CN215897289U - 一种Buck型拓扑结构的电源保护电路 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种Buck型拓扑结构的电源保护电路，实现了过压和欠压可调的保护隔离作用，且输入端电压保护的范围更宽泛；同时缩小了芯片体积，减小了PCB的占用空间，也降低了成本。本申请包括：OVP保护模块和Buck电源模块；所述OVP保护模块的输出端与所述Buck电源模块的输入端电性连接；所述OVP保护模块用于动态调节欠压阈值和过压阈值；当所述OVP保护模块的输入端的电压高于过压阈值或者低于欠压阈值时，所述OVP保护模块断开与所述Buck电源模块的电性连接。

Description

一种Buck型拓扑结构的电源保护电路

技术领域

本申请实施例涉及芯片设计领域，特别涉及一种Buck型拓扑结构的电源保护电路。

背景技术

近年来IC芯片制程工艺不断提高，伴随的结果是芯片体积越来越小集成度越来越高，高集成度和自保护性已成为芯片发展必不可少的要素和导向。

现在终端产品(手机、平板、笔记本、扫码机等有接口的终端产品)的供电电路多为DC/DC电源芯片，其输入端电压范围一般为几伏到几十伏且自带欠压、过压和短路电流保护功能。DC/DC电源芯片内部结构的一种为Buck电路，这种DC/DC Buck电路芯片的优势在于输入电压范围广，输出电压能自行设定，最大负载电流能根据需求进行定制。DC/DC Buck电路芯片的不足之处在于当芯片输入端外接接口座子如Type-C和USB座子，VBUS端的供电电源波动较大时，DC/DC电源芯片自带的欠压、过压和短路电流保护功能有限，且欠压和过压阈值不可调。

为了解决上述问题，实际设计电路时，需要在接口端额外增加一颗过电压保护(OVP,Overvoltage Protection)芯片确保该支线电路的安全稳定性，然而增加一颗OVP保护芯片，两颗IC芯片占PCB空间较大，在集成度很高的手机和平板等消费类电子产品硬件设计中有明显劣势，且成本也偏高。

实用新型内容

本申请提供了一种Buck型拓扑结构的电源保护电路，实现了过压和欠压可调的保护隔离作用，且输入端电压保护的范围更宽泛；同时缩小了芯片体积，减小了PCB的占用空间，也降低了成本。

本申请实施例第一方面提供了一种Buck型拓扑结构的电源保护电路，包括：

OVP保护模块和Buck电源模块；

所述OVP保护模块的输出端与所述Buck电源模块的输入端电性连接；

所述OVP保护模块用于动态调节欠压阈值和过压阈值；

当所述OVP保护模块的输入端的电压高于过压阈值或者低于欠压阈值时，所述OVP保护模块断开与所述Buck电源模块的电性连接。

可选的，所述OVP保护模块设置有OVLO引脚和UVLO引脚，所述OVLO引脚和所述UVLO引脚用于连接上拉电阻至所述OVP保护模块的输入端，连接下拉电阻接地。

可选的，所述电源保护电路还包括外围电路模块，所述外围电路模块设置有第一电阻和第三电阻，所述上拉电阻的电阻值为所述第一电阻与所述第三电阻的比值。

可选的，所述外围电路模块还设置有第二电阻和第四电阻，所述下拉电阻的电阻值为所述第二电阻与所述第四电阻的比值。

可选的，所述OVLO引脚的输入电压由所述第一电阻和所述第二电阻动态调节得到。

可选的，所述UVLO引脚的输入电压由所述第三电阻和所述第四电阻动态调节得到。

可选的，所述OVP保护模块还设置有开关元件，所述开关元件串联在所述OVP保护模块的输入端和所述OVP保护模块的输出端之间的线路上。

可选的，所述OVP保护模块还设置有使能控制端，所述使能控制端用于当所述OVP保护模块的输入端的电压高于过压阈值或者低于欠压阈值时，关断所述开关元件，以使得所述Buck电源模块的输入端电压为零。

可选的，所述OVP保护模块还设置有热关断保护开关，所述热关断保护开关用于在测量电路温度超过预设阈值时关闭电路。

可选的，所述电源保护电路还包括负载模块，所述负载模块与所述Buck电源模块电性连接。

以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

本申请中，设计一种Buck型拓扑结构的电源保护电路，将Buck电源模块和OVP保护模块串联连接，通过OVP保护模块来实现过压和欠压可调的保护隔离作用，且输入端电压保护的范围更宽泛；同时，将Buck电源模块和OVP保护模块放在同一个电路结构中，由两颗IC芯片变为一颗IC芯片，不仅缩小了芯片体积，减小了PCB的占用空间，也降低了成本。

附图说明

图1为本申请实施例中Buck型拓扑结构的电源保护电路的电路图。

具体实施方式

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”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，仅用于说明各部件或组成部分之间的相对位置关系，并不特别限定各部件或组成部分的具体安装方位。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，在本申请中所附图式所绘制的结构、比例、大小等，均仅用于配合说明书所揭示的内容，以供本领域技术人员了解与阅读，并非用于限定本申请可实施的限定条件，故不具有技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均仍应落在本申请所揭示的技术内容涵盖的范围内。

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，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通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，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种Buck型拓扑结构的电源保护电路，实现了过压和欠压可调的保护隔离作用，且输入端电压保护的范围更宽泛；同时缩小了芯片体积，减小了PCB的占用空间，也降低了成本。

需要说明的是，以下关于Buck型拓扑结构的电源保护电路的实施例所描述的各个部位之间的位置关系皆是以图1为依据，图1中，负载模块4所在的方位为右边，外围电路模块3所在的方位为左边。

请参阅图1，本申请实施例提供了一种Buck型拓扑结构的电源保护电路，包括：

OVP保护模块1和Buck电源模块2；

OVP保护模块1的输出端与Buck电源模块2的输入端电性连接；

OVP保护模块1用于动态调节欠压阈值和过压阈值；

当OVP保护模块1的输入端的电压高于过压阈值或者低于欠压阈值时，OVP保护模块1断开与Buck电源模块2的电性连接。

需要说明的是，OVP保护指的是过电压保护,其作用是当被保护线路的电源电压高于一定数值时，保护器切断该线路；当电源电压恢复到正常范围时，保护器自动接通。过压保护(OVP)器件用于保护后续电路免受甩负载或瞬间高压的破坏。

本申请实施例中，OVP保护模块1输出端与Buck电源模块2的输入端电性连接，OVP保护模块1可动态调节欠压阈值和过压阈值，在该Buck电路中,当OVP保护模块1的输入端电压高于OVP保护模块1的最大电压或者低于最小电压时，会触发OVP保护模块1的OVLO或UVLO功能让OVP保护模块1的输出端的电压降为零进行保护，因为OVP保护模块1和Buck电源模块2串联连接，当OVP保护模块1的输出端的电压降为零时，Buck电源模块2的输入端的电压自然也为零，从而起到电路欠压保护和过压保护功能。

本申请实施例中，设计一种Buck型拓扑结构的电源保护电路，将Buck电源模块2和OVP保护模块1串联连接，通过OVP保护模块1来实现过压和欠压可调的保护隔离作用，且输入端电压保护的范围更宽泛；同时，将Buck电源模块2和OVP保护模块1放在同一个电路结构中，由两颗IC芯片变为一颗IC芯片，不仅缩小了芯片体积，减小了PCB的占用空间，也降低了成本。

可选的，OVP保护模块1设置有OVLO引脚11和UVLO引脚12，OVLO引脚11和UVLO引脚12用于连接上拉电阻至OVP保护模块1的输入端，连接下拉电阻接地。

本申请实施例中，OVP保护模块1设置有OVLO引脚11和UVLO引脚12，需要说明的是，OVLO指的是过压锁定，UVLO指的是欠压锁定，通过在OVLO引脚11和UVLO引脚12接上拉电阻至OVP保护模块1的输入端，接下拉电阻到地来设置不同的OVLO电压和UVLO电压，从而起到欠压保护和过压保护功能。

可选的，所述电源保护电路还包括外围电路模块3，外围电路模块3设置有第一电阻和第三电阻，所述上拉电阻的电阻值为所述第一电阻与所述第三电阻的比值。

需要说明的是，本申请实施例中，电源保护电路还包括外围电路模块，外围电路模块3、OVP保护模块1以及Buck电源模块2从左至右依次电性连接，外围电路模块3通过设置多个电阻来动态调节上拉电阻和下拉电阻的电阻值，进而调节OVLO引脚11和UVLO引脚12的欠压阈值和过压阈值。

第一电阻与第三电阻的电阻值可以根据需要设置，电阻值不同得到的比值也会不同，通过变换第一电阻与第三电阻的电阻值，来实现改变上拉电阻的电阻值的目的。

可选的，外围电路模块3还设置有第二电阻和第四电阻，所述下拉电阻的电阻值为所述第二电阻与所述第四电阻的比值。

需要说明的是，本申请实施例中，第二电阻与第四电阻的电阻值可以根据需要设置，电阻值不同得到的比值也会不同，通过变换第二电阻与第四电阻的电阻值，来实现改变下拉电阻的电阻值的目的。

可选的，OVLO引脚11的输入电压由所述第一电阻和所述第二电阻动态调节得到。

可选的，UVLO引脚12的输入电压由所述第三电阻和所述第四电阻动态调节得到。

需要说明的是，本申请实施例中，OVLO引脚11的输入电压的设置公式V1＝(R1+R2)/R2，UVLO引脚12的输入电压的设置公式为V2＝(R3+R4)/R3，其中，R1为第一电阻的电阻值,R2为第二电阻的电阻值,R3为第三电阻的电阻值,R4为第四电阻的电阻值。

OVLO引脚11通过电阻分压器网络设置过压锁定跳变点，由第一电阻和第二电阻实现OVLO调节设置，当OVP保护模块1的输入端电压大于OVLO引脚11的输入电压V1时，开关关闭；UVLO引脚12由第三电阻和第四电阻实现UVLO调节设置，当OVP保护模块1的输入端电压小于UVLO引脚11的输入电压V2时，开关关闭，从而保护电路器件。

可选的，OVP保护模块1还设置有开关元件13，开关元件13串联在OVP保护模块1的输入端和OVP保护模块1的输出端之间的线路上。

需要说明的是，本申请实施例中，OVP保护模块1还设置有开关元件13，串联在OVP保护模块1的输入端和OVP保护模块1的输出端之间的线路上，开关元件13为MOSFET管或晶体管，用于当发生过压或者欠压时，OVP保护模块1迅速关闭MOSFET管，断开与下游电路的连接，以保护负载电路。

可选的，OVP保护模块1还设置有使能控制端14，使能控制端14用于当OVP保护模块1的输入端的电压高于过压阈值或者低于欠压阈值时，关断开关元件13，以使得Buck电源模块2的输入端电压为零。

本申请实施例中，OVP保护模块1还设置有使能控制端14，使能控制引脚是逻辑兼容输入，用于激活主MOSFET管开关，从而为输出引脚供电，使能控制是高电平有效或低电平有效的控制信号。需要说明的是，使能控制引脚一般是直接上拉到输入端或者下拉电阻到地。

本申请实施例中，当OVP保护模块1的输入端电压高于V1或者低于V2时，OVP保护模块1的使能控制端14响应关断开关元件13，从而把输入引脚和输出引脚断开，起到保护隔离的作用。

可选的，OVP保护模块1还设置有热关断保护开关15，热关断保护开关15用于在测量电路温度超过预设阈值时关闭电路。

需要说明的是，本申请实施例中，如果电路温度超过安全工作水平，为了电路免收损坏，需要设置一个热关断保护开关15在电路温度达到预设温度(比如145摄氏度)时，断开开关，当电路温度降至预设温度(比如135摄氏度)时，该开关又自动恢复操作。

可选的，所述电源保护电路还包括负载模块4，负载模块4与Buck电源模块2电性连接。

本申请实施例中，电源保护电路包括外围电路模块3、OVP保护模块1、Buck电源模块2以及负载模块4，其中，外围电路模块3设置有多个电阻，通过设置不同电阻值来对OVLO引脚和UVLO引脚的电压值进行动态设定，使其输入端电压保护的范围更宽泛；OVP保护模块1与外围电路模块3连接，当输入端电压高于OVP保护模块1的最大电压(OVLO电压)或者低于最小电压(UVLO电压)时，会触发OVP保护模块1的OVLO或UVLO功能让OVP保护模块1输出端的电压降为零进行保护；Buck电源模块2的输入端与OVP保护模块1连接，输出端与负载模块连接，用于通过OVP保护模块1对电路进行保护，并给负载模块4供电，当电源保护电路的输入端电压超出保护范围时，OVP保护模块1的使能控制端14响应关断MOS管，从而把输入和输出引脚断开，uck电源模块2的输入端电压降为零，负载模块4断电，实现保护隔离的作用。

本申请实施例在传统的DC/DC电源芯片Buck拓扑结构基础上增加了OVP电路结构，并通过外部设置不同电阻值来对OVLO和UVLO电压值进行动态设定，其输入端电压保护的范围更宽泛，适用范围也更广。

改进后的DC/DC Buck电源芯片解决了当输入端电压波动较大不稳当时，依然可以安全的在接口端使用，降低芯片烧毁的风险，提高硬件电路设计的安全和稳定性。

需要说明的是，对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种Buck型拓扑结构的电源保护电路，其特征在于，包括：OVP保护模块和Buck电源模块；

所述OVP保护模块的输出端与所述Buck电源模块的输入端电性连接；

所述OVP保护模块用于动态调节欠压阈值和过压阈值；

当所述OVP保护模块的输入端的电压高于过压阈值或者低于欠压阈值时，所述OVP保护模块断开与所述Buck电源模块的电性连接。

2.根据权利要求1所述的Buck型拓扑结构的电源保护电路，其特征在于，所述OVP保护模块设置有OVLO引脚和UVLO引脚，所述OVLO引脚和所述UVLO引脚用于连接上拉电阻至所述OVP保护模块的输入端，连接下拉电阻接地。

3.根据权利要求2所述的Buck型拓扑结构的电源保护电路，其特征在于，所述电源保护电路还包括外围电路模块，所述外围电路模块设置有第一电阻和第三电阻，所述上拉电阻的电阻值为所述第一电阻与所述第三电阻的比值。

4.根据权利要求3所述的Buck型拓扑结构的电源保护电路，其特征在于，所述外围电路模块还设置有第二电阻和第四电阻，所述下拉电阻的电阻值为所述第二电阻与所述第四电阻的比值。

5.根据权利要求4所述的Buck型拓扑结构的电源保护电路，其特征在于，所述OVLO引脚的输入电压由所述第一电阻和所述第二电阻动态调节得到。

6.根据权利要求4所述的Buck型拓扑结构的电源保护电路，其特征在于，所述UVLO引脚的输入电压由所述第三电阻和所述第四电阻动态调节得到。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的Buck型拓扑结构的电源保护电路，其特征在于，所述OVP保护模块还设置有开关元件，所述开关元件串联在所述OVP保护模块的输入端和所述OVP保护模块的输出端之间的线路上。

8.根据权利要求7所述的Buck型拓扑结构的电源保护电路，其特征在于，所述OVP保护模块还设置有使能控制端，所述使能控制端用于当所述OVP保护模块的输入端的电压高于过压阈值或者低于欠压阈值时，关断所述开关元件，以使得所述Buck电源模块的输入端电压为零。

9.根据权利要求1至6中任意一项所述的Buck型拓扑结构的电源保护电路，其特征在于，所述OVP保护模块还设置有热关断保护开关，所述热关断保护开关用于在测量电路温度超过预设阈值时关闭电路。

10.根据权利要求1至6中任意一项所述的Buck型拓扑结构的电源保护电路，其特征在于，所述电源保护电路还包括负载模块，所述负载模块与所述Buck电源模块电性连接。

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