CN219107060U - 一种保护电路 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种保护电路，保护电路包括防反接单元、过压保护单元和缓启动单元；防反接单元用于在供电电源反接时切断供电电源与后级负载之间的供电通路；过压保护单元用于在供电电源提供的输入电压超过预设电压时切断供电电源与后级负载之间的供电通路；缓启动单元用于在供电电源上电时，延迟供电电源与后级负载之间的导通，进而保护后级负载。具体的，本申请提供的保护电路能够在供电电源为后级负载供电时，避免对电路及后级负载造成损害，且该保护电路集防反接、过压保护和缓启动三种保护电路于一体，简化电路模型，能够减少资源浪费，降低成本。

Description

一种保护电路

技术领域

本申请涉及电源供电技术领域，特别是涉及一种保护电路。

背景技术

直流电源在为后级负载供电时，负载启停时，供电电压会产生一定的波动，容易出现输入电压远高于后级负载的额定工作电压的情况，例如，在后级负载为电子设备时，输入电压高于电子设备的额定工作电压，对电子设备带来很严重的后果，从而损坏电子设备；此外，电源反接对后级负载也会造成毁灭性的损坏；且现有的直流电源的输入电路大都采用电容滤波型整流电路，在电源上电瞬间，电容可视为短路，因此，输入电路的电源端在上电瞬间会产生大电流，会损坏输入电路。这些原因都会对电路产生影响且容易对后级负载造成损害。

实用新型内容

本申请提供一种保护电路，该保护电路能够在供电电源在为负载供电时，避免对电路及后级负载造成损害。

为解决上述技术问题，本申请提供的第一个技术方案为：提供一种保护电路，包括：防反接单元、过压保护单元和缓启动单元；所述防反接单元、所述过压保护单元和所述缓启动单元并联在输入端和输出端之间，所述输入端用于连接供电电源；所述输出端用于连接后级负载；其中，所述防反接单元用于在所述供电电源反接时切断所述供电电源与所述后级负载之间的供电通路；所述过压保护单元用于在所述供电电源提供的输入电压超过预设电压时切断所述供电电源与所述后级负载之间的供电通路；所述缓启动单元用于在所述供电电源上电时，延迟所述供电电源与所述后级负载之间的导通，进而保护所述后级负载。

其中，在所述供电电源反接时，所述防反接单元开启，以切断所述供电电源与所述后级负载之间的供电通路，所述过压保护单元和所述缓启动单元不工作；在所述供电电源提供的输入电压超过预设电压时，所述过压保护单元开启，以切断所述供电电源与所述后级负载之间的供电通路，所述防反接单元和所述缓启动单元不工作；在所述供电电源正接，且所述供电电源提供的输入电压未超过预设电压时，所述缓启动单元开启，延迟所述供电电源与所述后级负载之间的导通，进而保护所述后级负载，所述防反接单元、所述过压保护单元不开启。

其中，所述输入端包括第一输入端和第二输入端，所述输出端包括第一输出端和第二输出端；所述防反接单元包括：第一开关单元，所述第一开关单元连接所述第一输入端、所述第二输入端和所述过压保护单元，通过所述过压保护单元连接所述第二输出端；在所述供电电源反接时，所述第一开关单元断开，以切断所述供电电源与所述后级负载之间的供电通路。

其中，所述第一开关单元包括第一开关，所述防反接单元还包括：第一电阻、第一二极管；所述第一电阻的第一端连接所述第一输入端；所述第一开关的第一端连接所述第二输入端，所述第一开关的控制端连接所述第一电阻的第二端，所述第一开关的第二端连接所述过压保护单元；所述第一二极管的输入端连接所述第一开关的第二端，所述第一二极管的输出端连接所述第一开关的控制端。

其中，所述过压保护单元包括：稳压单元，所述稳压单元的输入端连接第二输入端，所述稳压单元的输出端连接所述第一输入端；第二开关单元，连接第一输入端；分压单元，连接所述第二开关单元、所述第一输入端；第三开关单元，连接所述分压单元、所述第一输入端、第一输出端；在所述供电电源提供的输入电压未超过所述稳压单元的导通电压时，所述第二开关单元关断，所述分压单元对所述输入电压进行分压，以使得所述第三开关单元导通，进而导通所述供电电源与所述后级负载之间的供电通路；在所述供电电源提供的输入电压超过所述稳压单元的导通电压时，所述第二开关单元导通，以使得所述第三开关单元断开，从而切断所述供电电源与所述后级负载之间的供电通路。

其中，所述稳压单元包括：稳压管和第二电阻；所述稳压管的输入端连接所述第二输入端，所述第二电阻的第一端连接所述稳压管的输出端，所述第二电阻的第二端连接所述第一输入端。

其中，所述第二开关单元包括：第二开关、第三电阻和第一电容；所述第三电阻的第一端连接稳压管的输出端，所述第二开关的第一端连接所述第一输入端，所述第二开关的控制端连接所述第三电阻的第二端，所述第一电容的第一端连接所述第三电阻的第二端，所述第一电容的第二端连接所述第二开关的第二端。

其中，所述分压单元包括：第四电阻和第五电阻；所述第四电阻的第一端连接所述第一输入端，所述第四电阻的第二端连接所述第五电阻的第一端，所述第五电阻的第二端连接第二输入端。

其中，所述第三开关单元包括：第三开关、第二电容和第六电阻；所述第三开关的第一端连接所述第一输入端，所述第三开关的第二端连接所述第一输出端，所述第三开关的控制端连接所述第六电阻的第一端，所述第六电阻的第二端连接所述第四电阻和所述第五电阻之间的第一节点，所述第二电容的第一端连接所述第一输入端，所述第二电容的第二端连接所述第一节点。

其中，所述第三开关单元的所述第三开关、所述第二电容和所述第六电阻与所述分压单元的第五电阻组成所述缓启动单元。

本申请的有益效果，区别于现有技术，本申请的保护电路包括防反接单元、过压保护单元和缓启动单元；防反接单元用于在供电电源反接时切断供电电源与后级负载之间的供电通路；过压保护单元用于在供电电源提供的输入电压超过预设电压时切断供电电源与后级负载之间的供电通路；所述缓启动单元用于在供电电源上电时，延迟供电电源与所述后级负载之间的导通，进而保护后级负载。具体的，本申请提供的保护电路能够在供电电源为后级负载供电时，避免对电路及后级负载造成损害，且该保护电路集防反接、过压保护和缓启动三种保护电路于一体，简化电路模型，能够减少资源浪费，降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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它的附图，其中：

图1为本申请提供的保护电路的第一实施例的结构示意图；

图2为本申请提供的保护电路的第二实施例的结构示意图。

具体实施方式

本申请中的术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。本申请实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，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、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

请参见图1，为本申请保护电路的一实施例的结构示意图，保护电路100具体包括：防反接单元11、过压保护单元12和缓启动单元13。

其中，防反接单元11、过压保护单元12和缓启动单元13并联在输入端M和输出端N之间，输入端M用于连接供电电源；输出端N用于连接后级负载。

其中，防反接单元11用于在供电电源反接时切断供电电源与后级负载之间的供电通路；过压保护单元12用于在供电电源提供的输入电压超过预设电压时切断供电电源与后级负载之间的供电通路；缓启动单元13用于在供电电源上电时，延迟供电电源与后级负载之间的导通，进而保护后级负载。

具体的，本申请提供的保护电路100，能够在供电电源在为后级负载供电时，避免对电路及后级负载造成损害。且本申请提供的保护电路100集防反接、过压保护和缓启动三种保护电路于一体，简化电路模型，相对于过压保护单元，防反接电路，缓启动电路是三个独立的电路，能够减少PCB板的布线面积，且避免使用较多重复的元器件，进而减少资源浪费，降低成本。

在一实施例中，供电电源反接时，防反接单元11开启，以切断供电电源与后级负载之间的供电通路，过压保护单元12和缓启动单元13不工作。在供电电源提供的输入电压超过预设电压时，过压保护单元12开启，以切断供电电源与后级负载之间的供电通路，防反接单元11和缓启动单元13不工作。在供电电源正接，且供电电源提供的输入电压未超过预设电压时，缓启动单元13开启，延迟供电电源与后级负载之间的导通，进而保护后级负载，防反接单元11、过压保护单元12不开启。

具体的，请参见图2，图2为本申请保护电路100的第二实施例的结构示意图。其中，输入端M包括第一输入端M1和第二输入端M2，输出端N包括第一输出端N1和第二输出端N2。需要说明的是，第一输入端M1和第二输入端M2用于连接供电电源的正负极，例如，第一输入端M1连接供电电源的正极，第二输入端M2连接供电电源的负极。第一输出端N1和第二输出端N2用于连接后级负载的正负极，例如，第一输出端N1连接后级负载的正极，第二输出端N2连接后级负载的负极。可以理解的，当第二输出端N2连接后级负载的负极时，第二输出端N2接地。

在本实施例中，防反接单元11包括：第一开关单元，第一开关单元连接第一输入端M1、第二输入端M2和过压保护单元12，通过过压保护单元12连接第二输出端N2。

在供电电源反接时，第一开关单元断开，以切断供电电源与后级负载之间的供电通路。具体的，第一开关单元包括第一开关Q1，防反接单元11还包括：第一电阻R1、第一二极管D1；第一电阻R1的第一端连接第一输入端M1；第一开关Q1的第一端连接第二输入端M2，第一开关Q1的控制端连接第一电阻R1的第二端，第一开关Q1的第二端连接过压保护单元12；第一二极管D1的输入端连接第一开关Q1的第二端，第一二极管D1的输出端连接第一开关Q1的控制端。

其中，第一开关Q1为NMOS管，导通条件为栅极和源极压差Vgs大于0，当供电电源正接时，也即供电电源的正极连接第一输入端M1，负极连接第二输入端M2时，第一开关Q1的栅极和源极压差Vgs等于供电电源的输入电压，其大于0，因此电路正常工作；当电源反接时，也即供电电源的正极连接第二输入端M2，负极连接第一输入端M1时，第一开关Q1的栅极和源极压差Vgs等于供电电源的反向输入电压，其小于0，故第一开关Q1关断，从而切断电路，电路中没有电流，从而有效地保护了后级负载。

本实施例中，过压保护单元12包括：稳压单元121、第二开关单元123、分压单元122以及第三开关单元124。其中，稳压单元121的输入端连接第二输入端M2，稳压单元121的输出端连接第一输入端M1。第二开关单元123连接第一输入端M1。分压单元122连接第二开关单元123、第一输入端M1。第三开关单元124连接分压单元122、第一输入端M1、第一输出端N1。具体的，在供电电源提供的输入电压未超过稳压单元121的导通电压时，第二开关单元123关断，分压单元122对输入电压进行分压，以使得第三开关单元124导通，进而导通供电电源与后级负载之间的供电通路。在供电电源提供的输入电压超过稳压单元的导通电压时，第二开关单元123导通，以使得第三开关单元124断开，从而切断供电电源与后级负载之间的供电通路。

具体的，稳压单元121包括：稳压管D2和第二电阻R2。稳压管D2的输入端连接第二输入端M2，第二电阻R2的第一端连接稳压管D2的输出端，第二电阻R2的第二端连接第一输入端M1。

第二开关单元123包括：第二开关Q2、第三电阻R3和第一电容C1。其中，第三电阻R3的第一端连接稳压管D2的输出端，第二开关Q2的第一端连接第一输入端M1，第二开关Q2的控制端连接第三电阻R3的第二端，第一电容C1的第一端连接第三电阻R3的第二端，第一电容C1的第二端连接第二开关Q2的第二端。

分压单元122包括：第四电阻R4和第五电阻R5。第四电阻R4的第一端连接第一输入端M1，第四电阻R4的第二端连接第五电阻R5的第一端，第五电阻R5的第二端连接第二输入端M2。

第三开关单元124包括：第三开关Q3、第二电容C2和第六电阻R6。第三开关Q3的第一端连接第一输入端M1，第三开关Q3的第二端连接第一输出端N1，第三开关Q3的控制端连接第六电阻R6的第一端，第六电阻R6的第二端连接第四电阻R4和第五电阻R5之间的第一节点n1，第二电容C2的第一端连接第一输入端M1，第二电容C2的第二端连接第一节点n1。

如图2所示，过压保护单元12还设置有二极管D3，D3的阳极连接第一节点n1，阴极连接第一输入端M1。

过压保护单元12中，首先选用稳压管D2的导通电压与电路的额定工作电压相当。正常工作时，稳压管D2不导通，第二电阻R2上没有压差，即第二开关Q2不导通，供电电源的输入电压通过分压单元122中的第四电阻R4和第五电阻R5分压使得第三开关Q3的栅极（控制端）上的电压等于第五电阻R5分得的电压，此时第三开关Q3的栅极电压为第五电阻R5上的电压，其小于供电电源的输入电压，第三开关Q3的源极电压等于供电电源的输入电压，故栅极与源极压差Vgs小于0，第三开关Q3正常导通，电路正常工作。当供电电源的输入电压超过稳压管D2的导通电压时，第二电阻R2上压差为输入电压减去稳压管D2的导通电压，第二开关Q2导通，因此第二开关Q2的发射级和集电极电压近似相等，又因第二开关Q2发射极和集电极与第三开关Q3源极和栅极并联，因此，第三开关Q3的栅极和源极压差Vgs近似为0，而第三开关Q3的导通条件是栅极和源极压差Vgs小于0，故第三开关Q3关断，从而电路为断开状态，没有电流通过，达到保护作用。

需要说明的是，第二开关Q2为三极管，第三开关Q3为PMOS管。

本实施例中，第三开关单元124的第三开关Q3、第二电容C2和第六电阻R6与分压单元122的第五电阻R5组成缓启动单元13。

具体的，缓启动单元13输出的后级往往是各类开关电源的输入，现有的开关电源的输入电路大都采用电容滤波型整流电路，因此，此电路的后级负载可看作并联了许多电容，在电源上电瞬间，电容可视为短路，因此，电源端在上电瞬间会产生大电流，从而损坏电路。本申请缓启动单元13主要由第二电容C2和与第三开关Q3并联的第二电容C2和第六电阻R6构成，当直流电源输入进入瞬间，第三开关Q3的栅极和源极压差Vgs近似为0，第三开关Q3截止，第四电阻R4和第五电阻R5对电源电压进行分压，此时第二电容C2两端电压为电源电压减去第五电阻R5上电压，而电容电压不能突变，故第二电容C2有个充电过程，而第二电容C2与第三开关Q3的栅极和源极并联，随着第二电容C2的充电，第三开关Q3的栅极和源极之间的电压小于0并且越来越小，从而使第三开关Q3需要等待第二电容C2充电一段时间后才能开启，实现了电路的延时导通，与此同时，第二电容C2与第五电阻R5串联，第二电容C2上电充电过程对负载做一个预上电动作，并且第二电容C2完成充电的时间是在第三开关Q3导通之前，从而通过第二电容C2与第五电阻R5串联可以有效抑制上电瞬间的尖峰电流，当后级负载经过了预充电过程后，第三开关Q3导通后就产生的尖峰电流值很小，改善作用较大。

本申请的保护电路100，过压保护单元中，以PMOS管（第三开关Q3）替代继电器，实现过压保护功能，耗能极低，且动作灵敏，能够可靠的保护后级负载。防反接单元中，采用NMOS管（第一开关Q1）代替二极管进行防反接保护时，由于MOS管的导通电阻是毫欧级的，因此，损耗很低，几乎无发热现象，不需要使用散热片，解决了现有的二极管防反方案存在的压降和功耗过大的问题。缓启动单元13中，在PMOS管（第三开关Q3）栅极和源极并联一个电容（第二电容C2），此时上电瞬间，须给第二电容C2及PMOS管本身的寄生电容先充电，待充电完成后，PMOS管打开，电路导通，此时的电容较大，充电时间较慢，缓启动作用明显，对尖峰电流的削弱能力强。

需要说明的是，稳压管D2的型号和额定电压基于过压阈值设置，第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3的型号视具体电路要求选用。

区别于现有技术，本申请提供的保护电路100，具体包括：防反接单元11、过压保护单元12和缓启动单元13。其中，防反接单元11用于在供电电源反接时切断供电电源与后级负载之间的供电通路；过压保护单元12用于在供电电源提供的输入电压超过预设电压时切断供电电源与后级负载之间的供电通路；缓启动单元13用于在供电电源上电时，延迟供电电源与后级负载之间的导通，进而保护后级负载。具体的，保护电路100能够在供电电源在为后级负载供电时，避免对电路及后级负载造成损害。且本申请提供的保护电路100将防反接、过压保护和缓启动三种保护电路功能集成到一个电路内，并采用功耗更低的元器件，既简化了电路设计，提高了电路运行效率，又降低了产品的生产成本。且各功能之间独立工作，互不影响，因此，在测试时，若某个功能突然失去作用，只需检查相应功能所用到的元器件，而与其他功能涉及到的元器件无关。另外，保护电路100具有适用性，在大多数需要直流电源输入的电路中，均可采用此保护电路100，只需根据电路需要的额定电压更换不同型号的元器件即可。

以上仅为本申请的实施方法，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种保护电路，其特征在于，包括：防反接单元、过压保护单元和缓启动单元；

所述防反接单元、所述过压保护单元和所述缓启动单元并联在输入端和输出端之间，所述输入端用于连接供电电源；所述输出端用于连接后级负载；

其中，所述防反接单元用于在所述供电电源反接时切断所述供电电源与所述后级负载之间的供电通路；所述过压保护单元用于在所述供电电源提供的输入电压超过预设电压时切断所述供电电源与所述后级负载之间的供电通路；所述缓启动单元用于在所述供电电源上电时，延迟所述供电电源与所述后级负载之间的导通，进而保护所述后级负载。

2.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，在所述供电电源反接时，所述防反接单元开启，以切断所述供电电源与所述后级负载之间的供电通路，所述过压保护单元和所述缓启动单元不工作；

在所述供电电源提供的输入电压超过预设电压时，所述过压保护单元开启，以切断所述供电电源与所述后级负载之间的供电通路，所述防反接单元和所述缓启动单元不工作；

在所述供电电源正接，且所述供电电源提供的输入电压未超过预设电压时，所述缓启动单元开启，延迟所述供电电源与所述后级负载之间的导通，进而保护所述后级负载，所述防反接单元、所述过压保护单元不开启。

3.根据权利要求2所述的保护电路，其特征在于，

所述输入端包括第一输入端和第二输入端，所述输出端包括第一输出端和第二输出端；

所述防反接单元包括：

第一开关单元，所述第一开关单元连接所述第一输入端、所述第二输入端和所述过压保护单元，通过所述过压保护单元连接所述第二输出端；

在所述供电电源反接时，所述第一开关单元断开，以切断所述供电电源与所述后级负载之间的供电通路。

4.根据权利要求3所述的保护电路，其特征在于，所述第一开关单元包括第一开关，所述防反接单元还包括：第一电阻、第一二极管；所述第一电阻的第一端连接所述第一输入端；所述第一开关的第一端连接所述第二输入端，所述第一开关的控制端连接所述第一电阻的第二端，所述第一开关的第二端连接所述过压保护单元；所述第一二极管的输入端连接所述第一开关的第二端，所述第一二极管的输出端连接所述第一开关的控制端。

5.根据权利要求2所述的保护电路，其特征在于，所述过压保护单元包括：

稳压单元，所述稳压单元的输入端连接第二输入端，所述稳压单元的输出端连接第一输入端；

第二开关单元，连接所述第一输入端；

分压单元，连接所述第二开关单元、所述第一输入端；

第三开关单元，连接所述分压单元、所述第一输入端、第一输出端；

在所述供电电源提供的输入电压未超过所述稳压单元的导通电压时，所述第二开关单元关断，所述分压单元对所述输入电压进行分压，以使得所述第三开关单元导通，进而导通所述供电电源与所述后级负载之间的供电通路；

在所述供电电源提供的输入电压超过所述稳压单元的导通电压时，所述第二开关单元导通，以使得所述第三开关单元断开，从而切断所述供电电源与所述后级负载之间的供电通路。

6.根据权利要求5所述的保护电路，其特征在于，所述稳压单元包括：稳压管和第二电阻；

所述稳压管的输入端连接所述第二输入端，所述第二电阻的第一端连接所述稳压管的输出端，所述第二电阻的第二端连接所述第一输入端。

7.根据权利要求5所述的保护电路，其特征在于，所述第二开关单元包括：第二开关、第三电阻和第一电容；

所述第三电阻的第一端连接稳压管的输出端，所述第二开关的第一端连接所述第一输入端，所述第二开关的控制端连接所述第三电阻的第二端，所述第一电容的第一端连接所述第三电阻的第二端，所述第一电容的第二端连接所述第二开关的第二端。

8.根据权利要求5所述的保护电路，其特征在于，所述分压单元包括：第四电阻和第五电阻；

所述第四电阻的第一端连接所述第一输入端，所述第四电阻的第二端连接所述第五电阻的第一端，所述第五电阻的第二端连接第二输入端。

9.根据权利要求8所述的保护电路，其特征在于，所述第三开关单元包括：第三开关、第二电容和第六电阻；

所述第三开关的第一端连接所述第一输入端，所述第三开关的第二端连接所述第一输出端，所述第三开关的控制端连接所述第六电阻的第一端，所述第六电阻的第二端连接所述第四电阻和所述第五电阻之间的第一节点，所述第二电容的第一端连接所述第一输入端，所述第二电容的第二端连接所述第一节点。

10.根据权利要求9所述的保护电路，其特征在于，所述第三开关单元的所述第三开关、所述第二电容和所述第六电阻与所述分压单元的第五电阻组成所述缓启动单元。

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