CN218633691U - 一种电源防护电路以及终端设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种电源防护电路及终端设备，针对包括多路外部输入电源的终端设备，该电源放回电路包括外电源防护电路，所述外电源防护电路包括各路外部输入电源对应的电磁兼容防护单元，以及包括各路外部输入电源共享的缓启动单元、隔离单元和稳压单元中的至少一项；其中，所述电磁容防护单元包括设置在支路上的瞬态抑制二极管、气体放电管、差模电感、共模电感和高频干扰抑制模块。通过电磁防护单元使得多路外部输入电源均电磁兼容性相关要求，通过该缓启动单元、隔离单元和稳压单元等，提高了电源的稳定性和可靠性，防护电路整体结构简单、成本低，且电路使用寿命长，提高了终端设备在智慧天然气场景下使用的安全性。

Description

一种电源防护电路以及终端设备

技术领域

本申请涉及电源保护技术领域，尤其涉及一种电源防护电路以及终端设备。

背景技术

随着直流电源在电力、通信中的广泛应用，对电源可靠性的要求越来越高。在智慧天然气领域，由于处于易燃易爆环境，对电源的可靠性存在更高的要求。

由于外部环境干扰、输入电源的不稳定等因素，导致智慧天然气对应的产品设备的DC-DC电源电路可靠性较差，无法满足天然气应用场景下对电源的安全性要求。

因此，针对智慧天然气领域，亟需提供一种电源防护电路，以提高电源电路的可靠性。

实用新型内容

本申请提供一种电源防护电路以及终端设备，针对包括多路外部输入电源的终端设备，提供了一种成本低、使用寿命长的电源防护电路，提高了电源电路的可靠性，进而提高了终端设备在智慧天然气场景下使用的安全性。

本申请提供一种电源防护电路，针对包括多路外部输入电源的终端设备，所述电源防护电路包括外电源防护电路，所述外电源防护电路包括各路外部输入电源对应的电磁兼容防护单元，以及包括各路外部输入电源共享的缓启动单元、隔离单元和稳压单元中的至少一项；

其中，所述电磁容防护单元包括设置在支路上的瞬态抑制二极管、气体放电管、差模电感、共模电感和高频干扰抑制模块。

可选的，所述高频干扰抑制模块包括第一电容、第二电容、第三电容和第四电容；

所述第一电容的两端分别与电源的负极和所述单点接地连接；

所述第二电容的一端通过所述差模电感与所述电源的正极连接，另一端与所述单点接地连接；

所述第三电容与所述第四电容并联，所述第三电容的两端分别与电源的正极和负极连接。

可选的，至少一路所述外部输入电源对应的所述电磁兼容防护单元还包括：稳压模块、滤波模块和第一肖特基二极管；

所述稳压模块由稳压二极管组成，所述稳压模块的两端分别与所述共模电感的两个输出端连接；

所述滤波模块用于对所述稳压模块输出的信号进行滤波；

所述滤波模块的一个输出端接地，另一个输出端与所述第一肖特基二极管的正极连接；

所述第一肖特基二极管用于防止电压反向输入所述电源。

可选的，所述外电源防护电路还包括：

各路外部输入电源对应的电压转换单元，与对应的电磁兼容防护单元连接，以对所述兼容防护单元输出的电压信号进行转换。

可选的，各路外部输入电源对应的电压转换单元包括至少一个第一直流降压单元和至少一个第一直流升压单元。

可选的，第一直流降压单元包括：

第一储能电容，开启电阻，降压转换器，自举电容，串联的储能电感和输出电容，多个串联的分压电阻，以及降压单元去耦电容；

所述第一储能电容的一端与所述降压转换器的输入端连接，另一端接地；

所述开启电阻的两端分别与所述降压转换器的输入端以及使能端连接；

所述自举电容的两端分别与所述降压转换器的BOOT引脚和PH引脚连接；

所述储能电感的一端与PH引脚连接，另一端与所述输出电容的第一端连接，所述输出电容的第二端接地；

所述多个串联的分压电阻用于对降压转换器输出的电压进行分压；

所述降压单元去耦电容的一端与所述输出电容的第一端连接，另一端接地；

所述第一直流降压单元的输出端为所述输出电容的第一端。

可选的，第一直流升压单元包括：

升压转换器，第二储能电容，输入电感，第三电阻，第四电阻，以及升压单元去耦电容；

其中，所述升压转换器的开关引脚通过所述输入电感与所述电磁兼容防护单元的输出端连接；

第二储能电容的一端与所述电磁兼容防护单元的输出端连接，另一端与所述升压转换器的使能端和输入端连接；

所述第三电阻的两端分别与所述升压转换器的输出端和反馈端连接；

所述第四电阻的两端分别与所述升压转换器的反馈端和接地端连接；

升压单元耦电容的一端与所述升压转换器的输出端连接，另一端接地；所述第一直流升压单元的输出端为所述升压转换器的输出端。

可选的，所述外电源防护电路还包括各路外部输入电源共享的缓启动单元；

所述缓启动单元包括第一场效应晶体管、下拉电阻和第一开启电容；

所述第一场效应晶体管的栅极通过所述下拉电阻接地，所述第一开启电容的两端分别与所述第一场效应晶体管的栅极和源极连接。

可选的，所述外电源防护电路还包括各路外部输入电源共享的隔离单元；

所述电源防护电路还包括锂电池电路、电源切换电路和锂电池稳压电路；

所述锂电池电路包括至少一块锂电池，限流电阻，电池电容以及与每块所述锂电池外接的肖特基二极管；

所述限流电阻的第一端与至少一块锂电池外接的肖特基二极管的负极连接，所述限流电阻的第二端作为所述锂电池电路的输出端；所述电池电容的一端接地，另一端与所述限流电阻的第二端连接；

所述电源切换电路包括第二开启电容、串联的第二场效应晶体管和第三场效应晶体管，以及第五电阻；

所述第五电阻的一端与所述隔离单元的电压输出端连接，另一端与所述第二场效应晶体管的栅极以及所述第三场效应晶体管的栅极连接；所述第二开启电容的两端与所述第二场效应晶体管的源极和栅极连接；所述第二场效应晶体管的源极与所述锂电池电路的输出端连接，所述第二场效应晶体管的漏极与所述第三场效应晶体管的源极连接，所述第三场效应晶体管的漏极作为所述电源切换电路的输出端；

所述锂电池稳压电路的输入端与所述电源切换电路的输出端连接，用于稳定所述电源切换电路的输出的电压信号。

第二方面，本申请提供一种终端设备，包括多路外部输入电源、负载以及本申请第一方面提供的电源防护电路；

其中，所述电源防护电路连接在所述多路外部输入电源与所述负载之间。

本申请提供的电源防护电路以及终端设备，该电源防护电路包括各路外部输入电源对应的电磁兼容防护单元，以及路外部输入电源共享的缓启动单元、隔离单元和稳压单元等单元，通过该电磁兼容防护单元中设置在支路上的瞬态二极管有效抑制了电源的高压干扰，如浪涌，得以将高压干扰快速抑制至安全范围；通过高绝缘电阻的气体放电管GDT，起到了浪涌保护的同时，提高了电路整体的绝缘耐压性和绝缘阻抗；通过差模电感和共模电感实现了对差模干扰和共模干扰的抑制；通过由高频干扰抑制模块旁路所设置回路上的高频干扰信号，提高了电源系统的防护效果和稳定性，使得输入电源满足电磁兼容性相关要求，同时防护电路整体复杂度低，成本低，易于实现；通过各路外部输入电源共享的缓启动单元、隔离单元和稳压单元等单元，提高了电源的可靠性和稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本申请一个实施例提供的电源防护电路的结构示意图；

图2为本申请图1所示实施例中电磁兼容防护单元的一种实现方式的结构示意图；

图3为本申请图1所示实施例提供的电磁兼容防护单元的另一种实现方式的结构示意图；

图4为本申请图1所示实施例中提供的高频干扰抑制模块的结构示意图；

图5为本申请图1所示实施例中提供的外电源防护电路的结构示意图；

图6为本申请图5所示实施例中电压转换单元一种实现方式的结构示意图；

图7为本申请图5所示实施例中电压转换单元另一种实现方式的结构示意图；

图8为本申请图1所示实施例中提供的缓启动单元的结构示意图；

图9为本申请另一个实施例提供的电源防护电路的结构示意图；

图10为本申请一个实施例提供的终端设备的结构示意图。

附图标记说明：

10-电源防护电路；

11-外电源防护电路；

12-锂电池电路；

13-电源切换电路；

14-锂电池稳压电路；

100-电磁兼容防护单元；

110-高频干扰抑制模块；

120-稳压模块；

130-滤波模块；

200-电压转换单元；

210-第一直流降压单元；

220-第一直流升压单元；

300-隔离单元；

400-缓启动单元；

500-稳压单元；

TVS1-第一瞬态抑制二极管；TVS2-第二瞬态抑制二极管；TVS3-第三瞬态抑制二极管；

GDT-气体放电管；

L1-差模电感；L2-共模电感；L3-储能电感；L4-输入电感；

C1-第一电容；C2-第二电容；C3-第三电容；C4-第四电容；C5-第五电容；C6-第六电容；C7-第七电容；C8-第八电容；C9-第九电容；C10-自举电容；C11-输出电容；C12-第一去耦电容；C13-第二去耦电容；C14-开启电容；C15-第十一电容；C16-第十二电容；C17-第十三电容；C18-第三去耦电容；C19-第四去耦电容；C20-电池电容；C21-第二开启电容；C22-第一电解电容；C23-第二电解电容；C24-第五去耦电容；C25-第六去耦电容；C26-第三电解电容；C27-第一输入电容；C28-第二输入电容；

R1-第一电阻；R2-第二电阻；R3-第一分压电阻；R4-第二分压电阻；R5-下拉电阻；R6-第三电阻；R7-第四电阻；R8-限流电阻；R9-第五电阻；

U1-降压转换器；U2-升压转换器；U3-低压差稳压器；

SBD1-第一肖特基二极管；SBD2-第二肖特基二极管；SBD3-第三肖特基二极管；SBD4-第四肖特基二极管；SBD5-第五肖特基二极管；SBD6-第六肖特基二极管；

ZD1-第一稳压二极管；ZD2-第二稳压二极管；ZD3-第三稳压二极管；

Q1-第一场效应晶体管；Q2-第二场效应晶体管；Q3-第三场效应晶体管；

P1-第一锂电池；P2-第二锂电池；

F1-保险丝。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请的优选实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。

在本申请的描述中，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”应作广义理解，例如，可以使第一连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所述的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者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。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或显示器不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或显示器固有的其它步骤或单元。

智慧燃气是以智能管网建设为基础，利用先进的通信、传感、储能、微电子、数据优化管理和智能控制等技术，实现天然气与其他能源之间、各类燃气之间的智能调度、优化替代。利用互联网技术、大数据分析技术等，突破传统服务模式，建立智慧服务互动平台，提供综合化用能方案，以提高燃气管理的智能化程度、便捷性和时效性。

在智慧燃气建设过程中使用的终端设备，如仪表、控制终端等电气设备，应满足相应的行业标准，如电磁兼容性、环境影响量等的相关性能要求。

为了确保智慧燃气相关的终端设备的电磁兼容性，需要为输入电容设计电磁兼容性电路。在相关技术中，通常采用压敏电阻方案以实现针对电源线、信号线上浪涌抗扰度的防护。由于压敏电阻存在残压问题，则需要在每个回路中增加一个瞬态抑制二极管，来降低残压对系统的危害，增加了电路防护成本。并且，压敏电阻往往仅可以承受几十次浪涌冲击，其之后的防护性能呈衰减趋势，导致使用寿命较短，电源防护性能不理想。

为了降低电源电磁兼容性防护的成本以及效果，本申请提供了一种电源防护电路，在满足电磁兼容性需求的同时，降低了防护电路成本，提高了防护电路使用寿命。

图1为本申请一个实施例提供的电源防护电路的结构示意图，针对包括多路外部输入电源的终端设备，电源防护电路设置于多路外部输入电源和负载之间，以为负载提供符合电磁兼容性相关要求的、稳定、安全的电源信号。该外部输入电源，可以为9～24V的直流电源、5V的直流电源等。

如图1所示，该电源防护电路10包括外电源防护电路11，外电源防护电路11包括各外部输入电源对应的电磁兼容防护单元100，图1中以两路外部输入电源为例，外电源防护电路11还包括各路外部输入电源共享的隔离单元300、缓启动单元400和稳压单元500中的至少一项，图1以隔离单元300、缓启动单元400和稳压单元500均包括为例。

其中，电磁容防护单元100包括瞬态抑制二极管、气体放电管、差模电感、共模电感和高频干扰抑制模块。

气体放电管的两端分别连接单端接地PE0和保护地PE，其中，保护地PE为机壳地，单端接地PE0与保护地PE等电势。

瞬态抑制二极管可以设置于对应一路外部输入电源的正负极之间，以抑制电源正负极之间的浪涌。

瞬态抑制二极管还可以设置于对应一路外部输入电源的负极PGND与单端接地PE0之间，以抑制电源的负极PGND与单端接地PE0之间的浪涌。

瞬态抑制二极管还可以设置于对应一路外部输入电源的正极+VC与单端接地PE0之间，以抑制电源的正极+VC与单端接地PE0之间的浪涌。

共模电感可以设置于高频干扰抑制模块之前或之后，以抑制共模干扰。

本实施例提供的电源防护电路，该电源防护电路包括各路外部输入电源对应的电磁兼容防护单元，以及路外部输入电源共享的缓启动单元、隔离单元和稳压单元等单元，通过该电磁兼容防护单元中设置在支路上的瞬态二极管有效抑制了电源的高压干扰，如浪涌，得以将高压干扰快速抑制至安全范围；通过高绝缘电阻的气体放电管GDT，起到了浪涌保护的同时，提高了电路整体的绝缘耐压性和绝缘阻抗；通过差模电感和共模电感实现了对差模干扰和共模干扰的抑制；通过由高频干扰抑制模块旁路所设置回路上的高频干扰信号，提高了电源系统的防护效果和稳定性，使得输入电源满足电磁兼容性相关要求，同时防护电路整体复杂度低，成本低，易于实现；通过各路外部输入电源共享的缓启动单元、隔离单元和稳压单元等单元，提高了电源的可靠性和稳定性。

图2为本申请图1所示实施例中电磁兼容防护单元的一种实现方式的结构示意图，如图2所示，本实施例提供的电源防护电路10的电磁兼容防护单元100包括三个瞬态抑制二极管，第一瞬态抑制二极管TVS1、第二瞬态抑制二极管TVS2和第三瞬态抑制二极管TVS3，气体放电管GDT，差模电感L1，共模电感L2和高频干扰抑制模块110。

其中，第一瞬态抑制二极管TVS1的两端分别与电源的正极+VC和负极PGND连接；第二瞬态抑制二极管TVS2的两端分别与电源的负极PGND和单点接地PE0连接；第三瞬态抑制二极管TVS3的两端分别与电源的正极+VC和单点接地PE0连接。即三个瞬态抑制二极管分别设置于电源的正负极之间、电源的负极和单点接地之间以及电源的正极和单点节点之间，从而将对应支路输入的高压干扰信号，如Surge(浪涌抗扰)、ESD(Electrostaticdischarge，静电抗扰)、EFT(Electrical Fast Transient，快速瞬时脉冲抗扰)等，快速抑制在安全范围内。

气体放电管GDT的两端分别与单端接地PE0和保护地PE连接，即气体放电管GDT设置于单点接地PE0和保护地PE之间，由于GDT绝缘电阻极高，无极性双向保护，且静态电容极小，可以起到浪涌保护作用，以及保证产品满足绝缘耐压、绝缘阻抗的要求。

单点接地又称为设备地或设备地单点接入地，是终端设备处的一个接地端子。

继续参见图2，高频干扰抑制模块110的一端通过差模电感L1与电源的正极+VC连接，另一端与单点接地PE0连接，用于抑制电源正负极上的高频干扰信号；高频干扰抑制模块110可以由千伏耐压、低容值陶瓷电容器组成，其容值可以为1nF或10nF。差模电感L1用于抑制电源的差模干扰。共模电感L2的一个输入端通过差模电感L1与电源的正极+VC连接，另一个输入端与电源的负极PGND，用于抑制电源的共模干扰。共模电感L2的其中一个输出端可以接地，另一个输出端作为电磁兼容防护单元100的输出端，以与其他模块连接，如微处理器系统、功能电路或者电源防护电路的其他模块等。

在一个实施例中，共模电感L2可以为共模磁环。

图3为本申请图1所示实施例提供的电磁兼容防护单元的另一种实现方式的结构示意图，结合图1至图3，本实施例提供的至少一路外部输入电源对应的电磁兼容防护单元100还包括稳压模块120、滤波模块130和第一肖特基二极管SBD1。

其中，稳压模块120由稳压二极管组成，稳压模块120的两端分别与共模电感L2的两个输出端连接；滤波模块130用于对稳压模块120输出的信号进行滤波；滤波模块130的一个输出端接地，另一个输出端与第一肖特基二极管SBD1的正极连接，第一肖特基二极管SBD1用于防止电压反向输入电源，第一肖特基二极管SBD1的负极作为电磁兼容防护单元100的输出端。

继续参见图3，稳压模块120由三个稳压二极管组成，即第一稳压二极管ZD1、第二稳压二极管ZD2和第三稳压二极管ZD3，其中，第一稳压二极管ZD1的两端与共模电感L2的两端连接，其中，第一稳压二极管ZD1的正极与电源的负极PGND连接；第二稳压二极管ZD2的正极以及第三稳压二极管ZD3的正极均与单点接地PE0连接，第二稳压二极管ZD2的负极与第一稳压二极管ZD1的负极连接，第三稳压二极管ZD3的负极与电源的负极PGND连接。

通过上述稳压模块120中的三个稳压二极管，实现了对残压值的二次保护，防止因残压值过大而导致后续的集成芯片被损坏。

在一些实施例中，可以采用其他结构的稳压模块，对残压值进行二次保护。

继续参见图3，第一肖特基二极管SBD1的正极可以与第一稳压二极管ZD1或第二稳压二极管ZD2的负极连接。

示例性的，滤波模块130可以包括一高输入阻抗的电阻以及两个低容值陶瓷电容，这两个电容串联之后与该电阻并联，形成滤波模块130。电阻的一端接地(如GND0)，另一端与第一肖特基二极管SBD1的正极。该两个电容相连接的一端还与设备地，即单点接地PE0连接，以通过这两个电容对输入的中高频干扰信号进行进一步抑制。

图4为本申请图1所示实施例中提供的高频干扰抑制模块的结构示意图，如图4所示，高频干扰抑制模块110包括第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4。

其中，第一电容C1的两端分别与电源的负极PGND和单点接地连接PE0连接；第二电容C2的一端通过差模电感L1与电源的正极+VC连接，另一端与单点接地PE0连接；第三电容C3与第四电容C4并联，第三电容C3的两端分别与电源的正极+VC和负极PGND连接。

在一个实施例中，第一电容C1至第四电容C4，可以均为千伏耐压、低容值陶瓷电容，其容值可以为10nF、1nF或者其他值。高频干扰抑制模块110中的电容，即第一电容C1至第四电容C4，用于旁路对应回路上的高频干扰信号，即第一电容C1用于旁路电源负极上的高频干扰信号，第二电容C2则用于旁路电源正极上的高频干扰信号，第三电容C3和第四电容C4则均用于旁路电源正负两极上的高频干扰信号。

通过上述第一电容C1至第四电容C4的设置，有效抑制了来自电源正负极上的高频干扰信号，提高了电源电路的稳定性。

继续参见图4，高频干扰抑制模块110还包括并联的第五电容C5和第六电容C6。第五电容C5的两端分别与共模电感L2的两个输出端连接。并联的第五电容C5和第六电容C6用于旁路电源正负极输入的中、高频干扰信号。

其中，第五电容C5和第六电容C6可以均为千伏耐压、低容值陶瓷电容，其容值可以为10nF、1nF或者其他值。

第一电容C1至第六电容C6均为旁路电容，用于旁路掉信号中的较高频成分。

通过在共模电感L2的输出侧引入两个低容值电容，即第五电容C5和第六电容C6，进一步抑制了电源正负极输入的中、高频干扰信号，提高了电源电路的稳定性。

图5为本申请图1所示实施例中提供的外电源防护电路的结构示意图，结合图1和图5可知，在本实施例中，外电源防护电路11还包括各路输入电源对应的电压转换单元200，电压转换单元20与对应的电磁兼容防护单元100连接，以对电磁兼容防护单元100输出的电压信号进行转换。

继续参见图5，电压转换单元200包括电压转换器201，电压转换器201的输入端连接有外接电容，电压转换器201的输出端连接有去耦电容，电压转换器还连接有储能电感。

在一个实施例中，电压转换器201的输入端通过外接电容接地。

在一个实施例中，电压转换器201的输出端还连接有下拉电阻。

在一个实施例中，电压转换器201的转换效率可达为90％。

通过电压转换单元200实现了对电源电压的转换，以符合负载多样化的需求，同时由于电压转换单元的高转化率，提高了电源利用效率，得以扩展较多的功能电路。

可选的，各路外部输入电源对应的电压转换单元200包括至少一个第一直流降压单元和至少一个第一直流升压单元，即上述电压转换单元200可以为第一直流降压单元或第一直流升压单元。第一直流降压单元或第一直流升压单元用于转换对应路的电源电压或电磁兼容防护单元100输出的电压，以为负载，如功能电路或微处理器系统，提供合适的电源信号。

可以基于实际需求选择。第一直流降压单元的输出端与储能电感连接，第一直流升压单元的输入端与储能电感连接。

为了防止电压反灌，第一直流降压单元或第一直流升压单元还可以包括一肖特基二极管。

第一直流升压单元、第一直流降压单元均为DC-DC(直流-直流)转换电路。可以通过升压转换器实现上述第一直流升压单元，通过降压转换器实现上述第一直流降压单元。

第一直流升压单元或第一直流降压单元的输入端与电磁兼容防护单元100的输出端连接，以对经过电磁兼容防护单元100处理后的电源信号进行电压转换。

通过升第一直流升压单元或第一直流降压单元可以进行电压转换，从而得到后续电路所需的电源电压值，同时，还可以降低电能转化的损耗，提高电源的利用率，从而使得产品或终端设备可以支持更多的功能电路。

可选的，第一直流降压单元或第一直流升压单元包括一肖特基二极管。

具体的，第一直流降压单元、第一直流升压单元中的肖特基二极管的负极可以作为第一直流降压单元、第一直流升压单元的输出端，以防止后面的电压反向灌入。

可选的，第一直流降压单元，包括：

第一储能电容，开启电阻，降压转换器，自举电容，串联的储能电感和输出电容，多个串联的分压电阻，以及降压单元去耦电容。

其中，第一储能电容的一端与降压转换器的输入端连接，另一端接地；开启电阻的两端分别与所述降压转换器的输入端以及使能端连接，用于开启或关断所述降压转换器；自举电容的两端分别与所述降压转换器的BOOT引脚和PH引脚连接；储能电感的一端与PH引脚连接，另一端与输出电容的第一端连接，输出电容的第二端接地；所多个串联的分压电阻用于对降压转换器输出的电压进行分压；降压单元去耦电容的一端与输出电容的第一端连接，另一端接地；第一直流降压单元的输出端为所述输出电容的第一端。

第一储能电容用于进行降压转换器电源输入的储能，以及用于旁路高频干扰信号，第一储能电容可以由一个电容或由多个并联的电容组成。开启电阻可以包括一个或多个串联的电阻，如贴片电阻，串联分压数值决定降压转换器的开启和关断。

降压单元去耦电容可以由一个电容或由多个并联的电容组成。

在一个实施例中，第一直流降压单元还包括一个或多个肖特基二极管，以防止电压反灌。

示例性的，图6为本申请图5所示实施例中电压转换单元一种实现方式的结构示意图，图6以电压转换单元200为直流降压单元为例，结合图5和图6，第一直流降压单元210包括：并联的第七电容C7、第八电容C8和第九电容C9，串联的第一电阻R1和第二电阻R2，降压转换器U1，自举电容C10，第二肖特基二极管SBD2，串联的储能电感L3和输出电容C11，串联的第一分压电阻R3和第二分压电阻R4，并联的第一去耦电容C12和第二去耦电容C13，以及第三肖特基二极管SBD3。

在图6中，以第一储能电容包括第七电容C7、第八电容C8和第九电容C9，开启电阻包括第一电阻R1和第二电阻R2，多个串联的分压电阻包括第一分压电阻R3和第二分压电阻R4，降压单元去耦电容包括第一去耦电容C12和第二去耦电容C13为例。

本申请对电阻、电容等器件的数量不进行限定，可以根据设计需求、器件型号等自适应设置。

继续参见图6，第七电容C7的第一端与降压转换器U1的输入端VIN连接，另一端接地GND0；第一电阻R1的两端分别与降压转换器U1的输入端VIN以及使能端ENA连接；第二电阻R2的一端与降压转换器U1的使能端ENA连接，另一端接地GND0；自举电容C10的两端分别与降压转换器U1的BOOT引脚和PH引脚连接；第二肖特基二极管SBD2的负极与PH引脚连接，正极接地GND0；储能电感L3的一端与PH引脚连接，另一端与输出电容C11的第一端p1连接，输出电容C11的第二端p2接地GND0；第一分压电阻R3的两端分别与PH引脚和降压转换器U1的VSENSE引脚连接；第二分压电阻R4的一端接地，另一端与降压转换器U1的VSENSE引脚连接；第一去耦电容C12的一端与输出电容C11的第一端连接p1，另一端接地GND0；第三肖特基二极管SBD3的正极与输出电容C11的第一端p1连接，负极作为第一直流降压单元210的输出端。

并联的第七电容C7、第八电容C8和第九电容C9即为第一直流降压单元210输入端外接的电容。并联的第一去耦电容C12和第二去耦电容C13即为第一直流降压单元210输出端连接的去耦电容。串联的第一分压电阻R3和第二分压电阻R4即为第一直流降压单元210输出端连接的下拉电阻。储能电感L3即为第一直流降压单元210的储能电感。

示例性的，降压转换器U1可以为TPS5430、TPS54331、TPS54620或者其他型号，具体可以基于实际需求进行选型。

上述第一直流降压单元210，实现了将较大的电源电压降压为负载所需的低电压，同时由于转换效率高，降低了电源损耗，提高了电源的转化效率。

可选的，第一直流升压单元包括：升压转换器，第二储能电容，输入电感，第三电阻，第四电阻，以及升压单元去耦电容；其中，所述升压转换器的开关引脚通过所述输入电感与所述电磁兼容防护单元的输出端连接；第二储能电容的一端与所述电磁兼容防护单元的输出端连接，另一端与所述升压转换器的使能端和输入端连接；所述第三电阻的两端分别与所述升压转换器的输出端和反馈端连接；所述第四电阻的两端分别与所述升压转换器的反馈端和接地端连接；升压单元去耦电容的一端与所述升压转换器的输出端连接，另一端接地；所述第一直流升压单元的输出端为所述升压转换器的输出端。

第二储能电容用于进行升压转换器电源输入的储能，以及用于旁路高频干扰信号，第二储能电容可以由一个电容或由多个并联的电容组成。

升压单元去耦电容可以由一个电容或由多个并联的电容组成。

可选的，第一直流升压单元还包括：第四肖特基二极管，所述升压单元去耦电容的一端与所述升压转换器的输出端连接，另一端与所述第四肖特基二极管的正极连接，所述第四肖特基二极管的负极作为所述第一直流升压单元的输出端。

所述第二去耦电容的一端与所述升压转换器的输出端连接，另一端与所述第四肖特基二极管的正极连接，所述第四肖特基二极管的负极作为所述第一直流升压单元的输出端。

图7为本申请图5所示实施例中电压转换单元另一种实现方式的结构示意图，图7以电压转换单元200为直流升压单元为例，结合图5和图7，第一直流升压单元220包括：升压转换器U2，并联的第十一电容C15、第十二电容C16和第十三电容C17，输入电感L4，第三电阻R6和第四电阻R7，并联的第三去耦电容C18和第四去耦电容C19，以及第四肖特基二极管SBD4。

其中，升压转换器U2的SW(Switch，开关)引脚外接输入电感L4，输入电感L4的另一端与电磁兼容防护单元100的输出端连接；并联的第十一电容C15、第十二电容C16和第十三电容C17的一端与电磁兼容防护单元100的输出端连接，另一端与升压转换器U2的使能端EN和输入端VIN连接；第三电阻R6的两端分别与升压转换器U2的输出端和反馈端连接；第四电阻R7的两端分别与升压转换器U2的反馈端和接地端GND连接；并联的第三去耦电容C18和第四去耦电容C19的一端与升压转换器U2的输出端连接，另一端与第四肖特基二极管SBD4的正极连接，第四肖特基二极管SBD4的负极作为第一直流升压单元220的输出端。

在图7中，以第二储能电容包括第十一电容C15、第十二电容C16和第十三电容C17，升压单元去耦电容包括第三去耦电容C18和第四去耦电容C19为例。

并联的第十一电容C15、第十二电容C16和第十三电容C17，即为第一直流升压单元220输入端外接的电容。并联的第三去耦电容C18和第四去耦电容C19即为第一直流升压单元220输出端连接的去耦电容。第三电阻R6和第四电阻R7即为第一直流升压单元220输出端连接的下拉电阻。输入电感L4即为第一直流升压单元220的储能电感。

示例性的，升压转换器U2可以为TSP61099、TSP63020或者其他型号，具体可以基于实际需求进行选型。

上述第一直流升压单元实现了对较低电源电压的升压，避免由于负载过重，导致电源电压被下拉的现象，保证了电路的正常运行，且结构复杂度低、转换效率高。

进一步地，为了提高电源电压的稳定性，电磁兼容防护单元100还可以包括各路外部输入电源共享的稳压单元500。

示例性的，稳压模块可以由稳压二极管组成，稳压二极管的功率值可以基于防护等级进行选择，稳压二极管作用于电源的正负极，以防止残压值过大而损坏集成芯片。

进一步地，为了防止电压反灌，电磁兼容防护单元100的输出端前还可以设置一肖特二极管。

进一步地，为了进一步旁路电源信号中的干扰信号，电磁兼容防护单元100还可以包括一滤波电路(或模块)，如RC电路组成的滤波电路。

在一个实施例中，电源防护电路10还包括各路外部输入电源共享的隔离单元300，如1:1隔离DC-DC模块，通过隔离单元300使得当后续接入微处理器系统时，得以降低该微处理器系统受到的外部干扰，从而提高了微处理器系统的稳定性和可靠性。

示例性的，可以基于集成电路、模组或芯片，实现隔离电路。本申请对隔离电路的具体结构不进行限定。

示例性的，隔离单元300可以包括定压输入隔离模块以及储能电容，该储能电容，如瓷片电容，一端接地GND0，另一端与定压输入隔离模块的输入端连接，用于进行输入储能。

在一个实施例中，电源防护电路还包括各路外部输入电源共享的缓启动单元400，图8为本申请图1所示实施例中提供的缓启动单元的结构示意图，参见图8，缓启动单元400包括第一第一场效应晶体管Q1、下拉电阻R5和开启电容C14；第一第一场效应晶体管Q1的栅极G通过下拉电阻R5接地GND0，开启电容C14的两端分别与第一场效应晶体管Q1的栅极G和源极S连接，第一场效应晶体管Q1的漏极D作为缓启动单元400的输出端。

可选的，第一场效应晶体管Q1为P沟道增强型场效应晶体管，作为电路的开关。

开启电容C14可以为陶瓷电容，开启电容C14的容值决定了第一场效应晶体管Q1的开启时间，可以基于实际需求进行开启电容C14的选型。

下拉电阻R5为贴片电阻，用于下拉第一场效应晶体管Q1的栅极电压。

通过所设计的缓启动单元400，使得在大负载情况下，保持电源电压稳定，避免出现下拉电源电压情况的出现。

在一个实施例中，电源防护电路还包括稳压单元500、第二直流升压单元和第二直流降压单元中的任一项，稳压单元500、第二直流升压单元或第二直流降压单元，用于稳定缓启动单元400、隔离单元300、第一直流降压单元、第一直流升压单元或电磁兼容防护单元100输出的电压，以为后续的负载，如微处理器或功能电路，提供稳定的电压。

通过稳压单元500、第二直流升压单元和第二直流降压单元输出稳定的电源电压值，将会提供给后续的负载使用，如功能电路、微处理器等。

具体的，稳压单元500可以包括一低压差稳压器(LDO，Low-dropout Regulator)。

在一个实施例中，低压差稳压器的输入端可以外接三个并联的储能电容，以进行输入储能以及旁路高频干扰信号。低压差稳压器的输出端可以外接两个并联的去耦电容，以进行输出储能以及去耦。

通过稳压单元500输出稳定的电压信号，以供后续的微处理器、功能电路等负载使用。

第二直流升压单元的结构可以参考前述第一直流升压单元，同样的，第二直流降压单元的结构可以参考前述第一直流降压单元，在此不再赘述。

进一步地，还可以在微处理器以及各功能电路中集成芯片的电源引脚处增加滤波元器件，如磁珠、瓷片电容器等，以进一步过滤输入的电源信号中的高频干扰，提高微处理器以及各功能电路工作的可靠性和稳定性。

在一个实施例中，可以将上述稳压单元500替换为第二直流升压单元或第二直流降压单元。

第二直流升压单元的结构可以参考前述第一直流升压单元220，同样的，第二直流降压单元的结构可以参考前述第一直流降压单元210，在此不再赘述。

进一步地，还可以在微处理器以及各功能电路中集成芯片的电源引脚处增加滤波元器件，如磁珠、瓷片电容器等，以进一步过滤输入的电源信号中的高频干扰，提高微处理器以及各功能电路工作的可靠性和稳定性。

图9为本申请另一个实施例提供的电源防护电路的结构示意图，本实施例以3路外部输入电源为例，结合图1至图9可知，本实施例提供的电源防护电路10还包括锂电池电路12、电源切换电路13和锂电池稳压电路14；外电源防护电路11还包括各路外部输入电源共享的隔离单元300。

其中，锂电池电路12包括至少一块锂电池，限流电阻R8，电池电容C20以及与每块锂电池外接的肖特基二极管；限流电阻R8的第一端与至少一块锂电池外接的肖特基二极管的负极连接，限流电阻R8的第二端作为锂电池电路12的输出端。

电池电容C20的一端接地，另一端与限流电阻R8的第二端连接。

电源切换电路13包括第二开启电容C21、串联的第二场效应晶体管Q2和第三场效应晶体管Q3，以及第五电阻R9。

第五电阻R9的一端与隔离单元300的电压输出端(+V)连接，另一端与第二场效应晶体管Q2的栅极以及第三场效应晶体管Q3的栅极连接；第二开启电容C21的两端与第二场效应晶体管Q2的源极和栅极连接；第二场效应晶体管Q2的源极与锂电池电路12的输出端连接，第二场效应晶体管Q2的漏极与第三场效应晶体管Q3的源极连接，第三场效应晶体管Q3的漏极作为电源切换电路13的输出端。

锂电池稳压电路14的输入端与电源切换电路13的输出端连接，用于稳定电源切换电路13的输出的电压信号。

图9中以2块锂电池为例，如图9中的第一锂电池P1和第二锂电池P2，锂电池外接的肖特基二极管，如图9中的第五肖特基二极管SBD5和第六肖特基二极管SBD6。每一锂电池可外接一肖特基二极管，以防止后级电压反向灌入锂电池，以及防止多块锂电池之间反向充电，确保锂电池的安全。

限流电阻R8有效限制电池电容C20的充电电流，防止超出其规格要求，确保充电安全。

电池电容C20具备较大的放电电流，用于提供瞬时大负载电路以及系统电路等负载电能的使用需求。

锂电池电路12还包括保险丝F1，保险丝的一端与限流电阻R8第二端连接，另一端作为锂电池电路12的输出端，与电源切换电路13的输入端连接，即与第五电阻R9的与隔离单元300连接的一端连接。在输入侧电流异常增大时，保险丝可以有效防止后续电路中的元器件损坏。

第二开启电容C21为陶瓷电容，其容值决定了第二场效应晶体管Q2漏极与源极的开启时间，通过选择容值适宜的C21可以减小上电时下拉输入电源的时间，提高电源的稳定性。

第二场效应晶体管Q2和第三场效应晶体管Q3为P沟道增强型场效应晶体管，组合成双向对管，用于电路的开关使用也具备防反灌的能力，防止输出侧电源反灌到输入侧，保护输入侧锂电池、电池电容等元器件的安全性。

第五电阻R9为贴片电阻，用于固定第二场效应晶体管Q2和第三场效应晶体管Q3的栅极电压。

由于第五电阻R9的一端连接的是外电(外部输入电源的简称)隔离单元300输出侧输出的电压值+V，当任意1路外电或者2路外电正常输入时，不满足第二场效应晶体管Q2和第三场效应晶体管Q3的导通条件，第二场效应晶体管Q2和第三场效应晶体管Q3不导通，故截止了锂电池、电池电容C20电量的消耗。而当外电无法正常输入时，即+V的电压值为0V，此时满足第二场效应晶体管Q2和第三场效应晶体管Q3的导通条件，第二场效应晶体管Q2和第三场效应晶体管Q3导通，此时便会切换到锂电池和电池电容C20进行供电。

锂电池稳压电路14包括低压差稳压器U3，低压差稳压器U3的输出端外接有多个并联的电容，如图9中的第一电解电容C22、第二电解电容C23、第五去耦电容C24和第六去耦电容C25。第一电解电容C22、第二电解电容C23用于储能，第五去耦电容C24和第六去耦电容C25用于去耦，以提升输出电压的稳定性。

继续参见图9，低压差稳压器U3的输入端还外接有多个并联的电容，以及第七肖特基二极管SBD7，防止电压反灌。图9中以低压差稳压器U3的输入端外接有3个并联的电容为例，即第三电解电容C26、第一输入电容C27和第二输入电容C28。第三电解电容C26用于储能，第一输入电容C27和第二输入电容C28均为陶瓷电容，用于储能以及旁路高频干扰信号。

通过增设锂电池相关电路，使得当多路外部输入电源断电时，仍可以通过锂电池为负载供电，保证终端设备持续不间断工作。

根据终端设备的静态功耗以及寿命要求，使用满足寿命要求的容量锂电池，如3块锂电池或者更多块。如果终端设备的运行电流相对较大，则启用锂电池，以提供满足瞬时大电流电路的需要。同时电路中设计了电源切换电路13和锂电池稳压电路14，锂电池稳压电路输出的稳压值可以设置低于上述稳压单元500输出的稳压值，从而优先使用多路输入直流电源，从而延长锂电池的使用寿命。

图10为本申请一个实施例提供的终端设备的结构示意图，如图10所示，该终端设备包括：电源20、微处理器系统30以及电源防护电路10。

其中，电源防护电路10可以为上述任意实施例提供的电源防护电路10。电源防护电路10用于进行电源20输出的电源信号的防护，如电磁兼容性、稳压等，以为负载微处理器系统30提供稳定的电源信号。

电源20的负载还可以包括一些功能电路，如放大电路、控制电路等。

终端设备可以为天然气相关的任意一个设备，如计量系统、泄放系统、清管器、中控设备等。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (10)

1.一种电源防护电路，其特征在于，针对包括多路外部输入电源的终端设备，所述电源防护电路包括外电源防护电路，所述外电源防护电路包括各路外部输入电源对应的电磁兼容防护单元，以及包括各路外部输入电源共享的缓启动单元、隔离单元和稳压单元中的至少一项；

其中，所述电磁兼容防护单元包括设置在支路上的瞬态抑制二极管、气体放电管、差模电感、共模电感和高频干扰抑制模块。

2.根据权利要求1所述的电源防护电路，其特征在于，所述高频干扰抑制模块包括第一电容、第二电容、第三电容和第四电容；

所述第一电容的两端分别与电源的负极和单点接地连接；

所述第二电容的一端通过所述差模电感与所述电源的正极连接，另一端与所述单点接地连接；

所述第三电容与所述第四电容并联，所述第三电容的两端分别与电源的正极和负极连接。

3.根据权利要求1所述的电源防护电路，其特征在于，至少一路所述外部输入电源对应的所述电磁兼容防护单元还包括：稳压模块、滤波模块和第一肖特基二极管；

所述稳压模块由稳压二极管组成，所述稳压模块的两端分别与所述共模电感的两个输出端连接；

所述滤波模块用于对所述稳压模块输出的信号进行滤波；

所述滤波模块的一个输出端接地，另一个输出端与所述第一肖特基二极管的正极连接；

所述第一肖特基二极管用于防止电压反向输入所述电源。

4.根据权利要求1所述的电源防护电路，其特征在于，所述外电源防护电路还包括：

各路外部输入电源对应的电压转换单元，与对应的电磁兼容防护单元连接，以对所述兼容防护单元输出的电压信号进行转换。

5.根据权利要求4所述的电源防护电路，其特征在于，各路外部输入电源对应的电压转换单元包括至少一个第一直流降压单元和至少一个第一直流升压单元。

6.根据权利要求5所述的电源防护电路，其特征在于，第一直流降压单元包括：

第一储能电容，开启电阻，降压转换器，自举电容，串联的储能电感和输出电容，多个串联的分压电阻，以及降压单元去耦电容；

所述第一储能电容的一端与所述降压转换器的输入端连接，另一端接地；

所述开启电阻的两端分别与所述降压转换器的输入端以及使能端连接；

所述自举电容的两端分别与所述降压转换器的BOOT引脚和PH引脚连接；

所述储能电感的一端与PH引脚连接，另一端与所述输出电容的第一端连接，所述输出电容的第二端接地；

所述多个串联的分压电阻用于对降压转换器输出的电压进行分压；

所述降压单元去耦电容的一端与所述输出电容的第一端连接，另一端接地；

所述第一直流降压单元的输出端为所述输出电容的第一端。

7.根据权利要求5所述的电源防护电路，其特征在于，第一直流升压单元包括：

升压转换器，第二储能电容，输入电感，第三电阻，第四电阻，以及升压单元去耦电容；

其中，所述升压转换器的开关引脚通过所述输入电感与所述电磁兼容防护单元的输出端连接；

第二储能电容的一端与所述电磁兼容防护单元的输出端连接，另一端与所述升压转换器的使能端和输入端连接；

所述第三电阻的两端分别与所述升压转换器的输出端和反馈端连接；

所述第四电阻的两端分别与所述升压转换器的反馈端和接地端连接；

升压单元耦电容的一端与所述升压转换器的输出端连接，另一端接地；所述第一直流升压单元的输出端为所述升压转换器的输出端。

8.根据权利要求1-6任一项所述的电源防护电路，其特征在于，所述外电源防护电路还包括各路外部输入电源共享的缓启动单元；

所述缓启动单元包括第一场效应晶体管、下拉电阻和第一开启电容；

所述第一场效应晶体管的栅极通过所述下拉电阻接地，所述第一开启电容的两端分别与所述第一场效应晶体管的栅极和源极连接。

9.根据权利要求1-6任一项所述的电源防护电路，其特征在于，所述外电源防护电路还包括各路外部输入电源共享的隔离单元；

所述电源防护电路还包括锂电池电路、电源切换电路和锂电池稳压电路；

所述锂电池电路包括至少一块锂电池，限流电阻，电池电容以及与每块所述锂电池外接的肖特基二极管；

所述限流电阻的第一端与至少一块锂电池外接的肖特基二极管的负极连接，所述限流电阻的第二端作为所述锂电池电路的输出端；所述电池电容的一端接地，另一端与所述限流电阻的第二端连接；

所述电源切换电路包括第二开启电容、串联的第二场效应晶体管和第三场效应晶体管，以及第五电阻；

所述第五电阻的一端与所述隔离单元的电压输出端连接，另一端与所述第二场效应晶体管的栅极以及所述第三场效应晶体管的栅极连接；所述第二开启电容的两端与所述第二场效应晶体管的源极和栅极连接；所述第二场效应晶体管的源极与所述锂电池电路的输出端连接，所述第二场效应晶体管的漏极与所述第三场效应晶体管的源极连接，所述第三场效应晶体管的漏极作为所述电源切换电路的输出端；

所述锂电池稳压电路的输入端与所述电源切换电路的输出端连接，用于稳定所述电源切换电路的输出的电压信号。

10.一种终端设备，其特征在于，包括多路外部输入电源、负载以及权利要求1-9任一项所述的电源防护电路；

其中，所述电源防护电路连接在所述多路外部输入电源与所述负载之间。

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