CN215267648U - 保护电路以及智能设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供了一种保护电路以及智能设备，保护电路包括第一开关、电容以及二极管；第一开关的第一端用于接收输入信号，第一开关的第二端用于连接负载电路；电容的第一端连接于第一开关的第一端，电容的第二端连接于第一开关的控制端；二极管的负极连接于电容的第二端，二极管的正极接地。本实用新型提供的保护电路能够同时具备浪涌保护软启动的功能。

Description

保护电路以及智能设备

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，具体涉及一种保护电路以及智能设备。

背景技术

随着时代的发展，产品功能越来越复杂，面对各种电压输入场合，缺少有效的输入保护会让产品直接失效。现有的产品往往保护功能单一，而功能单一的保护电路无法满足多个应用场景的需求。

实用新型内容

鉴于以上问题，本实用新型提供一种保护电路以及智能设备，能够同时具备浪涌保护和软启动的功能。

本实用新型实施例是采用以下技术方案来实现的：

一种保护电路，其包括第一开关、电容以及二极管；第一开关的第一端用于接收输入信号，第一开关的第二端用于连接负载电路；电容的第一端连接于第一开关的第一端，电容的第二端连接于第一开关的控制端；二极管的负极连接于电容的第二端，二极管的正极接地。

在一些实施方式中，保护电路还包括反接保护电路，反接保护电路连接于第一开关、电容以及二极管，反接保护电路用于在输入信号由二极管的正极接收时保护负载电路。

在一些实施方式中，反接保护电路包括第一电阻以及第二开关；第一电阻的一端连接于第一开关的第一端，第一电阻的另一端连接于二极管的负极；第二开关的第一端连接于第一开关的第二端，第二开关的第二端用于连接负载电路，第二开关的控制端连接于二极管的正极。

在一些实施方式中，第二开关为P-MOS管。

在一些实施方式中，反接保护电路包括第一电阻以及第三开关；第一电阻的一端连接于第一开关的第一端，第一电阻的另一端连接于二极管的负极；第三开关的第一端连接于二极管的正极，第三开关的第二端用于连接负载电路，第三开关的控制端连接于第一开关的第二端。

在一些实施方式中，第三开关为N-MOS管。

在一些实施方式中，第一开关为P-MOS管。

本实用新型实施例还提供一种智能设备，其特征在于，包括设备主体以及设于设备主体内的如上述任一项的保护电路。

相对于现有技术，本实用新型实施例提供的保护电路以及智能设备，该保护电路设置有第一开关、电容以及二极管；第一开关的第一端用于接收输入信号，第一开关的第二端用于连接负载电路；电容的第一端连接于第一开关的第一端，电容的第二端连接于第一开关的控制端；二极管的负极连接于电容的第二端，二极管的正极接地。本实用新型的保护电路在初始上电时输入信号对电容进行充电，在充电阶段第一开关的控制端的电压产生变化，一定时间后当第一开关的控制端的电压为第一开关的导通电压时，第一开关才会导通。因此在初始上电时刻的浪涌电压无法传递到后级负载电路，进而实现浪涌保护；同时，在第一开关的控制端的电压达到稳态过程中能够避免瞬时大电流对后级负载电路充电，进而实现对后级负载电路的软启动。并且在电容的放电阶段电容通过二极管放电，放电时间短，进而能够快速的使系统恢复到初始软启动的状态，从而能够应对在快速插拔机制下的浪涌保护和软启动。

本实用新型的这些方面或其他方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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获得其他的附图。

图1示出了本实用新型实施例提供的一种保护电路的模块框图。

图2示出了本实用新型实施例提供的一种保护电路的电路结构示意图。

图3示出了本实用新型实施例提供的一种反接保护电路的电路结构示意图。

图4示出了图3提供的反接保护电路的反接保护原理示意图。

图5示出了本实用新型实施例提供的另一种反接保护电路的电路结构示意图

图6示出了图5提供的反接保护电路的反接保护原理示意图

图7示出了本实用新型实施例提供的一种智能设备的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施方式，所述实施方式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方式是示例性的，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。

术语解释

软启动：指设备在上电时，电流不存在急剧的突变，电压是稳步上升的；

浪涌电流：急剧变化的电流脉冲；

浪涌电压：通过电流急剧变化产生的尖峰电压；

保险丝T2T指标：指的是使保险丝的熔断体熔化，部分汽化的切断电流所需要的公称能量值，即保险丝熔断所需的最小热能值。其对于熔丝来说是个常数，是由熔丝本身的材质和规格所决定的。T2T指标越大，则说明保险丝越不容易熔断。

随着时代的发展，产品功能越来越复杂，面对各种电压输入场合，缺少有效的输入保护会让产品直接失效。现有的产品往往保护功能单一，而功能单一的保护电路无法满足多个应用场景的需求。

为了解决上述问题，发明人经过长期研究，提出了本实用新型实施例中的保护电路以及智能设备，该保护电路设置有第一开关、电容以及二极管；第一开关的第一端用于接收输入信号，第一开关的第二端用于连接负载电路；电容的第一端连接于第一开关的第一端，电容的第二端连接于第一开关的控制端；二极管的负极连接于电容的第二端，二极管的正极接地。本实用新型的保护电路在初始上电时输入信号对电容进行充电，在充电阶段第一开关的控制端的电压产生变化，一定时间后当第一开关的控制端的电压为第一开关的导通电压时，第一开关才会导通。因此在初始上电时刻的浪涌电压无法传递到后级负载电路，进而实现浪涌保护；同时，在第一开关的控制端的电压达到稳态过程中能够避免瞬时大电流对后级负载电路充电，进而实现对后级负载电路的软启动。并且在电容的放电阶段电容通过二极管放电，放电时间短，进而能够快速的使系统恢复到初始软启动的状态，从而能够应对在快速插拔机制下的浪涌保护和软启动。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，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、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅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，本领域技术人员在没有做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。

如图1所示，图1示意性地示出了本实用新型实施例提供的一种保护电路100，保护电路100包括第一开关110、电容120以及二极管130，第一开关110的第一端用于接收输入信号，第一开关110的第二端用于连接负载电路10；电容120的第一端连接于第一开关110的第一端，电容120的第二端连接于第一开关110的控制端；二极管130的负极连接于电容的第二端，二极管130的正极接地。

本实施例中，该输入信号可以是电源信号，电源信号经过第一开关110可以输入至后级的负载电路10。在一些实施方式中，该输入信号也可以不仅限于电源信号，其也可以为其他的前级输入信号。保护电路100可以作为负载电路10的前级输入保护电路100，以使得负载电路10能够面对各种不同输入信号输入的场合。

上电时，输入信号输入至电容120对电容120进行充电，在电容120的充电阶段，由于电容120两端的电压变化，使得第一开关110的控制端的电压产生变化，在一定时间后当第一开关110的控制端的电压为第一开关110的导通电压时，第一开关110导通。因此在初始上电时刻的浪涌电压无法传递到后级负载电路，进而实现浪涌保护；同时，在第一开关110的控制端的电压达到稳态过程中能够避免瞬时大电流对后级负载电路充电，进而实现对后级负载电路的软启动。并且在电容120的放电阶段(输入断电的情况下)，电容120通过二极管放电，放电时间短，进而能够快速的使系统恢复到初始软启动的状态，从而能够应对在快速插拔机制下的浪涌保护和软启动。

具体地，如图2所示，第一开关110可以三极管、MOS管以及可控硅中的任一种或多种组合。本实用新型实施例中，第一开关110为MOS管Q1，MOS管Q1具体可以为P-MOS管。电容120为电容C1，二极管130为二极管D1。MOS管Q1的源极用于接收输入信号VCC，漏极用于连接负载电路10。电容C1的第一端连接于MOS管Q1的源极，电容C1的第二端连接于MOS管Q1的栅极。二极管D1的负极连接于电容C1的第二端，二极管D1的正极接地。进一步地，保护电路100还可以包括电阻R0，电阻R0的一端连接于电容C1的第二端以及MOS管Q1的栅极，电阻R0的另一端接地。需要说明的是，图2中包括电源地GND1以及负载地GND2。本实用新型实施例中所说的“接地”指的是与电源地GND1连接。

当输入信号VCC输入时，由于电容两端的电压不能突变，因此此时电容C1两端的电压为零，电容C1第二端的电压与电容C1第一端的电压相同，均等于输入信号VCC的电压。而电容C1的第二端与MOS管Q1的栅极相连，因此在输入信号VCC的初始上电时刻，MOS管Q1的栅源电压Vgs为高电平信号，MOS管Q1不导通。由于在输入信号VCC的初始上电时刻MOS管Q1不导通，因此此时浪涌电压无法传递到后级的负载电路10。在电容C1的充电过程中，电容C1两端的电压逐渐增大，那么电容C1的第二端的电压则逐渐减小，也即MOS管Q1的栅源电压Vgs逐渐减小。当电容C1两端的电压被充电至一预设电压时，相应地此时MOS管Q1的栅源电压Vgs下降至MOS管Q1的导通电压，MOS管Q1导通，此时输入信号VCC能够输入到后级负载电路10。因此，在初始上电时刻输入信号VCC无法到达负载，而是经过一定时间后才能够流入负载，实现负载电路10在上电过程中的浪涌保护。

如图2所示，在负载电路10的前级输入端还可以设置电容C0。本实施例中的负载电路10在输入端即使设置有大电容C0时，在上电时也不会出现瞬时大电流为电容C0充电，输入端不会触发过载保护，进而可以正常为负载电路10供电。

具体地，MOS管的导通电阻会根据栅源电压Vgs的大小而表现不同的阻值，其具体表现为栅源电压Vgs的绝对值越大，则MOS管的导通电阻越小。在电容C1的充电过程中，MOS管Q1的栅源电压Vgs逐渐减小，直至栅源电压Vgs达到稳定状态。由于MOS管Q1为P-MOS管，因此在MOS管Q1的栅源电压Vgs达到稳定过程中，MOS管Q1的导通电阻是由大到小变化，此过程中负载电路10输入端的电容C0的充电电流为小电流，避免上电时出现瞬时大电流为电容C0充电的情况，实现对负载电路10的软启动，因此负载电路10的输入端不会触发过载保护，使得输入信号VCC能够正常为负载电路供电。

进一步地，当电容C1处于放电阶段时，电容C1的放电回路为电源地GND1-二极管D1-电容C1-电源，此时电容C1的放电时间非常短，放电时间在纳秒级别，因此保护电路的输入端断电时，电容C1能够快速地完成放电，使得电路系统快速恢复到初始软启动的状态，从而使得在保护电路100的输入端接触不良或者输入端快速插拔的情况下，保护电路100的保护机制能够快速恢复响应，实现在接触不良或快速插拔机制下的浪涌保护。

此外，保护电路100在前级输入端还可以设置熔断器FU，熔断器FU在负载电路10上电时容易被大电流烧毁，传统的解决方式是使用大尺寸封装的熔断器，其具备较高的保险丝T2T指标，不容易被熔断，但是大尺寸封装的熔断器的成本较高。本实施例中，保护电路100在具备浪涌保护和软启动的情况下，上电时不会出现瞬时大电流，因此对于熔断器FU来说，则不必选用具有较高保险丝T2T指标的熔断器，也即无需对熔断器进行大尺寸封装，从而能够减少熔断器的成本和减少印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)的面积。。

如图3所示，保护电路100还可以包括反接保护电路140，反接保护电路140连接于第一开关110、电容120以及二极管130。反接保护电路140能够在输入信号由二极管130的正极接收时保护负载电路10。也即在输入端和电源地GND1反接的情况下避免负载电路10产生不良的影响。

作为一种实施方式，反接保护电路140包括第一电阻R1以及第二开关。第一电阻R1的一端连接于第一开关110的第一端，第一电阻R1的另一端连接于二极管130的负极；第二开关的第一端连接于第一开关110的第二端，第二开关的第二端用于连接负载电路10，第二开关的控制端连接于二极管130的正极。具体地，第二开关可以为三极管、MOS管以及可控硅中的任一种或多种组合。本实施方式中，第二开关可以为MOS管Q2，MOS管Q2可以为P-MOS管。进一步地，反接保护电路140还可以包括第二电阻R2以及第三电阻R3。第一电阻R1的一端连接于MOS管Q1的源极，另一端连接于二极管D1的负极。MOS管Q2的漏极连接于MOS管Q1的漏极、源极连接于负载电路10、栅极连接于第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端连接于二极管D1的正极。第三电阻R3的一端连接于MOS管Q2的漏极、另一端连接于MOS管Q2的栅极。

如图4所示，当输入端与地端反接时，输入信号VCC和GND1信号交换，也即输入信号VCC由a端输入，而b端则接地。此时输入信号VCC经过二极管D1、第一电阻R1形成电流回路。而第一电阻的R1的阻值是可控的，在将第一电阻R1的阻值设置成足够大时，流经该电流回路的电流则足够小，例如当第一电阻R1的阻值大于100KΩ时，该电流回路的电流则非常小。同时，当输入端与地端反接时，MOS管Q2的栅源电压Vgs为高电平信号，使得MOS管Q2不导通，进而避免反接时电流与后级负载电路10形成电流回路。因此反接保护电路140使得输入端与地端反接时不会对负载电路10造成影响，实现对负载电路10的反接保护。

作为另一种实施方式，如图5所示，反接保护电路140包括第一电阻R1以及第三开关。第一电阻R1的一端连接于第一开关110的第一端，第一电阻R1的另一端连接于二极管130的负极。第三开关的第一端连接于二极管130的正极，第三开关的第二端用于连接负载电路10，第三开关的控制端连接于第一开关110的第二端。具体地，第三开关可以为三极管、MOS管以及可控硅中的任一种或多种组合。本实施方式中，第三开关可以为MOS管Q3，MOS管Q3可以为N-MOS管。第一电阻R1的一端连接于MOS管Q1的源极，另一端连接于二极管D1的负极。MOS管Q3的漏极接地、源极连接于负载电路10、栅极连接于MOS管Q1的漏极。

如图6所示，当输入端与地端反接时，输入信号VCC和GND1信号交换，也即输入信号VCC由a端输入，而b端则接地。此时输入信号VCC经过二极管D1、第一电阻R1形成电流回路。而第一电阻的R1的阻值是可控的，在将第一电阻R1的阻值设置成足够大时，流经该电流回路的电流则足够小，例如当第一电阻R1的阻值大于100KΩ时，该电流回路的电流则非常小。同时，当输入端与地端反接时，MOS管Q1的栅源电压Vgs为高电平信号，使得MOS管Q1不导通，进而使得MOS管Q3的栅源电压Vgs为低电平信号，使得MOS管Q3不导通，进而避免反接时电流与后级负载电路10形成电流回路。因此反接保护电路140使得输入端与地端反接时不会对负载电路10造成影响，实现对负载电路10的反接保护。

本实用新型实施例提供的保护电路设置有第一开关、电容以及二极管；第一开关的第一端用于接收输入信号，第一开关的第二端用于连接负载电路；电容的第一端连接于第一开关的第一端，电容的第二端连接于第一开关的控制端；二极管的负极连接于电容的第二端，二极管的正极接地。本实用新型的保护电路在初始上电时输入信号对电容进行充电，在充电阶段第一开关的控制端的电压产生变化，一定时间后当第一开关的控制端的电压为第一开关的导通电压时，第一开关才会导通。因此在初始上电时刻的浪涌电压无法传递到后级负载电路，进而实现浪涌保护；同时，在第一开关的控制端的电压达到稳态过程中能够避免瞬时大电流对后级负载电路充电，进而实现对后级负载电路的软启动。并且在电容的放电阶段电容通过二极管放电，放电时间短，进而能够快速的使系统恢复到初始软启动的状态，从而能够应对在快速插拔机制下的浪涌保护和软启动。

如图7所示，本实用新型实施例还提供一种智能设备200，智能设备200包括设备主体210以及上述的保护电路100。其中上述的保护电路100设于设备主体210内。智能设备200可以是但不限于是智能照明设备、路由器、手机、手表、平板、电脑、冰箱、电视等。

在一些实施例中，主要针对智能照明设备进行说明，智能照明设备可以是但不限于是筒灯、射灯、球泡灯、吸顶灯、灯带以及磁吸灯。

本实用新型实施例提供的智能设备设置有第一开关、电容以及二极管；第一开关的第一端用于接收输入信号，第一开关的第二端用于连接负载电路；电容的第一端连接于第一开关的第一端，电容的第二端连接于第一开关的控制端；二极管的负极连接于电容的第二端，二极管的正极接地。本实用新型的保护电路在初始上电时输入信号对电容进行充电，在充电阶段第一开关的控制端的电压产生变化，一定时间后当第一开关的控制端的电压为第一开关的导通电压时，第一开关才会导通。因此在初始上电时刻的浪涌电压无法传递到后级负载电路，进而实现浪涌保护；同时，在第一开关的控制端的电压达到稳态过程中能够避免瞬时大电流对后级负载电路充电，进而实现对后级负载电路的软启动。并且在电容的放电阶段电容通过二极管放电，放电时间短，进而能够快速的使系统恢复到初始软启动的状态，从而能够应对在快速插拔机制下的浪涌保护和软启动。同时，该智能设备还可以具有反接保护功能，能够在输入反接时为智能设备提供反接保护。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本实用新型，任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种保护电路，其特征在于，包括：

第一开关，所述第一开关的第一端用于接收输入信号，所述第一开关的第二端用于连接负载电路；

电容，所述电容的第一端连接于所述第一开关的第一端，所述电容的第二端连接于所述第一开关的控制端；以及

二极管，所述二极管的负极连接于所述电容的第二端，所述二极管的正极接地。

2.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述保护电路还包括反接保护电路，所述反接保护电路连接于所述第一开关、所述电容以及所述二极管，所述反接保护电路用于在所述输入信号由所述二极管的正极接收时保护所述负载电路。

3.如权利要求2所述的保护电路，其特征在于，所述反接保护电路包括：

第一电阻，所述第一电阻的一端连接于所述第一开关的第一端，所述第一电阻的另一端连接于所述二极管的负极；以及

第二开关，所述第二开关的第一端连接于所述第一开关的第二端，所述第二开关的第二端用于连接所述负载电路，所述第二开关的控制端连接于二极管的正极。

4.如权利要求3所述的保护电路，其特征在于，所述第二开关为P-MOS管。

5.如权利要求2所述保护电路，其特征在于，所述反接保护电路包括：

第一电阻，所述第一电阻的一端连接于所述第一开关的第一端，所述第一电阻的另一端连接于所述二极管的负极；以及

第三开关，所述第三开关的第一端连接于所述二极管的正极，所述第三开关的第二端用于连接所述负载电路，所述第三开关的控制端连接于所述第一开关的第二端。

6.如权利要求5所述的保护电路，其特征在于，所述第三开关为N-MOS管。

7.如权利要求1～6任一项所述的保护电路，其特征在于，所述第一开关为P-MOS管。

8.一种智能设备，其特征在于，包括设备主体以及设于所述设备主体内的如上述权利要求1～7任一项所述的保护电路。

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