CN220306952U - 一种直流电源保护电路 - Google Patents

Abstract

一种直流电源保护电路，用于设置在直流电路中，涉及汽车电子技术领域，包括：第一场效应管、第二场效应管、控制单元、过压检测单元、欠压检测单元和瞬态电压抑制二极管；所述第一场效应管及所述第二场效应管背对背设置在所述直流电路中；所述过压检测单元用于检测所述直流电路是否过压；所述欠压检测单元用于检测所述直流电路是否欠压；所述第一场效应管、所述第二场效应管、所述过压检测单元及所述欠压检测单元与所述控制单元电连接；所述直流电路上连接有所述瞬态电压抑制二极管；所述控制单元用于根据所述过压检测单元及所述欠压检测单元的信号控制所述直流电路通断。本保护电路能够同时进行过压保护、欠压保护和反接保护，且结构简单、功耗低、响应迅速。

Description

一种直流电源保护电路

技术领域

本实用新型涉及汽车电子技术领域，尤其涉及一种直流电源保护电路。

背景技术

现有的驱动电路及设备在使用过程中，很容易出现电源反接的情况。在电源反接的情况下，一旦电路中形成回路，可能会对电路中的各个器件造成不可逆的损害。现有的防反接技术很多是在电源电路上串接防反接二极管，但是电流过大时二极管的很容易烧毁，此方案适只用于小电流电路中；如果采用单一的场效应管进行防反接，这种方案功能简单，不具有过压、欠压保护及自恢复功能。因此，现有技术中亟需一种新的方案来解决上述问题。

实用新型内容

参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的条款的范围内，本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

一种直流电源保护电路，包括电源和负载，以及设置在所述电源和所述负载之间的直流电路，所述直流电路中设置有第一场效应管、第二场效应管、控制单元、过压检测单元、欠压检测单元和瞬态电压抑制二极管，其特征在于：所述第一场效应管及所述第二场效应管背对背设置在所述直流电路中；

所述第一场效应管、所述第二场效应管、所述过压检测单元及所述欠压检测单元与所述控制单元电连接；

所述瞬态电压抑制二极管与所述电源连接；

所述过压检测单元用于检测所述直流电路是否过压；

所述欠压检测单元用于检测所述直流电路是否欠压；

所述控制单元用于根据所述过压检测单元及所述欠压检测单元的信号控制所述第二场效应管通断。

所述第一场效应管的源极用于与所述电源的正极连接。

所述瞬态电压抑制二极管一端与所述电源的正极连接，另一端接地，与所述瞬态电压抑制二极管并联设置有保护电容。

所述欠压检测单元包括与所述控制单元电连接的第一比较器，所述第一比较器用于检测所述直流电路的电压是否小于欠压阈值，并把检测信号发送给所述控制单元。

所述欠压检测单元还包括与所述第一比较器连接的分压电阻。

所述第一场效应管及所述第二场效应管间设置有去耦电容。

所述控制单元包括LM74800芯片，所述过压检测单元包括所述LM74800芯片内置的第二比较器，所述第二比较器用于检测所述直流电路的电压是否大于过压阈值，并把检测信号发送给所述控制单元。

所述LM74800芯片的CAP引脚和VS引脚间设置有电荷泵电容。

所述LM74800芯片的输入电压不大于65V。

所述第一场效应管、所述第二场效应管、所述控制单元和所述瞬态电压抑制二极管集成在电路板上。

本实用新型的有益效果是：当本实用新型的保护电路反向接入直流电路中时，第一场效应管截止，直流电路为断路，从而起到防止电路反接，保护电路中各个器件的作用。当正向接入直流电路时，过压检测单元和欠压检测单元同时监控直流电路的电压情况，当发现直流电流中的电压过大或者过小时会分别发送信号给控制单元，控制单元控制第二场效应管截止，从而使直流电路断路来保护电路上的器件。本保护电路能够同时进行过压保护、欠压保护、和反接保护，且结构简单、功耗低、响应迅速。

附图说明

在本申请实施例的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。此外，在附图中，类似的标号表示几个附图中对应的部件，并可用于指示多于一种实施方式中使用的对应部件。

所包括的附图用来提供对本申请实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本申请的实施方式，并与文字描述一起来阐释本申请的原理。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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本实用新型一种直流电源保护电路的结构示意图。

图2为本实用新型一种直流电源保护电路的电路图。

【附图标记说明】

1-第一场效应管、2-第二场效应管、3-控制单元、4-过压检测单元、5-欠压检测单元、6-瞬态电压抑制二极管、7-电源、8-负载。

Q1-第一N沟道场效应管、Q2-第二N沟道场效应管、ZD-SMBJ33CA二极管、C1-电荷泵电容、C2-去耦电容、C3-保护电容、U1-第一比较器。

具体实施方式

参照附图，通过下面的说明书，本申请的前述以及其它特征将变得明显。在说明书和附图中，具体公开了本申请的特定实施方式，其表明了其中可以采用本申请的原则的部分实施方式，应了解的是，本申请不限于所描述的实施方式，相反，本申请包括落入所附权利要求的范围内的全部修改、变型以及等同物。下面结合附图对本申请的各种实施方式进行说明。这些实施方式只是示例性的，不是对本申请的限制。

在本申请实施例中，术语“第一”、“第二”等用于对不同元素从称谓上进行区分，但并不表示这些元素的空间排列或时间顺序等，这些元素不应被这些术语所限制。术语“和/或”包括相关联列出的术语的一种或多个中的任何一个和所有组合。术语“包含”、“包括”、“具有”等是指所陈述的特征、元素、元件或组件的存在，但并不排除存在或添加一个或多个其他特征、元素、元件或组件。

在本申请实施例中，单数形式“一”、“该”等包括复数形式，应广义地理解为“一种”或“一类”而并不是限定为“一个”的含义；此外术语“所述”应理解为既包括单数形式也包括复数形式，除非上下文另外明确指出。此外术语“根据”应理解为“至少部分根据……”，术语“基于”应理解为“至少部分基于……”，除非上下文另外明确指出。

一种直流电源保护电路，如图1所示，包括电源7和负载8，以及设置在所述电源7和所述负载8之间的直流电路，所述直流电路中设置有第一场效应管1、第二场效应管2、控制单元3、过压检测单元4、欠压检测单元5和瞬态电压抑制二极管6；

所述第一场效应管1及所述第二场效应管2背对背设置在所述直流电路中；

所述第一场效应管1、所述第二场效应管2、所述过压检测单元4及所述欠压检测单元5与所述控制单元3电连接；

所述瞬态电压抑制二极管6与所述直流电路的电源1连接；

所述过压检测单元4用于判断所述直流电路是否过压；

所述欠压检测单元5用于判断所述直流电路是否欠压；

所述控制单元3用于根据所述过压检测单元4及所述欠压检测单元5的信号控制所述第二场效应管2通断。

第一场效应管1及第二场效应管2背对背串联在电源7和负载8之间，当第一场效应管1正向接入直流电路时，直流电路正常工作，当第一场效应管1反向接入时，第一场效应管1截止，直流电路为断路，从而起到防止电路反接，保护电路中各个器件的作用。过压检测单元4和欠压检测单元5同时监控直流电路的电压情况，当发现直流电流中的电压过大或者过小时会分别发送信号给控制单元3，控制单元3控制第二场效应管2截止，从而使直流电路断路来保护电路上的器件。本保护电路能够同时进行过压保护、欠压保护和反接保护，且结构简单、功耗低、响应迅速。

实施例

如图2所示，本实施例中，电源输出电压为12V，直流电路供工作电压为9V-16V，即过压阈值为16V，欠压阈值为9V，电路中的电压大于16V为过压而小于9V为欠压。当出现过压或欠压时本保护电路均会控制直流电路断路来进行保护。本实施例中的所述控制单元3包括LM74800芯片，第一场效应管1为具有体二极管的第一N沟道场效应管Q1，第一N沟道场效应管Q1的源极与所述电源1的正极连接。第二场效应管2为第二N沟道场效应管Q2，第二N沟道场效应管Q2的漏极与第一N沟道场效应管Q1的漏极电连接。LM74800芯片的CAP引脚和VS引脚间设置有电荷泵电容C1，电荷泵电容C1提供驱动第一N沟道场效应管Q1及所述第二N沟道场效应管Q2所需的电压。在本实施例中，Q1及Q2采用BUK7S1R型MOS管。LM74800芯片的HGATE引脚与第二N沟道场效应管Q2的栅极连接，DGATE引脚与第一N沟道场效应管Q1的栅极连接。LM74800芯片本身还能实现输出电压保持，使用时接入LM74800芯片的电压不大于65V，以防止过高的电压使LM74800芯片内部元件受到电击而损坏，导致LM74800芯片失效。

当实施例中的保护电路反接入直流电路中，即第一N沟道场效应管Q1的的漏极与电源负极连接，体二极管没有导通，栅极与源极的电压差小于Vgs小于导通电压Vgsth，此时第一N沟道场效应管Q1没有导通，从而起到保护直流电路的作用。

当实施例中的保护电路正常接入直流电路中，即第一N沟道场效应管Q1的源极与电源正极连接。上电后，体二极管导通，此时LM74800的DGATE引脚置高，给第一N沟道场效应管Q1的栅极施加电压，当第一N沟道场效应管Q1的栅极和源极的电压差Vgs大于第一N沟道场效应管Q1的导通电压Vgsth，第一N沟道场效应管Q1的漏极与源极形成N沟道得以导通，第一N沟道场效应管Q1导电，LM74800的HGATE引脚同样置高，第二N沟道场效应管Q2的栅极和源极的电压差Vgs大于第二N沟道场效应管Q2的导通电压Vgsth，第二N沟道场效应管Q2的漏极与源极形成N沟道得以导通，直流电路正常工作。

在本实施例中，瞬态电压抑制二极管6采用SMBJ33CA二极管ZD，其一端与电源7正极连接，另一端与接地连接。当SMBJ33CA二极管ZD的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以极快速度将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于预定值，有效地保护直流线路中的元器件，免受各种浪涌脉冲的损坏。在本实施例中，SMBJ33CA二极管ZD并联有保护电容C3。保护电容C3能够提高SMBJ33CA二极管ZD的保护效果，减少瞬态电压干扰对电路中其他元件的影响。因为，SMBJ33CA二极管ZD管并不能完全消除直流电路中瞬态电压干扰，在瞬态电压抑制二极管开启之前，瞬态电压干扰仍然会对电路中的其他元件造成一定的影响。因此，为了提高直流电路的保护能力，在SMBJ33CA二极管ZD并联电路中加入保护电容C3。在其它实施例中，SMBJ33CA二极管可以与负载8并联，可以起到保护负载8的作用。

在本实施例中，第一N沟道场效应管Q1及所述第二N沟道场效应管Q2间设置有去耦电容C1，去耦电容C1可以提高电源7的稳定性，同时也可以降低某一元件耦合到直流电路中的噪声，间接可以减少其他元件受此元件噪声的影响。

本实施例的欠压检测单元5包括输出端与LM74800芯片的EN/UVLO引脚连接的第一比较器U1，如图2所示，第一比较器U1的正向输入端与电源1连接，5V的电压经过20K的电阻R2和30K的电阻R4分压，接入第一比较器U1的反向输入端电压为3V。当直流电路正常工作，以正常电压12V为例，12V的电压通过200K电阻R5和100K的电阻R7分压，接入第一比较器U1的正向输入端的实际电压为直流电路电压的三分之一即4V，大于负极的电压3V，此时直流电路电压大于欠压阈值9V，第一比较器U1的输出端输出高电平给EN/UVLO引脚，LM74800芯片正常工作。当第一比较器的正向输入端入的输入电压小于反向输入端电压3V时，直流电路电压低于欠压阈值9V，第一比较器U1的输出端输出低电平给EN/UVLO引脚，此时LM74800芯片将HGATE引脚拉低，第二N沟道场效应管Q2被关断，使直流电路断路，从而对直流电路进行保护。

与欠压检测单元5相似，本实施例的过压检测单元4包括LM74800芯片内置的第二比较器。当判断直流电路的电压大于过压阈值16V时，LM74800芯片关断第二N沟道场效应管Q2，从而对直流电路进行保护。采用LM74800芯片自带的第二比较器能够减少电路的零件数量，降低成本。

在本实施例中，LM74800芯片、第一N沟道场效应管Q1、第二N沟道场效应管Q2、第一比较器U1、SMBJ33CA二极管ZD可以集成在电路板上，电路板可以为装配印刷电路板(Printed Circuit Board Assembly，简称PCBA)，但本申请不限于此，电路板也可以为除了PCBA之外的其它类型的电路板。电路板可用于设置各种电子元件，从而形成各种电路。

本领域普通技术人员可以意识到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本文所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本文实施例方案的目的。

另外，在本文各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

本文中应用了具体实施例对本文的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本文的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本文的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本文的限制。

Claims (10)

1.一种直流电源保护电路，包括电源和负载，以及设置在所述电源和所述负载之间的直流电路，所述直流电路中设置有第一场效应管、第二场效应管、控制单元、过压检测单元、欠压检测单元和瞬态电压抑制二极管，其特征在于：

所述第一场效应管及所述第二场效应管背对背设置在所述直流电路中；

所述第一场效应管、所述第二场效应管、所述过压检测单元及所述欠压检测单元与所述控制单元电连接；

所述瞬态电压抑制二极管与所述电源连接；

所述过压检测单元用于检测所述直流电路是否过压；

所述欠压检测单元用于检测所述直流电路是否欠压；

所述控制单元用于根据所述过压检测单元及所述欠压检测单元的信号控制所述第二场效应管通断。

2.根据权利要求1所述的一种直流电源保护电路，其特征在于，所述第一场效应管的源极用于与所述电源的正极连接。

3.根据权利要求1所述的一种直流电源保护电路，其特征在于，所述瞬态电压抑制二极管一端与所述电源的正极连接，另一端接地，与所述瞬态电压抑制二极管并联设置有保护电容。

4.根据权利要求1所述的一种直流电源保护电路，其特征在于，所述欠压检测单元包括与所述控制单元电连接的第一比较器，所述第一比较器用于检测所述直流电路的电压是否小于欠压阈值，并把检测信号发送给所述控制单元。

5.根据权利要求4所述的一种直流电源保护电路，其特征在于，所述欠压检测单元还包括与所述第一比较器连接的分压电阻。

6.根据权利要求1所述的一种直流电源保护电路，其特征在于，所述第一场效应管及所述第二场效应管间设置有去耦电容。

7.根据权利要求1所述的一种直流电源保护电路，其特征在于，所述控制单元包括LM74800芯片，所述过压检测单元包括所述LM74800芯片内置的第二比较器，所述第二比较器用于检测所述直流电路的电压是否大于过压阈值，并把检测信号发送给所述控制单元。

8.根据权利要求7所述的一种直流电源保护电路，其特征在于，所述LM74800芯片的CAP引脚和VS引脚间设置有电荷泵电容。

9.根据权利要求7所述的一种直流电源保护电路，其特征在于，所述LM74800芯片的输入电压不大于65V。

10.根据权利要求1所述的一种直流电源保护电路，其特征在于，所述第一场效应管、所述第二场效应管、所述控制单元和所述瞬态电压抑制二极管集成在电路板上。