CN220066868U - 过压保护电路及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电路技术领域，尤其涉及一种过压保护电路及系统。其中，该过压保护电路包括：第一开关模块、第二开关模块、第三开关、第四开关、第一电阻、过压检测模块、充电模块和电源模块；过压检测模块的输出端与第一开关模块的控制端连接，第一开关模块的第一端分别与电源模块的输出端、第一电阻的第一端、第二开关模块的第一端连接，第一开关模块的第二端与第二开关模块的控制端连接，第一开关模块的第三端与第三开关的第一端连接，第二开关模块的第二端分别与第三开关的控制端、第四开关的控制端和充电模块的第一端连接。采用上述方案的本实用新型可以降低系统的功耗以及复杂度。

Description

过压保护电路及系统

技术领域

本实用新型涉及电路技术领域，尤其涉及一种过压保护电路及系统。

背景技术

相关技术中，电子设备例如空调中通常在电源端接一个齐纳二极管到地，利用齐纳二极管的齐纳电压将电源电压箝位在一个固定值，这种方法能简单的保证电源电压不超过预定的值，但缺点是功耗太大，并且随着电源电压的升高，其功耗也越来越大；同时该方法还需要使用额外的电路来监控电源电压的过压情况，增加了系统的复杂程度。

实用新型内容

本实用新型提供了一种过压保护电路及系统，主要目的在于降低系统的功耗以及复杂度。

根据本实用新型的一方面，提供了一种过压保护电路，包括：第一开关模块、第二开关模块、第三开关、第四开关、第一电阻、过压检测模块、充电模块和电源模块；其中，

所述过压检测模块的输入端为所述过压保护电路的输入端，所述过压检测模块的输出端与所述第一开关模块的控制端连接，所述第一开关模块的第一端分别与所述电源模块的输出端、所述第一电阻的第一端、所述第二开关模块的第一端连接，所述第一开关模块的第二端与所述第二开关模块的控制端连接，所述第一开关模块的第三端与所述第三开关的第一端连接，所述第二开关模块的第二端分别与所述第三开关的控制端、所述第四开关的控制端和所述充电模块的第一端连接；

所述第一电阻的第二端和所述第四开关的第一端之间的连接点为所述过压检测模块的输出端，所述第一开关模块的第四端、所述第三开关的第二端、所述第四开关的第二端和所述充电模块的第二端接地。

可选地，在本实用新型的一个实施例中，所述过压检测模块为稳压二极管；其中，

所述稳压二极管的负极为所述过压检测模块的输入端，所述稳压二极管的正极为所述过压检测模块的输出端。

可选地，在本实用新型的一个实施例中，所述第一开关模块包括第二电阻、第三电阻、第四电阻和第一开关；其中，

所述第二电阻的第一端为所述第一开关模块的第一端，所述第二电阻的第二端和所述第三电阻的第一端之间的连接点为所述第一开关模块的第二端，所述第三电阻的第二端和所述第一开关的第一端之间的连接点为所述第一开关模块的第三端，所述第一开关的第二端接地；

所述第四电阻的第一端为所述第一开关模块的控制端，所述第四电阻的第二端与所述第一开关的控制端连接。

可选地，在本实用新型的一个实施例中，所述第一开关为光耦；其中，

所述光耦的正输入端为所述第一开关的控制端，所述光耦的负输入端接地，所述光耦的正输出端为所述第一开关的第一端，所述光耦的负输出端为所述第一开关的第二端。

可选地，在本实用新型的一个实施例中，所述第二开关模块包括第五电阻和第二开关；其中，

所述第五电阻的第一端为所述第二开关模块的第一端，所述第五电阻的第二端与所述第二开关的第一端连接，所述第二开关的第二端为所述第二开关模块的第二端，所述第二开关的控制端为所述第二开关模块的控制端。

可选地，在本实用新型的一个实施例中，所述第二开关为PNP型三极管。

可选地，在本实用新型的一个实施例中，所述第三开关和所述第四开关为NPN型三极管。

可选地，在本实用新型的一个实施例中，所述充电模块包括电容和第六电阻；其中，

所述电容的第一端和所述第六电阻的第一端之间的连接点为所述充电模块的第一端，所述电容的第二端和所述第六电阻的第二端接地。

可选地，在本实用新型的一个实施例中，所述电源模块为12V直流电源。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种过压保护系统，包括：目标保护电路、控制模块和前述一方面中任一所示的过压保护电路；其中，

所述目标保护电路的输出端与所述过压保护电路的输入端连接，所述过压保护电路的输出端与所述控制模块的输入端连接，所述控制模块的输出端与所述目标保护电路的控制端连接。

综上，本实用新型实施例一个或多个实施例中，过压保护电路包括：第一开关模块、第二开关模块、第三开关、第四开关、第一电阻、过压检测模块、充电模块和电源模块；其中，过压检测模块的输入端为过压保护电路的输入端，过压检测模块的输出端与第一开关模块的控制端连接，第一开关模块的第一端分别与电源模块的输出端、第一电阻的第一端、第二开关模块的第一端连接，第一开关模块的第二端与第二开关模块的控制端连接，第一开关模块的第三端与第三开关的第一端连接，第二开关模块的第二端分别与第三开关的控制端、第四开关的控制端和充电模块的第一端连接；第一电阻的第二端和第四开关的第一端之间的连接点为过压检测模块的输出端，第一开关模块的第四端、第三开关的第二端、第四开关的第二端和充电模块的第二端接地。因此，在兼具稳压功能的同时还具备监控电源电压的过压情况的功能，可以无需使用额外的电路来监控电源电压的过压情况，可以降低系统的复杂度。同时，在过压检测模块检测到出现过压情况时，可以快速响应以启动后续过压保护功能，从而可以降低系统的功耗。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本实用新型实施例所提供的一种过压保护电路的结构示意图；

图2为本实用新型实施例所提供的另一种过压保护电路的结构示意图；

图3为本实用新型实施例所提供的一种过压保护系统的结构示意图。

附图标记说明：第一电阻-R1；第二电阻-R2；第三电阻-R3；第四电阻-R4；第五电阻-R5；第六电阻-R6；地-GND；稳压二极管-D1；光耦-U1；电容-C1；第一NPN型三极管-Q1；第二NPN型三极管-Q2；PNP型三极管-Q3。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。相反，本实用新型的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

下面结合具体的实施例对本实用新型进行详细说明。

图1为本实用新型实施例所提供的一种过压保护电路的结构示意图。

如图1所示，过压保护电路包括：第一开关模块、第二开关模块、第三开关、第四开关、第一电阻、过压检测模块、充电模块和电源模块；其中，

过压检测模块的输入端为过压保护电路的输入端Vin，过压检测模块的输出端与第一开关模块的控制端连接，第一开关模块的第一端分别与电源模块的输出端、第一电阻的第一端、第二开关模块的第一端连接，第一开关模块的第二端与第二开关模块的控制端连接，第一开关模块的第三端与第三开关的第一端连接，第二开关模块的第二端分别与第三开关的控制端、第四开关的控制端和充电模块的第一端连接；

第一电阻的第二端和第四开关的第一端之间的连接点为过压检测模块的输出端Vout，第一开关模块的第四端、第三开关的第二端、第四开关的第二端和充电模块的第二端接地GND。

根据一些实施例，电源模块例如可以为12V直流电源。

根据一些实施例，过压检测模块用于在检测到输入端Vin输入的输入电压大于第一电压阈值时，控制第一开关模块处于导通状态。

在一些实施例中，第一开关模块处于导通状态具体指的是第一开关模块的第一端、第二端、第三端和第四端之间处于导通状态。此时，第二开关模块的控制端将有电流经过，使得第二开关模块的第一端和第二端之间处于导通状态。从而，电源模块可以通过第二开关模块给充电模块充电。

在充电过程中，充电模块的第一端与第三开关的控制端、第四开关的控制端之间的连接点对应的充电电压随着充电时长的增加而增大。当该充电电压大于第三开关的控制端对应的第二电压阈值时，第三开关的第一端和第二端之间将处于导通状态，以使第一开关模块的第三端可以通过第三开关接地，从而使第二开关模块持续处于导通状态。同时，当该充电电压大于第四开关的控制端对应的第三电压阈值时，第四开关的第一端和第二端之间将处于导通状态，以使过压检测模块的输出端Vout通过第四开关接地，从而使过压检测模块的输出端Vout对应的输出信号FB由高电平信号转换为低电平信号，该低电平信号可以用于指示目标保护电路出现过压情况。

在一些实施例中，目标保护电路指的是需要进行过压保护的电路。该目标保护电路的输出端与过压保护电路的输入端Vin连接。

在一些实施例中，第一电压阈值、第二电压阈值和第三电压阈值并不特指某一固定阈值。第一电压阈值、第二电压阈值和第三电压阈值可以根据实际应用场景进行调整。

可选的，图2为本实用新型实施例所提供的一种过压保护电路的结构示意图。如图2所示，过压检测模块为稳压二极管D1；其中，

稳压二极管D1的负极为过压检测模块的输入端Vin，稳压二极管D1的正极为过压检测模块的输出端。

根据一些实施例，稳压二极管D1，又称齐纳二极管，指的是利用PN结反向击穿状态，以及电流可在很大范围内变化而电压基本不变的现象制成的起稳压作用的二极管。该稳压二极管D1是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件，在这临界击穿点上，反向电阻降低到一个很小的数值，在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定。

在一些实施例中，当输入端Vin输入的输入电压大于稳压二极管D1的稳定电压时会导通。该稳压二极管D1的稳定电压例如可以为12V。

也就是说，当目标保护电路正常工作时，输入端Vin输入的输入电压不大于12V，稳压二极管D1将处于截止状态。反正，当目标保护电路出现过压情况时，输入端Vin输入的输入电压大于12V，稳压二极管D1将处于导通状态。

可选的，如图2所示，第一开关模块包括第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第一开关；其中，

第二电阻R2的第一端为第一开关模块的第一端，第二电阻R2的第二端和第三电阻R3的第一端之间的连接点为第一开关模块的第二端，第三电阻R3的第二端和第一开关的第一端之间的连接点为第一开关模块的第三端，第一开关的第二端接地GND；

第四电阻R4的第一端为第一开关模块的控制端，第四电阻R4的第二端与第一开关的控制端连接。

根据一些实施例，如图2所示，第一开关为光耦U1；其中，

光耦U1的正输入端为第一开关的控制端，光耦U1的负输入端接地，光耦U1的正输出端为第一开关的第一端，光耦U1的负输出端为第一开关的第二端。

在一些实施例中，光耦U1，亦称光电隔离器或光电耦合器，它是以光为媒介来传输电信号的器件，通常把发光器(例如红外线发光二极管)与受光器(例如光敏半导体管、三极管)封装在同一管壳内。当输入端施加电信号时发光器发出光线，受光器接受光线之后就产生光电流，从输出端流出，从而实现了“电—光—电”转换。

根据一些实施例，当稳压二极管D1处于截止状态时，光耦U1的二极管端由于没有处于导通状态，所以光耦U1的三极管侧无电流经过，第一检测点V1(即第三电阻R3的第二端、光耦U1的正输出端以及第三开关的第一端之间的连接点)将处于高电位。反正，当稳压二极管D1处于导通状态时，光耦U1的二极管端也将处于导通状态，使得光耦U1的三极管侧有电流经过，第一检测点V1处的电位将从高电位拉低至地GND。

易于理解的是，通过采用光耦U1，因此，可以将过压信号隔离开，并且响应速度快，安全性高，可靠性较好，可以保证目标保护电路长周期运行的可靠性。

可选的，如图2所示，第二开关模块包括第五电阻R5和第二开关；其中，

第五电阻R5的第一端为第二开关模块的第一端，第五电阻R5的第二端与第二开关的第一端连接，第二开关的第二端为第二开关模块的第二端，第二开关的控制端为第二开关模块的控制端。

根据一些实施例，第二开关为PNP型三极管Q3。PNP型三极管Q3的基极为第二开关的控制端，PNP型三极管Q3的发射极为第二开关的第一端，PNP型三极管Q3的集电极为第二开关的第二端。

在一些实施例中，当第一检测点V1为高电位时，PNP型三极管Q3的基极没有电流经过，PNP型三极管Q3将处于截止状态，也就是说，PNP型三极管Q3的集电极没有电流经过。

反正，当第一检测点V1处的电位被拉低到地GND时，PNP型三极管Q3的基极有电流经过，PNP型三极管Q3将处于导通状态，也就是说，PNP型三极管Q3的集电极将有电流经过。

可选的，第三开关和第四开关为NPN型三极管。如图2所示，第三开关为第一NPN型三极管Q1，第四开关为第二NPN型三极管Q2。

在一些实施例中，第二开关、第三开关、第四开关所使用的三极管的型号包括但不限于双极结型晶体管(BipolarJunctionTransistor，BJT)、门极可关断晶闸管(GateTurn-offThyristor，GTO)、绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGate5BipolarTransistor，IGBT)、集成门极换流晶闸管(IntegratedGateCommutedTransistor，IGCT)和金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor，MOSFET，MOS)等。

例如，第二开关可以为PNP型BJT。第三开关和第四开关可以为NMOS。

可选的，如图2所示，充电模块包括电容C1和第六电阻R6；其中，

电容C1的第一端和第六电阻R6的第一端之间的连接点为充电模块的第一端，电容C1的第二端和第六电阻R6的第二端接地GND。

根据一些实施例，当PNP型三极管Q3处于截止状态时，电源模块将无法为电容C1充电，从而无法为第一NPN型三极管Q1和第二NPN型三极管Q2的门极充电，第一NPN型三极管Q1和第二NPN型三极管Q2均将处于截止状态，因此，第二检测点V2(即过压检测模块的输出端Vout)将仍处于高电位，过压检测模块的输出端Vout对应的输出信号FB也将为高电平信号。

反之，当PNP型三极管Q3处于导通状态时，电源模块将为电容C1充电，从而为第一NPN型三极管Q1和第二NPN型三极管Q2的门极充电。当充电电压达到第二NPN型三极管Q2的导通电压时，第二NPN型三极管Q2将处于导通状态，使得第一检测点V1持续保持低电位，以使PNP型三极管Q3持续处于导通状态。同时，当充电电压达到第一NPN型三极管Q1的导通电压时，第一NPN型三极管Q1将处于导通状态，使得第二检测点V2处的电位由高电位被拉低至地GND，此时，过压检测模块的输出端Vout对应的输出信号FB将由高电平信号转换为低电平信号。

根据一些实施例，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6的阻值例如可以为1K欧姆。

在一些实施例中，电容C1的容值例如可以为100pF。

综上，本实用新型实施例提供的过压保护电路，包括第一开关模块、第二开关模块、第三开关、第四开关、第一电阻、过压检测模块、充电模块和电源模块；其中，过压检测模块的输入端为过压保护电路的输入端，过压检测模块的输出端与第一开关模块的控制端连接，第一开关模块的第一端分别与电源模块的输出端、第一电阻的第一端、第二开关模块的第一端连接，第一开关模块的第二端与第二开关模块的控制端连接，第一开关模块的第三端与第三开关的第一端连接，第二开关模块的第二端分别与第三开关的控制端、第四开关的控制端和充电模块的第一端连接；第一电阻的第二端和第四开关的第一端之间的连接点为过压检测模块的输出端，第一开关模块的第四端、第三开关的第二端、第四开关的第二端和充电模块的第二端接地。因此，在兼具稳压功能的同时还具备监控电源电压的过压情况的功能，可以无需使用额外的电路来监控电源电压的过压情况，可以降低系统的复杂度。同时，在过压检测模块检测到出现过压情况时，可以快速响应以启动后续过压保护功能，从而可以降低系统的功耗。

本实用新型实施例还提供了一种过压保护系统。

图3为本实用新型实施例所提供的一种过压保护系统的结构示意图。

如图3所示，该过压保护系统，包括：目标保护电路、控制模块和上述实施例中任一所示的过压保护电路；其中，

目标保护电路的输出端与过压保护电路的输入端连接，过压保护电路的输出端与控制模块的输入端连接，控制模块的输出端与目标保护电路的控制端连接。

根据一些实施例，该控制模块例如可以为微控制单元(MicrocontrollerUnit，MCU)。

在一些实施例中，目标保护电路例如可以包括目标电源模块和后级电路，目标电源模块的输出端分别与过压保护电路的输入端和后级电路连接。控制模块与后级电路的控制端连接。

在一些实施例中，该过压保护系统例如可以为电子设备中的过压保护系统，该电子设备例如可以为空调。

易于理解的是，当目标电源模块的输出端处于过压状态时，过压保护电路可以快速响应，此时，过压保护电路的输出端将接收到的输出信号FB将为低电平信号，接着，控制模块将启动过压保护功能，快速控制后级电路处于非工作状态，从而可以减少因为输出电压过高而导致后级电路和器件出现损坏的情况。同时，当目标电源模块从过压状态恢复至正常电压时，过压保护电路可以快速判定并将输出信号FB由低电平信号转换为高电平信号，接着，控制模块可以控制后级电路处于工作状态。

综上，本实用新型实施例提供的过压保护系统，在兼具稳压功能的同时还具备监控电源电压的过压情况的功能，可以无需使用额外的电路来监控电源电压的过压情况，可以降低系统的复杂度。同时，过压保护电路在过压检测模块检测到出现过压情况时，可以快速响应以启动控制模块的过压保护功能，控制电子设备处于非工作状态，从而可以降低系统以及电子设备的功耗，可以提高电子设备使用时的可靠性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述可以针对不同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“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。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种过压保护电路，其特征在于，包括：第一开关模块、第二开关模块、第三开关、第四开关、第一电阻、过压检测模块、充电模块和电源模块；其中，

所述过压检测模块的输入端为所述过压保护电路的输入端，所述过压检测模块的输出端与所述第一开关模块的控制端连接，所述第一开关模块的第一端分别与所述电源模块的输出端、所述第一电阻的第一端、所述第二开关模块的第一端连接，所述第一开关模块的第二端与所述第二开关模块的控制端连接，所述第一开关模块的第三端与所述第三开关的第一端连接，所述第二开关模块的第二端分别与所述第三开关的控制端、所述第四开关的控制端和所述充电模块的第一端连接；

所述第一电阻的第二端和所述第四开关的第一端之间的连接点为所述过压检测模块的输出端，所述第一开关模块的第四端、所述第三开关的第二端、所述第四开关的第二端和所述充电模块的第二端接地。

2.根据权利要求1所述的过压保护电路，其特征在于，所述过压检测模块为稳压二极管；其中，

所述稳压二极管的负极为所述过压检测模块的输入端，所述稳压二极管的正极为所述过压检测模块的输出端。

3.根据权利要求1所述的过压保护电路，其特征在于，所述第一开关模块包括第二电阻、第三电阻、第四电阻和第一开关；其中，

所述第二电阻的第一端为所述第一开关模块的第一端，所述第二电阻的第二端和所述第三电阻的第一端之间的连接点为所述第一开关模块的第二端，所述第三电阻的第二端和所述第一开关的第一端之间的连接点为所述第一开关模块的第三端，所述第一开关的第二端接地；

所述第四电阻的第一端为所述第一开关模块的控制端，所述第四电阻的第二端与所述第一开关的控制端连接。

4.根据权利要求3所述的过压保护电路，其特征在于，所述第一开关为光耦；其中，

所述光耦的正输入端为所述第一开关的控制端，所述光耦的负输入端接地，所述光耦的正输出端为所述第一开关的第一端，所述光耦的负输出端为所述第一开关的第二端。

5.根据权利要求1所述的过压保护电路，其特征在于，所述第二开关模块包括第五电阻和第二开关；其中，

所述第五电阻的第一端为所述第二开关模块的第一端，所述第五电阻的第二端与所述第二开关的第一端连接，所述第二开关的第二端为所述第二开关模块的第二端，所述第二开关的控制端为所述第二开关模块的控制端。

6.根据权利要求5所述的过压保护电路，其特征在于，所述第二开关为PNP型三极管。

7.根据权利要求1所述的过压保护电路，其特征在于，所述第三开关和所述第四开关为NPN型三极管。

8.根据权利要求1所述的过压保护电路，其特征在于，所述充电模块包括电容和第六电阻；其中，

所述电容的第一端和所述第六电阻的第一端之间的连接点为所述充电模块的第一端，所述电容的第二端和所述第六电阻的第二端接地。

9.根据权利要求1所述的过压保护电路，其特征在于，所述电源模块为12V直流电源。

10.一种过压保护系统，其特征在于，包括：目标保护电路、控制模块和如权利要求1至9任一所述的过压保护电路；其中，

所述目标保护电路的输出端与所述过压保护电路的输入端连接，所述过压保护电路的输出端与所述控制模块的输入端连接，所述控制模块的输出端与所述目标保护电路的控制端连接。