CN213341997U - 一种电源防呆电路、电子设备与电源线 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种电源防呆电路、电子设备与电源线，电源防呆电路包括第一输入端、第二输入端、第一开关单元、第二开关单元、正极输出端与负极输出端；第一输入端用于连接外部电源的正极端或负极端中的一端；第二输入端用于连接外部电源的正极端或负极端中的另外一端；第一开关单元包括第一开关管和第二开关管，第一开关管或第二开关管用于将第一输入端或第二输入端连接至正极输出端；第二开关单元包括第三开关管和第四开关管，第三开关管或第四开关管用于将第一输入端或第二输入端连接至负极输出端。通过上述方式，本实用新型在外部电源的正负极接反时，负载端的用电设备还能够正常工作。

Description

一种电源防呆电路、电子设备与电源线

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，特别是涉及一种电源防呆电路、电子设备与电源线。

背景技术

用电设备通常需要外接电源，而如果外接电源的正负极接反，就可能导致用电设备被损坏。

目前通常的做法是在结构上进行防呆设置，保证外接电源的正负极不能接反；或者电路上做防反接电路，在外接电源的正负极接反的时候给予保护，使外接电源不能对用电设备输出，然而以上做法虽然能够在外接电源的正负极接反时，防止用电设备被损坏，但是在外接电源正负极接反时需要手工进行调换再重新接入，带来不必要的麻烦。

实用新型内容

本实用新型实施例主要解决的技术问题是提供一种电源防呆电路、电子设备与电源线，本实用新型在外部电源的正负极接反时，负载端的用电设备还能够正常工作。

为实现上述目的，第一方面，本实用新型提供一种电源防呆电路，包括：

第一输入端、第二输入端、第一开关单元、第二开关单元、正极输出端与负极输出端；

所述第一输入端用于连接外部电源的正极端或负极端中的一端；

所述第二输入端用于连接所述外部电源的正极端或负极端中的另外一端；

所述第一开关单元分别与所述第一输入端、所述第二输入端以及所述正极输出端连接，所述第一开关单元包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管或所述第二开关管用于将所述第一输入端或所述第二输入端连接至所述正极输出端；

所述第二开关单元分别与所述第一输入端、所述第二输入端以及所述负极输出端连接，所述第二开关单元包括第三开关管和第四开关管，所述第三开关管或所述第四开关管用于将所述第一输入端或所述第二输入端连接至所述负极输出端。

在一种可选的方式中，所述第一开关管与所述第二开关管为PMOS开关管，所述第三开关管和所述第四开关管为NMOS开关管。

在一种可选的方式中，所述第一输入端分别与所述第一开关管的漏极以及所述第二开关管的栅极连接；

所述第二输入端分别与所述第一开关管的栅极以及所述第二开关管的漏极连接；

所述正极输出端分别与所述第一开关管的源极与所述第二开关管的源极连接。

在一种可选的方式中，所述第一输入端分别与所述第三开关管的漏极以及所述第四开关管的栅极连接；

所述第二输入端分别与所述第三开关管的栅极以及所述第四开关管的漏极连接；

所述负极输出端分别与所述第三开关管的源极与所述第四开关管的源极连接。

在一种可选的方式中，所述第一开关单元还包括第一稳压二极管与第二稳压二极管；

所述第一稳压二极管的阳极与阴极分别与所述第一开关管的栅极与源极连接；

所述第二稳压二极管的阳极与阴极分别与所述第二开关管的栅极与源极连接。

在一种可选的方式中，所述第一开关单元还包括第一限流电阻；

所述第一限流电阻的一端与所述第一输入端连接，所述第一限流电阻的另一端与所述第二开关管的栅极连接。

在一种可选的方式中，所述第二开关单元还包括第三稳压二极管与第四稳压二极管；

所述第三稳压二极管的阳极与阴极分别与所述第三开关管的源极与栅极连接；

所述第四稳压二极管的阳极与阴极分别与所述第四开关管的源极与栅极连接。

在一种可选的方式中，所述第二开关单元还包括第二限流电阻；

所述第二限流电阻的一端与所述第二输入端连接，所述第二限流电阻的另一端与所述第三开关管的栅极连接。

第二方面，本实用新型实施例还提供一种电子设备，所述电子设备包括如上所述的电源防呆电路。

第三方面，本实用新型实施例还提供一种电源线，用于连接外部电源和电子设备，所述电源线包括如上所述的电源防呆电路。

本实用新型实施例的有益效果是：本实用新型提供的电源防呆电路采用纯硬件电路搭建，则各个开关管的开关速度较快，可以达到纳秒的级别，电源防呆电路包括第一输入端、第二输入端、第一开关单元、第二开关单元、正极输出端与负极输出端，其中，第一开关单元包括第一开关管与第二开关管，第二开关单元包括第三开关管和第四开关管；若第一输入端与外部电源的正极端连接且第二输出端与外部电源的负极端连接，则第一输入端通过第一开关管连接至正极输出端，第二输入端通过第四开关管连接至负极输出端，同样的，若第一输入端与外部电源的负极端连接且第二输出端与外部电源的正极端连接，则第一输入端通过第三开关管连接至负极输出端，第二输入端通过第二开关管连接至正极输出端，因此正极输出端始终连接外部电源的正极端，负极输出端始终连接外部电源的负极端，那么使用正极输出端与负极输出端连接负载时，即使外部电源的正负极接反，负载端的用电设备也能够正常工作。

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进行示例性说明，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为本实用新型实施例提供的电源防呆电路的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的电源防呆电路的电路结构示意图；

图3为本实用新型另一实施例提供的电源防呆电路的结构示意图；

图4为本实用新型另一实施例提供的电源防呆电路的电路结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参照图1，图1为本实用新型实施例提供的电源防呆电路的结构示意图，电源防呆电路包括第一输入端10、第二输入端20、第一开关单元30、第二开关单元40、正极输出端50与负极输出端60，其中，第一开关单元30包括第一开关管31和第二开关管32；第二开关单元40包括第三开关管41和第四开关管42。

具体地，第一输入端10用于连接外部电源的正极端或负极端中的一端，第二输入端20用于连接外部电源的正极端或负极端中的另外一端，即若第一输入端10连接外部电源的正极端，则第二输入端20连接外部电源的负极端；反之，若第一输入端10连接外部电源的负极端，则第二输入端20连接外部电源的正极端。

第一开关单元30分别与第一输入端10、第二输入端20以及正极输出端50连接，其中，第一开关单元30中的第一开关管31或第二开关管32能够将第一输入端10或第二输入端20连接至正极输出端50；第二开关单元40分别与第一输入端10、第二输入端20以及负极输出端60连接，其中，第三开关管41或第四开关管42能够将第一输入端10或第二输入端20连接至负极输出端60。

实际应用中，当第一输入端10连接外部电源的正极端，以及第二输入端20连接外部电源的负极端时，第一开关管31与第四开关管42导通，从而使正极输出端50通过第一开关管31连接至第一输入端10，即外部电源的正极端，同时负极输出端60通过第四开关管42连接至第二输入端20，即外部电源的负极端；而当第一输入端10连接外部电源的负极端，以及第二输入端20连接外部电源的正极端时，第二开关管32与第三开关管41导通，从而使正极输出端50通过第二开关管32连接至第二输入端20，即外部电源的正极端，同时负极输出端60通过第三开关管32连接至第一输入端10，即外部电源的负极端。

综上，在外部电源的正负极正接或反接时，正极输出端50均连接至外部电源的正极，负极输出端60均连接至外部电源的负极，因此若使用该正极输出端50与负极输出端60为电子产品等用电设备供电，即使出现了外部电源的正负极反接的情况，也不会影响到电子产品等用电设备的正常工作。

应理解，第一开关管31、第二开关管32、第三开关管41以及第四开关管42可选用MOS管、三极管或IGBT开关管等的其中一种即可，第第一开关管31、第二开关管32、第三开关管41以及第四开关管42可以一样，也可以不一样，这里不做限制，例如，在一实施例中，第一开关管31、第二开关管32、第三开关管41以及第四开关管42同时选用三极管。

可选地，第一开关管31与第二开关管32为PMOS开关管，第三开关管41和第四开关管42为NMOS开关管。

示例性地，如图2所示，第一开关管31为第一MOS管Q1，第二开关管32为第二MOS管Q2，第三开关管41为第三MOS管Q3，第四开关管42为第四MOS管Q4。

其中，在一实施方式中，第一输入端10分别与第一MOS管Q1的漏极以及第二MOS管Q2的栅极连接，第二输入端20分别与第一MOS管Q1的栅极以及第二MOS管Q2的漏极连接，正极输出端50分别与第一MOS管Q1的源极与第二MOS管Q2的源极连接。

具体地，当第一输入端10连接外部电源的正极端，以及第二输入端20连接外部电源的负极端时，与第一MOS管Q1的栅极连接的是外部电源的负极端，第一MOS管Q1的栅极为低电平，与第一MOS管Q1的漏极连接的是外部电源的正极端，第一MOS管Q1的漏极为高电平，且第一MOS管Q1的漏极通过第一MOS管Q1的体二极管与第一MOS管Q1的源极连接，则第一MOS管Q1的漏极与源极之间的电压差为第一MOS管Q1的体二极管的压降，由于常用的MOS管的体二极管压降不超过0.7V，压降较小可忽略不计，因此第一MOS管Q1的源极也为高电平，此时第一输入端10通过第一MOS管Q1的漏极与源极，并连接至正极输出端50，即正极输出端50与外部电源的正极端连接；同时第二MOS管Q2的栅极与源极均为高电平，第二MOS管Q2处于关断状态，即外部电源的负极端与正极输出端50之间为隔断状态。而当第一输入端10连接外部电源的负极端，以及第二输入端20连接外部电源的正极端时，基于同样的理由，第二输入端20通过导通的第二MOS管Q2连接至正极输出端50，使正极输出端50与外部电源的正极端连接，且第一输入端10，即外部电源的负极端会由于第一MOS管Q1的关断而与正极输出端50之间为隔断状态。

在另一实施例中，第一输入端10分别与第三MOS管Q3的漏极以及第四MOS管Q4的栅极连接，第二输入端20分别与第三MOS管Q3的栅极以及第四MOS管Q4的漏极连接，负极输出端60分别与第三MOS管Q3的源极与第四MOS管Q4的源极连接。

具体地，当第一输入端10连接外部电源的正极端，以及第二输入端20连接外部电源的负极端时，第三MOS管Q3的栅极连接的是外部电源的负极端，第三MOS管Q3的栅极为低电平，第三MOS管Q3的源极通过第四MOS管Q4的体二极管连接至第二输入端20，第三MOS管Q3的源极也为低电平，则第三MOS管Q3的栅源极均为低电平，第三MOS管Q3处于关断状态，则外部电源的正极端与负极输出端60之间为隔断状态；而第四MOS管Q4的栅极与第一输入端10连接，第四MOS管Q4的栅极为高电平，第四MOS管Q4的源极通过第四MOS管Q4的体二极管连接至第二输入端20，第四MOS管Q4的源极为低电平，因此第四MOS管Q4的栅极与源极有压差，使第四MOS管Q4导通，负极输出端60通过导通的第四MOS管Q4与第二输入端20连接，即负极输出端60与外部电源的负极端连接。而当第一输入端10连接外部电源的负极端，以及第二输入端20连接外部电源的正极端时，基于同样的理由，第一输入端10能够通过导通的第三MOS管Q3连接至负极输出端60，使负极输出端60与外部电源的负极端连接，且第二输入端20，即外部电源的正极端会由于第四MOS管Q4的关断而与负极输出端60之间为隔断状态。

可理解，即使上述中的任意一个MOS管本身由于质量较差等原因被损坏，MOS管的体二极管也能保障电路的导通，可起到防止电路锁死的效果。

可选地，如图3所示，第一开关单元30还包括第一稳压二极管33与第二稳压二极管34；第二开关单元40还包括第三稳压二极管43与第四稳压二极管44。

其中，在一实施例中，请结合图3参照4，第一稳压二极管33选用稳压管ZD1，第二稳压二极管34选用稳压管ZD2，第三稳压二极管43选用稳压管ZD3，第四稳压二极管44选用稳压管ZD4。

稳压管ZD1的阳极与阴极分别与第一MOS管Q1的栅极与源极连接，稳压管ZD2的阳极与阴极分别与第二MOS管Q2的栅极与源极连接，稳压管ZD3的阳极与阴极分别与第三MOS管Q3的源极与栅极连接；稳压管ZD4的阳极与阴极分别与第四MOS管Q4的源极与栅极连接。

各个稳压管起到保护与之对应的MOS管不被击穿的作用。以稳压管ZD1为例进行说明，假设外部电源的电压较高，则第一MOS管Q1的栅源极电压也较高，可能会导致第一MOS管Q1被击穿，因此，需设置稳压管ZD1防止上述异常情况发生。

具体地，当外部电源的电压较高时，稳压管ZD1首先被击穿，然后稳压管ZD1两端的电压基本上稳定在击穿电压附近，则能够将第一MOS管Q1的栅源极电压钳位为较为稳定的电压，且该电压小于第一MOS管Q1的击穿电压，从而对第一MOS管Q1起到保护作用，防止第一MOS管Q1被过高的电压击穿。

实际应用中，可根据第一MOS管Q1的击穿电压选择稳压二极管的型号，例如，若第一MOS管Q1为击穿电压大于16V的MOS管，则可选用稳压值为16V的稳压管ZD1，当第一MOS管Q1的栅源极电压超过16V时，立即被稳压二极管钳位在16V，则可以防止第一MOS管Q1被损坏，提高电源防呆电路工作的稳定性。同样的，稳压管ZD2、稳压管ZD3、稳压管ZD4也是对对应的MOS管起到保护作用，具体原理与稳压管ZD1类似，其在本领域技术人员容易理解的范围内，这里不再赘述。

请再次参阅图3，可选地，第一开关单元30还包括第一限流电阻35，第二开关单元40还包括第二限流电阻45。

其中，在一实施例中，请结合图3参照4，第一限流电阻35选用第一电阻R1，第二限流电阻45选用第二电阻R2。

具体地，第一电阻R1的一端与所述第一输入端10连接，第一电阻R1的另一端与第二MOS管Q2的栅极连接；第二电阻R2的一端与第二输入端20连接，第二电阻R2的另一端与第三MOS管Q3的栅极连接。

第一电阻R1与第二电阻R2均作为限流电阻使用，防止电流过大造成开关管被击穿。当外部电源的正极端连接到第一输入端10，且外部电源的负极端连接到第二输入端20，那么第一输入端10、第一电阻R1、稳压管ZD4以及第四MOS管Q4的漏源极间形成回路，则外部电源的电压为第一电阻R1两端的电压、稳压管ZD4的反向击穿电压以及第四MOS管Q2的漏源极电压之和，假设外部电源的电压为V1，稳压管ZD2的工作电流为I1，稳压管ZD2的反向击穿电压为V2，第四MOS管Q4的漏源极的电阻为R_Q4，负载端的电流为I2，其中，负载端的电流I2指的是当正极输出端50与负极输出端60连接至电子设备等负载时的电路中的总电流，则第一电阻R1两端的电压V_R1＝V1-V2-I2×R_Q4,可得第一电阻R1的电阻值

那么可根据电路的实际运行情况选择合适的限流电阻，避免因限流电阻选择不当导致电源防呆电路工作异常，例如，如果限流电阻的电阻值过大，则有可能导致在各个MOS管的栅源极之间的电压均不足以驱动MOS管导通，从而导致电源防呆电路工作异常。

本实用新型实施例还提供一种电子设备，该电子设备包括如上所述的电源防呆电路，在该电子设备使用时，无需关注外部电源的正负极情况，方便用户进行重复拔插操作。

本实用新型实施例还提供一种电源线，电源线可用于连接外部电源和电子设备，电源线包括如上所述的电源防呆电路。

本实用新型提供的电源防呆电路采用纯硬件电路搭建，开关速度较快，可以达到纳秒的级别，电源防呆电路包括第一输入端10、第二输入端20、第一开关单元30、第二开关单元40、正极输出端50与负极输出端60，其中，第一开关单元30包括第一开关管31与第二开关管32，第二开关单元40包括第三开关管41和第四开关管42；若第一输入端10与外部电源的正极端连接且第二输出端20与外部电源的负极端连接，则第一输入端10通过第一开关管31连接至正极输出端50，第二输入端20通过第四开关管42连接至负极输出端60，同样的，若第一输入端10与外部电源的负极端连接且第二输出端20与外部电源的正极端连接，则第一输入端10通过第三开关管41连接至负极输出端60，第二输入端20通过第二开关管32连接至正极输出端50，因此正极输出端50始终连接外部电源的正极端，负极输出端60始终连接外部电源的负极端，那么使用正极输出端与负极输出端连接负载时，即使外部电源的正负极接反，负载端的用电设备也能够正常工作，并且若将本实用新型提供的电源防呆电路应用在一些电压较高的场合中，各个MOS管导通时的栅源极之间压差较高，可使MOS管的内阻降到最低值，从而最大程度的减少线路上的发热损耗。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述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申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种电源防呆电路，其特征在于，包括：

第一输入端、第二输入端、第一开关单元、第二开关单元、正极输出端与负极输出端；

所述第一输入端用于连接外部电源的正极端或负极端中的一端；

所述第二输入端用于连接所述外部电源的正极端或负极端中的另一端；

所述第一开关单元分别与所述第一输入端、所述第二输入端以及所述正极输出端连接，所述第一开关单元包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管或所述第二开关管用于将所述第一输入端或所述第二输入端连接至所述正极输出端；

所述第二开关单元分别与所述第一输入端、所述第二输入端以及所述负极输出端连接，所述第二开关单元包括第三开关管和第四开关管，所述第三开关管或所述第四开关管用于将所述第一输入端或所述第二输入端连接至所述负极输出端。

2.根据权利要求1所述的电源防呆电路，其特征在于，

所述第一开关管与所述第二开关管为PMOS开关管，所述第三开关管和所述第四开关管为NMOS开关管。

3.根据权利要求2所述的电源防呆电路，其特征在于，

所述第一输入端分别与所述第一开关管的漏极以及所述第二开关管的栅极连接；

所述第二输入端分别与所述第一开关管的栅极以及所述第二开关管的漏极连接；

所述正极输出端分别与所述第一开关管的源极与所述第二开关管的源极连接。

4.根据权利要求3所述的电源防呆电路，其特征在于，

所述第一输入端分别与所述第三开关管的漏极以及所述第四开关管的栅极连接；

所述第二输入端分别与所述第三开关管的栅极以及所述第四开关管的漏极连接；

所述负极输出端分别与所述第三开关管的源极与所述第四开关管的源极连接。

5.根据权利要求2-4任意一项所述的电源防呆电路，其特征在于，

所述第一开关单元还包括第一稳压二极管与第二稳压二极管；

所述第一稳压二极管的阳极与阴极分别与所述第一开关管的栅极与源极连接；

所述第二稳压二极管的阳极与阴极分别与所述第二开关管的栅极与源极连接。

6.根据权利要求5所述的电源防呆电路，其特征在于，

所述第一开关单元还包括第一限流电阻；

所述第一限流电阻的一端与所述第一输入端连接，所述第一限流电阻的另一端与所述第二开关管的栅极连接。

7.根据权利要求6所述的电源防呆电路，其特征在于，

所述第二开关单元还包括第三稳压二极管与第四稳压二极管；

所述第三稳压二极管的阳极与阴极分别与所述第三开关管的源极与栅极连接；

所述第四稳压二极管的阳极与阴极分别与所述第四开关管的源极与栅极连接。

8.根据权利要求7所述的电源防呆电路，其特征在于，

所述第二开关单元还包括第二限流电阻；

所述第二限流电阻的一端与所述第二输入端连接，所述第二限流电阻的另一端与所述第三开关管的栅极连接。

9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求1-8任意一项所述的电源防呆电路。

10.一种电源线，用于连接外部电源和电子设备，其特征在于，所述电源线包括如权利要求1-8任意一项所述的电源防呆电路。

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