CN212784750U - 保护电路、电路系统以及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种保护电路、电路系统以及电子设备，属于电子电路领域。保护电路包括保护单元、第一驱动单元、第二驱动单元；其中：保护单元包括开关管和第一二极管；开关管，开关管连接在电源端与接地端之间；第一二极管，第一二极管的阴极与电源端连接，第一二极管的阳极与接地端连接；第一驱动单元，第一驱动单元的第一端与接地端连接，第一驱动单元的第二端与开关管的控制端连接；以及，第二驱动单元，第二驱动单元的第一端与开关管的控制端连接，第二驱动单元的第二端与电源端连接。本申请实施例提供的保护电路能够解决为避免浪涌冲击所设置的TVS占用面积大，以及TVS和MOV不配合的问题。

Description

保护电路、电路系统以及电子设备

技术领域

本申请属于电子电路领域，具体涉及一种保护电路、一种电路系统以及一种电子设备。

背景技术

目前，手机在充电时，需要带电插拔USB线缆。这导致USB(Universal Serial Bus；通用串行总线)端口存在浪涌冲击。为了避免浪涌冲击损坏USB接口，通常在USB接口设置TVS(Transient Voltage Suppressor；瞬态二极管)，或者如图1所示，设置TVS和MOV(MetalOxide Varistor，压敏电阻)以保护USB接口。其中，TVS的阴极连接在USB接口的电源针脚的连接端上，TVS的阳极连接在USB接口的地针脚的连接端。

同时，手机在充电时，在USB接口中进入异物的情况下，异物将导致USB接口的电源针脚与地针脚短路。而在该短路不足以使得充电器进入过流保护模式(例如打嗝输出)的情况下，会导致充电电流流经异物，异物产生热量引起USB接口温度过高烧毁USB接口。为了避免USB接口温度过高而烧毁USB接口，如图1所示，在USB接口的电源针脚与连接端与地针脚的连接端之间设置一个开关管。利用一第一驱动单元在USB接口的温度过高时，控制开关管导通，从而强迫充电器进入过流保护模式，进而使得USB接口避免烧毁。

但是，由于手机集成的功能越来越多，如5G、多摄像头、NFC(Near FieldCommunication，近场通信)、无线充电等，导致手机内部空间极其紧张，故手机内部的PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)上一般选用小封装器件。而TVS的占用面积较大。例如，当USB接口需要承受200V浪涌电压时，TVS在PCB板上的面积达到2.0mm*2.0mm。

另外，由于MOV和TVS通流能力存在差异，这导致MOV和TVS存在不配合问题，例如存在TVS动作，而MOV没有动作的情况，而这将导致TVS损坏，从使得浪涌无法得到有效避免。

实用新型内容

本申请实施例的目的是提供一种保护电路，能够解决为避免浪涌冲击所设置的TVS占用面积大，以及TVS和MOV不配合的问题。

为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供了一种保护电路，包括：保护单元、第一驱动单元、第二驱动单元；其中：

所述保护单元包括开关管和第一二极管；

所述开关管，所述开关管连接在电源端与接地端之间；

所述第一二极管，所述第一二极管的阴极与所述电源端连接，所述第一二极管的阳极与所述接地端连接；

第一驱动单元，所述第一驱动单元的第一端与所述接地端连接，所述第一驱动单元的第二端与所述开关管的控制端连接；以及，

第二驱动单元，所述第二驱动单元的第一端与所述开关管的控制端连接，所述第二驱动单元的第二端与所述电源端连接。

第二方面，本申请实施例提供了一种电路系统，所述电路系统包括如第一方面所述的保护电路以及USB接口；其中，电源端为所述USB接口的电源针脚的连接端，接地端为所述USB接口的地针脚的连接端。

第三方面，本申请实施例提供了一种电子设备，包括如第二方面所述的电路系统。

在本申请实施例提供一种保护电路，包括保护单元、第一驱动单元、第二驱动单元；其中：保护单元包括开关管和第一二极管；开关管，开关管连接在电源端与接地端之间；第一二极管，第一二极管的阴极与电源端连接，第一二极管的阳极与接地端连接；第一驱动单元，第一驱动单元的第一端与接地端连接，第一驱动单元的第二端与开关管的控制端连接；以及，第二驱动单元，第二驱动单元的第一端与开关管的控制端连接，第二驱动单元的第二端与电源端连接。在申请实施例中，第一驱动单元在USB接口的温度超过预设值的情况下，通过开关管的控制端控制开关管导通。此时，电源端和接地端短路，充电器进入过流保护模式，即电源端不再施加有电信号。这样，USB接口的温度降低，进而避免USB接口被烧毁。第二驱动单元在检测到电源端上存在正向浪涌的情况下，通过开关管的控制端控制开关导通。此时，电源端上的正向浪涌流向接地端，从而实现对正向浪涌的释放。即第二驱动单元与第一驱动单元共用一个开关管，分别实现对正向浪涌的释放以及过温保护。这样，无需设置大面积的TVS，或者，无需设置大面积TVS和MOV，从而大大降低了PCB板的占用面积，以及避免了TVS和MOV不配合的问题。另外，第一二极管还可泄放负向浪涌。

附图说明

图1是传统技术中提供的一种保护电路的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的一种保护电路的结构示意图一；

图3是本申请实施例提供的一种保护电路的结构示意图二；

图4是本申请实施例提供的一种保护电路的结构示意图三。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的保护电路进行详细地说明。

本申请实施例提供一种保护电路，如图2所示，包括保护单元21、第一驱动单元22、第二驱动单元23。其中，保护单元21包括开关管211和第一二极管212。

开关管211，开关管211连接在电源端10与接地端30之间。

其中，电源端10为USB接口的电源针脚的连接端，接地端30为USB接口的地针脚的连接端。

在本申请实施例中，电源端10可以为USB接口与保护电路所保护的充电电路的输入端之间走线上的任一点。

在本申请实施例中，开关管211可分别在第一驱动单元22和第二驱动单元23的控制下，实现导通或断开。

在本申请的一个实施例中，如图3或4所示，开关管211可以为一个NMOS管，NMOS管的漏极与电源端10连接，NMOS管的源极与接地端30连接，NMOS管的栅极分别与第一驱动单元22第二端与第二驱动单元23的第一端连接。

第一二极管212，第一二极管212的阴极与电源端10连接，第一二极管212的阳极与接地端30连接。

在本申请实施例中，对于第一二极管212，一方面，可在接地端30与电源端10之间存在负向浪涌的情况下导通，从而实现泄放负向浪涌。另一方面，还可以避免开关管211反向击穿。

需要说明的是，第一二极管212的通流能力强，足以泄放负向浪涌。

第一驱动单元22，第一驱动单元22的第一端与接地端30连接，第一驱动单元22的第二端与开关管211的控制端连接。

在本申请实施例中，第一驱动单元22设置在USB接口的附近，用于检测USB接口的温度，并确定该温度是否超过预设值。在超过预设值的情况下，第一驱动单元22通过开关管211的控制端，控制开关管211导通。此时，由于电源端10和接地端30短路，因此，充电器进入过流保护模式，即电源端10不再施加有充电电流。这样，USB接口的开始温度降低，进而避免USB接口被烧毁。

需要说明的是，上述的预设值可根据经验进行设置。以及，在第一驱动单元22在确定USB温度未超过预设值的情况下，可通过开关管211的控制端，控制或保持开关管211断开。

在本申请的一个实施例中，如图3所示，第一驱动单元22包括温度采集单元221和控制单元222。其中：

温度采集单元221，温度采集单元221的第一端与接地端30连接，温度采集单元221的第二端与控制单元222的第一端连接。

控制单元222，控制单元222的第二端与开关管211的控制端连接。

在本申请实施例中，温度采集单元221用于采集USB接口处温度。在一个示例中，如图3所示，温度采集单元221可以为一个热敏电阻。例如，可以为一个负温度系数的热敏电阻，还可以为一个正温度系数的热敏电阻。在热敏电阻为正温度系数的热敏电阻的情况下，可避免电源端10上的正常充电电流被短路。这使得本申请实施例提供的保护电路更加稳定。

在本申请实施例中，控制单元222根据温度采集单元221的输出，以确定USB接口处的温度。在确定该温度超过预设值的情况下，通过开关管211的控制端，控制开关管211导通。以及，在该温度未超过预设值的情况下，通过开关管211的控制端控制开关管211断开。

第二驱动单元23，第二驱动单元23的第一端与开关管211的控制端连接，第二驱动单元23的第二端与电源端10连接。

可以理解的是，第二驱动单元23还具有第三端，第二驱动单元23的第三端与接地端30连接。

在本申请实施例中，第二驱动单元23在检测到电源端10上存在正向浪涌的情况下，通过开关管211的控制端，控制开关管211导通。此时，电源端10上的正向浪涌流向接地端30，从而实现对正向浪涌的释放。

在本申请的一个实施例中，第二驱动单元23可用硬件来实现。在此基础上，如图3所示，第二驱动单元23包括第一电容231、第二电容232以及第二电阻233。其中：

第一电容231，第一电容231的第一端与开关管211的控制端连接，第一电容231的第二端与接地端30连接；

第二电容232，第二电容232的第一端与电源端10连接，第二电容232的第二端与第一电容231的第一端连接；

第二电阻233，第二电阻233与第一电容231并联。

在本申请实施例中，第一电容231和第二电容232属于分压关系。在电源端10上存在正向浪涌的情况下，电源端10的电压抬升，这使得第一电容231和232得到大的分压。第一电容231得到的分压使得开关管211导通，电源端10上的电压被拉低，从而实现对正向浪涌的泄放。在电源端10的浪涌被泄放后，第一电容231开始放电。由于第二电容232和开关管211的导通电阻的存在，第一电容231所放的电通过第二电阻233流入接地端。

需要说明的是，在第一电容231放电的基础上，第一电容231上的电压减少，这使得开关管211重新断开。这样，在泄放完正向浪涌后，通过电源线10还可继续正常充电。

以及，在电源端10上流经正常的充电电流的情况下，第二电容232和第二电阻233分压，第一电容231上不存在分压。此时，开关管211处于断开状态，通过电源端10可正常进行充电。

在本申请的一个实施例中，为了使得第一电容231能够及时导通开关管211，可设置第二电容232的电容值大于第一电容231的电容值。这样，第一电容231可得到大的分压。示例性的，第二电容232的电容值可设置为1uF，第一电容231的电容值可设置为100nF。

在本申请的一个实施例中，可设置第一电容231的电容值与第二电阻233的阻值的乘积得到的时间常数大于50us。这是因为，正向浪涌的时长通常为40us左右，在设置该时间常数大于50us的情况下，可使得全部的正向浪涌得到泄放。在一个示例中，在第一电容231的电容值设置为100nF的情况下，可将第二电阻233的电阻值设置为1KΩ。

需要说明的是，第一电容231、第二电容232和第二电阻233属于小封装器件，这三个器件的占用面积远小于TVS的占用面积。

在本申请的另一个实施例中，如图4所示，第二驱动单元23还包括第二二极管234。其中：

第二二极管234，第二二极管234的阳极与接地端30连接，第二二极管234的阴极与第一电容231的第一端连接。

需要说明的是，第二二极管234属于小封装器件，第一电容231、第二电容232、第二电阻233以及第二二极管234这四个器件的占用面积远小于TVS的占用面积。

在本申请实施例中，通过设置第二二极管234，可进一步避免第一电容231在放电过程中，所放的电流经电源端10。

在本申请的一个实施例中，如图4所示，第二驱动单元23还包括第三二极管235。其中：

第三二极管235，第三二极管235的阳极与第二电容232的第二端连接，第三二极管235的阴极与第一电容231的第一端连接。

需要说明的是，第三二极管235属于小封装器件，第一电容231、第二电容232、第二电阻233、第二二极管234以及第三二极管235这五个器件的占用面积远小于TVS的占用面积。

在本申请实施例中，通过设置第三二极管235，可抑制第一电容231的电压，这样实现对开关管211的保护。

在上述任一实施例的基础上，如图3或4所示，本申请实施例提供的保护电路20还包括第一电阻24。

第一电阻24，第一电阻24的第一端分别与第一驱动单元22的第二端和第二驱动单元23的第一端连接，第一电阻24的第二端与开关管211的控制端连接。

在本申请实施例中，通过设置第一电阻，一方面，可以避免开关管的导通速率过快而导致开关管周围元器件被击穿。另一方面，还可以防止开关管发生振荡。

在本申请实施例提供一种保护电路，包括保护单元、第一驱动单元、第二驱动单元；其中：保护单元包括开关管和第一二极管；开关管，开关管连接在电源端与接地端之间；第一二极管，第一二极管的阴极与电源端连接，第一二极管的阳极与接地端连接；第一驱动单元，第一驱动单元的第一端与接地端连接，第一驱动单元的第二端与开关管的控制端连接；以及，第二驱动单元，第二驱动单元的第一端与开关管的控制端连接，第二驱动单元的第二端与电源端连接。在申请实施例中，第一驱动单元在USB接口的温度超过预设值的情况下，通过开关管的控制端控制开关管导通。此时，电源端和接地端短路，充电器进入过流保护模式，即电源端不再施加有电信号。这样，USB接口的温度降低，进而避免USB接口被烧毁。第二驱动单元在检测到电源端上存在正向浪涌的情况下，通过开关管的控制端控制开关导通。此时，电源端上的正向浪涌流向接地端，从而实现对正向浪涌的释放。即第二驱动单元与第一驱动单元共用一个开关管，分别实现对正向浪涌的释放以及过温保护。这样，无需设置大面积TVS，或者，无需设置大面积的TVS和MOV，从而大大降低了PCB板的占用面积，以及避免了TVS和MOV不配合的问题。另外，第一二极管还可泄放负向浪涌。

本申请实施例还提供了一种电路系统，电路系统包括如上述任一实施例的保护电路以及USB接口；其中，电源端为USB接口的电源针脚的连接端，接地端为USB接口的地针脚连接端。

本申请实施例还提供了一种电子设备，电子设备包括上述实施例提供的电路系统。

在本申请实施例中，电子设备可以为手机、平板电脑、可穿戴设备等具备USB接口的设备。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (11)

1.一种保护电路，其特征在于，包括：保护单元、第一驱动单元、第二驱动单元；其中：

所述保护单元包括开关管和第一二极管；

所述开关管，所述开关管连接在电源端与接地端之间；

所述第一二极管，所述第一二极管的阴极与所述电源端连接，所述第一二极管的阳极与所述接地端连接；

第一驱动单元，所述第一驱动单元的第一端与所述接地端连接，所述第一驱动单元的第二端与所述开关管的控制端连接；以及，

第二驱动单元，所述第二驱动单元的第一端与所述开关管的控制端连接，所述第二驱动单元的第二端与所述电源端连接。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括：

第一电阻，所述第一电阻的第一端分别与所述第一驱动单元的第二端和所述第二驱动单元的第一端连接，所述第一电阻的第二端与所述开关管的控制端连接。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第二驱动单元包括：

第一电容，所述第一电容的第一端与所述开关管的控制端连接，所述第一电容的第二端与所述接地端连接；

第二电容，所述第二电容的第一端与所述电源端连接，所述第二电容的第二端与所述第一电容的第一端连接；

第二电阻，所述第二电阻与所述第一电容并联。

4.根据权利要求3所述的电路，其特征在，所述第二电容的电容值大于所述第一电容的电容值。

5.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述第二驱动单元还包括：

第二二极管，所述第二二极管的阳极与所述接地端连接，所述第二二极管的阴极与所述第一电容的第一端连接。

6.根据权利要求3或5所述的电路，其特征在于，所述第二驱动单元还包括：

第三二极管，所述第三二极管的阳极与所述第二电容的第二端连接，所述第三二极管的阴极与所述第一电容的第一端连接。

7.根据权利要求1所述电路，其特征在于，所述开关管为NMOS管，所述NMOS管的漏极与所述电源端连接，所述NMOS管的源极与所述接地端连接，所述NMOS管的栅极分别与所述第一驱动单元第二端与所述第二驱动单元的第一端连接。

8.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一驱动单元包括：温度采集单元和控制单元，其中：

所述温度采集单元的第一端与所述接地端连接，所述温度采集单元的第二端与所述控制单元的第一端连接；

所述控制单元的第二端与所述开关管的控制端连接。

9.根据权利要求8所述的电路，其特征在于，所述温度采集单元为正温度系数的热敏电阻。

10.一种电路系统，其特征在于，所述电路系统包括如权利要求1-9任一项所述的保护电路以及USB接口；其中，电源端为所述USB接口的电源针脚的连接端，接地端为所述USB接口的地针脚的连接端。

11.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求10所述的电路系统。

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