CN218569832U - 一种单向保护电路、车电系统及集成芯片 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种单向保护电路、车电系统及集成芯片，涉及电路保护领域，该单向保护电路包括NMOS管，NMOS管的源极与电源端连接，漏极与负载端连接；升压电路，升压电路的电源输入端与NMOS管的源极连接，电源输出端与NMOS管的栅极连接；脉冲发生电路，为升压电路提供频率稳定的使能信号。本申请中电源端与负载端之间的主电路通过NMOS管实现单向导通，NMOS管具有管压降小、功耗小、可用于大功率、温度特性好的优点，同时由于升压电路的升压能力受到元件限制，电源电压过高时升压电路无法继续升压，NMOS管不再导通，实现高压保护限制。本申请的单向导通电路能够对浪涌电压的保护更为有效，应用范围更广。

Description

一种单向保护电路、车电系统及集成芯片

技术领域

本实用新型涉及电路保护领域，特别涉及一种单向保护电路、车电系统及集成芯片。

背景技术

汽车的电力电子控制电路中，存在大量的EMC(Electro-MagneticCompatibility，电磁兼容性)需求，要求对ISO7637测试标准下的各类浪涌电压进行处理，其中最为通用的处理手段为使用二极管对电源输入进行单向保护。

这种单纯的使用二极管作单向保护的方案，由于压降较大，不能应用在大功率电路中，否则会导致明显的功率损失，同时，二极管对于高压波动电路没有保护限制，在高温环境中发热严重，使得二极管的应用范围较窄，对浪涌电压的处理效果不够理想。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是目前本领域技术人员需要解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种性能更好、应用范围更广的单向保护电路、车电系统及集成芯片。其具体方案如下：

一种单向保护电路，包括：

NMOS管，所述NMOS管的源极与电源端连接，所述NMOS管的漏极与负载端连接；

升压电路，所述升压电路的电源输入端与所述NMOS管的源极连接，所述升压电路的电源输出端与所述NMOS管的栅极连接；

脉冲发生电路，所述脉冲发生电路的输出端与所述升压电路的开关使能端连接，为所述升压电路提供频率稳定的使能信号。

优选的，所述升压电路包括第一电感、第一二极管、第一开关管、第一电容；

所述第一电感的第一端作为所述升压电路的电源输入端，与所述NMOS管的源极连接；

所述第一电感的第二端分别与所述第一开关管的第一端、所述第一二极管的阳极连接；

所述第一二极管的阴极作为所述升压电路的电源输出端，分别与所述NMOS管的栅极和所述第一电容的第一端连接；

所述第一电容的第二端接地；

所述第一开关管的第二端接地；

所述第一开关管的控制端作为所述升压电路的开关使能端，与所述脉冲发生电路的输出端连接。

优选的，所述第一开关管为三极管。

优选的，所述升压电路还包括：

第一电阻，所述第一电阻的第一端与所述第一电容的第一端连接，所述第一电阻的第二端与所述NMOS管的漏极连接。

优选的，所述脉冲发生电路包括脉冲发生器、第二电阻和第三电阻，其中：

所述脉冲发生器的输出端与所述第三电阻的第一端连接；

所述第三电阻的第二端作为所述脉冲发生电路的输出端，分别与所述第二电阻的第一端和所述第一开关管的控制端连接；

所述第二电阻的第二端接地。

优选的，所述脉冲发生器具体为生成50kHz脉冲信号并向外输出的脉冲发生器。

优选的，所述单向保护电路还包括瞬态抑制二极管和/或第二电容，其中：

所述瞬态抑制二极管的第一端与所述NMOS管的源极连接，第二端接地；

所述第二电容的第一端与所述NMOS管的源极连接，第二端接地。

相应的，本申请还公开了一种车电系统，包括如上文任一项所述单向保护电路。

相应的，本申请还公开了一种集成芯片，包括如上文任一项所述单向保护电路。

本申请中电源端与负载端之间的主电路通过NMOS管实现单向导通，NMOS管具有管压降小、功耗小、可用于大功率、温度特性好的优点，因此本申请的单向导通电路功耗较小、不易发热，同时本申请中NMOS管的栅极和源极分别连接升压电路输出端和电源电压，由于升压电路的升压能力受到元件限制，在电源电压过高时，升压电路无法继续升压，从而NMOS管不再导通，起到了高压保护限制的作用。基于以上特性，本申请的单向导通电路能够对浪涌电压的保护更为有效，具有更广的应用范围。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，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实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例中一种单向保护电路的结构分布图；

图2为本实用新型实施例中一种具体的单向保护电路的结构分布图。

具体实施方式

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、完整地描述，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例公开了一种单向保护电路，参见图1所示，包括：

NMOS管NM1，NMOS管NM1的源极与电源端Vin连接，NMOS管NM1的漏极与负载端Vout连接；

升压电路1，升压电路1的电源输入端与NMOS管NM1的源极连接，升压电路1的电源输出端与NMOS管NM1的栅极连接；

脉冲发生电路2，脉冲发生电路2的输出端与升压电路1的开关使能端连接，为升压电路1提供频率稳定的使能信号。

可以理解的是，脉冲发生电路2为升压电路1提供使能信号时，升压电路1能够在使能信号的支持下对电源端Vin的电压进行升压处理并输出，此时NMOS(N-Metal-Oxide-Semiconductor，N型金属-氧化物-半导体)管NM1的栅极和源极之间存在电压差Vgs，当该电压差Vgs大于NMOS管NM1中启动电压Vgs(th)，NMOS管NM1将导通，由于NMOS管NM1及其内置二极管的特性，该导通只能单向实现，不会发生电流反向流通的情况。同样由于NMOS管NM1的特性，NMOS管NM1的内部压降非常小，几乎可以忽略，且NMOS管NM1允许流过大电流，电流最高可达到20A，由于压降较小，NMOS管NM1自身消耗功率较小，具有很好的温度特性。

此外，升压电路1的升压能力受到元件限制，升压电路1的输入电压具有一定的范围要求，输出电压对应存在最高电压，当输入电压超出该范围后，升压电路1无法持续升压，例如当输入电压的范围要求在16V以下，通常汽车电源端Vin的电压在9-16V之间波动，当前电源端Vin突然异常、电压达到20V时，升压电路1无法对20V的电压继续升压，此时NMOS管NM1的栅极和源极之间不可能满足电压差，NMOS管NM1停止导通，因此本实施例中单向保护电路对高电压输入有截止保护的效果。

可以理解的是，本实施例中单向保护电路可以替换传统的二极管实现更为有效可靠的单向保护，应用对象包括汽车电气系统、电气设备系统的输入保护端，实现对各种ISO7637浪涌电压的处理，可满足各种不同的EMC(Electro-Magnetic Compatibility，电磁兼容性)需求。

进一步的，升压电路1的具体电路结构可根据实际工况和应用对象进行设置。如图2所示，图2为一种简单的升压电路1的结构示例，其中：

升压电路1包括第一电感L1、第一二极管D1、第一开关管K1、第一电容D1；

第一电感L1的第一端作为升压电路1的电源输入端，与NMOS管NM1的源极连接；

第一电感L1的第二端分别与第一开关管K1的第一端、第一二极管D1的阳极连接；

第一二极管D1的阴极作为升压电路1的电源输出端，分别与NMOS管NM1的栅极和第一电容D1的第一端连接；

第一电容D1的第二端接地；

第一开关管K1的第二端接地；

第一开关管K1的控制端作为升压电路1的开关使能端，与脉冲发生电路2的输出端连接。

可以理解的是，第一开关管K1可选为三极管，或其他可通过控制端进行通断调整的开关管。

进一步的，升压电路1还包括：第一电阻R1，第一电阻R1的第一端与第一电容D1的第一端连接，第一电阻R1的第二端与NMOS管NM1的漏极连接。可以理解的是，通过第一电阻R1将NMOS管NM1的漏极与栅极连接起来，从而能够在一定程度上控制漏极的电压与栅极的电压更为接近，进一步控制NMOS管NM1的导通状态。

当第一开关管K1导通，升压电路1内部电流经过第一电感L1和第一开关管K1到底，电源端Vin为直流电从而第一电感L1上电流以一定的比率线性增加，第一电感L1内部存储能量；当第一开关管闭合，由于电感电流的保持特性和方向不突变的特性，第一电感L1开始为第一电容C1充电，第一二极管D1的设置使得第一电容C1不会放电。第一开关管K1随着使能信号频繁导通，最终实现将电源端Vin的电压升压到一定程度并输出的效果，由此，NMOS管NM1的栅极和源极的电压差能够大于启动电压Vgs(th)、使NMOS管NM1导通。

进一步的，脉冲发生电路2用于产生一个稳定的脉冲信号作为使能信号，如图2所示，脉冲发生电路2包括脉冲发生器U1、第二电阻R2和第三电阻R3，其中：

脉冲发生器U1的输出端与第三电阻R3的第一端连接；

第三电阻R3的第二端作为脉冲发生电路2的输出端，分别与第二电阻R2的第一端和第一开关管K1的控制端连接；

第二电阻R2的第二端接地。

可以理解的是，脉冲发生器U1具体可选为生成50kHz脉冲信号并向外输出的脉冲发生器，当然也可以根据实际升压电路1的元件配置将脉冲信号设置为其他频率，脉冲发生器U1中关于脉冲信号的频率设置主要通过选择产生振荡的器件型号实现。

进一步的，单向保护电路还包括瞬态抑制二极管TVS和/或第二电容C2，其中：

瞬态抑制二极管TVS的第一端与NMOS管NM1的源极连接，第二端接地；

第二电容C2的第一端与NMOS管NM1的源极连接，第二端接地。

可以理解的是，瞬态抑制二极管TVS(Transient Voltage Suppressor)和第二电容C2的设置，都能够进一步提高电源端Vin的电压稳定性，不论是对于升压电路1还是后续负载端，都会因为电源端Vin的电压稳定而获得更为稳定的运行效果。

可以理解的是，整个单向保护电路中各元件的型号选择根据实际电路需求决定，如图2所示的各元件，可以设定为以下型号和参数：第一电感1uH，第一电容10uF，第一开关管取三极管2N2222A，第一二极管取SS34，第一电阻20kΩ，第二电阻1kΩ，第一电阻1kΩ，第一电阻20kΩ，第二电容10uF。除了以上示例外，各元件的型号可根据实际情况进行调整，此处不作限制。

本申请实施例中电源端与负载端之间的主电路通过NMOS管实现单向导通，NMOS管具有管压降小、功耗小、可用于大功率、温度特性好的优点，因此本申请的单向导通电路功耗较小、不易发热，同时本申请中NMOS管的栅极和源极分别连接升压电路输出端和电源电压，由于升压电路的升压能力受到元件限制，在电源电压过高时，升压电路无法继续升压，从而NMOS管不再导通，起到了高压保护限制的作用。基于以上特性，本申请的单向导通电路能够对浪涌电压的保护更为有效，具有更广的应用范围。

相应的，本申请实施例还公开了一种车电系统，包括如上文任一项所述单向保护电路。

相应的，本申请实施例还公开了一种集成芯片，包括如上文任一项所述单向保护电路。

其中，有关单向保护电路的细节内容可以参照上文实施例中的相关描述，此处不再赘述。

其中，本实施例中车电系统、集成芯片均具有与上文实施例中单向保护电路相同的技术效果，此处不再赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域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实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型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 (9)

1.一种单向保护电路，其特征在于，包括：

NMOS管，所述NMOS管的源极与电源端连接，所述NMOS管的漏极与负载端连接；

升压电路，所述升压电路的电源输入端与所述NMOS管的源极连接，所述升压电路的电源输出端与所述NMOS管的栅极连接；

脉冲发生电路，所述脉冲发生电路的输出端与所述升压电路的开关使能端连接，为所述升压电路提供频率稳定的使能信号。

2.根据权利要求1所述单向保护电路，其特征在于，所述升压电路包括第一电感、第一二极管、第一开关管、第一电容；

所述第一电感的第一端作为所述升压电路的电源输入端，与所述NMOS管的源极连接；

所述第一电感的第二端分别与所述第一开关管的第一端、所述第一二极管的阳极连接；

所述第一二极管的阴极作为所述升压电路的电源输出端，分别与所述NMOS管的栅极和所述第一电容的第一端连接；

所述第一电容的第二端接地；

所述第一开关管的第二端接地；

所述第一开关管的控制端作为所述升压电路的开关使能端，与所述脉冲发生电路的输出端连接。

3.根据权利要求2所述单向保护电路，其特征在于，所述第一开关管为三极管。

4.根据权利要求2所述单向保护电路，其特征在于，所述升压电路还包括：

第一电阻，所述第一电阻的第一端与所述第一电容的第一端连接，所述第一电阻的第二端与所述NMOS管的漏极连接。

5.根据权利要求2所述单向保护电路，其特征在于，所述脉冲发生电路包括脉冲发生器、第二电阻和第三电阻，其中：

所述脉冲发生器的输出端与所述第三电阻的第一端连接；

所述第三电阻的第二端作为所述脉冲发生电路的输出端，分别与所述第二电阻的第一端和所述第一开关管的控制端连接；

所述第二电阻的第二端接地。

6.根据权利要求5所述单向保护电路，其特征在于，所述脉冲发生器具体为生成50kHz脉冲信号并向外输出的脉冲发生器。

7.根据权利要求1至6任一项所述单向保护电路，其特征在于，还包括瞬态抑制二极管和/或第二电容，其中：

所述瞬态抑制二极管的第一端与所述NMOS管的源极连接，第二端接地；

所述第二电容的第一端与所述NMOS管的源极连接，第二端接地。

8.一种车电系统，其特征在于，包括如权利要求1至7任一项所述单向保护电路。

9.一种集成芯片，其特征在于，包括如权利要求1至7任一项所述单向保护电路。

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