CN212162799U

CN212162799U - 一种多重电源保护及重启电路

Info

Publication number: CN212162799U
Application number: CN202021164034.1U
Authority: CN
Inventors: 朱俊
Original assignee: Wuxi Sicomm Communication Technology Co ltd
Current assignee: Wuxi Sicomm Communication Technology Co ltd
Priority date: 2020-06-22
Filing date: 2020-06-22
Publication date: 2020-12-15
Anticipated expiration: 2030-06-22

Abstract

本实用新型公开了一种多重电源保护及重启电路，MOS管的源极构成电路的输入端，MOS管的漏极构成电路的输出端，在MOS管的源极和栅极之间连接二极管D5，二极管D5的正极依次连接电阻R55、二极管D6的负极后接地，二极管D5和电阻R55的连接点连接电阻R46和电阻R49的一端、并联连接的两个电容的一端，电阻R46的另一端构成电路的输入端，电阻R49的另一端接地，两个并联连接的电容的另一端连接电阻R45的一端，电阻R45的另一端构成电路的输入端，MOS管的栅极和三极管、电阻组合连接；本实用新型的方案实现了电路的过压保护，实现电路软启动、过压保护、有效的断电复位功能，以及低压保护，实现了低成本，小型化，可靠的电源保护及控制，提高了电子设备运行的可靠性。

Description

一种多重电源保护及重启电路

技术领域

本实用新型属于电子电路技术领域，具体涉及一种多重电源保护及重启电路。

背景技术

随着物联网设备的兴起和电子设备的普及，尤其在一些工业领域，电子设备供电的安全性对设备的可靠性，使用寿命都有着及其重要的影响。

为了增强设备的可靠性，在主控芯片内一般会加上看门狗机制，在一定程度上预防了程序上的出错和死机。但主控芯片的看门狗复位也只能对主控芯片本身起到软复位重启的过程，在很多实用场景发现，当电子设备在运行异常出现时，仅仅复位主控芯片并不能回复设备的正常工作，往往需要电子设备的断电重启，在单电源供电的场景，电子设备往往无法自身做到有效的，足够长时间的断电，重新上电重启的过程。

在一些供电环境比较恶劣的场景中，电子设备为了保证电源的稳定，往往在电路中加上一些比较大的电容来抑制电源的瞬间波动，或者电子设备本身呈感性负载，在上电和断电的瞬间容易产生高出电源本身电压数倍的浪涌电压，这个瞬间的冲击高压往往超出后面用电设备所能承受电压的上限，导致设备损坏。一般的做法是添加TVS，或者压敏电阻，这样能在一定程度上抑制特别高压的瞬间冲击，无法彻底解决超额定电压冲击的问题，影响了电子设备的寿命和可靠性。在供电方式非封闭的电子设备内，设备的供电取决于外部电源，如果误接外部超出使用范围的电源，容易损坏电子设备，在这样的工作方式中，需要考虑电子设备的过压保护。

实用新型内容

本实用新型的目的：在于提供一种具备电路低压保护、过压保护、软启动，以及有效的断电复位功能的多重电源保护及重启电路。

技术方案：本实用新型提供的电路包括电阻R45、电阻R46、电阻R44、电阻R49、电阻R55、电阻R68、电阻R52、电阻R50、电阻R48、电阻R51、MOS管、二极管D5、二极管D6、二极管D1、三极管Q4、三极管Q5、电容C54、电容C60；

电阻R45的一端、电阻R46的一端、二极管D5的负极、MOS管Q3的源极、电阻R44的一端共五端相连，且连接点构成电路的输入端；MOS管Q3的漏极构成电路的输出端；

电阻R45的另一端与并联连接的电容C54和电容C60的一端相连；电容C54和电容C60并联的另一端分别与电阻R46的另一端、电阻R49的一端、二极管D5的正极、电阻R55的一端、MOS管Q3的栅极、三极管Q4的集电极相连；

电阻R49的另一端接地；电阻R55的另一端和二极管D6的负极相连，二极管D6的正极接地；

电阻R44的另一端和电阻R50的一端、三极管Q4的发射极相连，三极管Q4的基极和电阻R68的一端相连；电阻R68的另一端和电阻R50的另一端、二极管D1的负极、电阻R52的一端相连；二极管D1的正极接地；

电阻R52的另一端和三极管Q5的集电极相连，三极管Q5的发射极接地，三极管Q5的基极和电阻R48的一端、电阻R51的一端相连；电阻R48的另一端和和电源中控制电路开关的主控芯片相连；电阻R51的另一端接地。

进一步的，MOS管Q3的栅极和三极管Q4的集电极之间连有电阻R47。

电路还包括电阻R42；电阻R42的一端和所述MOS管Q3的漏极相连，电阻R42的另一端和发光二极管DS3的正极相连，发光二极管DS3的负极接地。

电路还包括电容C62、电容C69；电容C62的一端和MOS管Q3的漏极相连，电容C62的另一端接地；电容C69的一端和MOS管Q3的漏极相连，电容C69的另一端接地。

电路还包括电容C72，电容C72的一端与三极管Q5的基极相连，电容C72的另一端接地。

进一步的，MOS管的源极和漏极之间连接有电阻R43。

优选的，MOS管Q3为PMOS管。

进一步的，二极管D5、二极管D6、二极管D1为稳压二极管。

进一步的，三极管Q4为PNP型三极管；三极管Q5为NPN型三极管

有益效果：相对于现有技术，本实用新型提供的多重电源保护及重启电路具备电路低压保护、过压保护、软启动，以及有效的断电复位功能，实现了电源的多重保护，且电路的可靠性高，成本低，尺寸小，实现了低成本、小型化、可靠的电源保护及控制，提高了电子设备运行的可靠性。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的多重电源保护及重启电路示意图；

图2是本实用新型实施例提供的MOS管Q3的源极和漏极间阻值R_DS与MOS管Q3的源极和栅极间电压V_GS的关系图；

图3是本实用新型实施例提供的未使用软启动电路的情况下，电源输出电压的幅值随时间变化的关系图；

图4是本实用新型实施例提供的使用软启动电路的情况下，电源输出电压的幅值随时间变化的关系图；

图5是本实用新型实施例提供的使用多重电源保护及重启电路的情况下，电源输出电压随输入电压变化的关系图；

图6是本实用新型实施例提供的使用多重电源保护及重启电路的情况下，收到关机重启信号后，输出电压随着时间的变化关系图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

本实用新型提供的多重电源保护及重启电路，包括电阻R45、电阻R46、电阻R44、电阻R49、电阻R55、电阻R68、电阻R52、电阻R50、电阻R48、电阻R51、MOS管、二极管D5、二极管D6、二极管D1、三极管Q4、三极管Q5、电容C54、电容C60；电阻R45的一端、电阻R46的一端、二极管D5的负极、MOS管Q3的源极、电阻R44的一端共五端相连，且连接点构成电路的输入端；MOS管Q3的漏极构成电路的输出端；

电阻R52的另一端和三极管Q5的集电极相连，三极管Q5的发射极接地，三极管Q5的基极和电阻R48的一端、电阻R51的一端相连；电阻R48的另一端和电源中控制电路开关的主控芯片相连；电阻R51的另一端接地；在本实施例中，控制电路开关的主控芯片为MCU。

参照图1，在MOS管Q3的栅极和三极管Q4的集电极之间连有电阻R47；电路还包括发光二极管DS3，发光二极管DS3的负极接地，发光二极管DS3的正极和电阻R42的一端连接，电阻R42的另一端和MOS管的漏极连接。MOS管Q3的漏极分别和电容C62、电容C69的一端相连，电容C62和电容C69的另一端接地。三极管Q5的基极和电容C72的一端连接，电容C72的另一端接地。MOS管的源极和漏极之间连接有电阻R43。

在一个实施例中，MOS管为PMOS管，型号为MOSFET-P_Si2301DS；三极管Q4为PNP型三极管，型号为PNP_MMBT3906；三极管Q5为NPN型三极管，型号为NPN_9014；二极管D1、二极管D5，和二极管D6为稳压二极管，二极管D5和二极管D1的型号为MMSZ5235B，二极管D6的型号为RBS521。

电阻R45的阻值为51Ω，电阻R46的阻值为100KΩ，电阻R49的阻值为47KΩ，电阻R55、电阻R47、电阻R44的阻值为51Ω，电阻R43的阻值为0Ω，电阻R68、电阻R52、电阻R50、电阻R51的阻值为10KΩ；电容C54、电容C60、电容C62、电容C69的电容值为22μF，耐压16V。

电路的软启动功能：在上电的瞬间，电容C54和电容C60瞬间充电，电容C54和电容C60的两端电压相同，导致MOS管的栅极和源极间电压VGS=0V，不能导通，使电源开关不能打开。

在电容C54和电容C60的充电过程中，R49的上电压缓慢下降，最终C54和电容C60充满电，根据电阻R49和电阻R46的阻值比例，在电容C54和电容C60充满电后，电阻R49的两端电压为1.6V。此时MOS管Q3的栅极和源极之间电压V_GS=3.4V，MOS管Q3开启，实现MOS管Q3的一个缓慢的开启过程。根据MOS管的特性可知，MOS管Q3的源极和漏极间阻值R_DS与V_GS的关系如图2所示，在V_GS小于MOS管Q3的开启电压时，MOS管的导通电阻很大，在上电过程中， MOS管Q3的R_DS逐步减小，从而实现缓慢上电的过程；

在电路中，电阻R45用于调整和限制电容C54和电容C60的充电速度；电阻R55和电阻D6用于防止在断电的瞬间，电容C54和电容C60快速放电的情况下，因为电容两端电压不能突变。在有输入电压+5V_MAIN并稳定的情况下，电容左侧电压高于右侧电压，此时如果断开输入电压，因电容快速放电，电容左侧电压会变成0V, 电容右侧会依然要保持电压比电容右侧电压低，此时会产生负压；二极管D5作为MOS管Q3的VGS的钳位，用于防止过高的V_GS损坏MOS管Q3。

如图3所示，在没有使用上述各元器件构成的软启动电路的情况下，当电压从最大电压的10%上升到最大电压的90%时，电压的上升时间是728us；如图4所示，在使用本实用新型提供的电路的情况下，当电压从最大电压的10%上升到最大电压的90%时，电压的上升时间是143ms，根据图3和图4所示的电压幅值随时间的变化关系可知，在使用本实用新型提供的电路时，实现了上电过程的软启动，本实用新型提供的电路实现了上电过程的软启动。

电路的过压保护功能：MOS管的栅极和PNP型三极管Q4的集电极连接，根据三极管的特性可知，对于流控型三极管，在V_EB>0.7V时，三极管进入饱和或者放大区，三极管导通，导致MOS管Q3的栅极电压被上拉到5V-Vce，约为4.7~4.9V，则MOS管Q3的VGS接近0V，MOS管Q3关闭，其中，Vce为三极管发射机和集电极之间电压。因为稳压二极管D1的稳压作用，三极管Q4的基极电压被钳位在了6.8V+V_R68，其中V_R68为电阻R68的两端电压，因此当输入的电压大于设定的电压时，三极管Q4导通，MOS管Q3关闭；由于三季管Q的导通，不仅关闭了MOS管Q4，还限制了MOS管Q4的VGS，从而达到保护MOS管Q4的作用，进而达到过压保护的作用。

在电路中，电阻R68用于保证三极管Q4的基极电压不会过低，从而使三极管Q4的Vbe小于三极管Q4的安全电压；参照图5，逐渐增加输入电压的大小，当输入电压小于设定值7.5V时，输出电压等于输入电压，当输入电压大于设定值7.5V时，MOS管Q3关闭，输出电压减小至0V，即：当电路的输入电压小于设定电压时，输出电压等于输入电压，当输入电压逐渐增加至设定的阈值时，MOS管Q3关闭，电路输出断电；在本实施例中，输入电压为+5V_MAIN，设定电压为期望过压保护启动的电压阈值。

电路的断电复位功能：根据前述的软启动功能对应的电路，以及PNP型三极管Q4的存在，只用在主控芯片或主控芯片的外部通过按键或者人工给出一个关机信号。既可控制PNP型三极管Q4，从而达到电子设备断电重启的目的，为实现电子设备断电的目的，在电路中接入了NPN型三极管Q5，需要给三极管Q5一个足以导通的高电平，形成电流。当三极管Q5导通时，电阻R52可以通过三极管Q5近似接地，使PNP型三极管Q4导通，则MOS管Q3的VGS降至约0V，MOS管Q3关闭，实现断电的目的。

因为电子设备通常是单电源供电，当系统断电后，后端的主控芯片也就瞬间断电，因为类似的电路中，关机是需要一个由主控芯片持续的给一个关机信号，可以当关机瞬间发生时，主控芯片也会掉电，这时候主控芯片就无法持续的给出关机信号。这时因为没有关机信号了，电路又会立马恢复供电；在这种情况下，关机到重启开机的掉电时间很短，通常是μS级的。过短的断电时间，往往后端用电设备因为电容等原因的存在，在μS级的断电，负载端不能实现真正意义上的断电重启。

因为软启动电路的存在，在主控芯片给电阻R48高电平进而关机的瞬间，即使高电平失效，电路又会进入一个软启动的过程，而软启动过程的时间设置可以通过调节前述硬件参数来实现，由此实现了有效的、时长可控的硬件断电复位功能。

在图6中，T1表示关机的时间，T2表示重启的时间，即：连接电阻R48一端的MCU给出一个关机信号后，MOS管关闭，输出电压变成0V，然后重新进入软启动，进入软启动后，MOS管Q3打开，完成了404ms的关机，以及重启的过程。低电压保护功能：通过改变电阻R46和电阻R49的阻值，可以实现调节MOS管Q3的V_GS，电阻R46和电阻R49可实现低电压MOS管不打开，从而实现了低压保护。如上所述，根据MOS管Q3的R_DS 和V_GS的关系，当V_GS小于开启电压时，MOS关闭，当V_GS大于开启电压时，R_DS随着V_GS的增大而减小。 V_GS=R46上下两端的压差故此时通过电阻R46和电阻R49的分压就可以调节V_GS，例如同样的输入5V，当R46=100K, R49=47K时，VGS=3.4V,此时MOS管可以打开。当输出电压为1V时，V_GS=0.68V,此时R_DS很大，MOS近似关闭。

本实用新型提供的多重电源保护及重启电路，使用最基本的通用型器件，实现了电源的多重保护，且保护的阈值可调，实现了低成本、小型化、可靠的电源保护及控制，保护了电子设备用电的安全，形成自我保护机制，提高了用电的安全性，并提高了电子设备运行的可靠性。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当清楚的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种多重电源保护及重启电路，其特征在于，包括电阻R45、电阻R46、电阻R44、电阻R49、电阻R55、电阻R68、电阻R52、电阻R50、电阻R48、电阻R51、MOS管、二极管D5、二极管D6、二极管D1、三极管Q4、三极管Q5、电容C54、电容C60；

电阻R52的另一端和三极管Q5的集电极相连，三极管Q5的发射极接地，三极管Q5的基极和电阻R48的一端、电阻R51的一端相连；电阻R48的另一端和电源中控制电路开关的主控芯片相连；电阻R51的另一端接地。

2.根据权利要求1所述的多重电源保护及重启电路，其特征在于，MOS管Q3的栅极和三极管Q4的集电极之间连有电阻R47。

3.根据权利要求1所述的多重电源保护及重启电路，其特征在于，还包括电阻R42；电阻R42的一端和所述MOS管Q3的漏极相连，电阻R42的另一端和发光二极管DS3的正极相连，发光二极管DS3的负极接地。

4.根据权利要求1所述的多重电源保护及重启电路，其特征在于，还包括电容C62、电容C69；

电容C62的一端和MOS管Q3的漏极相连，电容C62的另一端接地；电容C69的一端和MOS管Q3的漏极相连，电容C69的另一端接地。

5.根据权利要求1所述的多重电源保护及重启电路，其特征在于，还包括电容C72，电容C72的一端与三极管Q5的基极相连，电容C72的另一端接地。

6.根据权利要求1所述的多重电源保护及重启电路，其特征在于，MOS管的源极和漏极之间连接有电阻R43。

7.根据权利要求1至6任一项所述的多重电源保护及重启电路，其特征在于，所述MOS管Q3为PMOS管。

8.根据权利要求1至6任一项所述的多重电源保护及重启电路，其特征在于，二极管D5、二极管D6、二极管D1为稳压二极管。

9.根据权利要求1至6任一项所述的多重电源保护及重启电路，其特征在于，所述三极管Q4为PNP型三极管。

10.根据权利要求1至6任一项所述的多重电源保护及重启电路，其特征在于，所述三极管Q5为NPN型三极管。