CN208835730U - 用于电源板的保护电路 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种能够对电源板进行有效保护的用于电源板的保护电路，包括：电源保护控制装置、第一分压电阻、第二分压电阻和第三分压电阻和第一场效应管；第一分压电阻的第一端与外部供电电源连接；第二端与所述第二分压电阻的第一端连接并且与电源保护控制装置的欠压比较器的输入端连接；第二分压电阻的第二端与第三分压电阻的第一端连接并且与电源保护控制装置的过压比较器的输入端连接；第三分压电阻的第二端接地；第一场效应管的栅极与电源保护控制装置的第一栅极驱动输出端连接，第一场效应管的漏极与外部供电电源连接，源极与电源板的电源输出端连接。本申请的电源板的保护电路可有效避免了用电器件的过载和击穿现象，从而提高了安全等级。

Description

用于电源板的保护电路

技术领域

本申请涉及一种电路的改进，特别的，涉及一种用于电源板的保护电路以及应用该种保护电路的电源板。

背景技术

随着机器人在各个领域越来越普及，对于其功能需求也越来越广泛，随之机器人上的各种机械和电子器件也越来越多，这就给对机器人的供电系统提出了更高的要求。

现有的机器人供电电源通常是24V直流电源(电池)，直流电源经过电源板进行电压分配和降压操作后，经由不同的线路分配给不同的装置，例如，驱动电机、控制器和总线以及总线上的元器件。然而现有的机器人电源板中的电源保护电路部分结构复杂且功能单一，无法形成有效的电源保护。

公开于本申请背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本申请的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种集成度高并且能够对电源板进行有效保护的用于电源板的保护电路。

本申请涉及一种用于电源板的保护电路，其包括：电源保护控制装置、第一分压电阻、第二分压电阻和第三分压电阻和第一场效应管；所述第一分压电阻的第一端与外部供电电源连接；第二端与所述第二分压电阻的第一端连接并且与所述电源保护控制装置的欠压比较器的输入端连接；所述第二分压电阻的第二端与所述第三分压电阻的第一端连接并且与所述电源保护控制装置的过压比较器的输入端连接；所述第三分压电阻的第二端接地；所述第一场效应管的栅极与所述电源保护控制装置的第一栅极驱动输出端连接，第一场效应管的漏极与所述外部供电电源连接，源极与所述电源板的电源输出端连接；所述电源保护控制装置根据所述欠压比较器或者过压比较器输出的信号，确定是否向所述第一栅极驱动输出端发送信号，以使所述第一场效应管导通或截止。

进一步的，所述第一分压电阻、第二分压电阻和第三分压电阻的阻值关系可以满足如下的第一等式和第二等式：

第一等式：UV_th/(R36+R45+R48)＝1.25V/(R45+R48)；

第二等式：OV_th/(R36+R45+R48)＝1.25V/R48；

其中，UV_th是欠压阈值，OV_th是过压阈值，R36是所述第一分压电阻的阻值，R45是所述第二分压电阻的阻值，R48是所述第三分压电阻的阻值。

进一步的，所述用于电源板的保护电路还可以包括：串联在所述第一场效应管与电源板的电源输出端之间的第二场效应管，该第二场效应管的栅极与所述电源保护控制装置的第二栅极驱动输出端连接，源极与所述第一场效应管的源极连接并且与所述电源保护控制装置的公共源引脚端连接，漏极与所述电源板的电源输出端连接。

进一步的，所述电源保护控制装置的可以包括型号为LTC4364CS-2的电源保护控制芯片；所述第一场效应管和第二场效应管可以为NMOS场效应管。

进一步的，所述用于电源板的保护电路还可以包括：串联在所述第二场效应管与电源板的电源输出端之间的过流检测电阻，该过流检测电阻的第一端与所述第二场效应管的漏极连接并且与所述电源保护控制装置的过流感测端连接，过流检测电阻的第二端与电源板的电源输出端连接并且与所述电源保护控制装置的输出端连接。

进一步的，所述第一栅极驱动输出端可以为浪涌抑制器栅极驱动输出端，所述第二栅极驱动输出端可以为二极管控制器栅极驱动输出端。

进一步的，所述用于电源板的保护电路还可以包括：第一隔离光耦，该第一隔离光耦的输入端与所述电源保护控制装置的VCC端连接，第一隔离光耦中的发光器的正向与电源连接，反向与外部控制器的电源关断输出信号端连接，第一隔离光耦中的受光器与所述电源保护控制装置的关断端连接。

进一步的，所述用于电源板的保护电路还可以包括：第二隔离光耦，该第二隔离光耦的输入端与外部控制器的反插信号端连接，第二隔离光耦中的发光器的正向与地连接，反向与所述外部供电电源连接，第二隔离光耦中的受光器与地连接。

进一步的，所述用于电源板的保护电路还可以包括：第三隔离光耦，该第三隔离光耦的输入端与外部控制器的电源故障信号端连接，第三隔离光耦中的发光器的正向与所述外部供电电源连接，反向与所述电源保护控制装置的故障信号输出端连接，第三隔离光耦中的受光器与地连接。

进一步的，所述用于电源板的保护电路还可以包括：第四分压电阻和第五分压电阻，所述第四分压电阻的第一端与所述第二场效应管的漏极连接，第二端与所述电源保护控制装置的反馈信号输入端连接并且与所述第五分压电阻的第一端连接，第五分压电阻的第二端接地。

本申请的有益效果是：本申请的用于电源板的保护电路通过内部的欠压比较器或者过压比较器输出的比较信号，可以确定是否存在欠压或过压现象，根据控制器发送的控制信号使所述第一场效应导通或截止，从而实现了在外部电源的电压存在电压不足或者电压过大的现象时，通过使设置在电源供电路径上的第一场效应管的截止，可以快速地断开供电电流，从而有效地避免了用电器件的过载和击穿现象，提高了安全等级。

此外，本申请的用于电源板的保护电路还具有电源防反插功能、为电源保护控制装置提供输入电压的欠压保护的功能，以及提供了三个隔离光耦装置，实现了电源保护控制装置的反插信号、控制器开关和电源故障信号等与外部控制器的电气隔离，提高了控制精度以及设备的安全性。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请实施例的用于电源板的保护电路的原理图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“配置为”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

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申请。

图1为本申请的实施例的一种用于电源板的保护电路的电路原理图，其包括：电源保护控制装置U8、第一分压电阻R36、第二分压电阻R45和第三分压电阻R48和第一场效应管Q4。其中所述电源保护控制装置的包括型号为LTC4364CS-2的电源保护控制芯片，所述第一场效应管Q4为型号是HY4008P的NMOS场效应管。其中，第一分压电阻R36、第二分压电阻R45和第三分压电阻R48组成分压电路，为电源保护控制装置U8中的欠压比较器的输入端UV和过压比较器的输入端OV提供比较电压，以实现输入的过压和欠压保护。

进一步的，所述第一分压电阻R36的第一端与外部供电电源VCHG(+24V)连接，第一分压电阻R36的第二端与所述第二分压电阻R45的第一端连接并且与所述电源保护控制装置的欠压比较器的输入端UV连接。所述第二分压电阻R45的第二端与所述第三分压电阻R48的第一端连接并且与所述电源保护控制装置的过压比较器的输入端OV连接，此外，所述第三分压电阻的第二端接地。

进一步的，所述第一分压电阻、第一分压电阻和第三分压电阻的阻值关系可以满足的第一等式：UV_th/(R36+R45+R48)＝1.25V/(R45+R48)以及第二等式：OV_th/(R36+R45+R48)＝1.25V/R48。其中，UV_th是欠压阈值，其预设值是18V，OV_th是过压阈值，其预设值是30V，通过将第一等式与第二等式联立，就可以得出第一分压电阻、第二分压电阻和第三分压电阻之间的比例值或比例关系。

此外，所述第一场效应管Q4的栅极G与所述电源保护控制装置U8的浪涌抑制器栅极驱动输出端HGATE连接，第一场效应管的漏极D与所述外部供电电源VCHG连接，第一场效应管的源极S可以与所述电源板的电源输出端VOUT连接。

当所述电源保护控制装置U8根据其内部的欠压比较器或者过压比较器输出的比较信号，从而确定是否存在欠压或过压现象，从而进一步确定是否向所述第一栅极驱动输出端HGATE发送信号，以使所述第一场效应管Q4导通或截止，从而实现了在外部电源的电压存在电压不足或者电压过大的现象时，通过使设置在电源供电路径上的第一场效应管Q4的截止，可以快速地断开供电电流，从而有效地避免了用电器件的过载和击穿现象，提高了安全等级。

进一步的，本申请的用于电源板的保护电路还具有电源放反插功能，具体的，在所述第一场效应管Q4与电源板的电源输出端VOUT之间串联有第二场效应管Q5，该第二场效应管Q5也可以为型号是HY4008P的NMOS场效应管，所述第二场效应管Q5的栅极D与所述电源保护控制装置U8的二极管控制器栅极驱动输出端DGATE(数字地)连接，第二场效应管Q5的源极S与所述第一场效应管Q4的源极S连接并且与所述电源保护控制装置的公共源引脚端SOURCE连接，漏极D可以与所述电源板的电源输出端VOUT连接。

当输入电压为正极性时，电流流过第二场效应管Q5中的体二极管，在第二场效应管Q5的源极和漏极之间产生超过30mv的压降，则电源保护控制装置U8的二极管控制器栅极驱动输出端DGATE控制第二场效应管Q5完全导通。当输入电压为负极性时，流过第二场效应管Q5的电流在源极和漏极之间的产生超过-30mv的压降，则所述二极管控制器栅极驱动输出端DGATE控制第二场效应管Q5完全截止(关闭)，以实现电源输入反插时的保护操作。

进一步的，为了检测流过第二场效应管Q5的电流，本申请的保护电路还包括串联在所述第二场效应管Q5与电源板的电源输出端VOUT之间的过流检测电阻R34，该过流检测电阻R34的第一端与所述第二场效应管Q5的漏极D连接并且与所述电源保护控制装置U8的过流感测端SENSE连接，第二端与电源板的电源输出端OUT连接并且与所述电源保护控制装置的输出端VOUT连接。

进一步的，为了使所述电源保护控制装置U8的控制开关与外部控制器(例如MCU，图中未示出)的控制信号电气隔离，该种用于电源板的保护电路还包括：第一隔离光耦ISO1，该第一隔离光耦ISO1的输入端1与所述电源保护控制装置U8的VCC端连接，第一隔离光耦ISO1中的发光器的正向端1与供电电源(+3.3V)连接，反向端2与MCU的电源关断输出信号端(低电平有效)连接，第一隔离光耦ISO1中的受光器输出端3与所述电源保护控制装置U8的关断端SHDN连接。

更进一步的，为了使所述电源保护控制装置U8的反插信号与外部控制器(例如MCU，图中未示出)的控制信号电气隔离，本申请的保护电路还包括第二隔离光耦ISO2，该第二隔离光耦ISO2的输入端与外部控制器的反插信号端连接，第二隔离光耦中的发光器的正向与地EGND连接，反向与所述外部供电电源VCHG连接，第二隔离光耦ISO2中的受光器与地DGND连接。

更进一步的，为了使所述电源保护控制装置U8的电源故障信号与外部控制器(例如MCU，图中未示出)的控制信号电气隔离，本申请的保护电路还包括第三隔离光耦ISO3，该第三隔离光耦ISO3的输入端与所述外部控制器的电源故障信号端连接，第三隔离光耦中的发光器的正向与所述外部供电电源VCHG连接，反向与所述电源保护控制装置U8的故障信号输出端FLT连接，第三隔离光耦中的受光器与地DGND连接。

为了给所述电源保护控制装置U8提供输入电压的欠压保护，本申请的保护电路还包括有第四分压电阻R38和第五分压电阻R46，所述第四分压电阻R38的第一端与所述第二场效应管Q5的漏极D连接，第二端与所述电源保护控制装置U8的反馈信号输入端FB连接并且与所述第五分压电阻R46的第一端连接，第五分压电阻的第二端接地，其中，所述第四分压电阻R38与第五分压电阻R46之间的阻值满足等式VOUT＝1.25×(1+R38/R46)，其中，VOUT为电源板最终输出电压值VOUT。

需要说明的是，图1中的屏蔽参考地EGND是与大地连接，而数字地DGND连接至数字电路中，其与屏蔽参考地EGND保持隔离。

此外，本申请还涉及应用了上面所描述的保护电路的电源板(图中未示出)，该保护电路在电源板中具有的三路，分别对整机系统的电机系统、底盘系统和上位机系统的供电保护管理。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于电源板的保护电路，其特征在于，包括：电源保护控制装置、第一分压电阻、第二分压电阻和第三分压电阻和第一场效应管；

所述第一分压电阻的第一端与外部供电电源连接；第二端与所述第二分压电阻的第一端连接并且与所述电源保护控制装置的欠压比较器的输入端连接；

所述第二分压电阻的第二端与所述第三分压电阻的第一端连接并且与所述电源保护控制装置的过压比较器的输入端连接；

所述第三分压电阻的第二端接地；

所述第一场效应管的栅极与所述电源保护控制装置的第一栅极驱动输出端连接，第一场效应管的漏极与所述外部供电电源连接，源极与所述电源板的电源输出端连接；

所述电源保护控制装置根据所述欠压比较器或者过压比较器输出的信号，确定是否向所述第一栅极驱动输出端发送信号，以使所述第一场效应管导通或截止。

2.根据权利要求1所述的用于电源板的保护电路，其特征在于，所述第一分压电阻、第二分压电阻和第三分压电阻的阻值关系满足如下的第一等式和第二等式：

第一等式：UV_th/(R36+R45+R48)＝1.25V/(R45+R48)；

第二等式：OV_th/(R36+R45+R48)＝1.25V/R48；

其中，UV_th是欠压阈值，OV_th是过压阈值，R36是所述第一分压电阻的阻值，R45是所述第二分压电阻的阻值，R48是所述第三分压电阻的阻值。

3.根据权利要求1所述的用于电源板的保护电路，其特征在于，还包括：串联在所述第一场效应管与电源板的电源输出端之间的第二场效应管，该第二场效应管的栅极与所述电源保护控制装置的第二栅极驱动输出端连接，源极与所述第一场效应管的源极连接并且与所述电源保护控制装置的公共源引脚端连接，漏极与所述电源板的电源输出端连接。

4.根据权利要求3所述的用于电源板的保护电路，其特征在于，所述电源保护控制装置的包括型号为LTC4364CS-2的电源保护控制芯片；所述第一场效应管和第二场效应管为NMOS场效应管。

5.根据权利要求4所述的用于电源板的保护电路，其特征在于，还包括：串联在所述第二场效应管与电源板的电源输出端之间的过流检测电阻，该过流检测电阻的第一端与所述第二场效应管的漏极连接并且与所述电源保护控制装置的过流感测端连接，过流检测电阻的第二端与电源板的电源输出端连接并且与所述电源保护控制装置的输出端连接。

6.根据权利要求4所述的用于电源板的保护电路，其特征在于，所述第一栅极驱动输出端为浪涌抑制器栅极驱动输出端，所述第二栅极驱动输出端为二极管控制器栅极驱动输出端。

7.根据权利要求4所述的用于电源板的保护电路，其特征在于，还包括：第一隔离光耦，该第一隔离光耦的输入端与所述电源保护控制装置的VCC端连接，第一隔离光耦中的发光器的正向与电源连接，反向与外部控制器的电源关断输出信号端连接，第一隔离光耦中的受光器与所述电源保护控制装置的关断端连接。

8.根据权利要求4所述的用于电源板的保护电路，其特征在于，还包括：第二隔离光耦，该第二隔离光耦的输入端与外部控制器的反插信号端连接，第二隔离光耦中的发光器的正向与地连接，反向与所述外部供电电源连接，第二隔离光耦中的受光器与地连接。

9.根据权利要求4所述的用于电源板的保护电路，其特征在于，还包括：第三隔离光耦，该第三隔离光耦的输入端与外部控制器的电源故障信号端连接，第三隔离光耦中的发光器的正向与所述外部供电电源连接，反向与所述电源保护控制装置的故障信号输出端连接，第三隔离光耦中的受光器与地连接。

10.根据权利要求4所述的用于电源板的保护电路，其特征在于，还包括：第四分压电阻和第五分压电阻，所述第四分压电阻的第一端与所述第二场效应管的漏极连接，第二端与所述电源保护控制装置的反馈信号输入端连接并且与所述第五分压电阻的第一端连接，第五分压电阻的第二端接地。