CN218161786U - 具有热插拔功能的电源保护电路和具有其的汽车 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及具有热插拔功能的电源保护电路及具有其的汽车，包括：限流电路、MOS管保护电路、电流控制电路和电容充放电电路，限流电路与MOS管保护电路并联，并联后的一端与电源输入端连接，并联后的另一端与电容充放电电路连接，电容充放电电路还与电源输出端连接，MOS管保护电路和电容充放电电路之间连接电流控制电路。本实用新型提供的具有热插拔功能的电源保护电路，稳定性好、结构简单，且成本低，启动时负载启动电流都较小，防止电压突变损坏器件，提高了产品的可靠性。

Description

具有热插拔功能的电源保护电路和具有其的汽车

技术领域

本实用新型涉及电源技术领域，尤其涉及具有热插拔功能的电源保护电路和具有其的汽车。

背景技术

电路刚上电时或热插拔时对电路会产生较大的启动电流和电压波动，这些现象将影响到电路的正常工作，甚至会导致整个电路的损害。为了降低电源输入端的电压突变产生的浪涌电流，一般采用功率热敏电阻保护电路用于保证电路正常可靠的运行，但是功率热敏电阻保护电路一般仅适用于小功率的电路，由于功率热敏电阻恢复高阻状态需要一定的时间进行热耗散，对于快速通电和掉电的情况，功率热敏电阻无法起到限流作用，且功率热敏电阻的温度特性非线性导致参数计算困难，导致功率热敏电阻高温下温漂严重，使得电阻的特性不稳定，且元器件易老化，稳定性较差。为了解决上述问题，还采用电源软启动芯片保证电路正常可靠的运行，通过芯片内的程序控制实现电流限制、热管理及过压欠压等保护功能，采用电源软启动芯片增加了元器件数量和电路成本，结构复杂，开发周期和电路测试时间长。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：为了解决现有技术中的电源保护电路稳定性差、结构复杂以及成本高的技术问题，本实用新型提供一种具有热插拔功能的电源保护电路，稳定性好、结构简单，且成本低，启动时启动电流都较小，防止电压突变损坏器件，提高了产品的可靠性。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种具有热插拔功能的电源保护电路，包括：限流电路、MOS管保护电路、电流控制电路和电容充放电电路，所述限流电路与所述MOS管保护电路并联，并联后的一端与电源输入端连接，并联后的另一端与所述电容充放电电路连接，所述电容充放电电路还与电源输出端连接，所述MOS管保护电路和所述电容充放电电路之间连接所述电流控制电路。

进一步，具体地，所述限流电路包括电阻R1。

进一步，具体地，所述MOS管保护电路包括：电容C1、电容C2、电阻R2、电阻R3、稳压管D1以及MOS管Q1；所述稳压管D1的阴极与所述电阻R1的一端均与所述电源输入端连接，所述稳压管D1、所述电阻R3和所述电容C2并联连接，并联连接后一端与MOS管Q1的源极S连接，另一端与MOS管Q1的栅极G连接，所述电容C1和所述电阻R2串联连接，串联连接后的一端与所述MOS管的源极S连接，另一端与所述MOS管的漏极D连接，且连接后与所述电阻R1的另一端连接，连接后形成节点a。

进一步，具体地，所述电容充放电路包括：电容C3、电容C4和电容C5；所述电容C3的正极与所述节点a连接，所述电容C3、所述电容C4和所述电容C5并联连接，并联连接后的一端为电源输出端，另一端与公共地端连接。

进一步，具体地，所述电流控制电路包括：电阻R4、电阻R5、电阻R6、二极管D2、稳压管D3以及三极管Q2，所述电阻R4的一端与所述MOS管Q1的栅极G连接，电阻R4的另一端与所述三极管Q2的集电极C连接，所述三级管Q2的基极B和所述三极管Q2发射极E之间连接电阻R6，所述稳压管D3、所述电阻R5以及所述二极管D2依次串联连接，串联连接后的一端连接所述三极管Q2的基极，另一端连接所述节点a，所述三极管Q2发射极E与所述公共地端连接。

进一步，具体地，所述MOS管Q1为P沟道MOS管。

进一步，具体地，所述三极管Q2为NPN型三极管。

一种汽车，所述汽车采用如上所述的具有热插拔功能的电源保护电路。

本实用新型的有益效果是，本实用新型的一种具有热插拔功能的电源保护电路，结构简单，且成本低，启动时通过限流电路启动电流都较小，防止电压突变损坏器件，提高了产品的可靠性。正常工作时，可以带电对系统进行插拔操作，不会对电路产生任何影响。另外，可以避免电源刚上电或掉电时产生振荡的过程，引起后级电路的误动作等，提供稳定的工作电压，提高电源供电时电路正常工作的稳定性。异常工况对电路产生较大电流时，能够防止大的能量冲击，避免对元器件有冲击影响。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型最优实施例的结构示意图。

图2是本实用新型电源保护电路的电路图。

图3是本实用新型初始上电信号传输路径示意图。

图4是本实用新型稳定状态时信号传输路径示意图。

图中1、限流电路；2、MOS管保护电路；3、电容充放电电路；4、电流控制电路。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，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。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1所示，是本实用新型最优实施例，一种具有热插拔功能的电源保护电路，包括：限流电路1、MOS管保护电路2、电流控制电路4和电容充放电电路3，限流电路1与MOS管保护电路2并联，并联后的一端与电源输入端连接，并联后的另一端与电容充放电电路3连接，电容充放电电路3还与电源输出端连接，MOS管保护电路2和电容充放电电路3之间连接电流控制电路4。

当电源输入端有电压信号时，为避免整个电路中的电子元器件因过电压或过电流损害，通过限流电路1对电容充放电电路3进行充电，当电容充放电电路3充到一定电压时，通过MOS管保护电路2对限流电路1短路，同时带电进行插拔动作时，瞬间的浪涌电流会损伤元器件，降低使用寿命，瞬间电压会变小，当瞬间电压小于某些元器件(如芯片)的最小工作电压时，元器件进入自保护模式，使得电路不工作等，通过本实用新型的保护电路，通过MOS管保护电路2不会对电路产生任何影响(如元器件进入自我保护模式、电路不工作)，通过电流控制电路4对电流进行控制，能够适应电容充放电电路3对电流变化的敏感，控制电流不会突变，使得电流能够平缓的上升。且异常工况对电路产生较大电流时，电源保护电路能够防止大的能量冲击，避免对元器件有冲击影响。

在本实用新型一具体实施例中，如图2所示，限流电路1包括电阻R1；MOS管保护电路2包括：电容C1、电容C2、电阻R2、电阻R3、稳压管D1以及MOS管Q1；稳压管D1的阴极与电阻R1的一端均与电源输入端连接，稳压管D1、电阻R3和电容C2并联连接，并联连接后一端与MOS管Q1的源极S连接，另一端与MOS管Q1的栅极G连接，电容C1和电阻R2串联连接，串联连接后的一端与MOS管的源极S连接，另一端与MOS管的漏极D连接，且连接后与电阻R1的另一端连接，连接后形成节点a。

电容充放电路包括：电容C3、电容C4和电容C5；电容C3的正极与节点a连接，电容C3、电容C4和电容C5并联连接，并联连接后的一端为电源输出端，另一端与公共地端连接。

电流控制电路4包括：电阻R4、电阻R5、电阻R6、二极管D2、稳压管D3以及三极管Q2，电阻R4的一端与MOS管Q1的栅极G连接，电阻R4的另一端与三极管Q2的集电极C连接，三级管Q2的基极B和三极管Q2发射极E之间连接电阻R6，稳压管D3、电阻R5以及二极管D2依次串联连接，串联连接后的一端连接三极管Q2的基极，另一端连接节点a，三极管Q2发射极E与公共地端连接。

具体的，由于电容充放电电路3电路中包含较多的滤波储能电容，在电路未上电时滤波储能电容的电压为零，在上电瞬间电路中会形成较大的浪涌电流，通过电阻R1实现在初始上电时使电流沿变缓，使电容充放电路两端的电压缓慢上升，初始上电信号传输路径如图3所示。

另外，电阻R3和电容C2并联连接，利用电容两端电压不能突变的特性，来限制输入电源端的电压，限制电压的快速上升，电容有等效电阻ESR和等效电感ESL，存在电感，而电阻R1减小电路接通瞬间或者断开产生的大电压的应力冲击，减小接通的电压与电流的变化速度，避免MOS管Q1放电电流大的情况，MOS管Q1因过电流损坏，提高了MOS管Q1的使用寿命。

当电容两端的电压稳定后，电路中串联的电阻会导致负载驱动能力下降，输出功率的能力下降；当电路处于稳定状态时，稳定状态时信号传输路径如图4所示，稳压管D1连接在开关MOS管Q1的栅极和源极之间，可以控制MOS管漏极和源极之间导通和截止。稳压管D1的稳定电压值为VD1，MOS管Q1的栅极开启阈值电压VGS(th)，当VD1＞VGS(th)时，MOS管Q1才导通，提高了保护电路的稳定性。MOS管Q1导通，由于MOS管内阻基本可以忽略，此时MOS管把电阻R1短路，形成低阻抗的通路，提高了电路的驱动能力。

当系统正常工作时，带电进行插拔动作时，MOS管Q1的源极和漏极之间会产生较大的浪涌电压和浪涌电流，通过串联电容C1和电阻R2，可以防止电压突变，吸收尖峰电压，串联的电阻R2对电流起阻尼作用，电阻消耗浪涌的能量，从而抑制MOS管Q1的源极和漏极两端的浪涌电压和浪涌电流，不会对电路产生任何影响。可以避免电源刚上电或掉电时产生振荡的过程，引起后级电路的误动作等，提供稳定的工作电压，提高电源供电时电路正常工作的稳定性。

稳压管D1、电容C2与MOS管Q1的源极和栅极之间并联稳压管D1用于钳位MOS管Q1的源极和栅极之间的电压，电容C2用于吸收电压脉冲限制峰值电压，防止MOS管Q1损坏；电容C3、电容C4和电容C5的能量不能作用于三极管Q2，加入二极管D2，可以防止电流反向传输，防止三极管Q2误导通,且当电路中产生很大的瞬间反向电流时，电流可以经过该二极管D2作用后，保护MOS管Q1的漏极和源极极；另外，保护电路中存在寄生电容及寄生电感，当三极管Q2的基极掉电时，会导致基极振荡，增加的电阻R6改变基极的阻抗网络，加快对寄生电容的放电，且能够控制三极管Q2的电流，对三极管Q2限流，R5串联在Q2的基极，用于设置基极的电流，防止三极管Q2过电流损坏，提高了三极管Q2的使用寿命。

在实施例中，通过限流电路中的电阻R1限制电流的输出，使得基准电压线性上升，而不是突然开启，电阻R1的限流功能只在初始上电起作用，系统稳定工作后MOS管Q1完全导通，能够降低电路的等效串联电阻以及提高电路的带载能力。

在实施例中，MOS管Q1采用但不限于P沟道MOS管，三极管Q2采用但不限于NPN型三极管，二极管D2采用但不限于大功率的肖特基二极管，电容C3采用但不限于电解电容，电容C3、电容C4和电容C5的选型均相同。

具体的，MOS管Q1选型时考虑耐压，耐电流能力，导通内阻要小，功率损耗要小，即MOS管Q1采用但不限于型号为DMP6350S的MOS管；三极管Q2选型时考虑集电极最大允许电流要远大于电路的电流，集电极-发射极反向击穿电压要小，即三极管Q2采用但不限于型号为BCP56的三极管；二极管D2选型时考虑反向饱和漏电流要小，正向导通压降要小，即二极管D2采用但不限于型号为B340A的二极管；电容C3选型时考虑耐压能力，即电容C3采用但不限于容值为100uF，型号为UCD1H101MNL1GS的电容器。

在实施例中，电源保护电路使电路可以采用更小容量的滤波电容，如电容C1和电容C2可以选择容量更小电容，电容C1和电容C2的容值大于100pF且小于1nF,能够降低了电路的成本。

一种汽车，采用如上所述的具有热插拔功能的电源保护电路，具有热插拔功能的电源保护电路可以安装在汽车电源的输入端或者安装在汽车灯具的电源信号的输入端，电源上电时，能够给提供稳定的电压输出，通过该具有热插拔功能的电源保护电路能够对浪涌电流加以限制，降低电源正负极之间的电压时达到预设阈值时，造成车身报故障；还以安装在汽车上的热插拔控制器上，热插拔时，能够为微控制器提供稳定的电源，可见具有热插拔功能的电源保护电路应用在汽车上时，能够提高电源信号的稳定性。

本实用新型的一种具有热插拔功能的电源保护电路，结构简单，且成本低，启动时通过限流电路启动电流都较小，防止电压突变损坏器件，提高了产品的可靠性。正常工作时，通过MOS管控制电路可以带电对系统进行插拔操作，不会对电路产生任何影响。可以避免电源刚上电或掉电时产生振荡的过程，引起后级电路的误动作等，提供稳定的工作电压，提高电源供电时电路正常工作的稳定性。对异常工况对电路产生较大电流时，能够防止大的能量冲击对其它元器件的影响。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种具有热插拔功能的电源保护电路，其特征在于，包括：限流电路(1)、MOS管保护电路(2)、电流控制电路(4)和电容充放电电路(3)，所述限流电路(1)与所述MOS管保护电路(2)并联，并联后的一端与电源输入端连接，并联后的另一端与所述电容充放电电路(3)连接，所述电容充放电电路(3)还与电源输出端连接，所述MOS管保护电路(2)和所述电容充放电电路(3)之间连接所述电流控制电路(4)。

2.如权利要求1所述的具有热插拔功能的电源保护电路，其特征在于，所述限流电路(1)包括电阻R1。

3.如权利要求2所述的具有热插拔功能的电源保护电路，其特征在于，所述MOS管保护电路(2)包括：电容C1、电容C2、电阻R2、电阻R3、稳压管D1以及MOS管Q1；

所述稳压管D1的阴极与所述电阻R1的一端均与所述电源输入端连接，所述稳压管D1、所述电阻R3和所述电容C2并联连接，并联连接后一端与MOS管Q1的源极S连接，另一端与MOS管Q1的栅极G连接，所述电容C1和所述电阻R2串联连接，串联连接后的一端与所述MOS管的源极S连接，另一端与所述MOS管的漏极D连接，且连接后与所述电阻R1的另一端连接，连接后形成节点a。

4.如权利要求3所述的具有热插拔功能的电源保护电路，其特征在于，所述电容充放电路包括：电容C3、电容C4和电容C5；

所述电容C3的正极与所述节点a连接，所述电容C3、所述电容C4和所述电容C5并联连接，并联连接后的一端为电源输出端，另一端与公共地端连接。

5.如权利要求4所述的具有热插拔功能的电源保护电路，其特征在于，所述电流控制电路(4)包括：电阻R4、电阻R5、电阻R6、二极管D2、稳压管D3以及三极管Q2；

所述电阻R4的一端与所述MOS管Q1的栅极G连接，电阻R4的另一端与所述三极管Q2的集电极C连接，所述三级管Q2的基极B和所述三极管Q2发射极E之间连接电阻R6，所述稳压管D3、所述电阻R5以及所述二极管D2依次串联连接，串联连接后的一端连接所述三极管Q2的基极，另一端连接所述节点a，所述三极管Q2发射极E与所述公共地端连接。

6.如权利要求3所述的具有热插拔功能的电源保护电路，其特征在于，所述MOS管Q1为P沟道MOS管。

7.如权利要求5所述的具有热插拔功能的电源保护电路，其特征在于，所述三极管Q2为NPN型三极管。

8.一种汽车，其特征在于，所述汽车采用如权利要求1-7中任一项所述的具有热插拔功能的电源保护电路。

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