CN209929972U - 过压保护电路及使用该过压保护电路的电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种过压保护电路及使用该过压保护电路的电子设备，该过压保护电路包括：电压输入端、电压输出端、限压电路、保护电路。电压输入端和输出端分别用于接收输入电压和输出工作电压，限压电路和保护电路并联且电连接至电压输入端和电压输出端。当输入电压小于基准电压时，限压电路将外部输入电压限制在一定电压范围内后输出，当输入电压大于基准电压时，过压保护电路不提供电压给电子设备使用。通过本申请，能够当输入电压大于电子设备电路标称工作电压时可以保护电路稳定工作，不受损坏。当输入电压远大于电子设备工作电压时可以启动过压保护电路的自保护，防止过压保护电路自身损坏。

Description

过压保护电路及使用该过压保护电路的电子设备

技术领域

本实用新型涉及电路领域，尤其涉及一种过压保护电路及使用该过压保护电路的电子设备。

背景技术

电路在遭雷击和在接通、断开电感负载或大型负载时常常会产生很高的操作过电压,这种瞬时过电压(或过电流)称为浪涌电压(或浪涌电流),是一种瞬变干扰。

实际生活中，用户在使用电子设备的过程中难免会出现接错电源线，将不匹配的电源接到设备上，如5V输入的设备接入了12V的电源，输入电压高于设备标称输入电压就会导致设备上电子元器件的损坏，导致设备异常甚至损坏。还有，设备在正常使用过程中也常常会接触到浪涌电压的干扰，瞬时的高电压会损坏电子设备，导致无法正常工作。

目前电子设备上用于高压输入防护的方案主要有TVS二极管防护和压敏电阻防护。

TVS(Transient Voltage Suppressor)二极管，又称为瞬态抑制二极管。TVS二极管防护的主要原理是：当它的两端经受瞬间的高电压能量冲击时，TVS二极管能以极高的速度把两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗，以吸收一个瞬间大电流，把它的两端电压箝制在一个预定的数值上，从而保护后面的电路元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击。压敏电阻的主要原理是：当过高的电压出现在压敏电阻的两极间，压敏电阻可以瞬间将电阻降低，电压钳位到一个相对固定的电压值，从而实现对后级电路的保护。

TVS二极管和压敏电阻只可以吸收短时间内的过高电压尖峰，如果遇到长时间的过高电压就会发热并产生不可逆的损坏，最终导致自身烧毁，失去了对后级电路的保护作用。

实用新型内容

有鉴于此，本申请实施例提供了过压保护电路及使用该过压保护电路的电子设备，以能够将输入电压稳定在一定电压范围内，保证电子设备稳定工作，不受过高输入电压影响。

一方面，本申请实施例提出一种过压保护电路，安装于电子设备内，用于为电子设备提供工作电压，该过压保护电路包括：

电压输入端，用于接收电子设备外部输入的电压；

电压输出端，用于输出工作电压提供给电子设备使用；

限压电路，分别电连接至电压输入端和电压输出端，用于限制电压在预设电压范围内；

保护电路，分别电连接至电压输入端和电压输出端；

当电压输入端接收到的外部输入电压小于基准电压时，限压电路导通而保护电路断开，通过该限压电路将外部输入电压限制在预设电压范围内后导通至电压输出端，提供给电子设备使用；当电压输入端接收到的外部输入电压大于基准电压时，保护电路导通并切断限压电路，过压保护电路不提供电压给电子设备使用。

进一步的，所述限压电路包括第一电阻、第一电压钳位器、第一N沟道MOS管和电容，该第一电压钳位器的输入端通过第一电阻连接到电压输入端，该第一电压钳位器的输出端接地，该第一N沟道MOS管的栅极通过第一电阻连接到电压输入端，该第一N沟道MOS管的栅极还连接至第一电压钳位器的输入端，该第一N沟道MOS管的源极连接至电压输入端，该第一N沟道MOS管的漏极连接至电压输出端，该第一N沟道MOS管的漏极还通过电容而接地。

进一步的，所述保护电路包括第二电压钳位器、第三电压钳位器、第二电阻、第三电阻、第二N沟道MOS管，该第二电压钳位器的输入端连接至电压输入端，该第二电压钳位器的输出端连接至第二电阻的一端，该第二电阻的另一端通过并联连接的第三电压钳位器和第三电阻而接地，该第三电压钳位器的输入端连接至第二电阻的另一端，该第二N沟道MOS管的栅极连接至第二电阻的另一端，该第二N沟道MOS管的源极通过第一电阻连接至电压输入端，该第二N沟道MOS管的漏极连接至电压输出端，

进一步的，所述第一电压钳位器、第二电压钳位器、第三电压钳位器均为稳压二极管，该稳压二极管的负极为输入端，该稳压二极管的正极为输出端。

进一步的，该过压保护电路还包括二极管，该二极管的正极连接至电压输入端，该二极管的负极连接至第一电阻的一端，该二极管的负极还连接至第二电压钳位器的输入端，该二极管的负极还连接至第一N沟道MOS管的源极。

另一方面，本申请实施例提出一种使用过压保护电路的电子设备，该过压保护电路安装于电子设备内，用于为电子设备提供工作电压，该过压保护电路包括：

电压输入端，用于接收电子设备外部输入的电压；

电压输出端，用于输出工作电压提供给电子设备使用；

限压电路，分别电连接至电压输入端和电压输出端，用于限制电压在预设电压范围内；

保护电路，分别电连接至电压输入端和电压输出端；

当电压输入端接收到的外部输入电压小于基准电压时，限压电路导通而保护电路断开，通过该限压电路将外部输入电压限制在预设电压范围内后导通至电压输出端，提供给电子设备使用；当电压输入端接收到的外部输入电压大于基准电压时，保护电路导通并切断限压电路，过压保护电路不提供电压给电子设备使用。

通过本申请的过压保护电路及使用该过压保护电路的电子设备，能够将输入电压稳定在一定电压范围内，保证电子设备稳定工作，不受过高输入电压影响。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

附图1为本申请实施例提供的过压保护电路的模块图。

附图2为本申请实施例提供的过压保护电路的具体电路图。

主要元件符号说明

过压保护电路	100
		电子设备	200
电压输入端	Vin
		电压输出端	Vout
限压电路	10
		保护电路	20

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

参见图1，为本申请实施例中过压保护电路的模块图。一种过压保护电路100，安装于电子设备200内，用于为电子设备200提供适当的工作电压，该电子设备200可以为监控相机、手机、各式电脑等。

该过压保护电路100包括电压输入端Vin、电压输出端Vout、限压电路10和保护电路20。该电压输入端Vin用于接收电子设备200外部输入的电压。该电压输出端Vout用于输出工作电压提供给电子设备200使用。该限压电路10分别电连接该电压输入端Vin和电压输出端Vout，用于限制电压在一定电压范围内。该保护电路20分别电连接该电压输入端Vin和电压输出端Vout。

其中，当电压输入端Vin接收到的外部输入电压小于基准电压V1时，限压电路10导通而保护电路20断开，通过该限压电路10将外部输入电压限制在一定电压范围内(例如设备标称工作电压范围)后导通至电压输出端Vout，提供给电子设备200使用。当电压输入端Vin接收到的外部输入电压大于基准电压V1时，保护电路20导通并切断限压电路10，过压保护电路100不提供电压给电子设备200使用。

参见图2，为本申请实施例中过压保护电路的具体电路图。该限压电路10包括第一电阻R1、第一电压钳位器D1、第一N沟道MOS管(Metal-Oxide-Semiconductor，金属氧化物半导体)Q1和电容C1，该第一电压钳位器D1的输入端1通过第一电阻R1连接到电压输入端Vin，该第一电压钳位器D1的输出端2接地，该第一N沟道MOS管Q1的栅极1通过第一电阻R1连接到电压输入端Vin，该第一N沟道MOS管的栅极1还连接至第一电压钳位器D1的输入端1，该第一N沟道MOS管Q1的源极2连接至电压输入端Vin，该第一N沟道MOS管Q1的漏极3连接至电压输出端Vout，该第一N沟道MOS管Q1的漏极3还通过电容C1而接地。

其中，第一电阻R1主要起限流作用。

该保护电路20包括第二电压钳位器D3、第三电压钳位器D4、第二电阻R2、第三电阻R3、第二N沟道MOS管Q2，该第二电压钳位器D3的输入端1连接至电压输入端Vin，该第二电压钳位器D3的输出端2连接至第二电阻R2的一端，该第二电阻R2的另一端通过并联连接的第三电压钳位器D4和第三电阻R3而接地，该第三电压钳位器D4的输入端1连接至第二电阻R2的另一端，该第二N沟道MOS管Q2的栅极1连接至第二电阻R2的另一端，该第二N沟道MOS管Q2的源极2通过第一电阻R1连接至电压输入端Vin，该第二N沟道MOS管Q2的漏极3连接至电压输出端Vout。

在本实施方式中，第一电压钳位器D1、第二电压钳位器D3、第三电压钳位器D4均为稳压二极管，该稳压二极管的负极为输入端，正极为输出端。

需要说明的，N沟道MOS管Q1、Q2的1脚和3脚之间施加电压VGS,当小于阈值电压时，N沟道MOS管2脚、3脚截止，当大于阈值电压时，N沟道MOS管2脚、3脚导通，该阈值电压为VGS(th)。稳压二极管有个反向导通电压VZ，当施加在稳压二极管两端的反向电压大于VZ时，稳压二极管反向导通，将稳压二极管两端的电压钳位在VZ，D1、D3、D4的钳位电压分别为VZ1、VZ3和VZ4。

参见图2，本实施方式的具体实现原理如下：

外部输入电源VIN从电压输入端Vin输入，通过第一电阻R1施加到第一N沟道MOS管Q1的1脚，当电压大于VGS(th)小于VZ1时，第一N沟道MOS管Q1导通，稳压二极管D1不工作，电压输出端Vout输出电源VOUT给电子设备200供电，VOUT＝VIN-VGS(th)。

当输入电源VIN电压大于VZ1时，稳压二极管D1工作，将第一N沟道MOS管Q1的1脚电压钳位在VZ1，VOUT＝VZ1-VGS(th)，即使电压输入端Vin输入的电源电压或电源浪涌波动导致电压大于电子设备200的标称工作电压的状况下设备也能稳定工作，不会出现过压损坏。

而由于第一N沟道MOS管Q1和输出电压VOUT供电的电路是串联在一起的，所以输出电压VOUT上消耗的电流和第一N沟道MOS管Q1上流过的电流是相等的，输入电压VIN和输出电压VOUT的电压差都在第一N沟道MOS管Q1上转换成热量消耗掉了，所以当输入电压VIN和输出电压VOUT之间的电压差很大时，第一N沟道MOS管Q1上会产生很大的发热量，有损坏第一N沟道MOS管Q1的风险，因此本申请进一步对过压保护电路本身也做了保护措施。当输入电压VIN大于VZ3时，稳压二极管D3反向导通，该稳压二极管D3的2脚电压为VIN-VZ3，第二电阻R2和第三电阻R3的分压施加到第二N沟道MOS管Q2的1脚，当该1脚的电压大于VOUT+VGS(th)时，第二N沟道MOS管Q2导通，第一N沟道MOS管Q1的1脚和3脚之间电压相等，此时第一N沟道MOS管Q1截止，无电流流过，该第一N沟道MOS管Q1上无能量消耗，不发热，保护电路20自保护启动。由于N沟道MOS管的1脚和3脚之间的电压有个上限损坏的值，稳压二极管D4的目的就是为了将第二N沟道MOS管Q2的1脚和3脚之间的电压钳位在VZ4，防止第二N沟道MOS管Q2过压损坏。

可选的，还参见图2，该过压保护电路100还包括二极管D2，该二极管D2的正极连接至电压输入端Vin，该二极管D2的负极连接至第一电阻R1的一端，该二极管D2的负极还连接至第二电压钳位器D3的输入端1，该二极管D2的负极还连接至第一N沟道MOS管Q1的源极2。该二极管D2的作用是为了防止接线时输入电源正负极反向导致电路损坏。

因此，通过本申请实施例提供的过压保护电路，当输入电压大于电子设备电路标称工作电压时可以保护电路稳定工作，不受损坏。当输入电压远大于电子设备工作电压时可以启动过压保护电路的自保护，防止过压保护电路自身损坏。

本申请实施例还提供了一种使用上述过压保护电路100的电子设备，该过压保护电路100安装于电子设备内，用于为电子设备提供适当的工作电压。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种过压保护电路，安装于电子设备内，用于为电子设备提供工作电压，其特征在于，该过压保护电路包括：

电压输入端，用于接收电子设备外部输入的电压；

电压输出端，用于输出工作电压提供给电子设备使用；

限压电路，分别电连接至电压输入端和电压输出端，用于限制电压在预设电压范围内；

保护电路，分别电连接至电压输入端和电压输出端；

当电压输入端接收到的外部输入电压小于基准电压时，限压电路导通而保护电路断开，通过该限压电路将外部输入电压限制在预设电压范围内后导通至电压输出端，提供给电子设备使用；当电压输入端接收到的外部输入电压大于基准电压时，保护电路导通并切断限压电路，过压保护电路不提供电压给电子设备使用。

2.根据权利要求1所述的过压保护电路，其特征在于，所述限压电路包括第一电阻、第一电压钳位器、第一N沟道金属氧化物半导体MOS管和电容，该第一电压钳位器的输入端通过第一电阻连接到电压输入端，该第一电压钳位器的输出端接地，该第一N沟道MOS管的栅极通过第一电阻连接到电压输入端，该第一N沟道MOS管的栅极还连接至第一电压钳位器的输入端，该第一N沟道MOS管的源极连接至电压输入端，该第一N沟道MOS管的漏极连接至电压输出端，该第一N沟道MOS管的漏极还通过电容而接地。

3.根据权利要求2所述的过压保护电路，其特征在于，所述保护电路包括第二电压钳位器、第三电压钳位器、第二电阻、第三电阻、第二N沟道MOS管，该第二电压钳位器的输入端连接至电压输入端，该第二电压钳位器的输出端连接至第二电阻的一端，该第二电阻的另一端通过并联连接的第三电压钳位器和第三电阻而接地，该第三电压钳位器的输入端连接至第二电阻的另一端，该第二N沟道MOS管的栅极连接至第二电阻的另一端，该第二N沟道MOS管的源极通过第一电阻连接至电压输入端，该第二N沟道MOS管的漏极连接至电压输出端。

4.根据权利要求3所述的过压保护电路，其特征在于，所述第一电压钳位器、第二电压钳位器、第三电压钳位器均为稳压二极管，该稳压二极管的负极为输入端，该稳压二极管的正极为输出端。

5.根据权利要求4所述的过压保护电路，其特征在于，该过压保护电路还包括二极管，该二极管的正极连接至电压输入端，该二极管的负极连接至第一电阻的一端，该二极管的负极还连接至第二电压钳位器的输入端，该二极管的负极还连接至第一N沟道MOS管的源极。

6.一种使用过压保护电路的电子设备，该过压保护电路安装于电子设备内，用于为电子设备提供工作电压，其特征在于，该过压保护电路包括：

电压输入端，用于接收电子设备外部输入的电压；

电压输出端，用于输出工作电压提供给电子设备使用；

限压电路，分别电连接至电压输入端和电压输出端，用于限制电压在预设电压范围内；

保护电路，分别电连接至电压输入端和电压输出端；

当电压输入端接收到的外部输入电压小于基准电压时，限压电路导通而保护电路断开，通过该限压电路将外部输入电压限制在预设电压范围内后导通至电压输出端，提供给电子设备使用；当电压输入端接收到的外部输入电压大于基准电压时，保护电路导通并切断限压电路，过压保护电路不提供电压给电子设备使用。

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