压节点，R6和R7的分压节点连接Q2的栅极，Q2的源极连接电源输入端PWR_IN，Q2的漏极连接电源输出端PWR_OUT。

在正常情况下，即供电电源传输到电源输入端PWR_IN处的电压等于20V时，稳压二极管D2的额定稳压值为20V，R1两端的压差为0，加在Q1发射极和基极两端的压差为0，Q1截止。当SW1闭合时，调整R6和R7的阻值比例，使得Q2的源极和栅极两端的压差可以使得Q2饱和导通，则电源输入端PWR_IN与电源输出端PWR_OUT之间的供电线路导通，为用电负载供电。在Q1截止时，Q3的基极和发射极之间压差为0，Q3截止，指示灯LED不亮。

在过压情况下，即供电电源传输到电源输入端PWR_IN处的电压大于20V时，如25V时，稳压二极管D2的额定稳压值为20V，R1两端的压差使得Q1饱和导通，Q2的源极和栅极之间的压差近似为0，Q2截止，电源输入端PWR_IN与电源输出端PWR_OUT之间的供电线路切断，实现过压保护。在Q1饱和导通时，调整R3和R4的阻值比例，使得Q3的基极和发射极之间的压差达到导通条件，Q3饱和导通，指示灯LED亮，实现过压指示。

R2防止加到Q1基极和发射极的电压差超过其BE击穿电压，导致Q1损坏。

为了消除静电对整个电路的危害，在电源输出端PWR_OUT与地之间串联有防静电电路，以进一步提高电路的安全性。

为了滤除杂波，防止杂波干扰电路的正常运行，电源输入端PWR_IN通过第一滤波电容C1接地，电源输出端PWR_OUT通过第二滤波电容C5接地。

本实施例的过压保护电路，当电源输入端PWR_IN的电压≤稳压二极管D2的额定稳压值（即用电负载额定电压）时，第一开关管Q1截止，第二开关管Q2饱和导通、第三开关管Q3截止，电源输入端PWR_IN与电源输出端PWR_OUT之间的供电线路导通，供电电源为用电负载供电，且指示灯LED不亮；当电源输入端PWR_IN的电压＞稳压二极管D2的额定稳压值（即用电负载额定电压）时，第一开关管Q1饱和导通，第二开关管Q2截止、第三开关管Q3饱和导通，电源输入端PWR_IN与电源输出端PWR_OUT之间的供电线路切断，保护后端元器件不受高压破坏，起到过压保护的作用，避免用电负载因高压烧毁，且指示灯LED亮，实现过压提示。

本实施例的过压保护电路，采用分立元件搭建而成，成本低；电源输入端PWR_IN处的电压高于用电负载额定电压时，自动切断供电线路并点亮指示灯，实现过压保护和过压提示；在电路中设置开关SW1，避免直接对供电线路进行断开、闭合操作，降低了对开关过流的要求，具有降低开关成本、安全、可靠的特点。

基于上述过压保护电路的设计，本实施例还提出了一种电子产品，所述电子产品包括所述的过压保护电路以及用电负载，过压保护电路中的电源输入端PWR_IN与供电电源连接，电源输出端PWR_OUT与用电负载连接。

当供电电源传输到电源输入端PWR_IN处的电压≤用电负载额定电压时，电源输入端PWR_IN与电源输出端PWR_OUT之间的供电线路导通，供电电源通过供电线路为用电负载供电。

当供电电源传输到电源输入端PWR_IN处的电压＞用电负载额定电压时，电源输入端PWR_IN与电源输出端PWR_OUT之间的供电线路切断，避免用电负载因高压损毁。

在本实施例中，所述电子产品主要包括机器人、穿戴类电子产品等。

通过在电子产品中设计所述过压保护电路，避免因供电电源电压过高导致电子产品发生过压问题，实现过压保护和过压指示，提高了电子产品的供电安全，避免电子产品因电压过高而烧毁；同时降低了电路成本。

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，包括电源输入端和电源输出端，其特征在于：还包括稳压二极管、第一开关管、第二开关管；

所述电源输入端通过分压电阻连接所述稳压二极管的阴极，所述稳压二极管的阳极接地；所述稳压二极管的阴极连接所述第一开关管的控制端，所述第一开关管的开关通路的一端通过电阻电路接地，另一端连接所述电源输入端；

所述电源输入端通过分压电路接地，所述分压电路的分压节点连接所述第二开关管的控制端；所述分压电路的分压节点连接所述第一开关管的开关通路的一端；

所述电源输入端通过所述第二开关管的开关通路连接所述电源输出端。

2.根据权利要求1所述的过压保护电路，其特征在于：所述电阻电路包括第一分压电阻和第二分压电阻，所述第一分压电阻的一端连接所述第一开关管的开关通路的一端，所述第一分压电阻的另一端连接所述第二分压电阻的一端，所述第二分压电阻的另一端接地；

所述第一分压电阻和第二分压电阻的分压节点连接第三开关管的控制端；

所述电源输入端通过所述第三开关管的开关通路接地，在所述电源输入端与第三开关管的开关通路之间串联有指示灯；

所述第一开关管的开关通路的一端连接二极管的阳极，所述二极管的阴极连接所述分压电路的分压节点。

3.根据权利要求1所述的过压保护电路，其特征在于：所述分压电路包括第三分压电阻和第四分压电阻，所述第三分压电阻的一端连接所述电源输入端，所述第三分压电阻的另一端连接所述第四分压电阻的一端，所述第四分压电阻的另一端通过开关接地；

所述第三分压电阻和第四分压电阻的分压节点连接所述第二开关管的控制端。

4.根据权利要求1所述的过压保护电路，其特征在于：所述稳压二极管的阴极通过另一分压电阻连接第一开关管的控制端。

5.根据权利要求1所述的过压保护电路，其特征在于：所述第一开关管为PNP三极管或PMOS管，所述第二开关管为PMOS管或PNP三极管。

6.根据权利要求2所述的过压保护电路，其特征在于：所述第三开关管为NPN三极管或NMOS管。

7.根据权利要求1所述的过压保护电路，其特征在于：在所述电源输出端与地之间串联有防静电电路。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的过压保护电路，其特征在于：所述电源输入端通过第一滤波电容接地，所述电源输出端通过第二滤波电容接地。

9.一种电子产品，其特征在于：包括如权利要求1至8中任一项所述的过压保护电路。

10.根据权利要求9所述的电子产品，其特征在于：所述电子产品为机器人。