CN218549503U - 一种防反接电路、供电装置和电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种防反接电路，包括：与直流供电源连接的输入端口、与应用电路连接的输出端口、第一至第四开关管；输入端口包括第一端子和第二端子；输出端口包括第三端子和第四端子；第一端子分别与第一开关管的漏极、第二开关管的栅极、第三开关管的漏极以及第四开关管的栅极相连接；第二端子分别与所述第一开关管的栅极、第二开关管的漏极、第三开关管的栅极以及第四开关管的漏极相连接；第三端子分别与第一开关管的源极、第二开关管的源极相连接；第四端子分别与第三开关管的源极、第四开关管的源极相连。

Description

一种防反接电路、供电装置和电子设备

技术领域

本申请涉及极性自动识别和防反接技术，尤其涉及一种防反接电路、供电装置和电子设备。

背景技术

相关防反接电路中，存在着二极管的压降，不仅在低压系统中会损失不可接受的压降，且在后级负载较大的情况下，功耗损失也会较大、进而发热量也会较大，不利于节能环保、系统散热和系统寿命的延长。

实用新型内容

本申请实施例期望提供一种防反接电路。

第一方面，本申请实施例提供了一种防反接电路，包括：与直流供电源连接的输入端口、与应用电路连接的输出端口、第一至第四开关管；所述输入端口包括第一端子和第二端子；所述输出端口包括第三端子和第四端子；

所述第一端子分别与第一开关管的漏极、第二开关管的栅极、第三开关管的漏极以及第四开关管的栅极相连接；所述第二端子分别与所述第一开关管的栅极、所述第二开关管的漏极、所述第三开关管的栅极以及所述第四开关管的漏极相连接；所述第三端子分别与所述第一开关管的源极、所述第二开关管的源极相连接；所述第四端子分别与所述第三开关管的源极、所述第四开关管的源极相连；

所述第一开关管，用于在第一连接状态的情况下，导通所述第一端子与所述第三端子之间的连接；所述第一连接状态表示所述第一端子连接所述直流供电源的正极、所述第二端子连接所述直流供电源的负极的情况；

所述第四开关管，用于在所述第一连接状态的情况下，导通所述第二端子与所述第四端子之间的连接；

所述第二开关管，用于在第二连接状态的情况下，导通所述第二端子与所述第三端子二间的连接；所述第二连接状态表示所述第一端子连接所述直流供电源的负极、所述第二端子连接所述直流供电源的正极的情况；

所述第三开关管，用于在所述第二连接状态的情况下，导通所述第一端子与所述第四端子之间的连接。

在一些可能的实施方式中，所述第一开关管和所述第二开关管均为P型金属氧化物半导体(Positive channel Metal Oxide Semiconductor，PMOS)管；所述第三开关管和所述第四开关管均为N型金属氧化物半导体(Negative Channel Metal OxideSemiconductor，NMOS)管。

在一些可能的实施方式中，所述电路还包括：第一至第四栅极电阻；

所述第一端子分别与第二栅极电阻、第四栅极电阻的一端连接；所述第二栅极电阻的另一端连接所述第二开关管的栅极；所述第四栅极电阻的另一端连接所述第四开关管的栅极；

所述第二端子分别与第一栅极电阻、第三栅极电阻的一端连接；所述第一栅极电阻的另一端连接所述第一开关管的栅极；所述第三栅极电阻的另一端连接所述第三开关管的栅极。

在一些可能的实施方式中，所述电路还包括：跨接在所述第三端子和所述第四端子之间的稳压电容；所述稳压电容，用于稳定输出给所述应用电路的直流电压。基于所述实际耦合角度范围确定所述待校准的光栅耦合器的实际耦合角度。

第二方面，本申请实施例还提供了一种供电装置，包括如上述所述的防反接电路。

第三方面，本申请实施例还提供了一种电子设备，包括上述所述的供电装置。

本申请实施方式中，在所述第一端子连接所述直流供电源的正极、所述第二端子连接所述直流供电源的负极的情况下，通过所述第一开关管导通所述第一端子与所述第三端子之间的连接；通过所述第四开关管导通所述第二端子与所述第四端子之间的连接；在所述第一端子连接所述直流供电源的负极、所述第二端子连接所述直流供电源的正极的情况下，通过所述第二开关管，导通所述第二端子与所述第三端子之间的连接；通过所述第三开关管，导通所述第一端子与所述第四端子之间的连接；如此，无论是在直流供电源正极还是反接的情况下都可以实现对应用电路进行供电，且由于开关管的导通电阻非常小，因此，在后级负载较大的情况下，功耗损失、发热量都会较小，有利于节能环保、系统散热、延长系统寿命等。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，而非限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，这些附图示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于说明本发明的技术方案。

图1为相关技术中二极管防反接电路的组成结构示意图；

图2为相关技术中PMOS防反接电路的组成结构示意图；

图3为相关技术中整流桥防反接电路的组成结构示意图；

图4为相关技术中保险丝+稳压二极管防反接电路的组成结构示意图；

图5为相关技术中另一种包括二极管的防反接电路的组成结构示意图；

图6为本申请实施例提供的一种防反接电路的组成结构示意图；

图7为本申请实施例提供的另一种防反接电路的组成结构示意图；

图8为本申请实施例提供的一种供电装置的组成结构示意图；

图9为本申请实施例提供的一种电子设备的组成结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所提供的实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。另外，以下所提供的实施例是用于实施本发明的部分实施例，而非提供实施本发明的全部实施例，在不冲突的情况下，本发明实施例记载的技术方案可以任意组合的方式实施。

需要说明的是，在本发明实施例中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的方法或者装置不仅包括所明确记载的要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为实施方法或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括该要素的方法或者装置中还存在另外的相关要素(例如方法中的步骤或者装置中的单元，例如的单元可以是部分电路、部分处理器、部分程序或软件等等)。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，U和/或W，可以表示：单独存在U，同时存在U和W，单独存在W这三种情况。另外，本文中术语“至少一种”表示多种中的任意一种或多种中的至少两种的任意组合，例如，包括U、W、V中的至少一种，可以表示包括从U、W和V构成的集合中选择的任意一个或多个元素。

目前绝大部分的直流供电设备中，电源输入端口全都是采用固定正负极的接法，无法自动识别电源输入的极性，一旦正负极接错，极大可能造成电路损坏。

对于解决上述技术问题，主流的电路设计是防正负极接错电路，存在以下四种设计：

第一，二极管防反接电路；

图1为相关技术中二极管防反接电路的组成结构示意图，如图1所示，电路包括直流源输入端DC_IN、第一二极管D1、第一电容C1和接地端GND；其中，DC_IN与D1的正极连接，D1的负极连接系统应用电路101的输入正极，系统应用电路101的负极连接GND；C1跨接在D1的负极与GND之间。

其中，在直流源正接(DC_IN接直流源正极)的情况下，DC_IN为高电平，D1导通，从而实现直流源对系统应用电路101供电；在直流源反接(DC_IN接直流源负极)的情况下，DC_IN为低电平，D1是截止，从而断开直流源对系统应用电路101的供电。

可以看出，二极管防反接电路的实现原理是利用二极管的单向导电性，实现防反接功能，方法简单，安全可靠，成本也较低。

第二，PMOS管防反接电路；

图2为相关技术中PMOS管防反接电路的组成结构示意图，如图2所示，电路包括直流源输入端DC_IN、第一PMOS管Q1、第一电阻R1、第二电容C2和接地端GND；其中，DC_IN与Q1的漏极连接，Q1的源极连接系统应用电路201的输入正极，系统应用电路201的负极连接GND；Q1的栅极与R1的一端连接，R1的另一端连接GND；C2跨接在Q1的源极与GND之间；

其中，在直流源正接(DC_IN接直流源正极)的情况下，DC_IN为高电平，Q1的栅极接低电平，Q1导通，从而实现直流源对系统应用电路201供电；在直流源反接(DC_IN接直流源负极)的情况下，DC_IN为低电平，Q1的栅极接高电平，Q1截止，从而断开直流源对系统应用电路201的供电。

可以看出，PMOS管防反接电路的原理为正确上电时，PMOS管因栅极为0V，PMOS导通；当电源反接时，栅极为高电平，PMOS不导通，从而保护后级电路，起到防反接的作用。该防反接电路，压降小，防反接，但是不能实现极性自动识别，在正负极接反的情况下，电路是断开的；同理类似与NMOS防反接电路，NMOS管源极和漏极串于GND侧。

第三，整流桥防反接电路；

图3为相关技术中整流桥防反接电路的组成结构示意图，如图3所示，电路包括直流源输入端DC_IN、第二二极管D2至第五二极管D5、第三电容C3和接地端GND；其中，D2与D3串联形成的第一串联支路跨接在DC_IN与GND之间；D4与D5串联形成的第二串联支路与第一串联支路并联连接；D2负极与D4的正极的公共节点连接DC_IN；D3负极与D5的正极的公共节点连接GND；C3跨接在系统应用电路301的输入正极与负极之间；

其中，在直流源正接(DC_IN接直流源正极)的情况下，DC_IN为高电平，D3和D4导通，从而实现直流源对系统应用电路301供电；在直流源反接(DC_IN接直流源负极)的情况下，DC_IN为低电平，D2和D5导通，从而实现直流源对系统应用电路301供电。

可以看出，桥式防反接电路，无论什么极性都能工作，同时也具有极性自动识别，但是存在两个二极管的压降。

第四，保险丝+稳压二极管防反接电路；

图4为相关技术中保险丝+稳压二极管防反接电路的组成结构示意图，如图4所示，电路包括直流源输入端DC_IN、保险丝U1、稳压二极管D6、第四电容C4和接地端GND；其中，U1串联连接在系统应用电路401的输入正极与DC_IN之间；D6跨接在系统应用电路401的输入正极与负极之间，D6的正极连接GND；C4与D6并联连接；

其中，在直流源正接(DC_IN接直流源正极)的情况下，DC_IN为高电平，D6截止，直流源通过U1实现直流源对系统应用电路401供电；在直流源反接(DC_IN接直流源负极)的情况下，D6导通，在U1上的电流大于熔断电流的情况下，U1断开，从而实现对系统应用电路401的保护。

可以看出，此电路既可以防止反接，也可以防止过压，当输入接反时，稳压二极管导通，后级的负压为二极管的导通电压vf，一般较低不会影响后级；同时稳压管导通后，电压主要落在保险丝上，直到超过保险丝的熔断电流，电路断开。该防反接电路属于常用电路，只是不具备极性自动识别功能，若电源接反，后级无法正常工作。

图5为相关技术中另一种包括二极管的防反接电路的组成结构示意图，如图5所示，电路包括直流源输入端DC_IN、第二PMOS管Q2、第一NMOS管Q3、第七二极管D7、第八二极管D8和第五电容C5和接地端GND；其中，DC_IN连接Q2的源极与Q3的漏极的公共节点；GND连接Q2与Q3的栅极的公共节点；D7和D8串联形成的串联支路跨接在Q2的漏极与Q3的源极之间；Q2的漏极与Q3的源极分别对应连接系统应用电路501的输入正极与负极；D7的正极与D8的负极的公共节点连接GND；C5与串联支路并联连接；

其中，在直流源正接(DC_IN接直流源正极)的情况下，DC_IN为高电平，Q2和D8导通，从而实现直流源对系统应用电路501供电；在直流源反接(DC_IN接直流源负极)的情况下，DC_IN为低电平，Q3和D7导通，从而实现直流源对系统应用电路501供电。

可以看出，此设计优点是什么极性都可以工作，但缺点依然存在一个二极管压降，如果后级电路负载较大，则二极管上损失的功耗也较大。

基于上述技术问题，本申请实施例提供了一种防反接电路，如图6所示，该防反接电路包括：与直流供电源连接的输入端口601、与应用电路连接的输出端口602、第一至第四开关管603至606；所述输入端口601包括第一端子6011和第二端子6012；所述输出端口602包括第三端子6021和第四端子6022；

所述第一端子6011分别与第一开关管603的漏极、第二开关管604的栅极、第三开关管605的漏极以及第四开关管606的栅极相连接；所述第二端子6012分别与所述第一开关管603的栅极、所述第二开关管604的漏极、所述第三开关管605的栅极以及所述第四开关管606的漏极相连接；所述第三端子6021分别与所述第一开关管603的源极、所述第二开关管604的源极相连接；所述第四端子6022分别与所述第三开关管605的源极、所述第四开关管606的源极相连；

所述第一开关管603，用于在第一连接状态的情况下，导通所述第一端子6011与所述第三端子6021之间的连接；所述第一连接状态表示所述第一端子6011连接所述直流供电源的正极、所述第二端子6012连接所述直流供电源的负极的情况；

所述第四开关管606，用于在所述第一连接状态的情况下，导通所述第二端子6012与所述第四端子6022之间的连接；

所述第二开关管604，用于在第二连接状态的情况下，导通所述第二端子6012与所述第三端子6021之间的连接；所述第二连接状态表示所述第一端子6011连接所述直流供电源的负极、所述第二端子6012连接所述直流供电源的正极的情况；

所述第三开关管605，用于在所述第二连接状态的情况下，导通所述第一端子6011与所述第四端子6022之间的连接。

本申请实施例中，所述第一开关管603和所述第二开关管604均为P型金属氧化物半导体(Positive Channel Metal Oxide Semiconductor，PMOS)管；所述第三开关管605和所述第四开关管606均为NMOS管。

在本申请实施例中，所述电路还包括：第一栅极电阻至第四栅极电阻；所述第一端子6011分别与第二栅极电阻、第四栅极电阻的一端连接；所述第二栅极电阻的另一端连接所述第二开关管604的栅极；所述第四栅极电阻的另一端连接所述第四开关管606的栅极；

所述第二端子6012分别与第一栅极电阻、第三栅极电阻的一端连接；所述第一栅极电阻的另一端连接所述第一开关管603的栅极；所述第三栅极电阻的另一端连接所述第三开关管605的栅极。

本申请实施例中，所述电路还包括：跨接在所述第三端子6021和所述第四端子6022之间的稳压电容；所述稳压电容，用于稳定输出给所述应用电路的直流电压。

本申请实施方式中，在所述第一端子连接所述直流供电源的正极、所述第二端子连接所述直流供电源的负极的情况下，通过所述第一开关管导通所述第一端子与所述第三端子之间的连接；通过所述第四开关管导通所述第二端子与所述第四端子之间的连接；在所述第一端子连接所述直流供电源的负极、所述第二端子连接所述直流供电源的正极的情况下，通过所述第二开关管，导通所述第二端子与所述第三端子之间的连接；通过所述第三开关管，导通所述第一端子与所述第四端子之间的连接；如此，无论是在直流供电源正极还是反接的情况下都可以实现对应用电路进行供电，且由于开关管的导通电阻非常小，因此，在后级负载较大的情况下，功耗损失、发热量都会较小，有利于节能环保、系统散热、延长系统寿命等。

可以理解的是，直流供电极性自动识别电路也是一种防反接电路。

图7为本申请实施例提供的另一种防反接电路的组成结构示意图，如图7所示，该电路主要包括：接口J1、第四PMOS管Q4和第五PMOS管Q5、第二NMOS管Q6和第三NMOS管Q7、第六电容C6、第二电阻R2至第五电阻R5，其中，R2至R5为栅极电阻；J1包括引脚2和引脚1；

引脚2分别与Q4的漏极、R3的一端、Q6的漏极以及R5的一端相连接；引脚1分别与R2的一端、Q5的漏极、R4的一端以及Q7的漏极相连接；R2的另一端连接Q4的栅极；Q4的源极与Q5的源极相连接；R3的另一端连接Q3的栅极；Q4与Q5的公共节点连接系统应用电路701的输入电源正极；R2的另一端连接Q6的栅极；Q6与Q7的栅极相连接；R5的另一端连接Q7的栅极；Q6与Q7的公共节点连接系统应用电路701的输入电源负极；C6跨接在系统应用电路701的输入电源正极于负极之间。

本申请实施例中，J1可以接各种直流电源或电池，同时，可以根据输入的直流电源或电池的额电压及后级负载选择合适的MOSFET；

本申请实施例所提出的防反接电路的工作原理是：当J1引脚2接正极，引脚1接负极时，此时Q4(PMOS)的栅极加低电压，Q4的Vgs＜Vt，Q4导通，Q5(PMOS)的栅极加高电压，Q5的Vgs＞Vt，Q5截止；Q6(NMOS)的栅极加低电压，Q6的Vgs＜Vt，Q6截止；Q7(NMOS)的栅极加高电压，Q7的Vgs＞Vt，Q7导通，因此，电流从Q4的漏极流向源极，通过后级负载电路(系统应用电路701)，再回到Q7，电流由Q7源极流向漏极，从而形成一个回路。

当J1引脚1接正极，引脚2接负极时，此时Q4(PMOS)的栅极加高电压，Q4Vgs＞Vt，Q4截止；Q5(PMOS)的栅极加低电压，Q5的Vgs＜Vt，Q5导通；Q6(NMOS)的栅极加高电压，Q6的Vgs＞Vt，Q6导通；Q7(NMOS)的栅极加低电压，Q7的Vgs＜Vt，Q7截止；因此，电流从Q5的漏极流向源极，通过后级负载电路(系统应用电路701)，再回到Q6，电流由Q6源极流向漏极，从而形成一个回路。

本申请实施例中，可以理解的是，防反接电路的工作原理包括：MOS管为电压控制电流器件，MOS管因自有属性，三个极间都存在寄生电容，分别为Cgs，Cgd，Cds，其中，Cgd为米勒电容，在MOS管开通过程中，栅极和漏极电压上升到某一电压值后栅极和漏极电压有一段稳定值，过后栅极和漏极之间的电压(Vgs)又开始上升直至完全导通。米勒效应阻止Vgs电压上升，使得导通时间变长，从而起到缓启动的作用。

有两种类型尤其需要缓启动电路，一种是后级负载较大的电路，突然上电会产生巨大的火花，甚至导致主电源重启，另一种是后级电路存在较大输入电容，上电瞬间有很大的吸入电流，直接拉低主电源，甚至导致系统复位，有时候即使不复位也会有电压反复跌落，回沟等问题。

在上述实施例的基础上，本申请实施例还提供了一种供电装置，如图8所示，该供电装置800包括防反接电路801。其中，所述防反接电路801为前述实施例中任一项所述的防反接电路。

本申请实施例还提供了一种电子设备，如图9所示，该电子设备900包括上述所述的供电装置800。

上文对各个实施例的描述倾向于强调各个实施例之间的不同之处，其相同或相似之处可以互相参考，为了简洁，本文不再赘述。

本申请所提供的各电路实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的电路实施例。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的实施方式，上述的实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本申请的保护之内。

Claims (6)

1.一种防反接电路，其特征在于，包括：与直流供电源连接的输入端口、与应用电路连接的输出端口、第一至第四开关管；所述输入端口包括第一端子和第二端子；所述输出端口包括第三端子和第四端子；

所述第一端子分别与第一开关管的漏极、第二开关管的栅极、第三开关管的漏极以及第四开关管的栅极相连接；所述第二端子分别与所述第一开关管的栅极、所述第二开关管的漏极、所述第三开关管的栅极以及所述第四开关管的漏极相连接；所述第三端子分别与所述第一开关管的源极、所述第二开关管的源极相连接；所述第四端子分别与所述第三开关管的源极、所述第四开关管的源极相连；

所述第一开关管，用于在第一连接状态的情况下，导通所述第一端子与所述第三端子之间的连接；所述第一连接状态表示所述第一端子连接所述直流供电源的正极、所述第二端子连接所述直流供电源的负极的情况；

所述第四开关管，用于在所述第一连接状态的情况下，导通所述第二端子与所述第四端子之间的连接；

所述第二开关管，用于在第二连接状态的情况下，导通所述第二端子与所述第三端子之间的连接；所述第二连接状态表示所述第一端子连接所述直流供电源的负极、所述第二端子连接所述直流供电源的正极的情况；

所述第三开关管，用于在所述第二连接状态的情况下，导通所述第一端子与所述第四端子之间的连接。

2.根据权利要求1所述的防反接电路，其特征在于，所述第一开关管和所述第二开关管均为P型金属氧化物半导体PMOS管；所述第三开关管和所述第四开关管均为N型金属氧化物半导体NMOS管。

3.根据权利要求1或2所述的防反接电路，其特征在于，所述电路还包括：第一至第四栅极电阻；

所述第一端子分别与第二栅极电阻、第四栅极电阻的一端连接；所述第二栅极电阻的另一端连接所述第二开关管的栅极；所述第四栅极电阻的另一端连接所述第四开关管的栅极；

所述第二端子分别与第一栅极电阻、第三栅极电阻的一端连接；所述第一栅极电阻的另一端连接所述第一开关管的栅极；所述第三栅极电阻的另一端连接所述第三开关管的栅极。

4.根据权利要求1或2所述的防反接电路，其特征在于，还包括：跨接在所述第三端子和所述第四端子之间的稳压电容；所述稳压电容，用于稳定输出给所述应用电路的直流电压。

5.一种供电装置，其特征在于，包括如权利要求1至4任一项所述的防反接电路。

6.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求5所述的供电装置。

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