CN211209294U - 一种浪涌防护电路、器件、充电装置和电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种浪涌防护电路、器件、充电装置和电子设备。该浪涌防护电路包括第一电源端、第二电源端和第三电源端；开关型防护器件，连接于所述第一电源端和所述第二电源端之间；感性器件，所述感性器件连接于所述第一电源端和所述第三电源端之间。与现有技术相比，本实用新型实施例可以同时满足高防护等级和低残压的要求，有利于提高浪涌防护电路的防护性能。

Description

一种浪涌防护电路、器件、充电装置和电子设备

技术领域

本实用新型实施例涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种浪涌防护电路、器件、充电装置和电子设备。

背景技术

电子设备在轨道交通、汽车电子、通讯、新能源、安防、消费电子、工业电子、医疗电子等行业得到了广泛的应用，其性能的优劣直接关系到相关设备能否安全可靠地工作。

为了保证电子设备能够安全可靠地工作，现有技术多在电子设备电源端口设计防护电路，以防止雷击、浪涌过流产生的暂态过流流入后级电路，避免后级电路受到过压冲击。

但是，现有技术中，标称的可防护过度电性应力(Electrical Over Stress，EOS)的浪涌等级很低，在复杂的应用场景下电子设备电源端口被保护的器件会经常发生故障，如短路、炸裂、漏电等等，使得现有的浪涌防护电路不能同时满足高防护等级和低残压的要求，防护性能较差。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种浪涌防护电路、器件、充电装置和电子设备，以同时满足高防护等级和低残压的要求，提升浪涌防护电路的防护性能。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种浪涌防护电路，该浪涌防护电路包括：第一电源端、第二电源端和第三电源端；

开关型防护器件，连接于所述第一电源端和所述第二电源端之间；

感性器件，所述感性器件连接于所述第一电源端和所述第三电源端之间。

可选的，所述感性器件为电感。

可选的，所述开关型防护器件为半导体放电管、气体放电管或开路失效气体放电管中的至少一种。

可选的，该浪涌防护电路还包括容性器件。

可选的，所述容性器件为电容。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种浪涌防护器件，所述浪涌防护器件包括如本实用新型任意实施例所提供的浪涌防护电路。

第三方面，本实用新型实施例还提供了一种充电装置，所述充电装置开关电源和如本实用新型任意实施例所提供的浪涌防护电路；所述开关电源的第一端与所述第一电源端电连接，所述开关电源的第二端与所述第三电源端电连接；

所述第二电源端与所述充电装置的第一输出端电连接，所述第三电源端与所述充电装置的第二输出端电连接。

第四方面，本实用新型实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括开关电源、如本实用新型任意实施例所提供的浪涌防护电路和后级电路，所述开关电源的第一端与所述第一电源端电连接，所述开关电源的第二端与所述第三电源端电连接；所述第二电源端与所述后级电路的第一输入端电连接，所述第三电源端与所述后级电路的第二输入端电连接。

本实用新型实施例设置开关型防护器件连接于第一电源端和第二电源端之间，感性器件连接于第一电源端和第三电源端，即在开关型防护器件与后级电路之间串联一感性器件，可以有效地将EOS浪涌下的高频尖峰电压耦合掉，这样流到后级电路的残压就非常低。因此，本实用新型实施例能够在相同的残压等级下，选择耐压等级较高的开关型防护器件。与现有技术相比，本实用新型实施例实现了兼顾高防护等级和低残压的要求，实现了浪涌防护电路的高可靠性，且与ESD相比，相同体积的开关型防护器件能够承受更大的浪涌电流和具有更高的防护等级，因此，本实用新型实施例能够为手持电子设备等体积较小的电子设备提供更好的浪涌防护。

附图说明

图1为现有的一种浪涌防护电路的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种浪涌防护电路的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的另一种浪涌防护电路的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种半导体放电管的特性曲线；

图5为本实用新型实施例提供的一种直流过电压下半导体放电管的电压特性曲线；

图6为本实用新型实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

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为现有的一种浪涌防护电路的结构示意图。正如背景技术所述，现有的浪涌防护电路存在不能同时满足高防护等级和低残压的要求，经实用新型人研究发现，出现该问题的原因在于：

参考图1，现有的浪涌防护电路100包括过压保护器件130、限流电路140、X电容150。过压保护器件130的第一端与浪涌防护电路100的第一电源端110电连接，过压保护器件130的第二端与浪涌防护电路100的第二电源端120电连接，限流电路140的第一端与过压保护器件130的第一端电连接，限流电路140的第二端与过压保护器件130的第二端电连接，X电容150并联在限流电路140的两端。

其中，过压保护器件130为静电防护二极管(Electro-static discharge，ESD),用于防护电源端的EOS浪涌。由于过电压保护器件130并联在第一电源端110和第二电源端120之间，因此过电压保护器件130承受了第一电源端110和第二电源端120之间全部电压。然而，过压保护器件130的耐压等级与残压成正相关，具体地，若过压保护器件130在截止状态下的耐压等级较高(例如7V)，则其在受到异常过电压而导通后向后级电路160传输的残压较高(例如14V)，该残压值可能超过限流电路140的耐压值，导致限流电路140击穿失效；相反，若过压保护器件130在截止状态下的耐压等级较低(例如5V)，则其在受到异常过电压而导通后向后级电路160传输的残压较低(例如11.6V)，在这种情况下，虽然降低了过压保护器件130的残压，但是其耐压等级也相应降低了。所以现有的浪涌防护电路不能同时满足高防护等级和低残压的要求，防护性能较差。

另外，一般的手持电子设备的体积较小，这样就决定了过电压保护器件130的体积是非常小的，常见的小体积ESD的耐浪涌冲击能力是很弱的，使得浪涌防护电路100的防护等级较低。

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种浪涌防护电路。图2为本实用新型实施例提供的一种浪涌防护电路的结构示意图。参考图2，该浪涌防护电路200包括：第一电源端210、第二电源端220、第三电源端270、开关型防护器件230和感性器件240。开关型防护器件230连接于第一电源端210和第二电源端220之间；感性器件240连接于第一电源端210和第三电源端270之间。

其中，第二电源端220可以和第四电源端280电连接，第四电源端280可以为后级电路300的第一输入端，第三电源端270可以为后级电路300的第二输入端。即，浪涌防护电路200可以与后级电路300并联连接，实现对后级电路300的雷击、浪涌过流防护。

开关型防护器件230指的是在无雷电瞬时过电压时呈高阻抗特性，一旦响应雷电瞬时过电压，其阻抗突变为低阻抗特性，允许雷电流通过的具有雷击、浪涌防护性能的器件。开关型保护器件230泻放雷电能量的能力强，因此具有较强的防护性能。开关型防护器件230例如可以是半导体放电管(Thyristor Surge Suppresser，TSS)、气体放电管(GasDischarge Tube，GDT)或开路失效气体放电管(Open-circuit Failure Gas DischargeTube，OGDT)。开关型防护器件230连接于第一电源端210和第二电源端220之间，感性器件240连接于第一电源端210和第三电源端270之间，即在开关型防护器件230与后级电路300之间串联一感性器件240，可以对EOS浪涌下的高频尖峰电压进行退耦，降低流到后级电路300的残压。

示例性地，开关型防护器件230为半导体放电管，该浪涌防护电路的工作过程为，在正常工作状态下，半导体放电管呈现高阻态，相当于断路，前级电压通过感性器件240向后级电路300供电；在EOS浪涌下，半导体放电管在1ns内从高阻态瞬间击穿变成低阻态以泄放浪涌电流，故浪涌动作特性下感性器件240两端的电压脉冲信号为1ns脉宽的波，由于感性器件240具有防止电流突变的特性，因此感性器件240起到了抑制电流尖峰的退耦作用，相应地，由EOS浪涌产生的高频尖峰电压被耦合掉，这样流到后级电路300的残压就非常低。当EOS浪涌能量消失后，半导体放电管变成高阻态，浪涌防护电路进入正常工作状态。本实用新型实施例设置开关型防护器件连接于第一电源端和第二电源端之间，感性器件连接于第一电源端和第三电源端，即在开关型防护器件230与后级电路300之间串联一感性器件240，可以有效地将EOS浪涌下的高频尖峰电压耦合掉，这样流到后级电路的残压就非常低。因此，本实用新型实施例能够在相同的残压等级下，选择耐压等级较高的开关型防护器件230。与现有技术相比，本实用新型实施例实现了兼顾高防护等级和低残压的要求，实现了浪涌防护电路的高可靠性，且与ESD相比，相同体积的开关型防护器件能够承受更大的浪涌电流和具有更高的防护等级，因此，本实用新型实施例能够为手持电子设备等体积较小的电子设备提供更好的浪涌防护。

继续参考图2，该浪涌防护电路200还包括容性器件250，容性器件250的第一端与第三电源端270电连接，容性器件250的第二端与第四电源端280电连接。容性器件250相当于一个容性负载，能够起到滤波的作用，以及抑制差模干扰，同时容性器件250具有防止电压突变的特性，可以吸收经过感性器件240后的残压尖峰，进一步降低了浪涌防护电路200中的残压，能够更好的保护后级电路300。

图3为本实用新型实施例提供的另一种浪涌防护电路的结构示意图。参考图3，在上述各实施例的基础上，可选的，开关型防护器件可以是半导体放电管TSS，感性器件可以为电感L，容性器件可以为电容C。

具体的，半导体放电管TSS是利用晶闸管原理制成的，依靠PN结的击穿电流触发器件导通放电。即半导体放电管TSS的导通是晶体管正反馈加二极管雪崩击穿，因此可以流过很大的浪涌电流或脉冲电流。当外加电压大于半导体放电管TSS的转折电压时，半导体放电管TSS迅速进入导通状态，该导通压降很小。电感L具有隔离交流的特性，可以阻碍浪涌的形成，而不会对直流电源的供电产生影响。电容C可以为X安规电容，在电容C失效后，不会发生电击，在浪涌防护电路200中，电容C相当于是容性负载，具有抑制差模干扰的作用，同时还可以吸收经过电感L后的残压尖峰，进一步降低了浪涌防护电路200中的残压，能够更好的保护后级电路300。

图4为本实用新型实施例提供的一种半导体放电管的特性曲线。参考图4，实线30是电压为6V的半导体放电管浪涌电流特性曲线，实线50是现有技术ESD器件的浪涌电流特性曲线，虚线40是电压为6V的半导体放电管的残压特性曲线，虚线60是现有技术ESD器件的残压特性曲线。由图4可以看出，半导体放电管产生的高频尖峰电压经过电感L退耦后，其残压非常低，即，通过设置电感L结合半导体放电管TSS的开关特性，可以降低半导体放电管TSS的残压，有效的保护了后级电路。

图5为本实用新型实施例提供的一种直流过电压下半导体放电管的电压特性曲线，参考图5，在电源出现异常直流过电压时，由于半导体放电管TSS具有开关特性，可持续性的在低阻抗时导通和高阻抗时不导通的切换，使得半导体放电管TSS不会短路，不会对设备充电产生异常。

需要说明的是，图3不对开关型防护器件做任何限定，开关型防护器件可以是半导体放电管TSS、气体放电管GDT或开路失效气体放电管OGDT中的至少一种。其中，气体放电管GDT的外加电压增大到使极间场强超过气体的绝缘强度时，其两极之间的间隙将放电击穿，由原来的绝缘状态转化为导电状态，导通后放电管两极之间的电压维持在放电弧道所决定的残压水平，该残压一般很低，从而实现对后级电路的保护。开路失效气体放电管OGDT无浪涌过电压时呈高阻抗特性，一旦响应浪涌过电压，其阻抗突变为低阻抗特性，允许雷击或浪涌过电流通过，以及一旦损坏，实现开路失效功能的防护器件。开路失效型器件泻放雷击或浪涌能量的能力强，在电路中的主要作用是泻放瞬时高压能量，若发生损坏，会处于断路状态，不会造成误导通。

本实用新型实施例提供的技术方案，设置开关型防护器件连接于第一电源端和所述第二电源端之间，感性器件连接于第一电源端和第三电源端，由于开关型防护器件在EOS浪涌下会从高阻态瞬间击穿变成低阻态，当浪涌能量消失后又会变成高阻态。故浪涌动作特性下的电压经过主回路上的电感做退耦后，可以有效地将高频的尖峰电压耦合掉，这样流到后级电路的残压就非常低。与现有技术相比，本实用新型实施例实现了兼顾高防护等级和低残压的要求，实现了浪涌防护电路的高可靠性，且与ESD相比，相同体积的开关型防护器件能够承受更大的浪涌电流和具有更高的防护等级，因此，本实用新型实施例能够为手持电子设备等体积较小的电子设备提供更好的浪涌防护。

本实用新型实施例还提供了一种浪涌防护器件。该浪涌防护器件包括如本实用新型任意实施例所提供的浪涌防护电路。本实用新型实施例提供的浪涌防护器件包括上述各实施例中的浪涌防护电路，因此本实用新型实施例提供的浪涌防护器件也具备上述各实施例中所描述的有益效果。

本实用新型实施例还提供了一种充电装置。该充电装置包括开关电源和如本实用新型任意实施例所提供的浪涌防护电路，开关电源的第一端与第一电源端电连接，开关电源的第二端与第二电源端电连接；第二电源端与充电装置的第一输出端电连接，第三电源端与充电装置的第二输出端电连接。本实用新型实施例提供的充电装置包括本实用新型任意实施例所提供的浪涌防护电路，因此本实用新型实施例提供的充电装置也具备本实用新型任意实施例中所描述的有益效果。

本实用新型实施例还提供了一种电子设备，图6为本实用新型实施例提供的一种电子设备的结构示意图。参见图6，该电子设备包括开关电源、如本实用新型任意实施例所提供的浪涌防护电路和后级电路，开关电源的第一端与第一电源端电连接，开关电源的第二端与第二电源端电连接；第二电源端与后级电路的第一输入端电连接，第三电源端与后级电路的第二输入端电连接。示例性地，该电子设备可以是汽车电子、通讯、新能源、安防、消费电子、工业电子、医疗电子等装置中的电子芯片。

本实用新型实施例提供的电子设备包括本实用新型任意实施例所提供的浪涌防护电路，因此本实用新型实施例提供的电子设备也具备本实用新型任意实施例中所描述的有益效果。

注意，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 (8)

1.一种浪涌防护电路，其特征在于，包括：第一电源端、第二电源端和第三电源端；

开关型防护器件，连接于所述第一电源端和所述第二电源端之间；

感性器件，所述感性器件连接于所述第一电源端和所述第三电源端之间。

2.根据权利要求1所述的浪涌防护电路，其特征在于，所述感性器件为电感。

3.根据权利要求1所述的浪涌防护电路，其特征在于，所述开关型防护器件为半导体放电管、气体放电管或开路失效气体放电管中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的浪涌防护电路，其特征在于，还包括：容性器件。

5.根据权利要求4所述的浪涌防护电路，其特征在于，所述容性器件为电容。

6.一种浪涌防护器件，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述浪涌防护电路。

7.一种充电装置，其特征在于，包括开关电源和如权利要求1-5任一项所述的浪涌防护电路；所述开关电源的第一端与所述第一电源端电连接，所述开关电源的第二端与所述第二电源端电连接；

所述第二电源端与所述充电装置的第一输出端电连接，所述第三电源端与所述充电装置的第二输出端电连接。

8.一种电子设备，其特征在于，包括开关电源、如权利要求1-5任一项所述的浪涌防护电路和后级电路；所述开关电源的第一端与所述第一电源端电连接，所述开关电源的第二端与所述第二电源端电连接；

所述第二电源端与所述后级电路的第一输入端电连接，所述第三电源端与所述后级电路的第二输入端电连接。

Images