CN214045015U - 电源输入保护电路及电源输入设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电源输入保护电路及电源输入设备，涉及电子技术领域。电源输入保护电路包括检测电路、第一开关电路和第二开关电路；检测电路，用于在检测到电压输出端的电压大于预设阈值时，控制第一开关电路断开，以断开电源输入端口与电压输出端之间的回路；第二开关电路，用于在检测到电源输入端口的正负极之间有相反极性的电压时，断开电源输入端口与电压输出端之间的回路。本实用新型能够在电压输出端电压升高时，断开电源输入，从而实现了对用电设备的过压保护；同时，在输入电压反接时，也能电源输入，实现反向保护。通过兼容过压保护和反向保证，在输入电压异常时，断开电源输入，避免用电设备受到影响。

Description

电源输入保护电路及电源输入设备

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，尤其涉及一种电源输入保护电路及电源输入设备。

背景技术

通常，用电设备需要适宜的工作电压下才能正常工作，也能延迟使用寿命。然而，输入电源易受环境的影响而发生变化，从而使用电设备的工作电压发生波动，对用电设备造成不利影响。或者，由于用户在使用时，误接了电源，导致输入电电压过大，或者电源反接等，可能会导致用电设备的损坏。因此，如何避免输入电压进行管理，避免输入电压异常损坏用电设备，是亟待解决的技术问题。

上述内容仅用于辅助理解本实用新型的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种，旨在解决现有技术中输入电压异常时，容易损坏用电设备的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提出一种电源输入保护电路，电源输入保护电路包括：检测电路、第一开关电路和第二开关电路；检测电路分别与第一开关电路及电压输出端连接，第一开关电路分别与电压输出端、电源输入端口的负极连接，第二开关电路分别与电压输出端、电源输入端口的正极及负极连接；

检测电路，用于在检测到电压输出端的电压大于预设阈值时，控制第一开关电路断开，以断开电源输入端口与电压输出端之间的回路；

第二开关电路，用于在检测到电源输入端口的正负极之间有相反极性的电压时，断开电源输入端口与电压输出端之间的回路。

可选的，第一开关电路包括第一MOS管和第一电阻；第一MOS管的漏极与电压输出端连接，第一MOS管的源极与电源输入端口的负极连接，第一MOS管的栅极分别与第一电阻的第一端及检测电路连接，第一电阻的第二端与电压输出端连接。

可选的，第一开关电路还包括第一电容，第一电容的第一端与电压输出端连接，第一电容的第二端与第一MOS管的漏极连接，第一电容的第二端接地。

可选的，检测电路包括阈值电路和第三开关电路，阈值电路分别与电压输出端及第三开关电路的第一端连接，第三开关电路的第二端与第一MOS管的栅极连接，第三开关电路的第三端与第一MOS管的源极连接；

阈值电路，用于在检测到电压输出端的电压大于预设阈值时，生成开关信号，并将开关信号传输至第三开关电路；

第三开关电路，用于在接收到开关信号时，连通第一MOS管的栅极与源极之间的回路。

可选的，阈值电路包括稳压二极管，稳压二极管的阴极与电压输出端连接，稳压二极管的阳极与第三开关电路的第一端连接。

可选的，第三开关电路包括三极管及第二电阻，三极管的集电极与第一MOS管的栅极连接，三极管的发射极与第一MOS管的源极连接，三极管的基极与第二电阻的第一端连接，第二电阻的第二端与阈值电路连接。

可选的，检测电路还包括第二电容，第二电容的第一端与电压输出端连接，第二电容的第二端与第三开关电路的第一端连接。

可选的，第二开关电路包括第二MOS管和第三电阻；第二MOS管的漏极与电源输入端口的正极连接，第二MOS管的栅极与第三电阻的第一端连接，第三电阻的第二端与电源输入端口的负极连接，第二MOS管的源极与电压输出端连接。

可选的，第二开关电路还包括第三电容和第四电容；第三电容的第一端和第四电容的第一端均与第二MOS管的漏极连接，第三电容的第二端和第四电容的第二端均接地。

为实现上述目的，本实用新型还提出一种电源输入设备，电源输入设备包括如上文所述的电源输入保护电路。

在本实用新型中，通过设置检测电路、第一开关电路和第二开关电路构成电源输入保护电路；检测电路，用于在检测到电压输出端的电压大于预设阈值时，控制第一开关电路断开，以断开电源输入端口与电压输出端之间的回路；第二开关电路，用于在检测到电源输入端口的正负极之间有相反极性的电压时，断开电源输入端口与电压输出端之间的回路。本实用新型能够在电压输出端电压升高时，断开电源输入，从而实现了对用电设备的过压保护；同时，在输入电压反接时，也能电源输入，实现反向保护。通过兼容过压保护和反向保证，在输入电压异常时，断开电源输入，避免用电设备受到影响。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型提出电源输入保护电路第一实施例的电路结构示意图；

图2为本实用新型提出电源输入保护电路第二实施例的电路结构示意图；

图3为本实用新型提出电源输入保护电路第三实施例的电路结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	检测电路	Vout	电压输出端
1001	阈值电路	C1～C4	第一至第四电容
				1002	第三开关电路	R1～R3	第一至第三电阻
200	第一开关电路	Q1～Q2	第一至第二MOS管
				300	第二开关电路	ZD	稳压二极管
V+	电源输入端口的正极	T	三极管
				V-	电源输入端口的负极

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，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。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

参照图1，图1为本实用新型提出电源输入保护电路第一实施例的电路结构示意图。

如图1所示，在第一实施例中，电源输入保护电路包括检测电路100、第一开关电路200和第二开关电路300；检测电路100分别与第一开关电路200及电压输出端Vout连接，第一开关电路200分别与电压输出端Vout、电源输入端口的负极V-连接，第二开关电路300分别与电压输出端Vout、电源输入端口的正极V+及负极V-连接。

需要说明的是，电源输入端口可以为插座，插座的正极V+及负极V-用于接入输入电源，该输入电源可以为适配器电源。用户在将适配器的插头插入插座中时，电源输入端口可从适配器接收到电源。用户在使用用电设备时，可能会将不匹配的适配器插入，从而造成输入电源过高。或者，在插入适配器插头时，将正负接反，从而造成电源反接。

电压输出端Vout与用电电路连接，用电电路是指用电设备的工作电路，如在显示设置中，用电电路可以为显示驱动电路；在音响设备中，用电电路可以为功率放大电路。电压输出端Vout用于将输入电源提供至用电电路。

检测电路100，用于在检测到电压输出端的电压大于预设阈值时，控制第一开关电路200断开，以断开电源输入端口与电压输出端之间的回路。第二开关电路300，用于在检测到电源输入端口Vout的正负极之间有相反极性的电压时，断开电源输入端口与电压输出端之间的回路。

在输入电源正常的情况下，第一开关电路200和第二开关电路300均处于导通状态，电源输入端口的正极V+与负极V-之间的回路导通，电流从电源输入端口的正极V+流向负极V-。电源输入端口Vout处于回路之中，自然也能够有电流输出。

随着输入电源的电压升高，并超过预设阈值时，检测电路100控制第一开关电路200断开。电源输入端口的正极V+与负极V-之间的回路端开，电源输入端口Vout也没有电源输出，电源无法从电源输入端口传输到电源输入端口Vout，再到用电电路，从而保护了用电电路的安全。其中，预设阈值可根据需要设置，本实施方式对此不加以限制。

在具体实现时，检测电路100可在检测到电压输出端的电压大于预设阈值时，向第一开关电路200发送一触发信号，该触发信号可以为电压信号。第一开关电路200在接收到该触发信号后，断开自身通路，从而断开正极V+与负极V-之间的回路。

需要说明的是，第二开关电路300可配置为单向导通电路，即允许电流从正极V+流向负极V-。因此，在用户将插头插反时，电源输入端口反接，电流无法从负极V-流向正极V+，从而实现了反向保护。单向导通电路可以采用二极管设计，当然还可以采用其他开关器件进行设计，具体电路结构可根据需求进行设置，本实施方式对此不加以限制。

在第一实施例中，通过设置检测电路、第一开关电路和第二开关电路构成电源输入保护电路；检测电路，用于在检测到电压输出端的电压大于预设阈值时，控制第一开关电路断开，以断开电源输入端口与电压输出端之间的回路；第二开关电路，用于在检测到电源输入端口的正负极之间有相反极性的电压时，断开电源输入端口与电压输出端之间的回路。本实施例能够在电压输出端电压升高时，断开电源输入，从而实现了对用电设备的过压保护；同时，在输入电压反接时，也能电源输入，实现反向保护。通过兼容过压保护和反向保证，在输入电压异常时，断开电源输入，避免用电设备受到影响。

参照图2，图2为本实用新型提出电源输入保护电路第二实施例的电路结构示意图。基于上述第一实施例，本实用新型提出电源输入保护电路第二实施例。

如图2所示，在第二实施例中，第一开关电路200包括第一MOS管Q1和第一电阻R1；第一MOS管Q1的漏极与电压输出端Vout连接，第一MOS管Q1的源极与电源输入端口的负极V-连接，第一MOS管Q1的栅极分别与第一电阻R1的第一端及检测电路100连接，第一电阻R10的第二端与电压输出端连接Vout。

需要说明的是，第一MOS管Q1可以为N沟道MOS管。在正常情况下，即存在电源输入时，第一MOS管Q1的栅极大于第一MOS管Q1的源极电压，在两端压差Vgs大于第一MOS管Q1的导通电压时，第一MOS管Q1导通。此时，在第二开关电路300也导通的情况下，电流从电源输入端口的正极V+流向负极V-，电源输入端口Vout也存在有电流输出。用电电路得电，正常工作。

为了保证电压的稳定性，通常，在电源输入端口Vout设置滤波电容，以稳定输出电压。在本实施例中，第一开关电路200还包括第一电容C1，第一电容C1的第一端与电压输出端Vout连接，第一电容C1的第二端与第一MOS管Q1的漏极连接，第一电容C2的第二端接地。

可以理解的是，若要使第一MOS管Q1断开，可降低第一MOS管Q1的栅极电压。因此，检测电路100可向第一MOS管Q1的栅极输出以低电压信号，则使第一MOS管Q1断开。

在本实施方式中，检测电路100包括阈值电路1001和第三开关电路1002，阈值电路1001分别与电压输出端Vout及第三开关电路1002的第一端连接，第三开关电路1002的第二端与第一MOS管Q1的栅极连接，第三开关电路1002的第三端与第一MOS管Q1的源极连接；阈值电路1001，用于在检测到电压输出端Vout的电压大于预设阈值时，生成开关信号，并将开关信号传输至第三开关电路1002；第三开关电路1002，用于在接收到开关信号时，连通第一MOS管Q1的栅极与源极之间的回路。

可以理解的是，第三开关电路1002连通第一MOS管Q1的栅极与源极之间的回路后，第一MOS管Q1的两端压差Vgs为0，第一MOS管Q1断开。电源输入端口的正极V+与负极V-之间的回路端开，电源输入端口Vout也没有电源输出，电源无法从电源输入端口传输到电源输入端口Vout，再到用电电路。

为准确对电压输出端Vout的电压进行检测，在本实施方式中，阈值电路1001包括稳压二极管ZD，稳压二极管ZD的阴极与电压输出端Vout连接，稳压二极管ZD的阳极与第三开关电路1002的第一端连接。

可以理解的是，随着输入电源的电压升高，稳压二极管ZD被击穿，电流流向第三开关电路1002，从而实现了对电压输出端Vout的电压检测。在本实施方式中，预设阈值为稳压二极管ZD的击穿电压，开关信号为击穿后的电流信号。

在本实施方式中，第三开关电路1002包括三极管T及第二电阻R2，三极管T的集电极与第一MOS管Q1的栅极连接，三极管T的发射极与第一MOS管Q1的源极连接，三极管T的基极与第二电阻R2的第一端连接，第二电阻R2的第二端与阈值电路1001连接。

可以理解的是，三极管T的基极接收到电流信号后，三极管T的基极与发射极之间施加有正向电压，在正向电压大于三极管T的导通电压时，三极管T导通。此时第一MOS管Q1的栅极电压与源极电压相等，第一MOS管Q1断开。

需要注意的是，若输入电压过高，在输入电压V大于第一MOS管Q1的最高耐压BVdss时，会造成第一MOS管Q1的损坏。因此，过压保护的极限电压为第一MOS管Q1的最高耐压BVdss。

此外，需要说明的是，由于第一电容C1的存在，在适配器电源接入的瞬间，第一电容C1短路，在输入电源之间存在瞬间大电流，从而引起电源输入端口发生打火现象。为避免打火现象，在本实施方式中，检测电路100还包括第二电容C2，第二电容C2的第一端与电压输出端Vout连接，第二电容C2的第二端与第三开关电路1002的第一端连接。

可以理解的是，在适配器电源接入的瞬间，第二电容C2导通，向第三开关电路1002传输电流信号，从而控制第一开关电路200断开，使得第一电容C1所在回路断开。用电电路与输入电源之间没有地通路，不会产生瞬间大电流，出现打火现象。

在第二实施例中，采用MOS管构成第一开关电路，再结合稳压二极管和三极管构成检测电路，在实现过压保护的同时，降低了硬件成本。同时，通过设置第二电容，能够有效避免在输入电源接入瞬间，产生的打火现象，提高了产品的使用寿命。

参照图3，图3为本实用新型提出电源输入保护电路第三实施例的电路结构示意图。基于上述第一实施例和第二实施例，本实用新型提出电源输入保护电路第三实施例。本实施例以第二实施例为基础进行说明，但不限于在第二实施例的基础上实施。

如图2所示，在第三实施例中，第二开关电路200包括第二MOS管Q2和第三电阻R3；第二MOS管的Q2漏极与电源输入端口的正极V+连接，第二MOS管Q2的栅极与第三电阻R3的第一端连接，第三电阻R3的第二端与电源输入端口的负极V-连接，第二MOS管Q2的源极与电压输出端Vout连接。

需要说明的是，第二MOS管的Q2可以为P沟通MOS管。在输入电源极性正常的情况下，第二MOS管Q2正常导通。当然，若输入电源的电压V小于第二MOS管Q2的寄生二极管的导通电压Ud时，第二MOS管Q2仍不会导通。随着输入电压的上升，V>Ud时，电流流经寄生二极管，此时第二MOS管Q2源极电压小于输入电压V。当第二MOS管Q2导通后，电流从第二MOS管Q2的漏极流向源极，而不再经过寄生二极管，此时第二MOS管Q2源极电压等于输入电压V。

在输入电源极性异常的情况下，即电源反接时，输入电流可从第一MOS管Q2的寄生二极管流过。但，由于第二MOS管Q2的栅极电压大于源极电压，第二MOS管Q2断开，从而使电源输入端口正极V+与负极V-之间的回路断开。

需要注意的是，若输入电压过高，在输入电压V大于第二MOS管Q1的最高耐压BVdss时，会造成第二MOS管Q1的损坏。因此，反向保护的极限电压为第一MOS管Q1的最高耐压BVdss。

此外，为了保证输入电源电压的稳定，在本实施方式中，第二开关电路300还包括第三电容C3和第四电容C4；第三电容C3的第一端和第四电容C4的第一端均与第二MOS管Q2的漏极连接，第三电容C3的第二端和第四电容C4的第二端均接地。通过设置并联电容，可实现对输入电源的电压波动的抑制，保证输入电压的稳定。

在第三实施例中，仅采用MOS管构成第二开关电路，减少了阻容件及二极管等元器件的使用，在实现反向保护的同时，降低了硬件成本。本实施例中的电源输入保护电路采用了较少了元器件，降低了硬件成本，还节约了采用MCU方案的软件开发成本。

为实现上述目的，本实用新型还提出一种电源输入设备，电源输入设备包括如上文所述的电源输入保护电路。该电路的具体结构参照上述实施例，由于本电源输入设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种电源输入保护电路，其特征在于，所述电源输入保护电路包括：检测电路、第一开关电路和第二开关电路；所述检测电路分别与第一开关电路及电压输出端连接，所述第一开关电路分别与所述电压输出端、电源输入端口的负极连接，所述第二开关电路分别与所述电压输出端、所述电源输入端口的正极及负极连接；

所述检测电路，用于在检测到所述电压输出端的电压大于预设阈值时，控制所述第一开关电路断开，以断开所述电源输入端口与所述电压输出端之间的回路；

所述第二开关电路，用于在检测到所述电源输入端口的正负极之间有相反极性的电压时，断开所述电源输入端口与所述电压输出端之间的回路。

2.如权利要求1所述的电源输入保护电路，其特征在于，所述第一开关电路包括第一MOS管和第一电阻；所述第一MOS管的漏极与所述电压输出端连接，所述第一MOS管的源极与所述电源输入端口的负极连接，所述第一MOS管的栅极分别与所述第一电阻的第一端及所述检测电路连接，所述第一电阻的第二端与所述电压输出端连接。

3.如权利要求2所述的电源输入保护电路，其特征在于，所述第一开关电路还包括第一电容，所述第一电容的第一端与所述电压输出端连接，所述第一电容的第二端与所述第一MOS管的漏极连接，所述第一电容的第二端接地。

4.如权利要求2所述的电源输入保护电路，其特征在于，所述检测电路包括阈值电路和第三开关电路，所述阈值电路分别与所述电压输出端及所述第三开关电路的第一端连接，所述第三开关电路的第二端与所述第一MOS管的栅极连接，所述第三开关电路的第三端与所述第一MOS管的源极连接；

所述阈值电路，用于在检测到所述电压输出端的电压大于预设阈值时，生成开关信号，并将所述开关信号传输至所述第三开关电路；

所述第三开关电路，用于在接收到所述开关信号时，连通所述第一MOS管的栅极与源极之间的回路。

5.如权利要求4所述的电源输入保护电路，其特征在于，所述阈值电路包括稳压二极管，所述稳压二极管的阴极与所述电压输出端连接，所述稳压二极管的阳极与所述第三开关电路的第一端连接。

6.如权利要求4所述的电源输入保护电路，其特征在于，所述第三开关电路包括三极管及第二电阻，所述三极管的集电极与所述第一MOS管的栅极连接，所述三极管的发射极与所述第一MOS管的源极连接，所述三极管的基极与所述第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端与所述阈值电路连接。

7.如权利要求4所述的电源输入保护电路，其特征在于，所述检测电路还包括第二电容，所述第二电容的第一端与所述电压输出端连接，所述第二电容的第二端与所述第三开关电路的第一端连接。

8.如权利要求1-7中任一项所述的电源输入保护电路，其特征在于，所述第二开关电路包括第二MOS管和第三电阻；所述第二MOS管的漏极与所述电源输入端口的正极连接，所述第二MOS管的栅极与所述第三电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端与所述电源输入端口的负极连接，所述第二MOS管的源极与所述电压输出端连接。

9.如权利要求8所述的电源输入保护电路，其特征在于，所述第二开关电路还包括第三电容和第四电容；所述第三电容的第一端和所述第四电容的第一端均与所述第二MOS管的漏极连接，所述第三电容的第二端和所述第四电容的第二端均接地。

10.一种电源输入设备，其特征在于，所述电源输入设备包括如权利要求1-9中任一项所述的电源输入保护电路。

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