CN217642704U - 失效保护电路及电子装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及电子电路技术领域，尤其涉及失效保护电路及电子装置，包括：断电保护模块，用于在检测到供电电源输出供电电压的预设时间内时，输出使能信号；电压转换模块，用于在接收到使能信号时，将供电电源输出的供电电压进行电压转换后输出工作电压给控制电路供电，使控制电路输出控制信号；断电保护模块，还用于与控制电路相连接，用于在接收到控制电路输出的所述控制信号时，维持输出使能信号给所述电压转换模块，还用于在未接收到控制电路输出的控制信号时，输出停止信号给电压转换模块。本申请能够防止在控制电路失效时，供电电源直接短路到控制电路导致控制电路所控制的功率电路失控，提高电路的安全性和可靠性，且电路结构简单易于实现。

Description

失效保护电路及电子装置

技术领域

本申请涉及电子电路技术领域，尤其涉及失效保护电路及电子装置。

背景技术

随着电子技术的发展，单片机作为高度集成化的集成电路芯片，广泛应用于工业控制领域，基于单片机控制的电子电路具有很高的稳定性和安全性。现有的单片机控制电路中，当单片机本身发生故障失效时，单片机不能及时断电导致供电电源直接短路到单片机的引脚，会导致单片机所控制的电路发生失控，造成电路安全事件发生。

实用新型内容

有鉴于此，本申请实施例提供了失效保护电路及电子装置，旨在解决单片机失效时供电电源短路到单片机的引脚，导致单片机控制的功率电路失控的问题。

本申请实施例的第一方面提供了一种失效保护电路，包括电压转换模块和断电保护模块：

所述断电保护模块，与供电电源和所述电压转换模块相连接，用于在检测到所述供电电源输出供电电压的预设时间内时，输出使能信号给所述电压转换模块；

所述电压转换模块，与所述供电电源连接，用于在接收到所述使能信号时，将所述供电电源输出的供电电压进行电压转换后，输出工作电压给控制电路供电，使所述控制电路输出控制信号；

所述断电保护模块，还用于与所述控制电路相连接，用于在接收到所述控制电路输出的所述控制信号时，维持输出所述使能信号给所述电压转换模块，还用于在未接收到所述控制电路输出的所述控制信号时，输出停止信号给所述电压转换模块，以使所述电压转换模块停止输出所述工作电压。

在其中一个实施例中，所述断电保护模块包括：

储能单元，与所述供电电源连接，用于接收所述供电电源的供电电压进行充电；

放电单元，与所述控制电路和所述储能单元连接，用于在接收到所述控制信号时对所述储能单元进行间歇放电，使所述储能单元的储能电压保持在目标电压以下；

使能单元，与所述供电电源、所述储能单元和所述电压转换模块连接，用于在所述储能单元的储能电压保持在所述目标电压以下时，输出所述使能信号给所述电压转换模块，还用于在所述储能单元的储能电压在所述目标电压以上时，输出所述停止信号给所述电压转换模块。

在其中一个实施例中，所述放电单元包括第一开关管、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第一电容；

所述第一电容的第一端与所述控制电路连接，所述第一电容的第二端和所述第一电阻的第一端、所述第二电阻的第一端共同连接，所述第二电阻的第二端与所述第一开关管的控制端连接，所述第一开关管的第一导通端通过所述第三电阻与所述储能单元的放电端连接，所述第一开关管的第二导通端、所述第一电阻的第二端和所述储能单元的第二端共同接地；所述第一电容和所述第一电阻用于组成高通滤波器。

在其中一个实施例中，所述储能单元包括第四电阻和超级电容；

所述第四电阻的第一端与所述供电电源相连接，所述第四电阻的第二端与所述超级电容的第一端相连接；

所述超级电容的第二端接地。

在其中一个实施例中，所述使能单元包括第二开关管、第五电阻和第六电阻；

所述第二开关管的控制端与所述超级电容的第一端连接，所述第二开关管的第一导通端与所述电压转换模块的使能端连接且与所述第六电阻的第一端连接，所述第六电阻的第二端接地，所述第二开关管的第二导通端通过所述第五电阻与所述供电电源连接。

在其中一个实施例中，所述电压转换模块包括低压差线性稳压器；

所述低压差线性稳压器的输入端与所述供电电源连接，所述低压差线性稳压器的输出端与所述控制电路连接，所述低压差线性稳压器的使能端与所述断电保护模块连接。

在其中一个实施例中，所述电压转换模块还包括第二电容和第三电容，所述第二电容的第一端与所述低压差线性稳压器的输入端连接，所述第二电容的第二端接地；所述第三电容的第一端与所述低压差线性稳压器的输出端连接，所述第三电容的第二端接地。

在其中一个实施例中，所述使能信号为高电平信号，所述停止信号为低电平信号。

在其中一个实施例中，所述控制信号为PWM信号。

本申请实施例的第二方面提供了一种电子装置，包括单片机，还包括上述任一实施例中的失效保护电路，所述单片机被配置为启动后即输出所述控制信号。

本申请中的失效保护电路与现有技术相比的有益效果是：通过断电保护模块，在控制电路正常工作时维持对控制电路的正常供电，在控制电路发生失效时，断电保护模块控制电压转换模块停止输出工作电压给控制电路，及时切断对控制电路的供电，防止在控制电路失效时，供电电源直接短路到控制电路导致控制电路所控制的功率电路失控，提高电路的安全性和可靠性，且电路结构简单易于实现。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一实施例提供的失效保护电路的电路示意图；

图2为本申请另一实施例提供的失效保护电路的电路示意图；

图3为本申请另一实施例提供的失效保护电路的电路原理图；

图4为本申请另一实施例提供的失效保护电路工作时的电压波形图。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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申请和简化描述，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申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

随着电子技术的发展，单片机作为高度集成化的集成电路芯片，广泛应用于工业控制领域，基于单片机控制的电子电路具有很高的稳定性和安全性。现有的单片机控制电路中，当单片机本身发生故障失效时，单片机不能及时断电导致供电电源直接短路到单片机的引脚，会导致单片机所控制的电路发生失控，造成电路安全事件发生。

为了解决上述的技术问题，本申请实施例的第一方面提供一种失效保护电路10，请参阅图1，失效保护电路10包括电压转换模块100和断电保护模块200，断电保护模块200与供电电源VCC和电压转换模块100连接，用于在检测到供电电源VCC输出的供电电压在预设时间内时，输出使能信号给电压转换模块100。电压转换模块100与供电电源VCC连接，用于在接收到来自断电保护模块200的使能信号时，将供电电源VCC输出的供电电压进行电压转换后，输出工作电压给控制电路20供电，使控制电路20输出控制信号。断电保护模块200还用于与控制电路20相连接，用于在接收到控制电路20输出的控制信号时，维持输出使能信号给电压转换模块100，断电保护模块200还用于在未接收到控制电路20输出的控制信号时，输出停止信号给电压转换模块100，以使电压转换模块100停止输出工作电压。

本申请实施例的第一方面提供的失效保护电路10，通过断电保护模块200，在控制电路20输出控制信号时维持对控制电路20的正常供电，在控制电路20发生失效时，无法正常输出该控制信号时，断电保护模块200控制电压转换模块100停止输出工作电压给控制电路20，及时切断对控制电路20的供电，防止在控制电路20失效时，供电电源直接短路到控制电路20导致控制电路20所控制的功率电路失控，提高电路的安全性和可靠性，且电路结构简单易于实现。在本实施例中，断电保护模块200在检测到该供电电源输出供电电压的预设时间内，输出使能信号给该电压转换模块100，表示该断电保护模块200在供电电源供电初期输出使能信号给该电压转换模块100，该供电初期的使能信号用于使控制电路20上电启动。

在本实施例中，控制电路20可以是分立元件搭建的控制电路、集成逻辑电路、单片机等，控制电路20在上电工作状态可进一步控制其连接的控制对象电路比如功率电路，在控制电路20发生故障出现损坏，不能正常地对其控制对象电路进行控制，即控制电路20失效，本实施例中的失效保护电路10可以避免供电电源直接短路到控制电路20的控制对象电路，造成控制对象电路失去控制，导致电路安全事故的问题。

请参阅图2，其中一个实施例中，断电保护模块200包括储能单元210、放电单元220和使能单元230。储能单元210与供电电源VCC连接，用于接收供电电源VCC的供电电压进行充电储能。放电单元220与控制电路20和储能单元210连接，用于在接收到控制信号时对储能单元210进行间歇性的放电，使储能单元210的储能电压保持在目标电压以下，放电单元220在未接收到控制信号时，储能单元210不断充电，其储能电压会上升到在目标电压以上。使能单元230与供电电源VCC、储能单元210和电压转换模块100连接，用于在储能单元210的储能电压保持在目标电压以下时输出使能信号给电压转换模块100，还用于在储能单元210的储能电压在目标电压以上时输出停止信号给电压转换模块100。本实施例中的目标电压是根据电路实际需要选定的电压值。

请参阅图3，其中一个实施例中，放电单元220包括第一开关管Q1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第一电容C1。第一电容C1的第一端与控制电路20连接，第一电容C1的第二端和第一电阻R1的第一端、第二电阻R2的第一端共同连接，第二电阻R2的第二端与第一开关管Q1的控制端连接，第一开关管Q1的第一导通端通过第三电阻R3与储能单元210的放电端即A点处连接，第一开关管Q1的第二导通端、第一电阻R1的第二端和储能单元210的第二端共同接地。第一电容C1和第一电阻R1用于组成高通滤波器。其中一个实施例中，第一开关管Q1为NPN型三极管，第一开关管Q1的控制端对应NPN型三极管的基极，第一开关管Q1的第一导通端对应NPN型三极管的集电极，第一开关管Q1的第二导通端对应NPN型三级管的发射极。

请参阅图3，其中一个实施例中，储能单元210包括第四电阻R4和超级电容C2，第四电阻R4的第一端与该供电电源VCC相连接，第四电阻R4的第二端与该超级电容C2的第一端相连接；该超级电容的第二端接地。使用超级电容C2作为能量存储器件，其充电速度快效率高，且安全系数高，进一步提高电路的稳定性。参见图3，该超级电容C2的第一端作为该储能单元210的放电端与放电单元220的第三电阻R3相连接。

请参阅图3，其中一个实施例中，使能单元230包括第二开关管Q2、第五电阻R5和第六电阻R6。第二开关管Q2的控制端与超级电容C2的第一端连接，第二开关管Q2的第一导通端与电压转换模块100的使能端连接且与第六电阻R6的第一端连接，第六电阻R6的第二端接地，第二开关管Q2的第二导通端通过第五电阻R5与供电电源VCC连接。在一个实施例中，第二开关管Q2为PNP型三极管，第二开关管Q2的控制端对应PNP型三极管的基极，第二开关管Q2的第一导通端对应PNP型三级管的集电极，第二开关管Q2的第二导通端对应PNP型三极管的发射极。

请参阅图3，其中一个实施例中，电压转换模块100包括低压差线性稳压器110，低压差线性稳压器110的输入端IN与供电电源VCC连接，低压差线性稳压器110的输出端OUT与控制电路20连接，低压差线性稳压器110的使能端SHDN与断电保护模块200连接。低压差线性稳压器110用于对供电电源输出的供电电压进行电压转换，以输出稳定的工作电压给控制电路20，具有噪声低、功耗低的优点，有利于提高电路的集成度。

请参阅图3，进一步地，电压转换模块100还包括第二电容C3和第三电容C4，第二电容C3的第一端与低压差线性稳压器110的输入端连接，第二电容C3的第二端接地；第三电容C4的第一端与低压差线性稳压器110的输出端连接，第三电容C4的第二端接地，第三电容C3和第二电容C4起滤波作用，提高低压差线性稳压器110的输入和输出的稳定。

其中一个实施例中，使能信号为高电平信号，停止信号为低电平信号。

其中一个实施例中，控制信号为PWM信号。

为更好的说明本申请实施例的失效保护电路10的工作原理，下面结合具体电路工作流程说明。

请参阅图3，低压差线性稳压器110被设置为，当使能端SHDN输入的高电平时，低压差线性稳压器110正常工作输出该工作电压，当使能端SHDN输入低电平时，低压差线性稳压器110停止工作，关闭输出。控制电路20包括单片机U1，单片机U1的供电引脚VDD与低压差线性稳压器110的输出端连接，单片机U1的输出引脚PA5用于输出高频PWM信号，在供电电源VCC初始上电阶段，超级电容C2的初始电压为0，供电电源VCC输出的供电电压通过第四电阻R4和第五电阻R5给超级电容C2缓慢充电，第二开关管Q2保持导通状态，节点B的电压为高电平，低压差线性稳压器110正常工作，输出工作电压VOUT给单片机U1，直至单片机U1开始正常工作，随后单片机U1按照预先设置输出高频PWM信号。在供电电源VCC上电初期，因为电阻R4和电阻R5的选型，可以保证第二开关管Q2处于导通状态。

随着单片机U1开始工作并输出高频PWM波形，由于第一电容C1和第一电阻R1组成的高通滤波器的存在，该高频PWM波形通过控制第一开关管Q1的导通和关闭，持续对超级电容C2进行间歇性地放电，防止超级电容C2的储能电压过高导致第二开关管Q2截止。

当单片机U1失效时，此时无法输出高频PWM信号，超级电容C2无法放电，其储能电压不断上升导致节点A的电压不断上升直至第二开关管Q2截止，低压差线性稳压器110的使能端SHDN通过电阻R6被拉低到地，电压转换模块100停止输出，VOUT为0，单片机U1断电。

在一些实施例中，可以通过调整第四电阻R4和超级电容C2的值来调整低压差线性稳压器110的关闭时间。并且第三电阻R3的阻值远小于第四电阻R4或第六电阻R6的阻值。

具体地，在一使用例中，请参阅图4，在供电电源VCC初始上电阶段，低压差线性稳压器110的使能端SHDN电压上升为高电平并输出VOUT电压，随后单片机U1开始工作并输出高频PWM信号，当单片机U1失效时PWM信号无法输出，低压差线性稳压器110的使能端SHDN电压下降为0，输出电压VOUT也下降为0，单片机U1停止供电，此时供电电源VCC的电压虽然仍未断电，但此单片机U1供电已经断开，确保单片机U1的控制对象电路不会发生失控。

本申请实施例中，通过断电保护模块200，在控制电路20输出控制信号时维持对控制电路20的正常供电。在单片机U1发生失效时，无法正常输出该控制信号时，断电保护模块200控制电压转换模块100停止输出工作电压给单片机U1，及时切断对单片机U1的供电，防止在控单片机U1失效时，供电电源VCC直接短路到单片机U1导致单片机U1所控制的功率电路失控，提高电路的安全性和可靠性，且电路结构简单易于实现。

本申请实施例的第二方面提供一种电子装置，包括单片机，还本申请实施例第一方面提供的失效保护电路，其中，单片机被配置为启动后即输出控制信号，即单片机输出该控制信号为最高优先级。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种失效保护电路，其特征在于，包括电压转换模块和断电保护模块：

所述断电保护模块，与供电电源和所述电压转换模块相连接，用于在检测到所述供电电源输出供电电压的预设时间内时，输出使能信号给所述电压转换模块；

所述电压转换模块，与所述供电电源连接，用于在接收到所述使能信号时，将所述供电电源输出的供电电压进行电压转换后，输出工作电压给控制电路供电，使所述控制电路输出控制信号；

所述断电保护模块，还用于与所述控制电路相连接，用于在接收到所述控制电路输出的所述控制信号时，维持输出所述使能信号给所述电压转换模块，还用于在未接收到所述控制电路输出的所述控制信号时，输出停止信号给所述电压转换模块，以使所述电压转换模块停止输出所述工作电压。

2.如权利要求1所述的失效保护电路，其特征在于，所述断电保护模块包括：

储能单元，与所述供电电源连接，用于接收所述供电电源的供电电压进行充电；

放电单元，与所述控制电路和所述储能单元连接，用于在接收到所述控制信号时对所述储能单元进行间歇放电，使所述储能单元的储能电压保持在目标电压以下；

使能单元，与所述供电电源、所述储能单元和所述电压转换模块连接，用于在所述储能单元的储能电压保持在所述目标电压以下时，输出所述使能信号给所述电压转换模块，还用于在所述储能单元的储能电压在所述目标电压以上时，输出所述停止信号给所述电压转换模块。

3.如权利要求2所述的失效保护电路，其特征在于，所述放电单元包括第一开关管、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第一电容；

所述第一电容的第一端与所述控制电路连接，所述第一电容的第二端和所述第一电阻的第一端、所述第二电阻的第一端共同连接，所述第二电阻的第二端与所述第一开关管的控制端连接，所述第一开关管的第一导通端通过所述第三电阻与所述储能单元的放电端连接，所述第一开关管的第二导通端、所述第一电阻的第二端和所述储能单元的第二端共同接地；所述第一电容和所述第一电阻用于组成高通滤波器。

4.如权利要求2所述的失效保护电路，其特征在于，所述储能单元包括第四电阻和超级电容；

所述第四电阻的第一端与所述供电电源相连接，所述第四电阻的第二端与所述超级电容的第一端相连接；

所述超级电容的第二端接地。

5.如权利要求4所述的失效保护电路，其特征在于，所述使能单元包括第二开关管、第五电阻和第六电阻；

所述第二开关管的控制端与所述超级电容的第一端连接，所述第二开关管的第一导通端与所述电压转换模块的使能端连接且与所述第六电阻的第一端连接，所述第六电阻的第二端接地，所述第二开关管的第二导通端通过所述第五电阻与所述供电电源连接。

6.如权利要求1所述的失效保护电路，其特征在于，所述电压转换模块包括低压差线性稳压器；

所述低压差线性稳压器的输入端与所述供电电源连接，所述低压差线性稳压器的输出端与所述控制电路连接，所述低压差线性稳压器的使能端与所述断电保护模块连接。

7.如权利要求6所述的失效保护电路，其特征在于，所述电压转换模块还包括第二电容和第三电容，所述第二电容的第一端与所述低压差线性稳压器的输入端连接，所述第二电容的第二端接地；所述第三电容的第一端与所述低压差线性稳压器的输出端连接，所述第三电容的第二端接地。

8.如权利要求1或2所述的失效保护电路，其特征在于，所述使能信号为高电平信号，所述停止信号为低电平信号。

9.如权利要求1或2所述的失效保护电路，其特征在于，所述控制信号为PWM信号。

10.一种电子装置，包括单片机，其特征在于，还包括权利要求1-9任一项所述的失效保护电路，所述单片机被配置为启动后即输出所述控制信号。

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