CN209389698U - 一种过压及欠压保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种过压及欠压保护电路，通过第一稳压管以及第二稳压管的导通或截止来控制第一开关管、第二开关管以及第三开关管工作在保护区或截止区，实现了在输入电压不同的情况下对硬件设备进行过压以及欠压保护，解决了现有技术中使用保护芯片来对硬件设备进行过压或欠压保护带来的生产成本较高、维修成本较高且无法大范围推广的技术问题，达到了降低硬件设备生产成本、减少硬件设备维修成本、减小保护电路布局空间且易于大范围推广的技术效果。

Description

一种过压及欠压保护电路

技术领域

本实用新型实施例涉及电路技术领域，尤其涉及一种过压及欠压保护电路。

背景技术

近年来，随着电子产品日益增多，各个厂家对电子产品的性能保护意识也在逐步提高，因此需要在各式各样的电子产品中增加更多的保护功能。对于硬件设备来说，目前市场上有一些单纯用于欠压保护或者过压保护的芯片，当然也存在一些芯片是兼容过压保护以及欠压保护的功能的。

但是具有欠压或过压保护功能的芯片一般价格都较高，且芯片外围还需要外挂一些电子器件来配合芯片完成对硬件设备的保护功能，一旦芯片中集成的某器件损坏，就需要完全更换一颗芯片，使得硬件设备的生产成本提高。

此外，如果使用芯片来对硬件设备进行保护，由于芯片本身对于电压的要求有限制，单颗芯片不可能同时满足不同场合的使用需求，因此需要不同的芯片来应对不同硬件设备的保护需求，从而造成单颗芯片无法大范围推广。

实用新型内容

本实用新型提供一种过压及欠压保护电路，以实现降低硬件设备生产成本且易于大范围推广的技术效果。

根据本实用新型实施例提供了一种过压及欠压保护电路，所述保护电路包括第一稳压管、第二稳压管、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第一电阻、第二电阻以及第三电阻；所述第一稳压管的阴极与所述保护电路的电压输入端电连接，所述第一稳压管的阳极与所述第一开关管的控制端电连接；所述第二稳压管的阴极与所述保护电路的电压输入端电连接，所述第二稳压管的阳极与所述第一开关管的第一端电连接；所述第一电阻的第一端与所述第一开关管的控制端电连接，所述第一电阻的第二端接地，所述第一开关管的第二端接地；所述第二开关管的第一端与所述保护电路的电压输出端电连接，所述第二开关管的第二端与所述保护电路的电压输入端电连接；所述第三开关管的控制端与所述第一开关管的第一端电连接，所述第三开关管的第一端接地，所述第三开关管的第二端与所述第二开关管的控制端电连接；所述第二电阻的第一端与所述第三开关管的控制端电连接，所述第二电阻的第二端接地；所述第三电阻的第一端与所述第二开关管的第二端电连接，所述第三电阻的第二端与所述第二开关管的控制端电连接。

进一步地，所述第一稳压管的稳定电压大于所述第二稳压管的稳定电压。

进一步地，所述保护电路还包括第四电阻，所述第一稳压管的阳极通过所述第四电阻与所述第一开关管的控制端电连接。

进一步地，所述保护电路还包括第五电阻，所述第二稳压管的阳极通过所述第五电阻与所述第一开关管的第一端电连接。

进一步地，所述保护电路还包括第六电阻，所述第二开关管的控制端通过所述第六电阻与所述第三开关管的第二端电连接。

进一步地，所述保护电路还包括第一电容和第二电容；所述第一电容的第一端与所述第二开关管的第二端电连接，所述第一电容的第二端与所述第二开关管的控制端电连接；所述第二电容的第一端与所述第三开关管的控制端电连接，所述第二电容的第二端与所述第三开关管的第一端电连接。

进一步地，所述保护电路还包括第三稳压管，所述第三稳压管的阴极与所述第二开关管的第二端电连接，所述第三稳压管的阳极与所述第二开关管的控制端电连接。

进一步地，所述第一开关管为NMOS型场效应管，所述第一开关管的控制端、第一端和第二端分别为NMOS型场效应管的栅极、漏极和源极。

进一步地，所述第二开关管为PMOS型场效应管，所述第二开关管的控制端、第一端和第二端分别为PMOS型场效应管的栅极、漏极和源极。

进一步地，所述第三开关管为NPN型的三极管，所述第三开关管的控制端、第一端和第二端分别为三极管的基极、发射极和集电极。

本实用新型公开了一种过压及欠压保护电路，通过第一稳压管以及第二稳压管的导通或截止来控制第一开关管、第二开关管以及第三开关管工作在保护区或截止区，实现了在输入电压不同的情况下对硬件设备进行过压以及欠压保护，解决了现有技术中使用保护芯片来对硬件设备进行过压或欠压保护带来的生产成本较高、维修成本较高且无法大范围推广的技术问题，达到了降低硬件设备生产成本、减少硬件设备维修成本、减小保护电路布局空间且易于大范围推广的技术效果。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种过压及欠压保护电路的电路图；

图2是本实用新型实施例提供的另一种过压及欠压保护电路的电路图；

图3是本实用新型实施例提供的又一种过压及欠压保护电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

图1是本实用新型实施例提供的一种过压及欠压保护电路的电路图。如图1所示，该过压及欠压保护电路包括第一稳压管D1、第二稳压管D2、第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第一电阻R1、第二电阻R2以及第三电阻R3。

具体地，如图1所示，第一稳压管D1的阴极与过压及欠压保护电路的电压输入端Vin电连接，第一稳压管D1的阳极与第一开关管Q1的控制端电连接；第二稳压管D2的阴极与过压及欠压保护电路的电压输入端Vin电连接，第二稳压管D2的阳极与第一开关管Q1的第一端电连接；第一电阻R1的第一端与第一开关管Q1的控制端电连接，第一电阻R1的第二端接地，第一开关管Q1的第二端接地。

第二开关管Q2的第一端与过压及欠压保护电路的电压输出端Vout电连接，第二开关管Q2的第二端与过压及欠压保护电路的电压输入端Vin电连接。

第三开关管Q3的控制端与第一开关管Q1的第一端电连接，第三开关管Q3的第一端接地，第三开关管Q3的第二端与第二开关管Q2的控制端电连接。

第二电阻R2的第一端与第三开关管Q3的控制端电连接，第二电阻R2的第二端接地；第三电阻R3的第一端与第二开关管Q2的第二端电连接，第三电阻R3的第二端与第二开关管Q2的控制端电连接。

在本实用新型实施例中，具体应用时，过压及欠压保护电路的电压输入端Vin电连接供电电源，过压及欠压保护电路的电压输出端Vout电连接待保护电路，例如可以电连接待保护电路的电源输入端。即待保护电路通过过压及欠压保护电路电连接供电电源。当电压输入端Vin通过大电压时，第一稳压管D1和第二稳压管D2均导通，第一开关管Q1的控制端得到一个高电压，这个高电压值大于第一开关管Q1的开启电压Vgs(th)，进而将第一开关管Q1第一端的电压值拉低，由于第三开关管Q3的控制端与第一开关管Q1的第一端电连接，因此第三开关管Q3的控制端也被拉低，第三开关管Q3关断，使得第三开关管Q3的第二端保持高电平，第二开关管Q2的控制端与第二端之间没有压差，所以第二开关管Q2不导通，而第二开关管Q2的第一端连接有过压及欠压保护电路的电压输出端Vout，由于第二开关管Q2不导通，使得很小的电流(可以理解为第二开关管的关断时的漏电流，可以忽略)通过第三开关管与电压输出端Vout相连接的硬件设备中的待保护电路，从而实现对硬件设备的过压保护。

当电压输入端Vin通过小电压时，第一稳压管D1和第二稳压管D2均不导通，第一开关管Q1的控制端由于第一电阻R1被下拉到地电平，使得第一开关管Q1的控制端与第二端之间没有压差，所以第一开光管Q1不导通；同时第三开关管Q3的控制端也被第二电阻R2下拉到地电平，第三开关管Q3的控制端和第一端之间也没有压差，所以第三开关管Q3也不导通，使得第三开关管Q3的第二端保持高电平，第二开关管Q2的控制端与第二端之间没有压差，所以第二开关管Q2不导通，使得很小的电流通过后面与电压输出端Vout相连接的硬件设备中的待保护电路，从而实现对硬件设备的欠压保护。

当电压输入端Vin通过正常范围内的电压时，第一稳压管D1不导通，第二稳压管D2导通，使得第三开关管Q3的控制端与第一端之间的存在压差，且该压差大于第三开关管Q3的开启电压，第三开关管Q3的控制端与第一端之间导通，所以第三开关管Q3的第二端与第一端之间也是导通的，第三开关管Q3的第一端接地，第二开关管Q2的控制端也为地电平，第二开关管Q2导通，电压输入端Vin通过的正常范围内的电压可以通过后面与电压输出端Vout相连接的硬件设备中的待保护电路，实现在正常输入电压范围内过压及欠压保护电路可以使得硬件设备正常工作。

本实用新型公开了一种过压及欠压保护电路，通过第一稳压管以及第二稳压管的导通或截止来控制第一开关管、第二开关管以及第三开关管工作在保护区或截止区，实现了在输入电压不同的情况下对硬件设备进行过压以及欠压保护，且由于过压及欠压保护电路均由常规电子元器件组成，各个元器件的封装小，使得在进行硬件设计时所占用布局的空间小；此外，一旦出现故障，不需要更换整个保护芯片，只需要检查单个元器件是否有所损坏，将损坏的元器件更换即可排除故障，且常规元器件的成本小，进而降低了电路的维修成本。本实用新型解决了现有技术中使用保护芯片来对硬件设备进行过压或欠压保护带来的生产成本较高、维修成本较高且无法大范围推广的技术问题，达到了降低硬件设备生产成本、减少硬件设备维修成本、减小保护电路布局空间且易于大范围推广的技术效果。

可选地，第一稳压管D1的稳定电压大于第二稳压管D2的稳定电压。

在本实用新型实施例中，第一稳压管D1可使用型号为MMSZ5259B-7-F的稳压管，该型号的稳压管的稳定电压为39V；第二稳压管D2可使用型号为MMSZ5235B-7-F的稳压管，该型号的稳压管的稳定电压为6.8V。需要说明的是，需要保护的硬件设备不同，输入硬件设备的电压值也不相同，因此在不同的输入电压要求场合下，可以通过替换不同型号第一稳压管以及第二稳压管，来改变第一稳压管以及第二稳压管的稳压值，进而对第一开关管、第二开关管以及第三开关管的导通与否进行控制，从而实现对不同的硬件设备进行过压及欠压保护的效果。

可选地，第一开关管Q1为NMOS型场效应管，第一开关管Q1的控制端、第一端和第二端分别为NMOS型场效应管的栅极、漏极和源极。

可选地，第二开关管Q2为PMOS型场效应管，第二开关管Q2的控制端、第一端和第二端分别为PMOS型场效应管的栅极、漏极和源极。

可选地，第三开关管Q3为NPN型的三极管，第三开关管Q3的控制端、第一端和第二端分别为三极管的基极、发射极和集电极。

在本实用新型实施例中，第一开关管Q1可使用型号为2N7002LT1G的NMOS型场效应管，第二开关管Q2可使用型号为SI7465DP的PMOS型场效应管，第三开关管Q3可使用型号为MMBT3904的NPN型三极管。

本实用新型在过高或过低电压输入进来的时候，通过两个稳压管的导通或是截止来控制三极管以及MOS管工作在饱和区或是截止区，以此来控制电流路径的导通或是截止，由于N型MOS管和P型三极管只做开关的作用，不需要经过大电流，所以可以选择较小的封装，P型MOS管需要过大电流，得选用较大封装，具体在使用时的电压和电流大小可通过选用相应的稳压管和MOS管来满足。

可选地，图2是本实用新型实施例提供的另一种过压及欠压保护电路的电路图。如图2所示，在上述实施例的基础上，该保护电路还包括第四电阻R4，第一稳压管D1的阳极通过第四电阻R4与第开关管Q1的控制端电连接。

第四电阻R4具有限流的作用，可以使得通过第一稳压管D1的电流不会过大，同时，在电压输入端Vin通过大电压时，通过第四电阻R4与第一电阻R1的分压，给第一开关管Q1的栅极一个大于第一开关管Q1的开启电压Vgs(th)的电压值，从而使得第一开关管Q1导通。

可选地，继续参见图2，该保护电路还包括第五电阻R5，第二稳压管D2的阳极通过第五电阻R5与第一开关管Q1的第一端电连接。

可选地，如图2所示，该保护电路还包括第六电阻R6，第二开关管Q2的控制端通过第六电阻R6与第三开关管Q3的第二端电连接。

第五电阻R5具有限流的作用，可以使得通过第二稳压管D2的电流不会过大。此外，在电压输入端Vin通过正常电压值时，第五电阻R5和第二电阻R2还起到分压的作用，通过分压使得第三开关管Q3的基极与发射极之间的压差大于0.7V，第三开关管Q3导通，第二开关管的栅极通过第三电阻R3和第六电阻R6的分压得到一个只有第二开关管Q2源极一半的电压值，所以第二开关管Q2的栅源电压Vgs为在数值上为负值，第二开关管Q2的栅源电压Vgs小于开启电压Vgs(th)，因此第二开关管Q2可正常导通，实现在额定输入电压范围内过压及欠压保护电路可以使得硬件设备正常工作。

在本实用新型实施例中，采用常见稳压管正向导通、反向截止的特性，通过其的导通和截止来控制场效应管的导通与管断，同时由于稳压管的功耗损耗要求，会串联一颗电阻来限流以保护稳压管电流不会过大，即上述实施例所述的与第一稳压管D1串联的第四电阻R4以及与第二稳压管串联的第五电阻R5的作用。

可选地，图3是本实用新型实施例提供的又一种过压及欠压保护电路的电路图。如图3所示，在上述实施例的基础上，该保护电路还包括第一电容C1和第二电容C2。

具体地，第一电容C1的第一端与第二开关管Q2的第二端电连接，第一电容C1的第二端与第二开关管Q2的控制端电连接。

具体地，第二电容C2的第一端与第三开关管Q3的控制端电连接，第二电容C2的第二端与第三开关管Q3的第一端电连接。

在本实用新型实施例中，第一电容C1的容值为1uF，第二电容C2的容值为0.1uF。对于第三开关管Q3来说，第二电容C2具有简单滤波，提高三极管抗干扰的作用。

可选地，继续参见图3，该保护电路还包括第三稳压管D3，第三稳压管D3的阴极与第二开关管Q2的第二端电连接，第三稳压管D3的阳极与第二开关管Q2的控制端电连接。

在本实用新型实施例中，第三稳压管D3的型号为MMSZ5242B-7-F，该型号的稳压管的稳定电压为12V，第三稳压管D3具有稳定第二开关管Q2栅源极之间电压的作用。

本实用新型对目前市面上电子产品中常有的过压、欠压保护技术进行优化，利用常规的电子元器件，如，稳压管、三极管、MOS管、电阻、电容等的电气特性，通过逻辑分析，组合优化出一个稳定性高、成本低、便于调试保护的电路。由于本实用新型提供的过压及欠压保护电路均由常规电子元器件组成，各个元器件的封装小，使得在进行硬件设计时所占用布局的空间小；此外，一旦出现故障，不需要更换整个保护芯片，只需要检查单个元器件是否有所损坏，将损坏的元器件更换即可排除故障，且常规元器件的成本小，进而降低了电路的维修成本。

下面以具体的实施例来对本实用新型提供的保护电路做具体介绍。

当电压输入端Vin通过大电压时，第一稳压管D1和第二稳压管D2均导通，通过第四电阻R4和第一电阻R1的分压，N沟道增强型MOS管Q1的栅极得到一个大于MOS管Q1的开启电压Vgs(th)的电压值，进而将第一开关管Q1漏极拉低，同时NPN型的三极管Q3的基极也被拉低，第三开关管Q3不会导通，使得第三开关管Q3的集电极仍保持高电平，导致P沟道增强型MOS管Q2的栅极与源极之间没有压差，所以第二开关管Q2不导通，使得很小的电流(可以理解为第二开关管的关断时的漏电流，可以忽略)通过第三开关管与电压输出端Vout相连接的硬件设备中的待保护电路，从而实现对硬件设备的过压保护。

当电压输入端Vin通过小电压时，第一稳压管D1和第二稳压管D2均不导通，此时N沟道增强型MOS管Q1由于栅极被第一电阻R1下拉到地，导致第一开关管Q1的栅极和源极之间没有压差，所以第一开关管Q1不导通，同时NPN型的三极管Q3的基极被第二电阻R2下拉到地，导致第三开关管Q3的基极和发射极之间没有压差，所以第三开关管Q3不导通，第三开关管Q3的集电极也保持高电平，导致P沟道增强型MOS管Q2的栅极和源极之间没有压差，所以第二开关管Q2不导通，使得很小的电流通过后面与电压输出端Vout相连接的硬件设备中的待保护电路，从而实现对硬件设备的欠压保护。

当电压输入端Vin通过正常范围内的电压时，第一稳压管D1不导通，第二稳压管D2导通，第一开关管Q1不导通，通过第五电阻R5和第二电阻R2的分压，使得第三开关管Q3的基极与发射极之间的压差大于0.7V，第三开关管Q3导通，此时第三开关管Q3的集电极拉低，第二开关管Q2的栅极通过第三电阻R3和第六电阻R6两个电阻的分压得到一个只有第二开关管Q2的源极一半的电压值，进而由于第二开关管Q2的栅源电压Vgs小于第二开关管Q2的开启电压Vgs(th)，第二开关管Q2可正常导通，电压输入端Vin通过的正常范围内的电压可以通过后面与电压输出端Vout相连接的硬件设备中的待保护电路，实现在正常输入电压范围内过压及欠压保护电路可以使得硬件设备正常工作。

具体地，在不同的输入电压要求的场合下，可通过调节第一稳压管D1、第二稳压管D2的稳压值大小来适应不同的场合需要，只要控制第一开关管Q1、第二开关管Q2以及第三开关管Q3三个场效应管的通断就可以适应不同的保护电压要求。

本实用新型采用常见场效应管的工作特性，通过调节MOS管栅极和源极的压差，三级管基极和集电极电流的大小来控制场效应管工作在饱和区还是截止区，进而控制系统输入电压端的电源路径的通或断。

本实用新型解决了硬件产品中过压、欠压保护电路功能，并且平衡了成本与电路板层叠布局空间的限制要求，解决了采用芯片进行过压及欠压保护时占用布局空间的问题。本申请采用分离式器件组合，价格便宜的同时各个器件封装小，可在一定空间范围内任意布局，不会强制要求占用一块空间，且维修方便，只需在有元器件损坏的情况下检查具体是哪个元器件损坏，并进行更换即可，不必更换芯片，且由于都是常见的元器件，维修成本较低。

通过使用本实用新型提供的过压及欠压保护电路，具有以下优点：(1)解决了硬件设备中的过压保护问题；(2)解决了硬件设备中的欠压保护问题；(3)通过两个稳压管的导通与截止来控制三个场效应管工作在饱和区还是截止区来实现硬件设备在不同的输入电压的情况下的正常工作以及过压、欠压的保护；(4)使用的各个元器件封装小，占用布局空间小，且单个元器件损坏后便于检查更换，维修成本低；(5)通过更换不同稳压值的稳压管可适应不同的电压值的保护需求，便于二次开发；(6)减少了硬件设备关于过压及欠压保护方面的开发难度，提升了硬件设备对于过压及欠压保护功能的稳定性、可靠性；(7)降低了硬件设备的生产成本。

在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

最后应说明的是，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种过压及欠压保护电路，其特征在于，所述保护电路包括第一稳压管、第二稳压管、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第一电阻、第二电阻以及第三电阻；

所述第一稳压管的阴极与所述保护电路的电压输入端电连接，所述第一稳压管的阳极与所述第一开关管的控制端电连接；所述第二稳压管的阴极与所述保护电路的电压输入端电连接，所述第二稳压管的阳极与所述第一开关管的第一端电连接；所述第一电阻的第一端与所述第一开关管的控制端电连接，所述第一电阻的第二端接地，所述第一开关管的第二端接地；

所述第二开关管的第一端与所述保护电路的电压输出端电连接，所述第二开关管的第二端与所述保护电路的电压输入端电连接；

所述第三开关管的控制端与所述第一开关管的第一端电连接，所述第三开关管的第一端接地，所述第三开关管的第二端与所述第二开关管的控制端电连接；

所述第二电阻的第一端与所述第三开关管的控制端电连接，所述第二电阻的第二端接地；所述第三电阻的第一端与所述第二开关管的第二端电连接，所述第三电阻的第二端与所述第二开关管的控制端电连接。

2.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述第一稳压管的稳定电压大于所述第二稳压管的稳定电压。

3.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述保护电路还包括第四电阻，所述第一稳压管的阳极通过所述第四电阻与所述第一开关管的控制端电连接。

4.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述保护电路还包括第五电阻，所述第二稳压管的阳极通过所述第五电阻与所述第一开关管的第一端电连接。

5.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述保护电路还包括第六电阻，所述第二开关管的控制端通过所述第六电阻与所述第三开关管的第二端电连接。

6.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述保护电路还包括第一电容和第二电容；

所述第一电容的第一端与所述第二开关管的第二端电连接，所述第一电容的第二端与所述第二开关管的控制端电连接；

所述第二电容的第一端与所述第三开关管的控制端电连接，所述第二电容的第二端与所述第三开关管的第一端电连接。

7.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述保护电路还包括第三稳压管，所述第三稳压管的阴极与所述第二开关管的第二端电连接，所述第三稳压管的阳极与所述第二开关管的控制端电连接。

8.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述第一开关管为NMOS型场效应管，所述第一开关管的控制端、第一端和第二端分别为NMOS型场效应管的栅极、漏极和源极。

9.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述第二开关管为PMOS型场效应管，所述第二开关管的控制端、第一端和第二端分别为PMOS型场效应管的栅极、漏极和源极。

10.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述第三开关管为NPN型的三极管，所述第三开关管的控制端、第一端和第二端分别为三极管的基极、发射极和集电极。