CN220066872U - 一种短路过电压保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种短路过电压保护电路，其中，开关管Q1的第一连接端与节点A相连，其第二连接端与节点B相连，其控制端与节点C相连；节点A与输入端Vout1相连，连点B与输出端Vout2相连；电阻R1连接于节点B和节点C之间；开关管Q2的第一连接端经电阻R2与节点C相连，其第二连接端接地，其控制端与节点D相连；节点D与电源电压Vcc相连；开关管Q3的第一连接端与节点D相连，其第二连接端接地，其控制端与节点E相连；电阻R6的一端与节点E相连，其另一端接地；稳压管D2的正极经电阻R5与节点E相连，其负极与输出端Vout2相连。与现有技术相比，本实用新型利用分立元器件搭建，可以根据需求设置短路过电压保护值，具有灵活性。

Description

一种短路过电压保护电路

【技术领域】

本实用新型涉及短路过电压保护技术领域，特别涉及一种短路过电压保护电路。

【背景技术】

DC-DC芯片(或直流-直流转换器)表示的是将某一电压等级的直流电源变换为其他电压等级的直流电源的装置。部分DC-DC芯片会具有输出短路过电压保护功能，短路过电压值是固定设置完成不可调节的；部分DC-DC芯片不具有短路过电压保护功能，输出短路电压过高会存在损坏DC-DC芯片的可能。因此，DC-DC输出短路过电压保护是十分重要的。目前暂无利用分立元器件搭建的DC-DC输出短路过电压保护电路。

因此，有必要提出一种新的技术方案来解决上述问题。

【实用新型内容】

本实用新型的目的之一在于提供一种短路过电压保护电路，其利用分立元器件搭建，可以根据需求设置短路过电压保护值，具有灵活性。

根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供一种短路过电压保护电路，其包括开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、稳压管D2、电阻R1、电阻R2、电阻R5和电阻R6，所述开关管Q1的第一连接端与连接节点A相连，其第二连接端与连接节点B相连，其控制端与连接节点C相连；所述连接节点A与所述短路过电压保护电路的输入端Vout1相连，所述连接节点B与所述短路过电压保护电路的输出端Vout2相连；所述电阻R1连接于所述连接节点B和所述连接节点C之间；所述开关管Q2的第一连接端经所述电阻R2与所述连接节点C相连，其第二连接端接地，其控制端与连接节点D相连；所述连接节点D与电源电压Vcc相连；所述开关管Q3的第一连接端与所述连接节点D相连，其第二连接端接地，其控制端与连接节点E相连；所述电阻R6的一端与所述连接节点E相连，其另一端接地；所述稳压管D2的正极经所述电阻R5与所述连接节点E相连，其负极与所述短路过电压保护电路的输出端Vout2相连。

进一步的，当所述输出端Vout2的电压小于所述稳压管D2的工作电压值时，所述稳压管D2处于不工作状态，所述开关管Q3处于截止状态，所述开关管Q2处于导通状态，所述开关管Q1处于导通状态；当所述输出端Vout2的电压大于所述稳压管D2的工作电压值且小于所述短路过电压保护电路设定的短路过电压保护值时，所述稳压管D2处于工作状态，所述开关管Q3处于截止状态，所述开关管Q2处于导通状态，所述开关管Q1处于导通状态；当所述输出端Vout2的电压大于所述设定的短路过电压保护值时，所述稳压管D2处于工作状态，所述开关管Q3处于导通状态，所述开关管Q2处于截止状态，所述开关管Q1处于截止状态，

其中，所述稳压管D2的工作电压值小于所述设定的短路过电压保护值。

进一步的，所述电阻R5和电阻R6的电阻值的选择满足：当所述输出端Vout2的电压大于所述稳压管D2的工作电压值且小于所述短路过电压保护电路设定的短路过电压保护值时，所述连接节点E的电压值小于所述开关管Q3的开启电压值，以使所述开关管Q3处于截止状态；当所述输出端Vout2的电压大于设定的短路过电压保护值时，所述连接节点E的电压大于所述开关管Q3的开启电压值，以使所述开关管Q3处于导通状态；所述电阻R1和电阻R2的电阻值的选择满足：当所述输出端Vout2的电压小于设定的短路过电压保护值时，所述连接节点B和连接节点C之间的电压值大于所述开关管Q1的开启电压值，以使所述开关管Q1处于导通状态。

进一步的，所述开关管Q1为NMOS晶体管，所述开关管Q1的第一连接端、第二连接端和控制端分别为NMOS晶体管的漏极、源极和栅极；所述开关管Q2为NPN型三极管，所述开关管Q2的第一连接端、第二连接端和控制端分别为NPN型三极管的集电极、射极和基极；所述开关管Q3为NPN型三极管，所述开关管Q3的第一连接端、第二连接端和控制端分别为NPN型三极管的集电极、射极和基极。

进一步的，短路过电压保护电路还包括电阻R3和电阻R4，所述电阻R3连接于所述电源电压Vcc和所述连接节点D之间；所述电阻R4连接于所述连接节点D和接地端之间。

进一步的，所述电阻R3和电阻R4的电阻值的选择满足：当所述输出端Vout2的电压小于设定的短路过电压保护值时，所述连接节点D的电压值大于所述开关管Q2的开启电压值，以使所述开关管Q2处于导通状态。

进一步的，短路过电压保护电路还包括稳压管D1，所述稳压管D1的正极与所述连接节点C相连，其负极与所述连接节点B相连；所述稳压管D1的工作电压值大于所述开关管Q1的开启电压值且小于所述开关管Q1的栅极与源极之间最大额定电压值；所述开关管Q1的开启电压值小于所述开关管Q1的栅极与源极之间的最大额定电压值。

进一步的，所述短路过电压保护电路由分立元器件搭建。

进一步的，所述短路过电压保护电路的输入端Vout1与直流-直流转换器的输出电压相连，所述短路过电压保护电路用于对所述直流-直流转换器进行输出短路过电压保护。

进一步的，所述电源电压Vcc由所述直流-直流转换器内部的低压差线性稳压器输出；或若所述直流-直流转换器内部不具备低压差线性稳压器输出，则用3.3V电源或5V电源代替所述电源电压Vcc。

与现有技术相比，本实用新型利用分立元器件搭建短路过电压保护电路，可以根据需求设置短路过电压保护值，具有灵活性。此外，针对不具备输出短路过压保护功能的DC-DC芯片，可以利用本实用新型提供的短路过电压保护电路实现短路过压保护功能。

【附图说明】

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本实用新型在一个实施例中的短路过电压保护电路的电路示意图。

【具体实施方式】

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本实用新型至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。除非特别说明，本文中的耦接、连接、相连、相接的表示电性连接的词均表示直接或间接相连，比如A与B相连，既包括A和B直接电性相连，还包括A通过电元器件或电路与B相连。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“正”、“背”、“左”、“右”、“竖直”、“垂直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或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实用新型的限制。

请参考图1所示，其为本实用新型在一个实施例中的短路过电压保护电路的电路示意图。图1所示的短路过电压保护电路包括开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、稳压管D2、电阻R1、电阻R2、电阻R5和电阻R6。

开关管Q1的第一连接端与连接节点A相连，其第二连接端与连接节点B相连，其控制端与连接节点C相连；连接节点A与短路过电压保护电路的输入端Vout1相连，连接节点B与短路过电压保护电路的输出端Vout2相连；电阻R1连接于连接节点B和连接节点C之间；开关管Q2的第一连接端经电阻R2与连接节点C相连，其第二连接端接地，其控制端与连接节点D相连；连接节点D与电源电压Vcc相连；开关管Q3的第一连接端与连接节点D相连，其第二连接端接地，其控制端与连接节点E相连；电阻R6的一端与连接节点E相连，其另一端接地；稳压管D2的正极经电阻R5与连接节点E相连，其负极与短路过电压保护电路的输出端Vout2相连。

在图1所示的具体实施例中，开关管Q1为NMOS晶体管，开关管Q1的第一连接端、第二连接端和控制端分别为NMOS晶体管的漏极(D极)、源极(S极)和栅极(G极)；开关管Q2为NPN型三极管，开关管Q2的第一连接端、第二连接端和控制端分别为NPN型三极管的集电极、射极和基极；开关管Q3为NPN型三极管，开关管Q3的第一连接端、第二连接端和控制端分别为NPN型三极管的集电极、射极和基极。

在图1所示的具体实施例中，短路过电压保护电路还包括电阻R3和电阻R4，其中，电阻R3连接于电源电压Vcc和连接节点D之间；电阻R4连接于连接节点D和接地端之间。其中，电阻R3起到限流作用，保护三极管Q2、Q3，防止流过三极管Q2基极和三极管Q3集电极电流较大，损坏三极管Q2、Q3；电阻R4起到分压作用，保护三极管Q2，防止三极管Q2基极与发射极之间电压较大，损坏三极管Q2。

在图1所示的具体实施例中，短路过电压保护电路还包括稳压管D1，稳压管D1的正极与连接节点C相连，其负极与连接节点B相连，其中，稳压管D1起到保护MOS管Q1的作用，防止MOS管Q1的栅极与源极之间的电压超出额定电压值(或超出MOS管的栅极与源极耐压值)。也可以说，稳压管D1的工作电压值大于开关管Q1的开启电压值且小于开关管Q1的栅极与源极之间最大额定电压值，其中，开关管Q1的开启电压值小于开关管Q1的栅极与源极之间的最大额定电压值。

需要说明的是，稳压管D2与图1所示的短路过电压保护电路的短路过电压保护值有关，稳压管D2选择需要满足工作电压小于该短路过电压保护值。即稳压管D2的工作电压值小于图1所示的短路过电压保护电路设定的短路过电压保护值。

在图1所示的短路过电压保护电路中，当输出端Vout2的电压小于稳压管D2的工作电压值时，稳压管D2处于不工作状态，开关管Q3处于截止状态，开关管Q2处于导通状态，开关管Q1处于导通状态；当输出端Vout2的电压大于稳压管D2的工作电压值且小于短路过电压保护电路设定的短路过电压保护值时，稳压管D2处于工作状态，开关管Q3处于截止状态，开关管Q2处于导通状态，开关管Q1处于导通状态；当输出端Vout2的电压大于设定的短路过电压保护值时，稳压管D2处于工作状态，开关管Q3处于导通状态，开关管Q2处于截止状态，开关管Q1处于截止状态，其中，稳压管D2的工作电压值小于设定的短路过电压保护值。这样，图1所示的短路过电压保护电路可以实现短路过电压保护功能。

对应的，电阻R5和电阻R6的电阻值的选择满足：当输出端Vout2的电压大于稳压管D2的工作电压值且小于短路过电压保护电路设定的短路过电压保护值时，连接节点E的电压值小于开关管Q3的开启电压值，以使开关管Q3处于截止状态；当输出端Vout2的电压大于设定的短路过电压保护值时，连接节点E的电压大于开关管Q3的开启电压值，以使开关管Q3处于导通状态。电阻R1和电阻R2的电阻值的选择使得：当输出端Vout2的电压小于设定的短路过电压保护值时，连接节点B和连接节点C之间的电压值大于开关管Q1的开启电压值，以使开关管Q1处于导通状态。

在图1所示的实施例中，短路过电压保护电路由分立元器件搭建。

在图1所示的实施例中，短路过电压保护电路的输入端Vout1与直流-直流转换器(未图示)的输出电压(即DCDC输出电压)相连，图1所示的短路过电压保护电路用于对直流-直流转换器进行输出短路过电压保护。其中，直流-直流转换器表示的是将某一电压等级的直流电源变换为其他电压等级的直流电源的装置。

在一个实施例中，电源电压Vcc可以由DC-DC芯片(或直流-直流转换器)内部的低压差线性稳压器LDO(Low Dropout Regulator)输出；若DC-DC芯片(或直流-直流转换器)内部不具备低压差线性稳压器LDO输出，也可以用3.3V电源或5V电源代替电源电压Vcc。

以下具体介绍图1所示的短路过电压保护电路对直流-直流转换器进行输出短路过电压保护的工作原理。

当短路过电压保护电路的输出端Vout2的电压小于设定的短路过电压保护值且小于稳压管D2的工作电压值时，稳压管D2处于不工作状态，连接节点E的电压为低电平，开关管Q3处于截止状态。此时，连接节点D的电压为电阻R3与电阻R4的分压值，由于电阻R3和电阻R4的电阻值的选择满足：当输出端Vout2的电压小于设定的短路过电压保护值时，连接节点D的电压值大于开关管Q2的开启电压值，故此时开关管Q2处于导通状态。此时，由于电阻R1和电阻R2的电阻值的选择满足：当输出端Vout2的电压小于设定的过电压保护值时，连接节点B和连接节点C之间的电压值大于开关管Q1的开启电压值，故此时开关管Q1处于导通状态。此时，输入端Vout1的电压可以通过开关管Q1提供给输出端Vout2，直流-直流转换器(或DC-DC芯片)可以正常输出。

当短路过电压保护电路的输出端Vout2的电压小于设定的短路过电压保护值且大于稳压管D2的工作电压值时，稳压管D2处于工作状态，由于电阻R5和电阻R6的电阻值的选择满足：当输出端Vout2的电压大于稳压管D2的工作电压值且小于设定的短路过电压保护值时，电阻R6的分压电压值(即连接节点E的电压值)小于开关管Q3的开启电压值，故此时开关管Q3处于截止状态。此时，连接节点D的电压为电阻R3与电阻R4的分压值，由于电阻R3和电阻R4的电阻值的选择满足：当输出端Vout2的电压小于设定的短路过电压保护值时，连接节点D的电压值大于开关管Q2的开启电压值，故此时开关管Q2处于导通状态。此时，由于电阻R1和电阻R2的电阻值的选择满足：当输出端Vout2的电压小于设定的短路过电压保护值时，连接节点B和连接节点C之间的电压值大于开关管Q1的开启电压值，故此时开关管Q1处于导通状态。此时，输入端Vout1的电压可以通过开关管Q1提供给输出端Vout2，直流-直流转换器(或DC-DC芯片)可以正常输出。

当短路过电压保护电路的输出端Vout2的电压大于设定的过电压保护值时，稳压管D2处于工作状态，由于电阻R5和电阻R6的电阻值的选择满足：当输出端Vout2的电压大于设定的短路过电压保护值时，电阻R6的分压电压值(即连接节点E的电压值)大于开关管Q3的开启电压值，故此时开关管Q3处于导通状态。此时，连接节点D的电压为低电平，其小于开关管Q2的开启电压值，故此时开关管Q2处于截止状态，从而，连接节点C的电压与连接节点B的电压相近，使得连接节点B和连接节点C之间的电压小于开关管Q1的开启电压值，故此时开关管Q1处于截止状态。此时，由于Q1处于截止状态，使得输出端Vout2的电压(即短路过电压)无法通过开关管Q1传输给输入端Vout1，从而抑制了输入端Vout1(即DC-DC芯片输出)的电压升高，对直流-直流转换器(或DC-DC芯片)起到输出短路过电压保护的功能。

综上所述，本实用新型利用分立元器件搭建短路过电压保护电路，可以根据需求设置短路过电压保护值，具有灵活性。此外，针对不具备输出短路过压保护功能的DC-DC芯片，可以利用本实用新型提供的短路过电压保护电路实现短路过压保护功能。

需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本实用新型的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本实用新型的权利要求书的范围。相应地，本实用新型的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。

Claims (10)

1.一种短路过电压保护电路，其特征在于，其包括开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、稳压管D2、电阻R1、电阻R2、电阻R5和电阻R6，

所述开关管Q1的第一连接端与连接节点A相连，其第二连接端与连接节点B相连，其控制端与连接节点C相连；所述连接节点A与所述短路过电压保护电路的输入端Vout1相连，所述连接节点B与所述短路过电压保护电路的输出端Vout2相连；所述电阻R1连接于所述连接节点B和所述连接节点C之间；所述开关管Q2的第一连接端经所述电阻R2与所述连接节点C相连，其第二连接端接地，其控制端与连接节点D相连；所述连接节点D与电源电压Vcc相连；所述开关管Q3的第一连接端与所述连接节点D相连，其第二连接端接地，其控制端与连接节点E相连；所述电阻R6的一端与所述连接节点E相连，其另一端接地；所述稳压管D2的正极经所述电阻R5与所述连接节点E相连，其负极与所述短路过电压保护电路的输出端Vout2相连。

2.根据权利要求1所述的短路过电压保护电路，其特征在于，

当所述输出端Vout2的电压小于所述稳压管D2的工作电压值时，所述稳压管D2处于不工作状态，所述开关管Q3处于截止状态，所述开关管Q2处于导通状态，所述开关管Q1处于导通状态；

当所述输出端Vout2的电压大于所述稳压管D2的工作电压值且小于所述短路过电压保护电路设定的短路过电压保护值时，所述稳压管D2处于工作状态，所述开关管Q3处于截止状态，所述开关管Q2处于导通状态，所述开关管Q1处于导通状态；

当所述输出端Vout2的电压大于所述设定的过电压保护值时，所述稳压管D2处于工作状态，所述开关管Q3处于导通状态，所述开关管Q2处于截止状态，所述开关管Q1处于截止状态，

其中，所述稳压管D2的工作电压值小于所述设定的短路过电压保护值。

3.根据权利要求2所述的短路过电压保护电路，其特征在于，

所述电阻R5和电阻R6的电阻值的选择满足：当所述输出端Vout2的电压大于所述稳压管D2的工作电压值且小于所述短路过电压保护电路设定的短路过电压保护值时，所述连接节点E的电压值小于所述开关管Q3的开启电压值，以使所述开关管Q3处于截止状态；当所述输出端Vout2的电压大于设定的短路过电压保护值时，所述连接节点E的电压大于所述开关管Q3的开启电压值，以使所述开关管Q3处于导通状态；

所述电阻R1和电阻R2的电阻值的选择满足：当所述输出端Vout2的电压小于设定的短路过电压保护值时，所述连接节点B和连接节点C之间的电压值大于所述开关管Q1的开启电压值，以使所述开关管Q1处于导通状态。

4.根据权利要求1所述的短路过电压保护电路，其特征在于，

所述开关管Q1为NMOS晶体管，所述开关管Q1的第一连接端、第二连接端和控制端分别为NMOS晶体管的漏极、源极和栅极；

所述开关管Q2为NPN型三极管，所述开关管Q2的第一连接端、第二连接端和控制端分别为NPN型三极管的集电极、射极和基极；

所述开关管Q3为NPN型三极管，所述开关管Q3的第一连接端、第二连接端和控制端分别为NPN型三极管的集电极、射极和基极。

5.根据权利要求4所述的短路过电压保护电路，其特征在于，其还包括电阻R3和电阻R4，

所述电阻R3连接于所述电源电压Vcc和所述连接节点D之间；

所述电阻R4连接于所述连接节点D和接地端之间。

6.根据权利要求5所述的短路过电压保护电路，其特征在于，

所述电阻R3和电阻R4的电阻值的选择满足：当所述输出端Vout2的电压小于设定的过电压保护值时，所述连接节点D的电压值大于所述开关管Q2的开启电压值，以使所述开关管Q2处于导通状态。

7.根据权利要求4所述的短路过电压保护电路，其特征在于，其还包括稳压管D1，

所述稳压管D1的正极与所述连接节点C相连，其负极与所述连接节点B相连；

所述稳压管D1的工作电压值大于所述开关管Q1的开启电压值且小于所述开关管Q1的栅极与源极之间最大额定电压值；

所述开关管Q1的开启电压值小于所述开关管Q1的栅极与源极之间的最大额定电压值。

8.根据权利要求1所述的短路过电压保护电路，其特征在于，

所述短路过电压保护电路由分立元器件搭建。

9.根据权利要求1-8任一所述的短路过电压保护电路，其特征在于，其输入端Vout1与直流-直流转换器的输出电压相连，

所述短路过电压保护电路用于对所述直流-直流转换器进行输出短路过电压保护。

10.根据权利要求9所述的短路过电压保护电路，其特征在于，

所述电源电压Vcc由所述直流-直流转换器内部的低压差线性稳压器输出；或

若所述直流-直流转换器内部不具备低压差线性稳压器输出，则用3.3V电源或5V电源代替所述电源电压Vcc。