CN218829101U - 一种钳位保护电路 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种钳位保护电路，用于保护驱动电路。钳位保护电路包括电源输入端、响应电路及钳位电路。响应电路电连接电源输入端，用于响应且通过电源输入端输入的突变电压。钳位电路与响应电路电连接，且包括钳位输出端，钳位输出端电连接驱动电路。在响应电路输出的突变电压大于钳位电路的阈值电压时，钳位电路导通，使钳位输出端输出低阻抗。如此，通过响应电路和钳位电路之间的配合工作，可以限制电源输入端输入的突变电压信号，有效保护与钳位输出端电连接的驱动电路，提高驱动电路的可靠性，且电路结构简单。

Description

一种钳位保护电路

技术领域

本申请涉及电路技术领域，尤其涉及一种钳位保护电路。

背景技术

当电路中的电源受到干扰时，或者电源本身发生热插拔等状态时，电源输入端的电压会不稳定，电源输入端的电压会出现很多变化较快的尖峰脉冲信号。随着电源的电压取值范围逐渐变大，会造成驱动电路中的MOS管容易出现栅源极过压和漏源极过压等现象，甚至可能导致驱动电路永久性损坏的问题。

实用新型内容

本申请提供一种钳位保护电路，有效限制电源输入端输入的突变电压信号。

本申请提供一种钳位保护电路，用于保护驱动电路，其中包括：

电源输入端；

响应电路，电连接所述电源输入端，用于响应且通过所述电源输入端输入的突变电压；及

钳位电路，与所述响应电路电连接，且包括钳位输出端，所述钳位输出端电连接所述驱动电路；在所述响应电路输出的所述突变电压大于所述钳位电路的阈值电压时，所述钳位电路导通，使所述钳位输出端输出低阻抗。

可选的，所述响应电路包括相互串联的电容和电阻，其中所述电容的一端电连接所述电源输入端；所述电阻的一端电连接所述电容的另一端，所述电阻的另一端接地。

可选的，所述钳位电路包括开关管，所述开关管包括控制端、漏极和源极，其中所述控制端电连接于所述电容和所述电阻之间；所述漏极电连接所述钳位输出端；所述源极接地；

当通过所述电容的所述突变电压大于所述开关管的阈值电压时，所述开关管导通，使所述钳位输出端输出低阻抗。

可选的，所述钳位保护电路包括限压电路，所述限压电路的一端与所述开关管的控制端电连接，另一端与所述开关管的源极电连接，用于限制所述控制端和所述源极之间的电压。

可选的，所述限压电路包括齐纳二极管，所述齐纳二极管的正极电连接所述开关管的源极，所述齐纳二极管的负极电连接所述开关管的控制端。

可选的，所述电容的容值为fF级。

可选的，所述电容为隔直电容。

可选的，所述钳位保护电路包括控制电路，所述控制电路包括使能端和开关电路，其中所述开关电路电连接于所述使能端和所述钳位电路之间。

可选的，所述钳位电路包括开关管，所述开关管包括控制端、漏极和源极；所述开关电路包括MOS管，所述MOS管的栅极电连接所述使能端，所述MOS管的漏极电连接所述开关管的所述控制端，所述MOS管的源极电连接所述开关管的所述源极。

本申请提供一种钳位保护电路，用于保护驱动电路。钳位保护电路包括电源输入端、响应电路及钳位电路。响应电路电连接电源输入端，用于响应且通过电源输入端输入的突变电压。钳位电路与响应电路电连接，且包括钳位输出端，钳位输出端电连接驱动电路。在响应电路输出的突变电压大于钳位电路的阈值电压时，钳位电路导通，使钳位输出端输出低阻抗。如此，通过响应电路和钳位电路之间的配合工作，可以限制电源输入端输入的突变电压信号，有效保护与钳位输出端电连接的驱动电路，提高驱动电路的可靠性，且电路结构简单。

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，并不能限制本申请。

附图说明

图1所示为本申请的一种钳位保护电路与驱动电路电连接的原理框图。

图2所示为本申请的一种钳位保护电路的电源输入端输入的电压的信号仿真图。

图3所示为本申请的一种钳位保护电路的输入至钳位电路的电压的信号仿真图。

图4为图1所示的一种钳位保护电路与驱动电路电连接的一个实施例的电路图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。除非另作定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。若仅指代“一个”时会再单独说明。“多个”或者“若干”表示两个及两个以上。除非另行指出，“前部”、“后部”、“下部”和/或“上部”等类似词语只是为了便于说明，而并非限于一个位置或者一种空间定向。“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

本申请提供一种钳位保护电路，用于保护驱动电路。钳位保护电路包括电源输入端、响应电路及钳位电路。响应电路电连接电源输入端，用于响应且通过电源输入端输入的突变电压。钳位电路与响应电路电连接，且包括钳位输出端，钳位输出端电连接驱动电路。在响应电路输出的突变电压大于钳位电路的阈值电压时，钳位电路导通，使钳位输出端输出低阻抗。如此，通过响应电路和钳位电路之间的配合工作，可以限制电源输入端输入的突变电压信号，有效保护与钳位输出端电连接的驱动电路，提高驱动电路的可靠性，且电路结构简单。

图1所示为本申请提供的一种钳位保护电路1与驱动电路10电连接的原理框图。图2所示为本申请提供的一种钳位保护电路1的电源输入端VDD输入的电压的信号仿真图。图2中的横坐标表示时间t，纵坐标表示电源输入端VDD输入的电压U1。图3所示为本申请提供的一种钳位保护电路1的输入至钳位电路3的电压的信号仿真图。图3中的横坐标表示时间t，纵坐标表示输入至钳位电路3的电压U2。

如图1所示，钳位保护电路1用于保护驱动电路10。钳位保护电路1包括电源输入端VDD，响应电路2及钳位电路3。响应电路2电连接电源输入端VDD，用于响应且通过电源输入端VDD输入的突变电压。钳位电路3与响应电路2、地GND电连接，且包括钳位输出端4，钳位输出端4电连接驱动电路10。在响应电路2输出的突变电压大于钳位电路3的阈值电压时，钳位电路3导通，使钳位输出端4输出低阻抗。相关技术中，电源输入端VDD的电压会发生不稳定的状况，会产生突变电压，这样容易造成驱动电路10中的器件损坏现象。具体的，结合图2、图3所示，当电源输入端VDD输入的电压缓慢上升时，响应电路2无需响应，也就是说电源输入端VDD输入的电压不会通过响应电路2，此时输入至钳位电路3的电压未发生变化，且钳位电路3为关断状态。当电源输入端VDD输入的电压发生突变时，电源输入端VDD输入的电压信号近似为矩形脉冲信号(如图2所示)，此时响应电路3处于工作状态，能够通过电源输入端VDD输入的电压，相应的输入至钳位电路3的电压信号为尖峰脉冲信号(如图3所示)。当传输至钳位电路3的尖峰电压的数值大于钳位电路3的阈值电压时，钳位电路3会导通，使得钳位电路3与钳位输出端4及地GND形成低阻抗通路，从而使钳位输出端4输出低阻抗，进而避免尖峰电压对驱动电路10损坏。这样通过响应电路2和钳位电路3之间的配合工作，可以限制电源输入端VDD输入的尖峰电压，有效保护驱动电路10中的元器件，提高驱动电路10的可靠性，且电路结构简单。

图4为图1所示的一种钳位保护电路1与驱动电路10电连接的一个实施例的电路图。如图4所示，在一些实施例中，响应电路2包括相互串联的电容C和电阻R，其中电容C的一端电连接电源输入端VDD；电阻R的一端电连接电容C的另一端，电阻R的另一端接地GND。此实施例中，通过串联的电容C和电阻R形成微分网络电路，可以实时响应由电源输入端VDD输入的尖峰电压。该电容C为隔直电容，具有通交流隔直流的特性。也就是说，可以通过电容C的电压为交流电压，则表示此时电源输入端VDD输入的电压为尖峰电压；无法通过电容C的电压为直流电压，则表示此时电源输入端VDD输入的电压为稳定电压。如此，通过电容C和电阻R响应电路中的尖峰电压效果好，且结构简单可靠。并且，当电源输入端VDD输入的电压由尖峰电压恢复为稳定电压后，电容C和电阻R不再工作，此时钳位电路3处于关断状态，不会消耗静态电流。在一些实施例中，由于电源输入端VDD的突变时间为us级或ns级，因此，电容C的容值可以为fF级，如此，该电容C的面积相应较小，相比于传统的采用大容值滤波电容实现钳位保护的解决方案，有效减小占用面积，有利于整体电路结构的小型化结构。

另外，需要说明的是，若电源输入端VDD输入的电压发生突变的时间足够快，电源输入端VDD输入的电压的波形可近似于矩形脉冲信号。电容C和电阻R组成的微分网络电路的时间常数t可以通过公式t＝R*C来进行计算。对电容C和电阻R进行合适的取值，就可以检测电源输入端VDD输入的电压在不同突变时间t的变化。

在一些实施例中，钳位电路3包括开关管Q，开关管Q包括控制端5、漏极D1和源极S1，其中控制端5为开关管Q的栅极G1，电连接于电容C和电阻R之间；漏极D1电连接钳位输出端4；源极S1接地GND。当通过电容C的突变电压大于开关管Q的阈值电压时，开关管Q导通，使钳位输出端4输出低阻抗。此实施例中，当电源输入端VDD输入的电压不稳定，具有尖峰电压时，该尖峰电压为交流电压，会通过电容C并传输到开关管Q的控制端5，此时，若该尖峰电压的电压值大于开关管Q的阈值电压时，开关管Q导通，使得开关管Q与钳位输出端4及地GND形成低阻抗通路，从而使钳位输出端4输出低阻抗。如此，通过电容C、电阻R和开关管Q之间的配合工作，可以限制电源输入端VDD输入的尖峰电压，有效保护驱动电路10，提高驱动电路10的可靠性，且电路结构简单。在一些实施例中，开关管Q为N型MOS管。

在一些实施例中，钳位保护电路1包括限压电路6，限压电路6的一端与开关管Q的控制端5电连接，另一端与开关管Q的源极S1电连接，用于限制控制端5和源极S1之间的电压。如此，通过在开关管Q的栅极G1和源极S1之间电连接限压电路6，从而可以限制开关管Q的栅极G1与源极S1之间的电压，避免因电源输入端VDD输入的尖峰电压造成开关管Q的损坏。

在一些实施例中，限压电路6包括齐纳二极管D，齐纳二极管D的正极电连接开关管Q的源极S1，齐纳二极管D的负极电连接开关管Q的控制端5。齐纳二极管D具有当电源输入端VDD输入的电压发生波动，或其它原因造成电路中各点电压变动时，负载两端的电压将基本保持不变的特性，如此，有效限制开关管Q的栅极G1与源极S1之间的电压，保护开关管Q。

在一些实施例中，钳位保护电路1包括控制电路7，控制电路7包括使能端8和开关电路9，其中开关电路9电连接于使能端8和钳位电路3之间。使能端8用于控制开关电路9的导通或关断。具体的，当电容C通过突变电压且大于开关管Q的阈值电压时，使能端8输出低电平，使开关电路9处于关断状态，避免影响开关管Q的工作状态。

在一些实施例中，开关电路9包括MOS管M，MOS管M的栅极G2电连接使能端8，MOS管M的漏极D2电连接开关管Q的控制端5，MOS管M的源极S2电连接开关管Q的源极S1。当电容C通过突变电压且大于开关管Q的阈值电压时，使能端8输出低电平，使MOS管M处于关断状态，避免影响开关管Q的工作状态。另外，需要说明的是，MOS管M的漏极D2电连接齐纳二极管D的负极，MOS管M的源极S2电连接齐纳二极管D的正极，如此，齐纳二极管D在限制开关管Q的栅极G1与源极S1之间的电压的同时，也能限制MOS管M的漏极D2和源极S2之间的电压，有效保护MOS管M。

驱动电路10包括但不限于半桥电路。该半桥电路与钳位输出端4电连接，如此，通过钳位保护电路1可以保护半桥电路中的元器件，有效提高半桥电路的可靠性。该半桥电路包括依次串联于电源输入端VDD和地GND之间的第一晶体管N1和第二晶体管N2，其中第二晶体管N2的栅极与钳位输出端4电连接。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种钳位保护电路，用于保护驱动电路，其特征在于，包括：

电源输入端；

响应电路，电连接所述电源输入端，用于响应且通过所述电源输入端输入的突变电压；及

钳位电路，与所述响应电路电连接，且包括钳位输出端，所述钳位输出端电连接所述驱动电路；在所述响应电路输出的所述突变电压大于所述钳位电路的阈值电压时，所述钳位电路导通，使所述钳位输出端输出低阻抗。

2.根据权利要求1所述的钳位保护电路，其特征在于，所述响应电路包括相互串联的电容和电阻，其中所述电容的一端电连接所述电源输入端；所述电阻的一端电连接所述电容的另一端，所述电阻的另一端接地。

3.根据权利要求2所述的钳位保护电路，其特征在于，所述钳位电路包括开关管，所述开关管包括控制端、漏极和源极，其中所述控制端电连接于所述电容和所述电阻之间；所述漏极电连接所述钳位输出端；所述源极接地；

当通过所述电容的所述突变电压大于所述开关管的阈值电压时，所述开关管导通，使所述钳位输出端输出低阻抗。

4.根据权利要求3所述的钳位保护电路，其特征在于，所述钳位保护电路包括限压电路，所述限压电路的一端与所述开关管的控制端电连接，另一端与所述开关管的源极电连接，用于限制所述控制端和所述源极之间的电压。

5.根据权利要求4所述的钳位保护电路，其特征在于，所述限压电路包括齐纳二极管，所述齐纳二极管的正极电连接所述开关管的源极，所述齐纳二极管的负极电连接所述开关管的控制端。

6.根据权利要求2所述的钳位保护电路，其特征在于，所述电容的容值为fF级。

7.根据权利要求2所述的钳位保护电路，其特征在于，所述电容为隔直电容。

8.根据权利要求1所述的钳位保护电路，其特征在于，所述钳位保护电路包括控制电路，所述控制电路包括使能端和开关电路，其中所述开关电路电连接于所述使能端和所述钳位电路之间。

9.根据权利要求8所述的钳位保护电路，其特征在于，所述钳位电路包括开关管，所述开关管包括控制端、漏极和源极；所述开关电路包括MOS管，所述MOS管的栅极电连接所述使能端，所述MOS管的漏极电连接所述开关管的所述控制端，所述MOS管的源极电连接所述开关管的所述源极。

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