CN213304965U - 过压保护电路及过压保护器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种过压保护电路及过压保护器。过压保护电路包括：供电模块，用于提供供电电源；过压检测模块，与供电模块电连接，用于设定过压阈值，并对供电电源与过压阈值进行比较以生成开关控制信号；开关控制模块，与过压检测模块电连接，用于根据开关控制信号控制供电电源的输出状态；其中，所述开关控制模块包括：第一稳压管和第一开关管。本实用新型实施例通过过压检测模块检测供电模块的过压状态，并在过压时控制第一开关管断路，以保护后级电路的安全。通过第一稳压管与第一开关管并联连接，使第一稳压管为第一开关管提供偏置电压，使得供电电源在达到60V正常电压时仍能对供电电源进行过压检测，从而提高了过压保护电路的适用性。

Description

过压保护电路及过压保护器

技术领域

本实用新型涉及过压保护领域，尤其是涉及一种过压保护电路及过压保护器。

背景技术

目前，电源适配器的通用性强，不同输出电压的电源适配器可能具有同样结构的输出插头，因此容易误插较高电压电源的适配器，使供电电压大于后级电路器件的可承受电压，容易使器件击穿或造成火灾等危险。

在相关技术中，通过采用耐高压的供电输入过压保护专用芯片，或采用由单元器件组成的简单输入过压保护电路，对后级电路进行过压保护。但过压保护专用芯片价格昂贵，而相关技术中的过压保护电路受开关管栅极和源极之间耐压受限的影响，供电电压通常不能超过20V，使过压保护电路的使用存在局限性。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种过压保护电路，能够对电路进行过压检测并在过压时提供自动过压保护，提高了过压保护电路的适用性，可适用于供电电源不超过60V、过压阈值可调的应用场合。

本实用新型还提出一种具有上述过压保护电路的过压保护器。

根据本实用新型的第一方面实施例的过压保护电路，包括：供电模块，用于提供供电电源；过压检测模块，与供电模块电连接，用于设定过压阈值，并对所述供电电源与所述过压阈值进行比较以生成开关控制信号；开关控制模块，与所述过压检测模块电连接，用于根据所述开关控制信号控制所述供电电源的输出状态；其中，所述开关控制模块包括：第一稳压管和第一开关管，所述第一稳压管与所述第一开关管并联连接，所述第一稳压管还与所述过压检测模块电连接，用于为所述第一开关管提供钳位电压；所述第一开关管用于根据所述开关控制信号控制所述供电电源的输出状态。

根据本实用新型实施例的过压保护电路，至少具有如下有益效果：通过过压检测模块200检测供电模块的过压状态，并在过压时控制第一开关管关断，以保护后级电路的安全。通过设置第一稳压管与第一开关管并联连接，使第一稳压管为第一开关管提供钳位电压，使得过压保护电路在供电电源达到60V电压时仍能正常进行过压检测，从而提高了过压保护电路的适用性。

根据本实用新型的一些实施例，所述过压检测模块包括：第二开关管，与所述第一稳压管并联连接；第二稳压管，所述第二稳压管的一端与所述第二开关管电连接，所述第二稳压管的另一端接地。

根据本实用新型的一些实施例，所述过压检测模块还包括：第一电阻，所述第一电阻的一端与所述供电模块电连接，所述第一电阻的另一端与所述第二稳压管的一端电连接；第二电阻，所述第二电阻的一端与所述第一电阻的另一端电连接，所述第二电阻的另一端与所述第二开关管电连接。

根据本实用新型的一些实施例，所述第二开关管包括：三极管，所述三极管的基极与所述第二电阻的另一端电连接，所述三极管的发射极分别与所述第一稳压管的一端和所述供电模块电连接，所述三极管的集电极与所述第一稳压管的另一端电连接。

根据本实用新型的一些实施例，所述三极管为PNP型三极管。

根据本实用新型的一些实施例，所述第一开关管包括：MOS管，所述MOS管的栅极与所述第一稳压管的另一端电连接，所述MOS管的源极分别与所述第一稳压管的一端和所述供电模块电连接，所述MOS管的漏极与后级电路电连接。

根据本实用新型的一些实施例，所述开关控制模块还包括：第三电阻，所述第三电阻的一端与所述MOS管的栅极电连接，所述第三电阻的另一端接地。

根据本实用新型的一些实施例，所述MOS管为P沟道型MOS管。

根据本实用新型的一些实施例，所述MOS管的Vds耐压大于75V。

根据本实用新型的第二方面实施例的过压保护器，包括第一方面的过压保护电路。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明，其中：

图1为本实用新型过压保护电路的一具体实施例模块框图；

图2为本实用新型过压保护电路的另一具体实施例电路原理图。

附图标记：

供电模块100、过压检测模块200、开关控制模块300。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

第一方面，本申请提供了一种过压保护电路。

参照图1，在一些实施例中，过压保护电路包括：供电模块100、过压检测模块200和开关控制模块300。供电模块100用于提供供电电源；过压检测模块200与供电模块100电连接，用于设定过压阈值，并对供电电源与过压阈值进行比较以生成开关控制信号，从而检测供电电源的过压状态；开关控制模块300与过压检测模块200电连接，用于根据开关控制信号控制供电电源的输出状态。其中，参照图2，开关控制模块300包括：第一稳压管ZD1和第一开关管Q1，第一稳压管ZD1与第一开关管Q1并联连接，第一稳压管ZD1还与过压检测模块200电连接，第一稳压管ZD1用于为第一开关管Q1提供钳位电压；第一开关管Q1用于根据开关控制信号控制供电电源的输出状态。具体地，过压检测模块200的一端与供电模块100电连接，过压检测模块200的另一端与开关控制模块300电连接。供电模块100用于为后级电路提供供电电源，过压检测模块200通过将过压阈值和供电电源进行比较以得到供电电源的过压状态。当供电电源大于过压阈值时，判定此时电路处于过压状态，第一开关管Q1断路，控制供电电源不输出；当供电电源小于过压阈值时，判定此时电路处于正常状态，第一开关管Q1导通，控制供电模块100正常为后级电路提供供电电源。第一稳压管ZD1通过与第一开关管Q1并联连接，在供电电源达到60V正常电压范围内时，第一稳压管ZD1将第一开关管Q1的偏置电压钳位在20V以下的安全范围，使供电电源在60V时，过压保护电路也能正常进行过压检测，从而保护后级电路的供电安全。

第一方面提供的过压保护电路通过过压检测模块200检测供电模块100的过压状态，并在过压时控制第一开关管Q1关断，以保护后级电路的安全。通过设置第一稳压管ZD1与第一开关管Q1并联连接，使第一稳压管ZD1为第一开关管Q1提供钳位电压，使得过压保护电路在供电电源达到60V电压时仍能正常进行过压检测，从而提高了过压保护电路的适用性。

参照图2，在一些实施例中，过压检测模块200包括：第二开关管Q2和第二稳压管ZD2。第二开关管Q2与第一稳压管ZD1并联连接。第二稳压管ZD2的一端与第二开关管Q2电连接，第二稳压管ZD2的另一端接地，第二稳压管ZD2用于设定过压阈值。具体地，第二稳压管ZD2的一端分别与供电模块100和第二开关管Q2电连接，第二稳压管ZD2的另一端接地。供电模块100用于提供供电电源VDD，将第二稳压管ZD2的工作电压设定为过压检测模块200的过压阈值。当供电电源VDD大于第二稳压管ZD2的工作电压时，第二稳压管ZD2导通，进而第二开关管Q2也导通，使得第一开关管Q1因被第二开关管Q2短路而关断，此时供电电源处于过压状态。当供电电源VDD小于第二稳压管ZD2的工作电压时，第二稳压管ZD2截止，进而第二开关管Q2也截止，使得第一开关管Q1通过第一稳压管ZD1提供的钳位电压导通，此时供电电源处于正常电压范围。在一些具体的实施例中，第二稳压管ZD2可选择DC10V至DC48V、1/2W的稳压二极管。可以理解的是，第二稳压管ZD2工作电压的选取(过压阈值的设定)应视后级电路的具体保护电压值而定，但第二稳压管ZD2的工作电压应至少比后级电路的正常工作电压高出5V，以免影响后级电路的正常工作。例如，当供电电源VDD等于24V时，第二稳压管ZD2可选取30V、1/2W的稳压二极管；当供电电源VDD等于5V或12V时，第二稳压管ZD2可选取18V、1/2W的稳压二极管。

在一些实施例中，过压检测模块200还包括：第一电阻R1和第二电阻R2。第一电阻R1的一端与供电模块100电连接，第一电阻R1的另一端与第二稳压管ZD2的一端电连接。第二电阻R2的一端与第一电阻R1的另一端电连接，第二电阻R2的另一端与第二开关管Q2电连接。具体地，第二电阻R2的一端与第一电阻R1和第二稳压管ZD2一端的连接节点电连接，第二电阻R2的另一端与第二开关管Q2电连接。第一电阻R1为第二稳压管ZD2的分流偏置电阻，第二电阻R2为第二稳压管ZD2和第二开关管Q2的限流电阻。在一些具体的实施例中，结合实际应用中电源适配器的电压范围通常为DC5V至DC48V，所以第一电阻R1可选择10KΩ、1/2W电阻，第二电阻R2可选择4.7KΩ至10KΩ、1/2W电阻。可以理解的是，第一电阻R1和第二电阻R2的具体阻值可根据供电电源VDD与第二稳压管ZD2的电压差的大小而适应性选取，供电电源VDD与第二稳压管ZD2的电压差越大，应选取第二电阻R2的阻值也越大。

在一些实施例中，第二开关管Q2包括：三极管。三极管的基极与第二电阻R2的另一端电连接，三极管的发射极分别与第一稳压管ZD1的一端和供电模块100电连接，三极管的集电极与第一稳压管ZD1的另一端电连接。具体地，三极管的发射极与供电模块100和第一稳压管ZD1一端的连接节点电连接，三极管的集电极同时与第一稳压管ZD1的另一端和第一开关管Q1电连接。当供电电源VDD大于第二稳压管ZD2的工作电压时，第二稳压管ZD2导通，供电电源VDD经三极管的发射极、三极管的基极、第二电阻R2和第二稳压管ZD2到地，三极管因发射极和基极间有电流通过而导通，第一开关管Q1被三极管短路从而关断供电电源的输出，以实现对后级电路的保护。当供电电源VDD小于第二稳压管ZD2的工作电压时，第二稳压管ZD2截止，三极管因发射极和基极间无电压差而截止，第一开关管Q1因源极和栅极间存在电压差而导通，以实现对后级电路的正常供电。

在一些实施例中，三极管为PNP型三极管。具体地，三极管可选择型号为MMBT3906、MMBT5401等漏极电流小的PNP型三极管，所选用的三极管的集电极和发射极之间的耐压值应至少比供电电源VDD高10V。

在一些实施例中，第一开关管Q1包括：MOS管。MOS管的栅极与第一稳压管ZD1的另一端电连接，MOS管的源极分别与第一稳压管ZD1的一端和供电模块100电连接，MOS管的漏极与后级电路电连接。具体地，第一稳压管ZD1与MOS管的源极和栅极并联连接，三极管的发射极与MOS管的源极电连接，三极管的集电极与MOS管的栅极电连接。在一些具体的实施例中，开关控制模块300还包括：第三电阻R3。第三电阻R3的一端与MOS管的栅极电连接，第三电阻R3的另一端接地。当供电电源VDD小于第二稳压管ZD2的工作电压时，三极管截止，当供电电源VDD高于所选的第一稳压管ZD1的工作电压时，供电电源VDD流经第一稳压管ZD1、第三电阻R3至地。第一稳压管ZD1因有电流流经而产生钳位电压，以保护MOS管不被高于Vgs耐压值的电压击穿。由于该钳位电压大于MOS管栅极和源极之间的导通电压，因此MOS管导通，供电电源VDD经MOS管输出Vout至后级电路，以对后级电路进行供电。当供电电源VDD低于第一稳压管ZD1的工作电压时，第一稳压管ZD1截止，第一稳压管ZD1不起钳位作用。此时，MOS管因源极(即供电电源VDD)与栅极(电位等同于地)之间存在电压差而导通，输入的供电电源VDD经MOS管向后级电路供电输出。

在一些具体的实施例中，第一稳压管ZD1可选取4.3V至12V、1W的稳压二极管，第一稳压管ZD1工作电压的取值既要使MOS管栅极和源极之间有足够高的电压而被彻底导通，以减少MOS管导通内阻的影响及MOS管导通后产生的热量；同时又不能因为工作电压取值过高而损坏MOS管。第三电阻R3可选取7.5KΩ至10KΩ、1/4W的电阻，以限制供电电源VDD等于60V时流经第一稳压管ZD1的最大电流不超过6mA，从而避免第一稳压管ZD1因过热而损坏。

在一些实施例中，MOS管为P沟道型MOSFET管，MOS管的耐电流应为后级电路最大工作电流的5倍以上。为了使供电电源VDD等于60V时过压保护电路仍可以自动过压保护，MOS管的漏极和源极之间的耐压Vds应不低于75V，例如，可选取型号为T0-252贴片封装、耐压100V的NCE01P13K等的MOS管。

在一个具体的实施例中，当供电电源VDD大于第二稳压管ZD2的工作电压时，第二稳压管ZD2导通，三极管因发射极和基极间有流经第二稳压管ZD2的电流而导通，MOS管的源极和栅极因被三极管短路而关断，从而自动切断MOS管的供电输出，以保护后级电路的供电安全。当供电电源VDD小于第二稳压管ZD2的工作电压时，第二稳压管ZD2截止，三极管因发射极和基极间没有电流流经而截止。当供电电源VDD大于第一稳压管ZD1的工作电压时，输入的供电电源VDD经第一稳压管ZD1和第三电阻R3到地，第一稳压管ZD1因有电流流经而产生钳位电压，MOS管栅极和源极之间因有钳位电压而导通，输入的供电电源VDD经MOS管向后级电路供电输出。当供电电源VDD小于第一稳压管ZD1的工作电压时，第一稳压管ZD1截止，MOS管因源极(即供电电源VDD)与栅极(电位等同于地)之间存在电压差而导通，输入的供电电源VDD经MOS管向后级电路供电输出。

第一方面提供的过压保护电路通过设定第二稳压管ZD2的工作电压及选取Vds耐压大于75V的MOS管，即可在输入的供电电源大于60V的情况下，过压保护电路仍能实现供电电源出现过压状态时控制MOS管自动切断，从而保证后级电路的供电安全，并提高了过压保护电路的适用性。

第二方面，本申请实施例提供了一种过压保护器，包括第一方面的过压保护电路。

上面结合附图对本实用新型实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (10)

1.过压保护电路，其特征在于，包括：

供电模块，用于提供供电电源；

过压检测模块，与供电模块电连接，用于设定过压阈值，并对所述供电电源与所述过压阈值进行比较以生成开关控制信号；

开关控制模块，与所述过压检测模块电连接，用于根据所述开关控制信号控制所述供电电源的输出状态；

其中，所述开关控制模块包括：第一稳压管和第一开关管，所述第一稳压管与所述第一开关管并联连接，所述第一稳压管还与所述过压检测模块电连接，用于为所述第一开关管提供钳位电压；所述第一开关管用于根据所述开关控制信号控制所述供电电源的输出状态。

2.根据权利要求1所述的过压保护电路，其特征在于，所述过压检测模块包括：

第二开关管，与所述第一稳压管并联连接；

第二稳压管，所述第二稳压管的一端与所述第二开关管电连接，所述第二稳压管的另一端接地。

3.根据权利要求2所述的过压保护电路，其特征在于，所述过压检测模块还包括：

第一电阻，所述第一电阻的一端与所述供电模块电连接，所述第一电阻的另一端与所述第二稳压管的一端电连接；

第二电阻，所述第二电阻的一端与所述第一电阻的另一端电连接，所述第二电阻的另一端与所述第二开关管电连接。

4.根据权利要求3所述的过压保护电路，其特征在于，所述第二开关管包括：

三极管，所述三极管的基极与所述第二电阻的另一端电连接，所述三极管的发射极分别与所述第一稳压管的一端和所述供电模块电连接，所述三极管的集电极与所述第一稳压管的另一端电连接。

5.根据权利要求4所述的过压保护电路，其特征在于，所述三极管为PNP型三极管。

6.根据权利要求2至5任一项所述的过压保护电路，其特征在于，所述第一开关管包括：

MOS管，所述MOS管的栅极与所述第一稳压管的另一端电连接，所述MOS管的源极分别与所述第一稳压管的一端和所述供电模块电连接，所述MOS管的漏极与后级电路电连接。

7.根据权利要求6所述的过压保护电路，其特征在于，所述开关控制模块还包括：

第三电阻，所述第三电阻的一端与所述MOS管的栅极电连接，所述第三电阻的另一端接地。

8.根据权利要求7所述的过压保护电路，其特征在于，所述MOS管为P沟道型MOS管。

9.根据权利要求8所述的过压保护电路，其特征在于，所述MOS管的Vds耐压大于75V。

10.过压保护器，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的过压保护电路。

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