CN212231072U

CN212231072U - 一种具备迟滞效应的自恢复欠电压保护电路

Info

Publication number: CN212231072U
Application number: CN202020521911.XU
Authority: CN
Inventors: 许哲; 张健; 李爱玲
Original assignee: XiAn Institute of Optics and Precision Mechanics of CAS
Current assignee: XiAn Institute of Optics and Precision Mechanics of CAS
Priority date: 2020-04-10
Filing date: 2020-04-10
Publication date: 2020-12-25
Anticipated expiration: 2030-04-10

Abstract

本实用新型公开了一种具备迟滞效应的自恢复欠电压保护电路，该电路通用性强、实现简单、成本低廉。该电路结构中限流电阻一端接外部直流电源VCC，另一端接入稳压器的CATHODE端，稳压器REF端接反馈电阻网络的中端，反馈电阻网络一端接第一增强型PMOS管的栅极，另一端与电源地GND连接；稳压器的CATHODE端连接第一增强型PMOS管的栅极；稳压器REF端连接第二增强型PMOS管的源极，同时第二增强型PMOS管的漏极通过迟滞补偿电阻与电源地GND连接；第一增强型PMOS管的源极连接外部直流电源VCC，漏极连接第二增强型PMOS管栅极和增强型NMOS管栅极，同时通过下拉电阻连接至电源地GND；增强型NMOS管漏极与负载网络的地回线连接，其源极与电源地GND连接。

Description

一种具备迟滞效应的自恢复欠电压保护电路

技术领域

本实用新型属于电子学领域，涉及一种欠电压保护电路，尤其涉及一种具备迟滞效应的自恢复欠电压保护电路。

背景技术

随着科技的发展和信息技术的进步，电子电路的功能日益强大，其硬件方案愈来愈复杂。同时，由于集成电路的高速发展，芯片尺寸变小，功能更加模块化，使得单套电子电路内设计有多片集成电路以实现更为强大的功能成为现实。

现代电子电路供电方法多种多样，如市电供电、稳压电源供电、适配器供电、太阳能供电和电池供电等。要做到理想供电几乎不可能，任何供电设备都存在偏差且会逐渐老化，供电能力逐渐降低，直观表现往往是电压不足。如果供电电压过低，则会导致电子电路中用电需求不同的部分工作状态不一致，比如需求较低电压部分可以正常工作，需求较高电压的部分不能工作，造成整套电子电路处于部分工作部分不工作的状态，带来较大的损坏风险。而对于包括多片集成电路的电子电路而言，这一点势必造成电子电路内部出现大量不可控且未知潜通路，轻则减少电子电路的寿命，重则直接损坏电子电路。

针对供电电压过低的情况，设计有保护措施的电子电路比较鲜见。对于功能复杂且造价昂贵的电子电路，往往设计有欠电压自动关机功能以保护电子电路。供电欠电压自动关机功能往往需要电压传感器、电压检测器、开关(继电器或机械开关)、MCU(单片机)和控制软件等，软硬件成本较大，开发难度大，难以广泛应用。

另外，触发欠电压自动关机后，还需要人工判断供电是否恢复正常并操作开机，不仅增加人工成本还会造成因判断失误硬开机致电路损坏的严重后果。对于某些欠电压不宜自动关机或无人参与工作的电子电路，则不得不直接面对供电欠电压带来的各种风险。因此，自恢复往往是欠电压保护电路必需的功能。

任何供电设备的供电电压均有一定的波动范围，同时，电子电路工作电流往往是动态变化，势必进一步造成供电电压的波动。供电欠电压往往使电子电路处于工作与不工作的临界状态，简单的自恢复欠电压保护很有可能造成电子电路在临界欠电压状态反复快速开关机，为其带来额外的损害风险，因此自恢复欠电压保护必须具有迟滞效应。

因此，急需一种通用的简单的低成本的具备迟滞效应的自恢复欠电压保护电路。

实用新型内容

为了解决背景技术中的问题，本实用新型提供了一种通用性强、实现简单、成本低廉的具备迟滞效应的自恢复欠电压保护电路。

本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型提供了一种具备迟滞效应的自恢复欠电压保护电路，包括限流电阻、稳压器、反馈电阻网络、第一增强型PMOS管、第二增强型PMOS管、迟滞补偿电阻、下拉电阻以及增强型NMOS管；

限流电阻一端接外部直流电源VCC，另一端接入稳压器的 CATHODE端，稳压器REF端接反馈电阻网络的中端，反馈电阻网络一端接第一增强型PMOS管的栅极，另一端与电源地GND连接；

稳压器的CATHODE端连接第一增强型PMOS管的栅极；稳压器REF 端连接第二增强型PMOS管的源极，同时第二增强型PMOS管的漏极通过迟滞补偿电阻与电源地GND连接；

第一增强型PMOS管的源极连接外部直流电源VCC，漏极连接第二增强型PMOS管栅极和增强型NMOS管栅极，同时通过下拉电阻连接至电源地GND；

增强型NMOS管漏极与负载网络的地回线连接，其源极与电源地 GND连接。

该电路具体工作原理是：

该电路接受直流供电，限流电阻、稳压器和反馈电阻网络组合产生稳定电压u_Z(有两种情况，分别为U_Z1和U_Z2)，并供给至第一增强型PMOS管的栅极，与外部直流电源电压u_VCC共同决定第一增强型 PMOS管的源漏极工作状态(断开或导通)；

第一增强型PMOS管的源漏极工作状态决定了第二增强型PMOS管 14栅极的电压(即其源漏极的通断)，进一步将迟滞补偿电阻并入或隔开反馈电阻网络，最终改变限流电阻、稳压器和反馈电阻网络组合产生的稳定电压u_Z，从而实现了对第一增强型PMOS管源漏极工作状态迟滞保护；

第一增强型PMOS管的源漏极工作状态决定了增强型NMOS管栅极的电压(即其漏源极的通断)，进一步决定负载网络的地回线与电源地线GND的通断，从而实现了对负载网络的供电工作与断电保护。

进一步地，上述反馈电阻网络由上电阻R1以及下电阻R2串联构成。

进一步地，上述第一增强型PMOS管、第二增强型PMOS管以及增强型NMOS管采用耗尽型MOS管或结型场效应管或三极管或绝缘栅双极晶体管替换，原理图做适应性调整即可。

进一步地，上述稳压器可调稳压器。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型提供的电路结构简单通用，可以直接增加在任何原设计无欠电压保护且需要欠电压保护的电子电路中，而不改变其原有的任何设计；对于已经有欠电压保护的电子电路中，也仅需要直接替换对应的欠电压保护电路即可(不改变其余部分的设计)。

2、本实用新型提供的电路结构选用的材料和元器件均为通用器件，每一种均是种类繁多、价格便宜，特别适合于新产品研制开发和批量生产。

3、本实用新型提供的电路结构原理简单，安全可靠，特别适合于模组化封装或IC设计并大批量生产。

4、本实用新型应用于电池供电的电子电路中，除保护欠电压供电损坏电子电路外，还可额外保护电池过放导致的电池损坏。

5、本实用新型具备自恢复特性，欠电压保护后无需人工参与维护和操作，可以节约大量人工。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理示意图；

图2为本实用新型的电路动态工作示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在有没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。

在实用新型的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，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。

本实用新型提供了一种具备迟滞效应的自恢复欠电压保护电路的具体实施例，如图1，包括限流电阻10、稳压器11、反馈电阻网络12、第一增强型PMOS管13、第二增强型PMOS管14、迟滞补偿电阻15、下拉电阻16以及增强型NMOS管17。需要说明的是：

其中，第一增强型PMOS管13、第二增强型PMOS管14以及增强型NMOS管17也可采用耗尽型MOS管或结型场效应管或三极管或绝缘栅双极晶体管替换，若更换MOS管的类型则电路连接方式也需要进行适应性调整(该调整属于本领域技术人员根据实际情况就能做出的常规调整，此处不进行赘述)。

稳压器11为可调稳压器。

该电路的具体连接结构是：

限流电阻10一端接外部直流电源VCC，另一端接入稳压器11的 CATHODE端，稳压器11REF端接反馈电阻网络12的中端，反馈电阻网络12一端接第一增强型PMOS管13的栅极，另一端与电源地GND 连接；限流电阻10、可调稳压器11和反馈电阻网络12组合产生稳定电压u_Z在可调稳压器11的CATHODE端，有两种情况，分别为U_Z1和 U_Z2；

稳压器11的CATHODE端连接第一增强型PMOS管13的栅极；稳压器11REF端连接第二增强型PMOS管14的源极，同时第二增强型 PMOS管14的漏极通过迟滞补偿电阻15与电源地GND连接；

第一增强型PMOS管13的源极连接外部直流电源VCC，漏极连接第二增强型PMOS管14栅极和增强型NMOS管17栅极，同时通过下拉电阻16连接至电源地GND；

增强型NMOS管17漏极与负载网络18的地回线连接，其源极与电源地GND连接。

以下对本实施例电路中每个元件进行具体说明：

1、限流电阻10为普通电阻，其阻值由可调稳压器11的稳定电流I_Z的范围(I_Zmin，I_Zmax)决定。要保证在负载网络18正常工作与被断电保护区间，可调稳压器11均正常可稳压为u_Z。设限流电阻10 的阻值为R₁₀，则

(u_VCC为外部直流电源电压)。

2、可调稳压器11为通用器件，其关键参数(如最大稳定电压、最小稳定电压、最小稳定电流I_Zmin、最大稳定电流I_Zmax和参考端电压V_ref等)要与具体应用环境相匹配。

3、反馈电阻网络12由上电阻R1与下电阻R2串联构成，设其阻值分别为R₁和R₂。当第二增强型PMOS管14的源漏极为断开状态时，基于限流电阻10、可调稳压器11和反馈电阻网络12组合产生的稳定电压为

当第二增强型PMOS管14的源漏极为导通状态时，则稳定电压为

(其中，R₂||R₁₅为下电阻R₂与迟滞补偿电阻 15(设其阻值为R₁₅)并联后的阻值)，显然U_Z2＞U_Z1，设ΔV＝U_Z2-U_Z1，则ΔV为迟滞阈值。

4、第一增强型PMOS管13为通用器件，其关键参数(如V_DS、R_DS(on)和V_GS(th)等)要与具体应用环境相匹配。其源漏极工作状态由其源极电压u_S13(u_S13＝u_VCC)、栅极电压u_G13(u_G13＝u_Z)和开启电压 V_GS(th)13(＜0)共同决定。当其栅源电压为u_GS13＝u_G13-u_S13＝u_Z- u_VCC≤V_GS(th)13时，第一P增强型PMOS管13源漏极为导通状态，否则为断开。

5、第二增强型PMOS管14为通用器件，其关键参数(如V_DS、R_DS(on)和V_GS(th)等)要与具体应用环境相匹配，其源漏极工作状态由其源极电压u_S14(0＜u_S14＝V_ref＜u_VCC)、栅极电压u_G14和开启电压V_GS(th)14(＜0)共同决定。当第一增强型PMOS管13源漏极为导通状态时，第二增强型PMOS管14的栅极电压u_G14≈u_VCC，其栅源电压为 u_GS14＝u_G14-u_S14＝u_VCC-V_ref＞0＞V_GS(th)14，故其源漏极为断开状态；反之，其源漏极为导通状态。

6、迟滞补偿电阻15为普通电阻，其阻值由ΔV决定。

7、增强型NMOS管17为通用器件，其关键参数(如V_DS、I_D、R_DS(on)和P_D等)要满足负载网络18的最大工作电压和电流。其漏源极工作状态由其源极电压u_S17(u_S17＝0)、栅极电压u_G17和开启电压 V_GS(th)17(＞0)共同决定。当第一增强型PMOS管13源漏极为导通状态时，增强型NMOS管17的栅极电压u_G17≈u_VCC，其栅源电压为 u_GS17＝u_G17-u_S17＝u_VCC-0＞V_GS(th)17，故其漏源极为导通状态，负载网络18正常工作；反之，其漏源极为断开状态，负载网络18被断电保护。

8、负载网络18为假定的负载，泛指可应用的一切电路负载，例如计算机主板、各类电子板卡、控制电路等。

本实施例提供的电路动态工作过程为：

假定初始时刻外部直流电源电压u_VCC正常，限流电阻10、可调稳压器11和反馈电阻网络12组合产生的稳定电压为

第一增强型PMOS管13的栅源间电压为u_GS13＝u_G13-u_S13＝ u_Z1＝u_VCC≤V_GS(th)13时，其源漏极为导通状态；进而第二增强型PMOS 管14的栅源电压为u_GS14＝u_G14-u_S14＝u_VCC-V_ref＞0＞V_GS(th)14，其源漏极为断开状态；进一步迟滞补偿电阻15未并入反馈电阻网络，u_Z仍然为

增强型NMOS管17的栅源电压为 u_GS17＝u_G17-u_S17＝u_VCC-0＞V_GS(th)17，故其漏源极为导通状态，负载网络18正常工作。

当电源电压u_VCC＜V_uv时(V_uv＝U_Z1+|V_GS(th)13|)，使得第一增强型PMOS管13的栅源间电压为u_GS13＝u_G13-u_S13＝U_Z1- u_VCC＞V_GS(th)13，其源漏极为断开状态；进而第二增强型PMOS管14 的栅源电压为u_GS14＝u_G14-u_S14＝0-V_ref＜V_GS(th)14，其源漏极为导通状态；进一步迟滞补偿电阻15并入反馈电阻网络12，u_Z改变为

增强型NMOS管17的栅极被下拉电阻16下拉至电源地GND，其栅极电压u_G17≈0，栅源电压u_GS17＝u_G17-u_S17≈ 0-0＜V_GS(th)17，故其漏源极为断开状态，负载网络18被断电保护。

当电源电压u_VCC＜V_uv变为u_VCC≥V_rv时(V_rv＝U_Z2+ |V_GS(th)13|)，第一增强型PMOS管13的栅源间电压为u_GS13＝u_G13- u_S13＝U_Z2-u_VCC≤V_GS(th)13时，其源漏极为导通状态；进而第二增强型PMOS管14的栅源电压为u_GS14＝u_G14-u_S14＝u_VCC-V_ref＞ 0＞V_GS(th)14，其源漏极为断开状态；进一步迟滞补偿电阻15与反馈电阻网络12隔开，u_Z改变为

第一增强型PMOS管 13的栅源间电压变为u_GS13＝U_Z1-u_VCC＜V_GS(th)13时，其源漏极仍为导通状态；增强型NMOS管17的栅源电压为u_GS17＝u_G17-u_S17＝ u_VCC-0＞V_GS(th)17，故其漏源极改变为导通状态，负载网络18恢复正常工作。

由于，本电路中欠电压保护阈值为(V_uv＝U_Z1+|V_GS(th)13|＝

其电压恢复阈值为

显然，V_rv＝V_uv+ΔV (ΔV＝U_Z2-U_Z1)，故本电路的保护作用具备迟滞效应，如图2所示。

由此可见，本实施例提供的电路可以有效实现对负载网络进行自恢复欠电压保护，且保护作用具备迟滞效应。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种具备迟滞效应的自恢复欠电压保护电路，其特征在于：包括限流电阻(10)、稳压器(11)、反馈电阻网络(12)、第一增强型PMOS管(13)、第二增强型PMOS管(14)、迟滞补偿电阻(15)、下拉电阻(16)以及增强型NMOS管(17)；

限流电阻(10)一端接外部直流电源VCC，另一端接入稳压器(11)的CATHODE端，稳压器(11)REF端接反馈电阻网络(12)的中端，反馈电阻网络(12)一端接第一增强型PMOS管(13)的栅极，另一端与电源地GND连接；

稳压器(11)的CATHODE端连接第一增强型PMOS管(13)的栅极；稳压器(11)REF端连接第二增强型PMOS管(14)的源极，同时第二增强型PMOS管(14)的漏极通过迟滞补偿电阻(15)与电源地GND连接；

第一增强型PMOS管(13)的源极连接外部直流电源VCC，漏极连接第二增强型PMOS管(14)栅极和增强型NMOS管(17)栅极，同时通过下拉电阻(16)连接至电源地GND；

增强型NMOS管(17)漏极与负载网络(18)的地回线连接，其源极与电源地GND连接。

2.根据权利要求1所述的具备迟滞效应的自恢复欠电压保护电路，其特征在于：反馈电阻网络(12)包括上电阻R1以及下电阻R2串联构成。

3.根据权利要求1所述的具备迟滞效应的自恢复欠电压保护电路，其特征在于：所述第一增强型PMOS管(13)、第二增强型PMOS管(14)以及增强型NMOS管(17)均采用耗尽型MOS管或结型场效应管或三极管或绝缘栅双极晶体管替换。

4.根据权利要求1所述的具备迟滞效应的自恢复欠电压保护电路，其特征在于：稳压器(11)为可调稳压器。