CN211405475U - 一种二总线输入输出模块无极性电路及用电设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种二总线输入输出模块无极性电路及用电设备。本申请实施例提供的技术方案，通过设置第一PMOS管、第一NMOS管、第二PMOS管、第二NMOS管，并使其中一组PMOS管和NMOS管导通时，另一组PMOS管和NMOS管截止，以此来实现电源极性的自动转换，使用电设备的电源输入端与直流电源的正负极可以适应性任意连接，保障用电设备的正常工作，避免用电设备和电源损坏。

Description

一种二总线输入输出模块无极性电路及用电设备

技术领域

本申请实施例涉及电源电路技术领域，尤其涉及一种二总线输入输出模块无极性电路及用电设备。

背景技术

目前，市面上使用直流电供电的用电装置、电池以及各种设备的串行数据通信的输入极性都是固定的，输入接线必须严格按照用电装置的输入正负极性定义来接入直流电源，如果直流电源的正负极与用电设备的正输入端和负输入端反接，则会导致外接器件得不到正常供电，甚至会对电池、电源或者外接器件造成严重的损伤。

实用新型内容

本申请实施例提供一种二总线输入输出模块无极性电路及电子设备，能够使用电设备的电源输入端与直流电源的正负极任意连接，保障用电设备的正常工作，避免用电设备和电源损坏。

在第一方面，本申请实施例提供的一种二总线输入输出模块无极性电路，包括第一电源输入端、第二电源输入端、第一PMOS管、第一NMOS管、第二PMOS管、第二NMOS管、电源输出端正极和电源输出端负极；

所述第一PMOS管的源极对接所述第一电源输入端，漏极对接所述电源输出端正极，栅极对接所述第二电源输入端；

所述第一NMOS管的漏极对接所述电源输出端负极，源极对接所述第二电源输入端，栅极对接所述第一电源输入端；

所述第二PMOS管的源极对接所述第二电源输入端，漏极对接所述电源输出端正极，栅极对接所述第一电源输入端；

所述第二NMOS管的漏极对接所述电源输出端负极，源极对接所述第一电源输入端，栅极对接所述第二电源输入端；

在所述第一电源输入端接入电源正极，所述第二电源输入端接入电源负极时，所述第二PMOS管和所述第二NMOS管截止，所述第一电源输入端、所述第一PMOS管、所述电源输出端正极、所述电源输出端负极、所述第一NMOS管和所述第二电源输入端依次连接导通形成回路；

在所述第二电源输入端接入电源正极，所述第一电源输入端接入电源负极时，所述第一PMOS管和所述第一NMOS管截止，所述第二电源输入端、所述第二PMOS管、所述电源输出端正极、所述电源输出端负极、所述第一NMOS管和所述第二电源输入端依次连接导通形成回路；

所述电源输出端正极和所述电源输出端负极间串联有短路保护模块，所述短路保护模块用于提供用电回路的短路保护。

优选的，所述短路保护模块包括双P沟道场效应管芯片，所述双P沟道场效应管芯片用于在短路时关断以使用电回路断开。

优选的，还包括双向瞬态电压抑制二极管，所述双向瞬态电压抑制二极管的第一端对接所述第一电源输入端，所述双向瞬态电压抑制二极管的第二端对接所述第二电源输入端。

优选的，还包括第一维持模组和第二维持模组，所述第一维持模组用于维持所述第一PMOS管和所述第一NMOS管的导通状态，所述第二维持模组用于维持所述第二PMOS管和所述第二NMOS管的导通状态。

优选的，所述第一维持模组包括第一阻容模块、第一二极管、第二阻容模块和第二二极管，所述第一阻容模块的第一端对接所述第一PMOS管的栅极，所述第一阻容模块的第二端对接所述第一PMOS管的漏极，所述第一二极管的正极对接所述第一PMOS管的栅极，所述第一二极管的负极对接所述第二电源输入端，所述第二阻容模块的第一端对接所述第一NMOS管的栅极，所述第二阻容模块的第二端对接所述第一NMOS管的漏极，所述第二二极管的正极对接所述第一电源输入端，所述第二二极管的负极对接所述第一NMOS管的栅极；

所述第二维持模组包括第三阻容模块、第三二极管、第四阻容模块和第四二极管，所述第三阻容模块的第一端对接所述第二PMOS管的栅极，所述第三阻容模块的第二端对接所述第二PMOS管的漏极，所述第三二极管的正极对接所述第二PMOS管的栅极，所述第三二极管的负极对接所述第一电源输入端，所述第四阻容模块的第一端对接所述第二NMOS管的栅极，所述第四阻容模块的第二端对接所述第二NMOS管的漏极，所述第四二极管的正极对接所述第二电源输入端，所述第二二极管的负极对接所述第二NMOS管的栅极。

优选的，所述第一阻容模块、所述第二阻容模块、所述第三阻容模块和所述第四阻容模块均包括电容及第一电阻，所述电容与所述第一电阻相互并联。

优选的，所述电容为47nF电容，所述第一电阻为1.2MΩ电阻。

优选的，所述第一二极管的负极通过1MΩ电阻对接所述第二电源输入端，所述第二二极管的正极通过1MΩ电阻对接所述第一电源输入端，所述第三二极管的负极通过1MΩ电阻对接所述第一电源输入端，所述第四二极管的正极通过1MΩ电阻对接所述第二电源输入端。

在第二方面，本申请实施例提供的一种用电设备，包括如本申请实施例第一方面所述的一种二总线输入输出模块无极性电路。

具体的，所述用电设备为监控系统、智能家居系统或者报警系统。

本申请实施例提供的二总线输入输出模块无极性电路及用电设备，通过设置第一PMOS管、第一NMOS管、第二PMOS管、第二NMOS管，并使其中一组PMOS管和NMOS管导通时，另一组PMOS管和NMOS管截止，以此来实现电源极性的自动转换，使用电设备的电源输入端与直流电源的正负极可以适应性任意连接，保障用电设备的正常工作，避免用电设备和电源损坏。

附图说明

图1是本申请实施例提供的一种二总线输入输出模块无极性电路示意图；

图2是本申请实施例提供的短路保护模块的电路示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部内容。下面将结合本申请实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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，都属于本实用新型保护的范围。在本申请实施例中，相关术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本实用新型及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本实用新型中的具体含义。此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”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实用新型中的具体含义。此外，术语“第一”、“第二”等主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分(具体的种类和构造可能相同也可能不同)，并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量。除非另有说明，“多个”的含义为两个或两个以上。

本申请提供的二总线输入输出模块无极性电路，旨在通过设置极性自动转换的电源输出电路，使得电路输入端可以任意接入电源的正负两极，进而保障用电设备的正常工作，避免用电设备和电源损坏。相对于现有的极性转换电路，大多是通过整流桥对用电装置的输入极性进行转换，以便用电装置在电池的正负极反接时还可以正常工作。然而，由于整流桥的二极管在工作过程中的电能损耗大，降低了电源转换效率，因此采用整流桥的极性转换电路并不适用于电池供电设备和通讯设备。并且，其要求工作于低电压和大电流条件下的用电装置，设计工艺复杂且工作效率低下。基于此，提供本申请实施例的二总线输入输出模块无极性电路，以解决电源输出电路的极性自动转换，保障设备正常工作。

实施例：

图1给出了本申请实施例一提供的一种二总线输入输出模块无极性电路的结构示意图，参照图1，该二总线输入输出模块无极性电路具体包括：第一电源输入端T1、第二电源输入端T2、第一PMOS管Q1-2、第一NMOS管Q1-3、第二PMOS管Q1-1、第二NMOS管Q1-4、电源输出端正极T2+和电源输出端负极T1-；所述第一PMOS管Q1-2的源极对接所述第一电源输入端T1，漏极对接所述电源输出端正极T2+，栅极对接所述第二电源输入端T2；所述第一NMOS管Q1-3的漏极对接所述电源输出端负极T1-，源极对接所述第二电源输入端T2，栅极对接所述第一电源输入端T1；所述第二PMOS管Q1-1的源极对接所述第二电源输入端T2，漏极对接所述电源输出端正极T2+，栅极对接所述第一电源输入端T1；所述第二NMOS管Q1-4的漏极对接所述电源输出端负极T1-，源极对接所述第一电源输入端T1，栅极对接所述第二电源输入端T2；在所述第一电源输入端T1接入电源正极，所述第二电源输入端T2接入电源负极时，所述第二PMOS管Q1-1和所述第二NMOS管Q1-4截止，所述第一电源输入端T1、所述第一PMOS管Q1-2、所述电源输出端正极T2+、所述电源输出端负极T1-、所述第一NMOS管Q1-3和所述第二电源输入端T2依次连接导通形成回路；在所述第二电源输入端T2接入电源正极，所述第一电源输入端T1接入电源负极时，所述第一PMOS管Q1-2和所述第一NMOS管Q1-3截止，所述第二电源输入端T2、所述第二PMOS管Q1-1、所述电源输出端正极T2+、所述电源输出端负极T1-、所述第一NMOS管Q1-3和所述第二电源输入端T2依次连接导通形成回路；所述电源输出端正极T2+和所述电源输出端负极T1-间串联有短路保护模块，所述短路保护模块用于提供用电回路的短路保护。

在实际应用中，使用本申请实施例的二总线输入输出模块无极性电路进行极性转换时，无论电源/通信线以哪种方式与两个电源输入对接，最终在电源输出端正极T2+始终输出正极电位，在电源输出端负极T1-始终输出负极电位。参照图1，在所述第一电源输入端T1接入电源正极，所述第二电源输入端T2接入电源负极时，所述第一PMOS管Q1-2和所述第一NMOS管Q1-3的源极漏极导通，最终形成回路，电路正常输出电压。而此时所述第二PMOS管Q1-1和所述第二NMOS管Q1-4源极漏极截止，因此不会出现极性反接的情况。同样的，在所述第二电源输入端T2接入电源正极，所述第一电源输入端T1接入电源负极时，所述第二PMOS管Q1-1和所述第二NMOS管Q1-4的源极漏极导通，最终形成回路，电路正常输出电压。而此时所述第一PMOS管Q1-2和所述第一NMOS管Q1-3源极漏极截止，同样也不会出现极性反接的情况。并且，通过使用四个MOS管即可实现输入电源/通信线路极性的自动切换，电路结构简单、可靠性高。选用的MOS管的导通电阻极小，因此各个MOS管的源极和漏极之间的压降很小，从而使得电路的输入电压和输出电压近似相等，也就保证了电平的无损输出。需要说明的是，本省请实施例的二总线输入输出模块无极性电路，对应可以使用在电源、电池及通信线路实现极性自动转换，在实际应用中，对其具体使用不做固定限制，在此不多赘述。

具体的，还包括双向瞬态电压抑制二极管Z3，所述双向瞬态电压抑制二极管Z3的第一端对接所述第一电源输入端T1，所述双向瞬态电压抑制二极管Z3的第二端对接所述第二电源输入端T2。双向瞬态电压抑制二极管Z3两端并联在两个电源输入端上，其主要用于电源和信号电路的保护，适用于本申请实施例的二总线输入输出模块无极性电路，并起到防静电的作用。

具体的，还包括第一维持模组和第二维持模组，所述第一维持模组用于维持所述第一PMOS管Q1-2和所述第一NMOS管Q1-3的导通状态，所述第二维持模组用于维持所述第二PMOS管Q1-1和所述第二NMOS管Q1-4的导通状态。所述第一维持模组包括第一阻容模块、第一二极管2D1、第二阻容模块和第二二极管2D2，所述第一阻容模块的第一端对接所述第一PMOS管Q1-2的栅极，所述第一阻容模块的第二端对接所述第一PMOS管Q1-2的漏极，所述第一二极管2D1的正极对接所述第一PMOS管Q1-2的栅极，所述第一二极管2D1的负极对接所述第二电源输入端T2，所述第二阻容模块的第一端对接所述第一NMOS管Q1-3的栅极，所述第二阻容模块的第二端对接所述第一NMOS管Q1-3的漏极，所述第二二极管2D2的正极对接所述第一电源输入端T1，所述第二二极管2D2的负极对接所述第一NMOS管Q1-3的栅极；所述第二维持模组包括第三阻容模块、第三二极管2D3、第四阻容模块和第四二极管2D4，所述第三阻容模块的第一端对接所述第二PMOS管Q1-1的栅极，所述第三阻容模块的第二端对接所述第二PMOS管Q1-1的漏极，所述第三二极管2D3的正极对接所述第二PMOS管Q1-1的栅极，所述第三二极管2D3的负极对接所述第一电源输入端T1，所述第四阻容模块的第一端对接所述第二NMOS管Q1-4的栅极，所述第四阻容模块的第二端对接所述第二NMOS管Q1-4的漏极，所述第四二极管2D4的正极对接所述第二电源输入端T2，所述第二二极管2D2的负极对接所述第二NMOS管Q1-4的栅极。

第一维持模组用于在所述第一电源输入端T1、所述第一PMOS管Q1-2、所述电源输出端正极T2+、所述电源输出端负极T1-、所述第一NMOS管Q1-3和所述第二电源输入端T2依次连接导通形成回路后，当第二电源输入端T2的电位保持不变，且第一电源输入端T1的电位下降到大于或者等于第二电源输入端T2的电位时，在预定的第一时间段内维持回路的导通状态。这里，第一维持模组维持回路导通的时间(即第一时间段)取决于实际的元件参数。并且，在回路导通后，当保持第二电源输入端T2的电位不变，向第一电源输入端T1输入正向脉冲信号(例如脉冲宽度调制信号)时，第一维持模组会在第一时间段内维持回路的导通状态。

同样的，第二维持模组用于在所述第二电源输入端T2、所述第二PMOS管Q1-1、所述电源输出端正极T2+、所述电源输出端负极T1-、所述第一NMOS管Q1-3和所述第二电源输入端T2依次连接导通形成回路后，当第一电源输入端T1的电位保持不变，且第二电源输入端T2的电位下降到大于或者等于第一电源输入端T1的电位时，在预定的第二时间段内维持回路的导通状态。这里，第二维持模组维持回路导通的时间(即第二时间段)取决于实际的元件参数。并且，在回路导通后，当保持第一电源输入端T1的电位不变，向第二电源输入端T2输入正向脉冲信号(例如脉冲宽度调制信号)时，第二维持模组会在第二时间段内维持回路的导通状态。

更具体的，所述第一阻容模块、所述第二阻容模块、所述第三阻容模块和所述第四阻容模块均包括电容及第一电阻，所述电容与所述第一电阻相互并联。其中，第一电阻对应四个MOS管分别为R40、R42、R44和R46，电容对应四个MOS管分别为C18、C17、C16和C19，所述电容为47nF电容，所述第一电阻为1.2MΩ电阻。

此外，所述第一二极管2D1的负极通过1MΩ电阻R39对接所述第二电源输入端T2，所述第二二极管2D2的正极通过1MΩ电阻R41对接所述第一电源输入端T1，所述第三二极管2D3的负极通过1MΩ电阻R43对接所述第一电源输入端T1，所述第四二极管2D4的正极通过1MΩ电阻R45对接所述第二电源输入端T2。通过设置4个1MΩ电阻，进一步稳定和保护该二总线输入输出模块无极性电路。

另一方面，参照图2，提供本申请实施例的短路保护模块的电路示意图。所述短路保护模块包括双P沟道场效应管芯片，所述双P沟道场效应管芯片用于在短路时关断以使用电回路断开。图2中，短路保护模块电路与电源输出端正极T2+和电源输出端负极T1-串联，当电路出现短路时，电源输出端正极T2+变成0V，稳压二极管的负极的电压变小，三极管Q12的基极和发射极两端电压小于0.7V，使得三极管Q12关断。此时电源输出端正极T2+、电阻R50、电阻R48、电阻R49、二极管1D20、电阻R52和电源输出端负极T1-的电流回路断开，双P沟道场效应管芯片U2关断，U2-5与U2-7引脚之间断开，电源输出端不再输出电压，以此达到电源输出端短路保护的目的。

上述，通过设置第一PMOS管、第一NMOS管、第二PMOS管、第二NMOS管，并使其中一组PMOS管和NMOS管导通时，另一组PMOS管和NMOS管截止，以此来实现电源极性的自动转换，使用电设备的电源输入端与直流电源的正负极可以适应性任意连接，保障用电设备的正常工作，避免用电设备和电源损坏。

上述实施例所述的二总线输入输出模块无极性电路可以作为一个独立的模块使用，也可以集成在产品的电路中，本申请实施例对此不做固定限制。另外，本申请实施例还提供了一种具有上述实施例所述的二总线输入输出模块无极性电路的电子设备。特别地，该电子设备可以为监控系统、报警系统(例如消防火灾检测报警系统)、智能家居系统、数码相机、摄像机、液晶监视器、汽车控制器或者空气净化器，通过集成该二总线输入输出模块无极性电路，可在对应电子设备上实现相应的功能。

上述仅为本申请的较佳实施例及所运用的技术原理。本申请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的各种明显变化、重新调整及替代均不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本申请的范围由权利要求的范围决定。

Claims (10)

1.一种二总线输入输出模块无极性电路，其特征在于，包括：第一电源输入端、第二电源输入端、第一PMOS管、第一NMOS管、第二PMOS管、第二NMOS管、电源输出端正极和电源输出端负极；

所述第一PMOS管的源极对接所述第一电源输入端，漏极对接所述电源输出端正极，栅极对接所述第二电源输入端；

所述第一NMOS管的漏极对接所述电源输出端负极，源极对接所述第二电源输入端，栅极对接所述第一电源输入端；

所述第二PMOS管的源极对接所述第二电源输入端，漏极对接所述电源输出端正极，栅极对接所述第一电源输入端；

所述第二NMOS管的漏极对接所述电源输出端负极，源极对接所述第一电源输入端，栅极对接所述第二电源输入端；

在所述第一电源输入端接入电源正极，所述第二电源输入端接入电源负极时，所述第二PMOS管和所述第二NMOS管截止，所述第一电源输入端、所述第一PMOS管、所述电源输出端正极、所述电源输出端负极、所述第一NMOS管和所述第二电源输入端依次连接导通形成回路；

在所述第二电源输入端接入电源正极，所述第一电源输入端接入电源负极时，所述第一PMOS管和所述第一NMOS管截止，所述第二电源输入端、所述第二PMOS管、所述电源输出端正极、所述电源输出端负极、所述第一NMOS管和所述第二电源输入端依次连接导通形成回路；

所述电源输出端正极和所述电源输出端负极间串联有短路保护模块，所述短路保护模块用于提供用电回路的短路保护。

2.根据权利要求1所述的一种二总线输入输出模块无极性电路，其特征在于，所述短路保护模块包括双P沟道场效应管芯片，所述双P沟道场效应管芯片用于在短路时关断以使用电回路断开。

3.根据权利要求1所述的一种二总线输入输出模块无极性电路，其特征在于，还包括双向瞬态电压抑制二极管，所述双向瞬态电压抑制二极管的第一端对接所述第一电源输入端，所述双向瞬态电压抑制二极管的第二端对接所述第二电源输入端。

4.根据权利要求1所述的一种二总线输入输出模块无极性电路，其特征在于，还包括第一维持模组和第二维持模组，所述第一维持模组用于维持所述第一PMOS管和所述第一NMOS管的导通状态，所述第二维持模组用于维持所述第二PMOS管和所述第二NMOS管的导通状态。

5.根据权利要求4所述的一种二总线输入输出模块无极性电路，其特征在于，所述第一维持模组包括第一阻容模块、第一二极管、第二阻容模块和第二二极管，所述第一阻容模块的第一端对接所述第一PMOS管的栅极，所述第一阻容模块的第二端对接所述第一PMOS管的漏极，所述第一二极管的正极对接所述第一PMOS管的栅极，所述第一二极管的负极对接所述第二电源输入端，所述第二阻容模块的第一端对接所述第一NMOS管的栅极，所述第二阻容模块的第二端对接所述第一NMOS管的漏极，所述第二二极管的正极对接所述第一电源输入端，所述第二二极管的负极对接所述第一NMOS管的栅极；

所述第二维持模组包括第三阻容模块、第三二极管、第四阻容模块和第四二极管，所述第三阻容模块的第一端对接所述第二PMOS管的栅极，所述第三阻容模块的第二端对接所述第二PMOS管的漏极，所述第三二极管的正极对接所述第二PMOS管的栅极，所述第三二极管的负极对接所述第一电源输入端，所述第四阻容模块的第一端对接所述第二NMOS管的栅极，所述第四阻容模块的第二端对接所述第二NMOS管的漏极，所述第四二极管的正极对接所述第二电源输入端，所述第二二极管的负极对接所述第二NMOS管的栅极。

6.根据权利要求5所述的一种二总线输入输出模块无极性电路，其特征在于，所述第一阻容模块、所述第二阻容模块、所述第三阻容模块和所述第四阻容模块均包括电容及第一电阻，所述电容与所述第一电阻相互并联。

7.根据权利要求6所述的一种二总线输入输出模块无极性电路，其特征在于，所述电容为47nF电容，所述第一电阻为1.2MΩ电阻。

8.根据权利要求5所述的一种二总线输入输出模块无极性电路，其特征在于，所述第一二极管的负极通过1MΩ电阻对接所述第二电源输入端，所述第二二极管的正极通过1MΩ电阻对接所述第一电源输入端，所述第三二极管的负极通过1MΩ电阻对接所述第一电源输入端，所述第四二极管的正极通过1MΩ电阻对接所述第二电源输入端。

9.一种用电设备，其特征在于，包括如权利要求1-8任一所述的一种二总线输入输出模块无极性电路。

10.根据权利要求9所述的一种用电设备，其特征在于，所述用电设备为监控系统、智能家居系统或者报警系统。

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