CN213243514U - 一种保护电路及电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电子电路技术领域，公开一种保护电路及电子设备。保护电路包括电源输入端、电源输出端、开关电路、储能电路及控制电路，开关电路连接在电源输入端与储能电路之间，控制电路与开关电路连接，控制电路可采集电源输出端的输出信号，并且当输出信号满足预设断开条件时，控制开关电路断开，以断开电源输出端的电源，此时储能电路将开关电路闭合时储存的电能为与电源输出端连接的负载供电。因此，通过上述方式，即使在开关电路断开，电源完全无法为负载供电时，也能通过储能电路继续为负载供电，以保证负载正常连续地工作。

Description

一种保护电路及电子设备

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，特别是涉及一种保护电路及电子设备。

背景技术

目前，在电源给负载供电的过程中，一般会加入保护电路，保护电路会在负载过压或过流时，及时断开电源向负载供电的通路，从而达到保护负载的目的。

然而，发明人在实施本实用新型的过程中，发现现有技术至少存在以下技术问题：当保护电路判断过压或过流发生时，由于断开了电源向负载供电的通路，负载在过压或过流发生时是无法工作的，从而影响了用户体验。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型实施例提供一种保护电路及电子设备，能够解决现有技术中负载在过压或过流发生时无法工作的技术问题。

本实用新型实施例为解决上述技术问题提供了如下技术方案：

在第一方面，本实用新型实施例提供一种保护电路，包括：电源输入端，用于连接电源；电源输出端，用于连接负载；开关电路，连接所述电源输入端；储能电路，分别连接所述开关电路与所述电源输出端，所述储能电路用于储存电源从所述电源输入端到所述电源输出端传输过程中产生的电能；控制电路，与所述开关电路连接，用于采集所述电源输出端的输出信号，并且当所述输出信号满足预设断开条件时，控制所述开关电路断开，以断开所述电源输出端的电源，并且，所述开关电路断开后，所述储能电路将储存的电能为电源输出端供电。

可选地，所述电源输入端包括正极输入端和负极输入端，所述电源输出端包括负极输出端和正极输出端；所述正极输入端和所述正极输出端连接，所述负极输入端和所述负极输出端连接，所述开关电路设置于所述正极输入端和所述正极输出端连接的链路上，或者，设置于所述负极输入端和所述负极输出端连接的链路上。

可选地，所述储能电路包括电感及续流二极管；所述电感、续流二极管、负极输出端和正极输出端依次连接形成续流回路，所述续流二极管还与所述开关电路用于连接电源输入端的一端连接。

可选地，所述储能电路还包括输出电容，所述输出电容一端与所述正极输出端连接，所述输出电容另一端与所述负极输出端连接。

可选地，所述控制电路包括检测电路及驱动电路；所述驱动电路分别与所述开关电路和所述检测电路连接，所述检测电路与所述电源输出端连接，所述检测电路用于采集所述电源输出端的输出信号，并且当所述输出信号满足预设断开条件时，向所述驱动电路发送断开信号，所述驱动电路根据所述断开信号驱动所述开关电路断开。

可选地，所述预设断开条件包括过压条件，所述输出信号包括输出电压并输出采样电压；所述检测电路包括：电压采样电路，用于采集所述电源输出端的输出电压；第一比较电路，所述第一比较电路的第一输入端与所述电压采样电路连接，所述第一比较电路的第二输入端用于被施加第一基准电压，所述第一比较电路的输出端用于当所述采样电压大于所述第一基准电压时，所述输出电压满足过压条件，向所述驱动电路输出所述断开信号。

可选地，所述电压采样电路包括第一电阻及第二电阻；所述第一电阻一端与所述正极输出端连接，所述第一电阻另一端分别与所述第一比较电路的第一输入端及所述第二电阻一端连接，所述第二电阻另一端与负极输出端连接。

可选地，所述预设断开条件包括过流条件；所述检测电路包括：第三电阻，串接于所述电源输出端和电源输入端之间；第二比较电路，所述第二比较电路的第一输入端与所述第三电阻一端连接，所述第二比较电路的第二输入端用于被施加第二基准电压，所述第二比较电路的输出端用于当所述第三电阻一端的电压大于所述第二基准电压时，所述输出信号满足过流条件，向所述驱动电路输出所述断开信号。

可选地，还包括输入电容，所述输入电容一端与所述正极输入端连接，所述输入电容另一端与所述负极输入端连接。

在第二方面，本实用新型实施例提供一种电子设备，包括如上所述的保护电路。

本实用新型实施例的有益效果是：区别于现有技术，提供一种保护电路及电子设备。保护电路包括电源输入端、电源输出端、开关电路、储能电路及控制电路，开关电路连接在电源输入端与储能电路之间，控制电路与开关电路连接，控制电路可采集电源输出端的输出信号，并且当输出信号满足预设断开条件时，控制开关电路断开，以断开电源输出端的电源，此时储能电路将开关电路闭合时储存的电能为与电源输出端连接的负载供电。因此，通过上述方式，即使在开关电路断开，电源完全无法为负载供电时，也能通过储能电路继续为负载供电，以保证负载正常连续地工作。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片仅作为示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本实用新型实施例提供一种保护电路的原理框图；

图2a至图2c是图1中提供一种开关电路的连接示意图；

图3是图1中提供一种控制电路的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供一种保护电路的结构示意图；

图5a及图5b是本实用新型另一实施例提供一种保护电路的结构示意图；

图6是本实用新型又一实施例提供一种保护电路的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面结合附图和具体实施方式，对本申请进行更详细的说明。需要说明的是，当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在第一方面，请参阅图1，图1是本实用新型实施例提供一种保护电路的原理框图。如图1所示，保护电路100包括电源输入端1A及电源输出端1B，电源输入端1A与电源200连接，电源输出端1B与负载300连接，电源200的电能通过电源输入端1A传输至电源输出端1B以满足负载300的用电需求。此外，保护电路100还包括开关电路10、储能电路20及控制电路30。

开关电路10连接电源输入端1A，储能电路20分别与开关电路10及电源输出端1B连接，储能电路20用于储存电源从电源输入端1A到电源输出端1B传输过程中产生的电能，控制电路30与开关电路10连接，在输出信号正常时，控制器30控制开关电路10闭合，电源200通过电源输入端1A和电源输出端1B为负载供电。

控制器30可采集电源输出端1B的输出信号，并且，当输出信号异常或者当输出信号满足预设断开条件时，控制器30控制开关电路10断开，以断开电源输出端1B的电源，此时，电源200无法为负载300供电，而储能电路20则在此时将储存的电能为负载300供电，从而满足负载300的正常用电需求以维持负载300正常工作。

当一些因素造成电源输出端1B的输出信号出现异常时，例如电源200的输入电压过高而造成输出信号异常时，通过及时断开电源供电通路上的开关电路10，避免电源输出端1B过压时对负载300造成不良影响，然而，如果此时负载300完全不能取电，那么，负载300将会处于不连续工作的状态，例如当负载为电风扇时，电风扇若因为电源输入电压过高而处于不连续工作的状态时，虽然电风扇能够得到保护，但是用户体验并不好。于是，在开关电路10断开时，通过储能电路20储存的电能持续为负载300供电，即使输出信号异常，例如过压时，负载300依然能够满足用电需求，从而用户体验更佳。

在本实施例中，当一些因素造成电源输出端1B的输出信号出现异常，控制器30可以及时断开开关电路10以保护负载300，同时，负载300可通过储能电路20储存的电能以满足自身用电需求，可解决输出信号异常时，负载300完全无法取电，从而无法正常工作的问题。

在一些实施例中，开关电路10可以是任意的电子开关管，例如是双极性晶体管(Bipolar Junction Transistor,BJT)、晶闸管、场效应晶体管(Field EffectTransistor，FET)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)以及等等。开关电路10还可以是任意的开关器件，例如继电器等。在一些实施例中，开关电路10可以由各个分立元件组成具有受外部的控制信号进行控制的电路单元，该电路单元的具体组成由设计者根据业务需求和整体电路的工作特点进行设计。

请一并参阅图2a至图2c，在一些实施例中，电源输入端1A包括正极输入端Vi+和负极输入端Vi-，电源输出端1B包括正极输出端Vo+和负极输出端Vo-，正极输入端Vi+和正极输出端Vo+连接，负极输入端Vi-和负极输出端Vo-连接。

如图2a所示，开关电路10设置于正极输入端Vi+和正极输出端Vo+连接的链路上，开关电路10的作用在于接通或阻断电源200的传输通路，可以理解的是，开关电路10也可以设置于负极输入端Vi-和负极输出端Vo-连接的链路上(如图2b所示)，当然，开关电路10还可以同时设置于正极输入端Vi+和正极输出端Vo+连接的链路上以及负极输入端Vi-和负极输出端Vo-连接的链路上(如图2c所示)。

请参阅图3，在一些实施例中，控制电路30包括检测电路31和驱动电路32，驱动电路32分别与开关电路10及检测电路31连接，检测电路31与电源输出端1B连接，检测电路31可采集电源输出端1B的输出信号，并且当输出信号满足预设断开条件时，向驱动电路32发送断开信号，驱动电路32根据断开信号驱动开关电路10断开。

因此，本实施例通过检测电源输出端1B的输出信号，若输出信号出现异常时，可及时断开开关电路10以保护负载300。

输出信号出现异常的情况可以是过压情况，当电源输入端1A输入的电压过高时，电源输出端1B可能会出现过压，过压会对负载300造成不良影响，于是，在一些实施例中，预设断开条件为过压条件，此时检测电路31采集电源输出端的输出信号为输出电压，也即，当输出电压满足过压条件时，驱动电路32驱动开关电路10断开。

请参阅图4，检测电路31包括电压采样电路311及第一比较电路312，电压采样电路311可采集电源输出端1B的输出电压，即正极输出端Vo+与负极输出端Vo-之间的电压，并且，电压采样电路311根据输出电压在电压采样点输出采样电压Vs1，第一比较电路312的第一输入端与电压采样电路311连接，第一比较电路312的第二输入端被施加基准电压Vr1，第一比较电路312将电压采样点的采样电压Vs1与基准电压Vr1进行比较，当采样电压Vs1大于基准电压Vr1时，输出电压满足过压条件，第一比较电路312的输出端向驱动电路32输出断开信号。

在一些实施例中，第一比较电路312可以为任意合适的比较器。断开信号可以为高电平信号，也可以为低电平信号。当断开信号为低电平信号时，举例而言，比较器312的第一输入端为反相输入端，比较器312的第二输入端为同相输入端，也即，比较器312的反相输入端被输入采样电压Vs1，比较器312的同相输入端被施加基准电压Vr1，在正常情况下，输出电压较低，采样电压Vs1也较低，此时，采样电压Vs1小于基准电压Vr1，比较器312的输出端输出高电平信号，驱动电路32根据高电平信号闭合开关电路10。在异常情况下，输出电压较高，采样电压Vs1也较高，此时，采样电压Vs1大于或等于基准电压Vr1，比较器312的输出端输出低电平信号，驱动电路32根据低电平信号断开开关电路10。可以理解的是，比较器312的第一输入端可以为同相输入端，也可以为反向输入端，比较器312的第二输入端可以为同相输入端，也可以为反向输入端，比较器312的同相输入端可以被输入采样电压Vs1，也可以被施加基准电Vr1，比较器312的反相输入端可以被输入采样电压Vs1，也可以被施加基准电Vr1，在不违背本实用新型的技术构思的基础上，所有这些变形均在本实用新型的保护范围之内。

在一些实施例中，电压采样电路311包括第一电阻R1及第二电阻R2，电阻R1一端与正极输出端Vo+连接，电阻R1另一端分别与第一比较电路312的第一输入端及电阻R2一端连接，电阻R2另一端与负极输出端Vo-连接。

电阻R1与电阻R2对输出电压进行分压，得到采样电压Vs1。可以理解的是，电压采样电路311还可以被构建成其他任意形式，例如通过霍尔传感器等对输出电压进行采样，只要输出电压出现过压时，电压采样电路311向驱动电路32输出断开信号，以使驱动电路32驱动开关电路10断开即可。

在一些实施例中，驱动电路32采用德州仪器的UCC21521。UCC21521是一款隔离式双通道栅极驱动器，该驱动器设计用于驱动高达5MHz的功率MOSFET、IGBT和SiC(碳化硅)MOSFET。

在一些实施例中，比较器312为滞回比较器。滞回比较器又称施密特触发器或迟滞比较器。这种比较器的特点是当输入信号逐渐增大或逐渐减小时，它有两个阈值，且不相等，其传输特性具有“滞回”曲线的形状。举例而言，比较器312的反相输入端被输入采样电压，比较器312的同相输入端被施加基准电压Vr1，在异常情况下，例如，输出电压为120V时，采样电压Vs1高于基准电压Vr1，从而比较器312的输出端输出低电平信号，驱动电路32驱动开关电路10断开；输出电压降为100V时，过压情况解除，采样电压Vs1低于基准电压Vr1，从而比较器312的输出端输出高电平信号，驱动电路32驱动开关电路10闭合，电源200重新恢复对负载300供电。因此，由于滞回比较器的这种滞回特性，使得开关电路10不会频繁动作，从而提高系统稳定性和可靠性。

在一些实施例中，如图4所示，储能电路20包括电感L1、续流二极管D1及输出电容C1。

电感L1、续流二极管D1、负极输出端Vo-和正极输出端Vo+串接形成续流回路，续流二极管D1还与开关电路10用于连接电源输入端1B的一端连接。

当输入电压上升时，由于电感L1对电流的抑制作用，输出电压较缓慢上升；当输入电压上升一定值时，输出电压出现过压，采样电压Vs1大于基准电压Vr1，比较器312输出低电平信号，驱动电路32根据低电平信号驱动开关电路10断开。开关电路10断开后，通过续流回路以及输出电容C1两端储存的能量为负载300提供电能，输出电容C1两端的电压下降，当输出电容C1两端的电压下降到一定值时，采样电压Vs1低于基准电压Vr1，比较器312输出高电平信号，驱动电路32根据高电平信号驱动开关电路10闭合。开关电路10闭合后，输入电压通过电感L1继续给电容C1和负载300提供能量，输出电压上升，当输出电压再次出现过压时，开关电路10断开，如此循环反复。

因此，即使当一些因素造成输出电压出现过压时，在保护负载300免受过压影响的基础上，本实施例也能够为负载300持续供电，以维持负载300正常工作，使得负载300在工作过程中不断电。

输出信号出现异常的情况还可以是过流情况，当一些因素造成流经负载300的电流过大时，负载300将会出现损坏的风险。于是，在一些实施例中，预设断开条件为过流条件，此时检测电路31采集流经负载300的负载电流，也即，当负载电流满足过流条件时，驱动电路32驱动开关电路10断开。

在一些实施例中，请一并参阅图5a及图5b，检测电路31包括第三电阻R3以及第二比较电路313。

电阻R3串接于电源输出端1B和电源输入端1A之间，第二比较电路313的第一输入端与电阻R3一端连接，第二比较电路313的第二输入端用于被施加基准电压Vr2，负载电流经电阻R3，形成电压降，以电阻R3的一端作为电流采样点，得到电流采样点电压Vs2，当电流采样点电压Vs2大于基准电压Vr2时，输出信号满足过流条件，第二比较电路313输出断开信号。

其中，电阻R3可串接于正极输入端Vi+和正极输出端Vo+连接的链路上(如图5a所示)，也可串接于负极输入端Vi-和负极输出端Vo-连接的链路上(如图5b所示)，下面以电阻R3串接于负极输入端Vi+和负极输出端Vo+连接的链路上为例进行说明。

第二比较电路313可以为任意合适的比较器，例如滞回比较器，当第二比较电路313选用滞回比较器时，其作用可参考上述电压采样电路311的实施例，在此不再赘述。

其中，断开信号可以为高电平信号，也可以为低电平信号。当断开信号为低电平信号时，举例而言，比较器313的第一输入端为反相输入端，比较器313的第二输入端为同相输入端，也即，比较器313的反相输入端被输入电流采样点电压Vs2，比较器313的同相输入端被施加基准电压Vr2，在正常情况下，负载电流较小，电流采样点电压Vs2相对较低，此时，电流采样点电压Vs2小于基准电压Vr2，比较器313输出高电平信号，驱动电路32根据高电平信号闭合开关电路10。当负载电流异常时，负载电流较大，电流采样点电压Vs2相对较高，此时，电流采样点电压Vs2大于基准电压Vr2，比较器313输出低电平信号，驱动电路32根据低电平信号断开开关电路10。可以理解的是，比较器313的同相输入端、反相输入端与电阻R3、基准电压Vr2可以有多种连接形式，只要能够实现本实用新型的技术构思即可，具体可参考上述电压采样电路311的实施例，在此不再赘述。

还可以理解的是，用于负载电流检测的检测电路31还可以被构建成其他任意形式，例如通过霍尔传感器、电流互感器等对负载电流进行采样，只要负载电流出现过流时，检测电路31向驱动电路32输出断开信号，以使驱动电路32驱动开关电路10断开即可。

检测电路31可同时对输出电压和负载电流进行采样的情况下，由于比较器312和比较器313两路输出信号可能会相互干扰，从而影响驱动电路32的判断。例如，在正常情况下，比较器312和比较器313都输出低电平信号，但出现过压或过流的情况时，比较器312和比较器313中至少一个会输出高电平，当其中一个比较器输出高电平信号，另一个比较器输出低电平信号时，这两个信号则会出现相互干扰，驱动电路32可能无法判断输入信号是低电平信号还是高电平信号。于是，在一些实施例中，请参阅图6，保护电路100还包括隔离电路40，隔离电路40包括二极管D2及二极管D3，二极管D2的阳极与比较器312的输出端连接，二极管D3的阳极与比较器313的输出端连接，二极管D2的阴极与二极管D3的阴极共同连接于驱动电路32。

在本实施例中，例如，在正常情况下，比较器312和比较器313都输出低电平信号，二极管D2及二极管D3均不导通，驱动电路32接收到无效信号，从而驱动开关电路10闭合；当仅出现过压的情况时，比较器312输出高电平信号，比较器312输出低电平信号，二极管D2导通而二极管D3不导通，驱动电路32接收到有效信号(高电平信号)以驱动开关电路10断开。可以理解的是，当出现过压或过流任意一种情况时，驱动电路32都能够接收到有效信号以驱动开关电路10断开。

因此，本实施例通过增加隔离电路40，可避免比较器312和比较器313两路输出信号出现相互干扰的情况，进一步增加系统的可靠性。

如图6所示，保护电路100还包括输入电容C2，输入电容C2一端与正极输入端Vi+连接，输入电容C2另一端与负极输入端Vi-连接，输入电容C2在电路中起到电源滤波的作用，并且，当输入电容C2、电感L1、输出电容C1同时存在时，形成CLC滤波电路，一方面，其能够滤除来自电源或电网的电压谐波或电流谐波进入的负载端，从而降低对负载端的干扰，另一方面，其也能够滤除来自负载端的电压谐波或电流谐波进入电源或电网，降低对电源或电网的干扰。

作为本实用新型实施例的又一方面，本实用新型实施例提供一种电子设备。如图1至图6所示的保护电路用于该电子设备中，其中，该电子设备可以是过压保护器、过流保护器以及等等。

当一些因素造成输出电压过高或流过负载的电流过大，电子设备可以在及时断开电源与负载之间的电能传输通路的同时通过储存的电能持续为负载供电，从而避免过压或过流对负载产生不良影响，同时不影响负载的正常工作。

最后要说明的是，本实用新型可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例，这些实施例不作为对本实用新型内容的额外限制，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。并且在本实用新型的思路下，上述各技术特征继续相互组合，并存在如上所述的本实用新型不同方面的许多其它变化，均视为本实用新型说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种保护电路，其特征在于，包括：

电源输入端，用于连接电源；

电源输出端，用于连接负载；

开关电路，连接所述电源输入端；

储能电路，分别连接所述开关电路与所述电源输出端，所述储能电路用于储存电源从所述电源输入端到所述电源输出端传输过程中产生的电能；

控制电路，与所述开关电路连接，用于采集所述电源输出端的输出信号，并且当所述输出信号满足预设断开条件时，控制所述开关电路断开，以断开所述电源输出端的电源，并且，所述开关电路断开后，所述储能电路将储存的电能为电源输出端供电。

2.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述电源输入端包括正极输入端和负极输入端，所述电源输出端包括正极输出端和负极输出端；

所述正极输入端和所述正极输出端连接，所述负极输入端和所述负极输出端连接，所述开关电路设置于所述正极输入端和所述正极输出端连接的链路上，或者，设置于所述负极输入端和所述负极输出端连接的链路上。

3.根据权利要求2所述的保护电路，其特征在于，所述储能电路包括电感及续流二极管；

所述电感、续流二极管、负极输出端和正极输出端串接形成续流回路，所述续流二极管还与所述开关电路用于连接电源输入端的一端连接。

4.根据权利要求2所述的保护电路，其特征在于，所述储能电路还包括输出电容，所述输出电容一端与所述正极输出端连接，所述输出电容另一端与所述负极输出端连接。

5.根据权利要求2所述的保护电路，其特征在于，所述控制电路包括检测电路及驱动电路；

所述驱动电路分别与所述开关电路及所述检测电路连接，所述检测电路与所述电源输出端连接，所述检测电路用于采集所述电源输出端的输出信号，并且当所述输出信号满足预设断开条件时，向所述驱动电路发送断开信号，所述驱动电路根据所述断开信号驱动所述开关电路断开。

6.根据权利要求5所述的保护电路，其特征在于，所述预设断开条件包括过压条件，所述输出信号包括输出电压；

所述检测电路包括：

电压采样电路，用于采集所述电源输出端的输出电压并输出采样电压；

第一比较电路，所述第一比较电路的第一输入端与所述电压采样电路连接，所述第一比较电路的第二输入端用于被施加第一基准电压，所述第一比较电路的输出端用于当所述采样电压大于所述第一基准电压时，所述输出电压满足过压条件，向所述驱动电路输出所述断开信号。

7.根据权利要求6所述的保护电路，其特征在于，所述电压采样电路包括第一电阻及第二电阻；

所述第一电阻一端与所述正极输出端连接，所述第一电阻另一端分别与所述第一比较电路的第一输入端及所述第二电阻一端连接，所述第二电阻另一端与负极输出端连接。

8.根据权利要求5所述的保护电路，其特征在于，

所述预设断开条件包括过流条件；

所述检测电路包括：

第三电阻，串接于所述电源输出端和电源输入端之间；

第二比较电路，所述第二比较电路的第一输入端与所述第三电阻一端连接，所述第二比较电路的第二输入端用于被施加第二基准电压，所述第二比较电路的输出端用于当所述第三电阻一端的电压大于所述第二基准电压时，所述输出信号满足过流条件，向所述驱动电路输出所述断开信号。

9.根据权利要求2至8任一项所述的保护电路，其特征在于，还包括输入电容，所述输入电容一端与所述正极输入端连接，所述输入电容另一端与所述负极输入端连接。

10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的保护电路。

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