CN209072068U - 一种实现直流电源接口兼容正反接的电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例涉及电路技术领域，公开了一种实现直流电源接口兼容正反接的电路，该电路包括：电源接口输入端的第一端口分别和第一场效应晶体管和第三场效应晶体管的源极电连接，以及第二场效应晶体管和第四场效应晶体管的栅极电连接；输入端的第二端口分别和第一场效应晶体管和第三场效应晶体管的栅极，以及第二场效应晶体管和第四场效应晶体管的源极电连接；输出端的第二端口分别和第一场效应晶体管和第二场效应晶体管的漏极电连接后接地；输出端的第一端口分别和第三场效应晶体管和第四场效应晶体管的漏极电连接。通过上述方式，可以实现在保护后端负载电路芯片的同时，实现直流电源接口灵活插接。

Description

一种实现直流电源接口兼容正反接的电路

技术领域

本实用新型实施例涉及电路技术领域，具体涉及一种实现直流电源接口兼容正反接的电路。

背景技术

板级硬件系统中通常需要考虑单板直流电源接口的防反接功能。通过添加一些入口保护电路来防止电源接口反接而导致的损坏后端负载电路芯片的故障。通常的做法有两种，一种是在电源正极输入后，串联一颗功率二极管，这样电源反接的话由于二极管的反向截止功能，电路不会导通，第二种方法是在电源和负载端并联一个功率MOS管，如此做法，可以实现在电源反接时，后端电路不会导通。这两种方案的缺陷都在于电源反接时虽然会保护后端负载电路，但同时后端负载电路也不会正常工作，需要电源重新正接后才可以工作正常，使得方案不够灵活。

而且，如果后端负载电路不正常工作，工作人员在没有意识到是因为电源接口反接的原因而导致的话，经常会去查询电路中其他元器件的连接以及元器件本身是否存在故障，如此一来，耽误很多时间在不必要的工作上，降低工作效率。

那么，如何才能实现即使电源接口反接，也能够使得后端负载电路正常工作，成为本申请所要解决的技术问题。

发明内容

为此，本实用新型实施例提供一种实现直流电源接口兼容正反接的电路，以解决现有技术中如果电源接口反接，后端负载电路就无法正常工作的问题。

为了实现上述目的，本实用新型实施例提供如下技术方案：

本实用新型实施例提供了一种实现直流电源接口兼容正反接的电路，该电路包括：电源接口输入端、第一场效应晶体管、第二场效应晶体管、第三场效应晶体管、第四场效应晶体管以及电源接口输出端；

电源接口输入端的第一端口分别与第一场效应晶体管的源极和第三场效应晶体管的源极电连接，以及，分别与第二场效应晶体管的栅极和第四场效应晶体管的栅极电连接；电源接口输入端的第二端口分别与第一场效应晶体管的栅极和第三场效应晶体管的栅极电连接，以及分别与第二场效应晶体管的源极和第四场效应晶体管的源极电连接；电源接口输出端的第二端口分别和第一场效应晶体管和第二场效应晶体管的漏极电连接后接地；电源接口输出端的第一端口分别和第三场效应晶体管和第四场效应晶体管的漏极电连接。

本实用新型实施例的特征还在于，该电路还包括：双向瞬态抑制二极管阵列；

双向瞬态抑制二极管阵列与电源接口输入端并联。

本实用新型实施例的特征还在于，该电路还包括：四个第一电阻；

第一个第一电阻分别电连接电源接口输入端的第二端口和第一场效应晶体管的栅极；第二个第一电阻分别电连接电源接口输入端的第一端口和第二场效应晶体管的栅极；第三个第一电阻分别电连接电源接口输入端的第二端口和第三场效应晶体管的栅极；第四个第一电阻分别电连接电源接口输入端的第一端口和第四场效应晶体管的栅极。

本实用新型实施例的特征还在于，该电路还包括：四个第二电阻和四个第三电阻；

当h值等于一或者三时，第h个第二电阻一端电连接电源接口输入端的第二端口；第h个第二电阻的另一端分别电连接第h个第三电阻的一端，以及第h场效应晶体管的栅极；第h个第三电阻的另一端接地；

当h值等于二或者四时，第h个第二电阻一端电连接电源接口输入端的第一端口；第h个第二电阻的另一端分别连接第h个第三电阻的一端，以及第h场效应晶体管的栅极；第h个第三电阻的另一端接地。

本实用新型实施例的特征还在于，该电路还包括：

四个第一电阻，四个第二电阻和四个第三电阻；

当j等于一或三时，第j个第二电阻的一端电连接电源接口输入端的第二端口，第j个第二电阻的另一端电连接第j个第三电阻的一端，以及第j个第一电阻的一端；第j个第三电阻另一端接地；第j个第一电阻的另一端电连接第j场效应晶体管的栅极；

当j的值为二或者四时，第j个第二电阻的一端电连接电源接口输入端的第一端口；第j个第二电阻的另一端分别连接第j个第三电阻的一端，以及第j个第一电阻的一端；第j个第三电阻的另一端接地；第j个第一电阻的另一端电连接第j场效应晶体管的栅极。

本实用新型实施例的特征还在于，第一电阻的阻值为100欧姆，第二电阻与第三电阻的阻值为100k欧姆。

本实用新型实施例的特征还在于，第一电阻用于限制栅极输入电流。

本实用新型实施例的特征还在于，第二电阻和第三电阻为分压电阻。

本实用新型实施例具有如下优点：不论电源输入端的哪一个端口为正极接入，另一个为负极接入时，都会有两个场效应晶体管导通。第一场效应晶体管和第四场效应晶体管导通，或者第二场效应晶体管和第三场效应晶体管导通。也就是说，即使直流电源端口出现反接的情况，也可以在实现保护后端负载电路芯片的同时，实现后端负载电路的导通，实现直流电源接口灵活插接。此外，即使用户没有意识到直流电源接口反接情况发生，也不会出现电路不导通的情况。那么用户必然不会再浪费大量时间查询其他电路元器件及其连接关系是否错误等的情况发生，大大提升工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本实用新型实施例提供的一种实现直流电源接口兼容正反接的电路结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的另一种实现直流电源接口兼容正反接的电路结构示意图；

图3为本实用新型提供的一种外部直流电源接口和后端负载通过电源接口兼容正反接的电路实现电连接的结构框图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例1提供了一种实现直流电源接口兼容正反接的电路，具体如图1所示，该电路包括：电源接口输入端J1、第一场效应晶体管Q1、第二场效应晶体管Q2、第三场效应晶体管Q3、第四场效应晶体管Q4以及电源接口输出端J2。

电源接口输入端J1的第一端口分别与第一场效应晶体管Q1的源极和第三场效应晶体管Q3的源极电连接，以及，分别与第二场效应晶体管Q2的栅极和第四场效应晶体管Q4的栅极电连接；电源接口输入端J1的第二端口分别与第一场效应晶体管Q1的栅极和第三场效应晶体管Q3的栅极电连接，以及，分别与第二场效应晶体管Q2的源极，和第四场效应晶体管Q4的源极电连接；

电源接口输出端J2的第二端口分别和第一场效应晶体管Q1和第二场效应晶体管Q2的漏极电连接后接地；电源接口输出端J2的第一端口分别和第三场效应晶体管Q3和第四场效应晶体管Q4的漏极电连接。

其中，第一场效应晶体管Q1和第二场效应晶体管Q2为第一类型场效应晶体管，第三场效应晶体管Q3和第四场效应晶体管Q4为第二类型场效应晶体管。在本实施例中，第一场效应晶体管Q1和第二场效应晶体管Q2为NMOS管，而第三场效应晶体管Q3和第四场效应晶体管Q4为PMOS管。

假设电源接口输入端J1左侧的第一端口(1脚)的为正极接入，那么右侧的第二端口(2脚)则为负极接入。则必然会存在正向压降。选择场效应晶体管时，需要选择压降通过分压电阻后的电压满足GS或者SG的场效应晶体管导通压降值。即按照上述选择标准选择合理的PMOS管型号和NMOS管型号。在电源接口输入端J1的1脚和2脚之间产生正向压降时，会使得第二场效应晶体管Q2和第三场效应晶体管Q3漏极和源极导通。此时，第一场效应晶体管Q1和第四场效应晶体管Q4不导通。使得后端负载正极接口，也即是电源接口输出端J2的第一端口(1脚)连接至电源接口输入端J1左侧的第一端口(1脚)；后端负载负极接口，也即是电源接口输出端J2的第二端口(2脚)连接至电源接口输入端J1右侧的2脚，从而给后端负载正常供电。而供电最大限制电流则取决于第二场效应晶体管Q2和第三场效应晶体管Q3的漏极导通最大电流。由于场效应晶体管的GS极间电阻一般近似无穷大，所以增加的4个MOS管对整个电路负载的电流索取影响可以忽略不计。

类似的，假设电源接口输入端J1左侧的1脚的为负极接入，那么右侧的2脚则为正极接入。2脚和1脚之间存在正向压降，通过上述所介绍的选择场效应晶体管型号的方式合理选择P场效应晶体管和N场效应晶体管。在电源接口输入端J12脚和1脚之间产生正向压降时，会使得第一场效应晶体管Q1和第四场效应晶体管Q4漏极和源极导通，而第二场效应晶体管Q2和第三场效应晶体管Q3不导通。从而，后端负载正极接口，也即是电源接口输出端J2的1脚连接至电源接口输入端J1右侧的2脚，后端负载负极接口，也即是电源接口输出端J2的2脚连接至电源接口输入端J1左侧的1脚，从而给后端负载正常供电。而供电最大限制电流取决于第一场效应晶体管Q1和第四场效应晶体管Q4的漏极导通最大电流。同理，由于场效应晶体管的GS极间电阻一般近似无穷大，所以增加的4个MOS管对整个电路负载的电流索取影响可以忽略不计。

可选的，在一个具体的例子中，该电路还可以包括双向瞬态抑制二极管阵列U1。具体如图2所示，双向瞬态抑制二极管阵列U1由4个二极管构成两组，每一组包含一个普通二极管和一个瞬态抑制二极管，两组二极管并联。其可以防止静电击穿和过压浪涌对电路的损害。而U1的选取只要满足结电容很小、耐受功率合理、击穿电压大于应用电源电压一定程度即可。

本实用新型实施例提供的一种实现直流电源接口兼容正反接的电路，不论电源输入端的哪一个端口为正极接入，另一个为负极接入时，都会有两个场效应晶体管导通。第一场效应晶体管和第四场效应晶体管导通，或者第二场效应晶体管和第三场效应晶体管导通。也就是说，即使直流电源端口出现反接的情况，也可以在实现保护后端负载电路芯片的同时，实现后端负载电路的导通，实现直流电源接口灵活插接。此外，即使用户没有意识到直流电源接口反接情况发生，也不会出现电路不导通的情况。那么用户必然不会再浪费大量时间查询其他电路元器件及其连接关系是否错误等的情况发生，大大提升工作效率。

可选的，在一个具体的例子中，在第一个实施例的基础上，该电路还可以包括：四个第一电阻R9～R12。

第一个第一电阻R9分别电连接电源接口输入端J1的第二端口和第一场效应晶体管Q1的栅极；第二个第一电阻R10分别电连接电源接口输入端J1的第一端口和第二场效应晶体管Q2的栅极；第三个第一电阻R11分别电连接电源接口输入端J1的第二端口和第三场效应晶体管Q3的栅极；第四个第一电阻R12分别电连接电源接口输入端J1的第一端口和第四场效应晶体管Q4的栅极。

这里的第一电阻，所起的作用就是防止漏电击穿场效应晶体管的栅极，在一个具体的例子中，阻值可以为100欧姆。当然，第一电阻的阻值并非一定是100欧姆，只要可以实现本实施例方案的电阻任意阻值都可以，本申请中并不做过多限定。

可选的，在另一个具体的例子中，在第一个实施例的基础上，该电路还可以包括：四个第二电阻R1(第一个)、R3(第二个)、R5(第三个)和R7(第四个)和四个第三电阻R2(第一个)、R4(第二个)、R6(第三个)和R8(第四个)；

其中，当h值等于一或者三时，第h个第二电阻一端电连接电源接口输入端的第二端口；第h个第二电阻的另一端分别电连接第h个第三电阻的一端，以及第h场效应晶体管的栅极；第h个第三电阻的另一端接地；

当h值等于二或者四时，第h个第二电阻一端电连接电源接口输入端的第一端口；第h个第二电阻的另一端分别连接第h个第三电阻的一端，以及第h场效应晶体管的栅极；第h个第三电阻的另一端接地。

这里的第二电阻和第三电阻共同构成分压电阻，其阻值均为100k欧姆。其中，第一个第二电阻R1一端电连接电源接口输入端J1的第二端口，另一端分别连接第一个第三电阻R2的一端，以及第一场效应晶体管Q1的栅极。

分压电阻主要的作用是在用于在电源入口处等值分压进入MOS管栅极，这里的作用是MOS管栅极导通电压一定的情况下，可以使得电源入口电压使用范围扩大一倍，电路应用范围变得更加广阔。此外，四个第三电阻R2、R4、R6和R8，还作为MOS管栅极对地电阻，起到泄放结电容累积电荷的作用。

由于一般功率MOS管的G极和S极的耐压值最大为30V左右，所以该电路可以应用于直流60V以下的板级供电系统当中。当然，实际应用当中只要满足外部直流电源电压的一半小于MOS管的G极和S极的最大耐压并且留有一定的余量即可。

此外，在另一个具体的例子中，该电路还可以包含上述所有例子中的各部件，部件之间的连接关系则稍有变动。从而构成一个新的实例，具体如图2所示，该电路包括：电源接口输入端J1、第一场效应晶体管Q1、第二场效应晶体管Q2、第三场效应晶体管Q3、第四场效应晶体管Q4、电源接口输出端J2、双向瞬态抑制二极管阵列U1、四个第一电阻R9～R12，四个第二电阻R1、R3、R5和R7和四个第三电阻R2、R4、R6和R8。

其中，部分电路连接关系与上文相同的则不做过多赘述，例如电源接口输入端J1和双向瞬态抑制二极管阵列U1之间的连接关系与上文所介绍相同，不再赘述。而不同的部分将从下文中作介绍，具体包括：

当j等于一或三时，第j个第二电阻的一端电连接电源接口输入端的第二端口，第j个第二电阻的另一端电连接第j个第三电阻的一端，以及第j个第一电阻的一端；第j个第三电阻另一端接地；第j个第一电阻的另一端电连接第j场效应晶体管的栅极；

当j的值为二或者四时，第j个第二电阻的一端电连接电源接口输入端的第一端口；第j个第二电阻的另一端分别连接第j个第三电阻的一端，以及第j个第一电阻的一端；第j个第三电阻的另一端接地；第j个第一电阻的另一端电连接第j场效应晶体管的栅极。具体如图2所示，这里不再过多赘述。其中，第二电阻和第三电阻的阻值可以为100K欧姆。与第一电阻类似的，本实施例中仅仅是以第二电阻和第三电阻的阻值为100K欧姆为例进行说明，并非必须为100K欧姆，任何可以实现该方案的阻值均可以应用于本申请，这里不做过多限定。

在一个具体实施例中，以NEC公司的两款小功率MOS管为例说明，型号分别为2SK612(NMOS)和2SJ128(PMOS)。由于2SK612的漏极最大电流可达2A，栅源耐压最大可达20V，2SJ128的漏极最大电流可达2A，栅源耐压最大可达20V，所以这两款MOS管可以应用到上述电路当中，适用于外部电源接口40V以下电压值，电流消耗小于2A的电路当中，占用额外电路面积小，成本低，功耗小。

另外，图3中示出了利用本申请图1或者图2所示的电源接口兼容正反接的电路实现在外部直流电源接口和后端负载之间建立电连接的结构示意图。外部直流电源接口不论正接还是反接，其后端负载都可以实现正常工作。

本实用新型实施例提供的一种实现直流电源接口兼容正反接的电路，不论电源输入端的哪一个端口为正极接入，另一个为负极接入时，都会有两个场效应晶体管进行导通。第一场效应晶体管和第四场效应晶体管导通，或者第二场效应晶体管和第三场效应晶体管导通。也就是说，即使直流电源端口出现反接的情况，也可以在实现在保护后端负载电路芯片的同时，实现后端负载电路的导通，实现直流电源接口灵活插接。此外，即使用户没有意识到直流电源接口反接情况发生，也不会出现电路不导通的情况。那么用户必然不会再浪费大量时间查询其他电路元器件及其连接关系是否错误等的情况发生，大大提升工作效率。另外，电路中的双向瞬态抑制二极管阵列用于防止电路静电击穿及过压浪涌造成的不良影响。第一电阻作为场效应晶体管的栅极串联电阻，用于限制栅极输入电流，防止漏电击穿场效应晶体管的栅极。第二电阻和第三电阻构成分压电阻，用于在电源入口处等值分压进入场效应晶体管的栅极，这里的作用是场效应晶体管栅极导通电压一定的情况下，可以使得电源入口电压使用范围扩大一倍，电路应用范围变得更加广阔。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种实现直流电源接口兼容正反接的电路，其特征在于，所述电路包括：电源接口输入端、第一场效应晶体管、第二场效应晶体管、第三场效应晶体管、第四场效应晶体管以及电源接口输出端；

所述电源接口输入端的第一端口分别与所述第一场效应晶体管的源极和所述第三场效应晶体管的源极电连接，以及，分别与所述第二场效应晶体管的栅极和第四场效应晶体管的栅极电连接；所述电源接口输入端的第二端口分别与所述第一场效应晶体管的栅极和所述第三场效应晶体管的栅极电连接，以及分别与所述第二场效应晶体管的源极和第四场效应晶体管的源极电连接；

所述电源接口输出端的第二端口分别和所述第一场效应晶体管和所述第二场效应晶体管的漏极电连接后接地；所述电源接口输出端的第一端口分别和所述第三场效应晶体管和所述第四场效应晶体管的漏极电连接。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电路还包括：双向瞬态抑制二极管阵列；

所述双向瞬态抑制二极管阵列与所述电源接口输入端并联。

3.根据权利要求1或2所述的电路，其特征在于，所述电路还包括：四个第一电阻；

第一个第一电阻分别电连接所述电源接口输入端的第二端口和所述第一场效应晶体管的栅极；第二个第一电阻分别电连接所述电源接口输入端的第一端口和所述第二场效应晶体管的栅极；第三个第一电阻分别电连接所述电源接口输入端的第二端口和所述第三场效应晶体管的栅极；第四个第一电阻分别电连接所述电源接口输入端的第一端口和所述第四场效应晶体管的栅极。

4.根据权利要求1或2所述的电路，其特征在于，所述电路还包括：四个第二电阻和四个第三电阻；

当h值等于一或者三时，第h个第二电阻一端电连接所述电源接口输入端的第二端口；第h个第二电阻的另一端分别电连接第h个第三电阻的一端，以及第h场效应晶体管的栅极；第h个第三电阻的另一端接地；

当h值等于二或者四时，第h个第二电阻一端电连接所述电源接口输入端的第一端口；第h个第二电阻的另一端分别连接第h个第三电阻的一端，以及第h场效应晶体管的栅极；所述第h个第三电阻的另一端接地。

5.根据权利要求1或2所述的电路，其特征在于，所述电路还包括：

四个第一电阻，四个第二电阻和四个第三电阻；

当j等于一或三时，第j个第二电阻的一端电连接所述电源接口输入端的第二端口，第j个第二电阻的另一端电连接第j个第三电阻的一端，以及第j个第一电阻的一端；第j个第三电阻另一端接地；第j个第一电阻的另一端电连接第j场效应晶体管的栅极；

当j的值为二或者四时，第j个第二电阻的一端电连接所述电源接口输入端的第一端口；第j个第二电阻的另一端分别连接第j个第三电阻的一端，以及第j个第一电阻的一端；第j个第三电阻的另一端接地；所述第j个第一电阻的另一端电连接第j场效应晶体管的栅极。

6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述第一电阻的阻值为100欧姆，所述第二电阻与所述第三电阻的阻值为100k欧姆。

7.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述第一电阻用于限制栅极输入电流。

8.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述第二电阻和第三电阻为分压电阻。