CN221747962U - 电压保护装置及传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电压保护装置及传感器，其特征在于:包括触发断开电路、导通控制电路和执行电路，所述触发断开电路的触发信号输入端接入电源电压，所述触发断开电路包括第一触发断开子电路和/或第二触发断开子电路，所述第一触发断开子电路的第一断开信号输出端和/或第二触发断开子电路的第二断开信号输出端与所述执行电路的执行信号输入端电连接，所述导通控制电路的电压信号输入端接入电源电压，所述导通控制电路的导通信号输出端与所述执行电路的执行信号输入端电连接，所述执行电路的执行信号输出端与后级电路电连接。本实用新型的电压保护装置能够保护后级电路不会因为过压而被烧毁。

Description

电压保护装置及传感器

技术领域

本实用新型涉及电路保护技术领域，特别涉及一种电压保护装置及传感器。

背景技术

随着位置传感器、速度传感器、压力传感器等各类检测传感器的应用逐步在各类产品上拓展，传感器逐步与主控电路分离，通过线束连接完成信号的传递及电源的供给。市场上大多数的传感器应用电路输入电压为+5V，且该电压输入线束常与电机或其他负载较高电压(24V)线束绑定在一起，因此当存在线束破损或连接器端子错误安装时，就会出现传感器供电端短路到较高电压，如24V，这将会瞬间烧毁传感器。

此类因为过压或短路到电源而被烧毁的传感器难以被发现并且不易维修，为解决这一问题，市场上常采用物理隔离的方法或强制要求传感器芯片具备较高耐电压能力，这导致传感器的选择面较窄，不利于产品的迭代升级。

实用新型内容

针对上述现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种能够保护电路不会因为过压而被烧毁的电压保护装置及包含该电压保护装置的传感器。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种电压保护装置，包括触发断开电路、导通控制电路和执行电路，所述触发断开电路的触发信号输入端接入电源电压，所述触发断开电路包括第一触发断开子电路和/或第二触发断开子电路，所述第一触发断开子电路的第一断开信号输出端和/或第二触发断开子电路的第二断开信号输出端与所述执行电路的执行信号输入端电连接，所述导通控制电路的电压信号输入端接入电源电压，所述导通控制电路的导通信号输出端与所述执行电路的执行信号输入端电连接，所述执行电路的执行信号输出端与后级电路电连接。

进一步的，所述第一触发断开子电路包括瞬态抑制二极管D2、第一触发单元和第二触发单元，所述瞬态抑制二极管D2的负极接入电源电压，所述瞬态抑制二极管D2的正极与所述第一触发单元的第一信号输入端电连接，所述第一触发单元的第一信号输出端与所述第二触发单元的第二信号输入端电连接，所述第二触发单元的第二信号输出端与所述执行电路的执行信号输入端电连接。

进一步的，所述第一触发单元包括三极管Q3、电阻R6和电阻R9，所述电阻R6的一端与所述瞬态抑制二极管D2的正极电连接，所述电阻R6的另一端通过电阻R9接地，所述三极管Q3的基极电连接于所述电阻R6与电阻R9之间，所述三极管Q3的发射极接地，所述三极管Q3的集电极与所述第二触发单元的第二信号输入端电连接。

进一步的，所述第二触发单元包括三极管Q1、电阻R2和电阻R4，所述电阻R4的一端与所述三极管Q3的集电极电连接，所述电阻R4的另一端通过电阻R2与所述电源电压电连接，所述三极管Q1的基极电连接于所述电阻R2与电阻R4之间，所述三极管Q1的发射极与所述电源电压电连接，所述三极管Q1的集电极与所述执行电路的执行信号输入端电连接。

进一步的，所述第二触发断开子电路被限定为电连接在电源电压与执行电路的执行信号输入端之间的瞬态抑制二极管D3，所述瞬态抑制二极管D3的负极与所述电源电压电连接，所述瞬态抑制二极管D3的正极与所述执行电路的执行信号输入端电连接。

进一步的，所述执行电路被限定为连接在电源电压与后级电路之间并受控于所述第一断开信号和/或第二断开信号以及导通信号的MOS管Q2，所述MOS管Q2的栅极与所述第一触发断开子电路的第一断开信号输出端和/或第二触发断开子电路的第二断开信号输出端以及导通控制电路的导通信号输出端电连接，所述MOS管Q2的源极与所述电源电压电连接，所述MOS管Q2的漏极与后级电路电连接。

进一步的，所述导通控制电路包括电阻R3和电阻R8，所述电阻R3的一端连接电源电压，所述电阻R3的另一端与所述执行电路的执行信号输入端电连接，所述电阻R3的另一端还通过电阻R8接地。

进一步的，还包括电连接在电源电压与后级电路之间的第一稳压子电路，所述第一稳压子电路的第一稳压输入端与所述电源电压电连接，所述第一稳压子电路的第一稳压输出端与后级电路电连接。

进一步的，还包括电连接在执行电路与后级电路之间的第二稳压子电路，所述第二稳压子电路的第二稳压输入端与执行电路的执行信号输出端电连接，所述第二稳压子电路的第二稳压输出端与后级电路电连接。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种传感器，包括所述的电压保护装置和传感器单元，所述执行电路的执行信号输出端与所述传感器单元的通断信号输入端电连接，且所述执行电路的执行信号输出端根据所述第一触发断开子电路的第一断开信号和/或第二触发断开子电路的第二断开信号以及导通控制电路的导通信号输出执行信号以控制所述传感器单元的通断。

本实用新型的电压保护装置及传感器，至少具有如下有益效果：本实用新型通过设置触发断开电路可以在接入的电源电压过高时向执行电路输出断开信号以驱动执行电路输出断开执行信号控制后级电路断开，从而避免因为接入电源电压过高而烧毁后级电路；所述触发断开电路包括第一触发断开子电路和第二触发断开子电路，第一触发断开子电路和第二触发断开子电路独立工作，其中一触发断开子电路可以在另一触发断开子电路失效时作为补充，确保后级电路能够及时断开，以防止单点失效，从而更好地保护电路；通过设置导通控制电路可以在接入的电源电压正常时，向执行电路输出导通信号以驱动执行电路输出导通执行信号控制后级电路导通，使得电路正常工作；通过设置第一稳压子电路可以确保电压保护装置的输入电压稳定，通过设置第二稳压子电路可以确保后级电路的输入电压稳定；本电压保护装置工作的过程简单，响应速度快，恢复速度快，稳定性高。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型电压保护装置的结构框图。

图2为本实用新型电压保护装置一实施方式的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

请参阅图1与图2，本实用新型的电压保护装置包括触发断开电路1、导通控制电路2和执行电路3，所述触发断开电路1的触发信号输入端接入电源电压，触发断开电路1的断开信号输出端与执行电路3的执行信号输入端相连，导通控制电路2的电压信号输入端接入电源电压，导通控制电路2的导通信号输出端与所述执行电路3的执行信号输入端电连接，执行电路3连接在电源电压与后级电路之间。当接入的电源电压超过阈值电压(即触发后级电路保护的保护触发电压)时，所述触发断开电路1能够输出断开信号，使执行电路3断开，进而断开后级电路与电源电压的连接，避免后级电路接入的电源电压过高而损坏；当接入的电源电压小于或等于阈值电压时，所述导通控制电路2输出导通信号以控制执行电路3导通，确保电源电压对后级电路的正常供电。在本实施例中，为了确保电路的正常工作，所述电压保护装置还包括电源单元，所述电源单元为连接器接口P1，所述连接器接口P1的第一端为整个电路提供电源电压，正常情况为+5V，若线束破损或者连接器端子错误安装，在连接器接口P1的第一端则会超过阈值电压，通常情况下，该阈值电压大于或等于正常情况的电源电压。

下面，将以位置传感器作为后级电路为例对本实用新型的技术方案进行说明，所述位置传感器包括芯片D1，在本实施例中，所述芯片D1优选型号为MLX90365的位置芯片实现。所述芯片D1的VDIG1引脚、VSS1引脚、TEST01引脚、TEST22引脚、NA引脚、TEST12引脚、VDIG2引脚、VSS2引脚、TEST02引脚、TEST21引脚、NA引脚和TEST11引脚均接地，所述芯片D1的VDD1引脚连接供电电压VCC，所述芯片D1的OUT1引脚和OUT2引脚以电压的形式输出位置信号，所述芯片D1的VDD2引脚与所述执行电路3的执行信号输出端电连接。应当理解的，本实用新型的电压保护装置除了可以适用于位置传感器的过压保护外，还适用于速度传感器、压力传感器等对输入电压大小有限制要求的电路场景。

所述触发断开电路1包括第一触发断开子电路11和/或第二触发断开子电路12，所述断开信号包括第一断开信号和/或第二断开信号，所述第一触发断开子电路11的第一触发信号输入端和/或第二触发断开子电路12的第二触发信号输入端作为所述触发断开电路1的触发信号输入端接入电源电压，所述第一触发断开子电路11的第一断开信号输出端和/或第二触发断开子电路12的第二断开信号输出端与所述执行电路3的执行信号输入端电连接，所述第一触发断开子电路11和第二触发断开子电路12用于在电源电压超过阈值电压时，对应产生第一断开信号和第二断开信号，以触发执行电路3断开电源电压与后级电路之间的连接。

在本实施例中，同时设置有第一触发断开子电路11和第二触发断开子电路12，所述第一触发断开子电路11和/或第二触发断开子电路12独立工作，当电源电压超过阈值电压时，第一触发断开子电路11和第二触发断开子电路12中的任意一个先起作用并产生了对应的断开信号来触发执行电路3断开后，另一触发断开子电路则不会再产生的断开信号来触发执行电路3，而当第一触发断开子电路11和第二触发断开子电路12中某一个未起作用时，此时，另一个触发断开子电路则会作为补充来产生断开电路以触发执行电路3断开，确保及时断开位置传感器，避免传感器烧坏、故障等。具体实现时，若第一触发断开子电路11和第二触发断开子电路12在不考虑线路阻抗情况下(理想情况下)，二者也可以同步起作用，彼此互不干扰，而在考虑线路阻抗的情况下，则越靠近电源电压的触发断开子电路(本实施例为第一触发断开子电路11)越先起作用，此时另一个触发断开子电路则不起作用。

所述第一触发断开子电路11用于当接入的电源电压大于阈值电压时输出第一断开信号。所述第一触发断开子电路11包括瞬态抑制二极管D2、第一触发单元和第二触发单元，所述瞬态抑制二极管D2的负极作为第一触发断开子电路11的第一触发信号输入端接入电源电压，所述瞬态抑制二极管D2的正极与所述第一触发单元的第一信号输入端电连接，所述第一触发单元的第一信号输出端与所述第二触发单元的第二信号输入端电连接，所述第二触发单元的第二信号输出端作为所述第一触发断开子电路11的第一断开信号输出端与所述执行电路3的执行信号输入端电连接。在本实施例中，所述瞬态抑制二极管D2的型号优选为SOT-23，其导通电压9.1V，即当瞬态抑制二极管D2的反向偏置电压大于9.1V时，瞬态抑制二极管D2导通，因此，在本实施例中，所述阈值电压为9.1V。可理解的，在其他的一些实施例中，根据二极管型号以及后级电路中传感器芯片型号的选择不同，所述阈值电压也会不同。

所述第一触发单元包括三极管Q3、电阻R6和电阻R9，所述电阻R6的一端作为第一触发单元的第一信号输入端与所述瞬态抑制二极管D2的正极电连接，所述电阻R6的另一端通过电阻R9接地，所述三极管Q3的基极电连接于所述电阻R6与电阻R9之间，所述三极管Q3的发射极接地，所述三极管Q3的集电极作为所述第一触发单元的第一信号输出端与所述第二触发单元的第二信号输入端电连接。所述第二触发单元包括三极管Q1、电阻R2和电阻R4，所述电阻R4的一端作为所述第二触发单元的第二信号输入端与所述三极管Q3的集电极电连接，所述电阻R4的另一端通过电阻R2与所述电源电压电连接，所述三极管Q1的基极电连接于所述电阻R2与电阻R4之间，所述三极管Q1的发射极与所述电源电压电连接，所述三极管Q1的集电极作为所述第二触发单元的第二信号输出端与所述执行电路3的执行信号输入端电连接。当接入的电源电压超过9.1V时，触发瞬态抑制二极管D2导通，使得三极管Q3的基极对地电压从0V提升到一定值，所述电阻R6和电阻R9构成的分压电路使得三极管Q3满足最小开启电压，三极管Q3导通，在电阻R2和电阻R4的分压下，确保了三极管Q1的发射结压差满足其导通要求，继而三极管Q1导通，所述三极管Q1的集电极输出第一断开信号给执行电路3驱动执行电路3输出相应的执行信号以断开后级电路。

所述第二触发断开子电路12用于当接入的电源电压大于阈值电压时输出第二断开信号。所述第二触发断开子电路12被限定为电连接在电源电压与执行电路3的执行信号输入端之间的瞬态抑制二极管D3，在本实施例中，由于瞬态抑制二极管D3具有与瞬态抑制二极管D2相同的作用，因此在具体实现时，所述瞬态抑制二极管D3与所述瞬态抑制二极管D2的型号相同，即优选为SOT-23，如此，使得电压超过9.1V时能够触发瞬态抑制二极管D3导通。

所述瞬态抑制二极管D3的负极作为第二触发断开子电路12的第二触发信号输入端接入电源电压，所述瞬态抑制二极管D3的正极作为所述第二触发断开子电路12的第二断开信号输出端与所述执行电路3的执行信号输入端电连接。当接入的电源电压超过9.1V时，触发瞬态抑制二极管D3导通，所述瞬态抑制二极管D3的正极输出第二断开信号给执行电路3驱动执行电路3输出相应的执行信号以断开后级电路。

在本实施例中，为了防止单点失效，更好地保护电路，同时设置有第一触发断开子电路11和第二触发断开子电路12；应当理解的，由于所述第一触发断开子电路11和第二触发断开子电路12都能实现当接入的电源电压大于阈值电压时驱动执行电路3输出相应的执行信号以断开后级电路，从而起到过压保护的作用，为了精简电路，选择其中一种即可，或者为了更进一步的实现对电路的保护，也可以设置超过两个的触发断开子电路，以确保传感器能够及时断开，当设置有两个以上的触发断开子电路时，可以全是第一触发断开子电路11或者全是第二触发断开子电路12，还可以是第一触发断开子电路11与第二触发断开子电路12以任意数量进行组合。

所述导通控制电路2用于当接入的电源电压小于等于阈值电压(即9.1V)时输出导通信号。所述导通控制电路2包括电阻R3和电阻R8，所述电阻R3的一端作为导通控制电路2的电压信号输入端接入电源电压，所述电阻R3的另一端作为导通控制电路2的导通信号输出端与所述执行电路3的执行信号输入端电连接，所述电阻R3的另一端还通过电阻R8接地。

所述执行电路3用于输出执行信号控制后级电路的通断，所述执行信号包括断开执行信号和导通执行信号，当执行电路3的执行信号输入端接收到第一断开信号和/或第二断开信号时，所述断开执行信号经执行信号输出端传输至后级电路以断开后级电路，当执行电路3的执行信号输入端接收到导通信号时，所述导通执行信号经执行信号输出端传输至后级电路以导通后级电路。

所述执行电路3被限定为连接在电源电压与后级电路之间并受控于所述第一断开信号和/或第二断开信号以及导通信号的MOS管Q2，所述MOS管Q2的栅极作为所述执行电路3的执行信号输入端与所述第一触发断开子电路11的第一断开信号输出端和/或第二触发断开子电路12的第二断开信号输出端以及导通控制电路2的导通信号输出端电连接，所述MOS管Q2的源极与所述电源电压电连接，所述MOS管Q2的漏极作为所述执行电路3的执行信号输出端与所述芯片D1的VDD2引脚电连接。当所述MOS管Q2的栅极接入第一断开信号和/或第二断开信号时，所述MOS管Q2断开，所述MOS管Q2的漏极无法为后级电路提供供电电压VCC，后级电路断开；当所述MOS管Q2的栅极接入导通信号时，所述MOS管Q2导通，所述MOS管Q2的漏极输出供电电压VCC以驱动后级电路导通。

为了确保电压保护装置的输入电压稳定，作为本实施例的一种优选方式，还设置有第一稳压子电路，所述第一稳压子电路电连接在电源电压与后级电路之间，所述第一稳压子电路的第一稳压输入端与所述电源电压电连接，所述第一稳压子电路的第一稳压输出端与后级电路电连接。

所述第一稳压子电路至少包括一个电容，为了保障电压稳定，本实施例中优选为3个电容，各电容并联后连接在电源电压与后级电路之间。具体的，本实施例的第一稳压子电路包括并联的电容C1、电容C2和电容C3，所述电容C1、电容C2和电容C3的正极相连后作为第一稳压子电路的第一稳压输入端连接电源电压，所述电容C1、电容C2和电容C3的负极相连后作为第一稳压子电路的第一稳压输出端与所述芯片D1的VSS2引脚电连接。

为了确保后级电路的输入电压稳定，作为本实施例的一种优选方式，还设置有第二稳压子电路，所述第二稳压子电路电连接在执行电路3与后级电路之间，所述第二稳压子电路的第二稳压输入端与执行电路3的执行信号输出端电连接，所述第二稳压子电路的第二稳压输出端与后级电路电连接。所述第二稳压子电路被限定为连接在执行电路3与后级电路之间的电容C14，所述电容C4的正极作为第二稳压子电路的第二稳压输入端电连接与所述MOS管Q2的漏极和所述芯片D1的VDD2引脚之间，所述电容C4的负极接地。

本实用新型的另一实施例还提供一种传感器，包括如上述实施例所述的电压保护装置和传感器单元，所述执行电路3的执行信号输出端与所述传感器单元的通断信号输入端电连接，且所述执行电路3的执行信号输出端根据所述第一触发断开子电路11的第一断开信号和/或第二触发断开子电路12的第二断开信号以及导通控制电路2的导通信号输出执行信号以控制所述传感器单元的通断。

本实用新型的电压保护装置的工作原理如下：

当接入的电源电压大于9.1V时，触发瞬态抑制二极管D2导通，经所述电阻R6和电阻R9构成的分压电路分压使得三极管Q3满足最小开启电压，三极管Q3导通，在电阻R2和电阻R4的分压下，确保了三极管Q1的发射结压差满足其导通要求，继而三极管Q1导通，所述三极管Q1导通使得MOS管Q2因驱动压差不足而断开，MOS管Q2的漏极无法为后级电路供电电压VCC，后级电路断开，从而保护后级电路不会因为过压而被烧毁；同时当接入的电源电压大于9.1V时，也会触发瞬态抑制二极管D3导通，所述瞬态抑制二极管D3导通使得MOS管Q2因驱动压差不足而断开，MOS管Q2的漏极无法为后级电路供电电压VCC，后级电路断开，从而保护后级电路不会因为过压而被烧毁；当接入的电源电压小于等于9.1V时，瞬态抑制二极管D2和瞬态抑制二极管D3不导通，此时电阻R3和电阻R8正常分压使得MOS管Q2满足导通条件而保持导通，MOS管Q2的漏极输出供电电压VCC，后级电路接入供电电压VCC后导通，后级电路正常工作。

本实用新型通过设置触发断开电路可以在接入的电源电压大于阈值电压时向执行电路输出断开信号以驱动执行电路输出断开执行信号控制后级电路断开，从而避免因为接入电源电压过高而烧毁后级电路；所述触发断开电路包括第一触发断开子电路和第二触发断开子电路，第一触发断开子电路和第二触发断开子电路独立工作，其中一触发断开子电路可以在另一触发断开子电路失效时作为补充，确保后级电路能够及时断开，以防止单点失效，从而更好地保护电路；通过设置导通控制电路可以在接入的电源电压小于等于阈值电压时，向执行电路输出导通信号以驱动执行电路输出导通执行信号控制后级电路导通，使得电路正常工作；通过设置第一稳压子电路可以确保电压保护装置的输入电压稳定，通过设置第二稳压子电路可以确保后级电路的输入电压稳定；本电压保护装置工作的过程简单，响应速度快，恢复速度快，稳定性高。

Claims (10)

1.一种电压保护装置，其特征在于:包括触发断开电路、导通控制电路和执行电路，所述触发断开电路的触发信号输入端接入电源电压，所述触发断开电路包括第一触发断开子电路和/或第二触发断开子电路，所述第一触发断开子电路的第一断开信号输出端和/或第二触发断开子电路的第二断开信号输出端与所述执行电路的执行信号输入端电连接，所述导通控制电路的电压信号输入端接入电源电压，所述导通控制电路的导通信号输出端与所述执行电路的执行信号输入端电连接，所述执行电路的执行信号输出端与后级电路电连接。

2.如权利要求1所述的电压保护装置，其特征在于：所述第一触发断开子电路包括瞬态抑制二极管D2、第一触发单元和第二触发单元，所述瞬态抑制二极管D2的负极接入电源电压，所述瞬态抑制二极管D2的正极与所述第一触发单元的第一信号输入端电连接，所述第一触发单元的第一信号输出端与所述第二触发单元的第二信号输入端电连接，所述第二触发单元的第二信号输出端与所述执行电路的执行信号输入端电连接。

3.如权利要求2所述的电压保护装置，其特征在于：所述第一触发单元包括三极管Q3、电阻R6和电阻R9，所述电阻R6的一端与所述瞬态抑制二极管D2的正极电连接，所述电阻R6的另一端通过电阻R9接地，所述三极管Q3的基极电连接于所述电阻R6与电阻R9之间，所述三极管Q3的发射极接地，所述三极管Q3的集电极与所述第二触发单元的第二信号输入端电连接。

4.如权利要求3所述的电压保护装置，其特征在于：所述第二触发单元包括三极管Q1、电阻R2和电阻R4，所述电阻R4的一端与所述三极管Q3的集电极电连接，所述电阻R4的另一端通过电阻R2与所述电源电压电连接，所述三极管Q1的基极电连接于所述电阻R2与电阻R4之间，所述三极管Q1的发射极与所述电源电压电连接，所述三极管Q1的集电极与所述执行电路的执行信号输入端电连接。

5.如权利要求1所述的电压保护装置，其特征在于：所述第二触发断开子电路被限定为电连接在电源电压与执行电路的执行信号输入端之间的瞬态抑制二极管D3，所述瞬态抑制二极管D3的负极与所述电源电压电连接，所述瞬态抑制二极管D3的正极与所述执行电路的执行信号输入端电连接。

6.如权利要求1所述的电压保护装置，其特征在于：所述执行电路被限定为连接在电源电压与后级电路之间并受控于第一断开信号和/或第二断开信号以及导通信号的MOS管Q2，所述MOS管Q2的栅极与所述第一触发断开子电路的第一断开信号输出端和/或第二触发断开子电路的第二断开信号输出端以及导通控制电路的导通信号输出端均电连接，所述MOS管Q2的源极与所述电源电压电连接，所述MOS管Q2的漏极与后级电路电连接。

7.如权利要求1所述的电压保护装置，其特征在于：所述导通控制电路包括电阻R3和电阻R8，所述电阻R3的一端连接电源电压，所述电阻R3的另一端与所述执行电路的执行信号输入端电连接，所述电阻R3的另一端还通过电阻R8接地。

8.如权利要求1～7任一项所述的电压保护装置，其特征在于：还包括电连接在电源电压与后级电路之间的第一稳压子电路，所述第一稳压子电路的第一稳压输入端与所述电源电压电连接，所述第一稳压子电路的第一稳压输出端与后级电路电连接。

9.如权利要求1～7任一项所述的电压保护装置，其特征在于：还包括电连接在执行电路与后级电路之间的第二稳压子电路，所述第二稳压子电路的第二稳压输入端与执行电路的执行信号输出端电连接，所述第二稳压子电路的第二稳压输出端与后级电路电连接。

10.一种传感器，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项所述的电压保护装置和传感器单元，所述执行电路的执行信号输出端与所述传感器单元的通断信号输入端电连接，且所述执行电路的执行信号输出端根据所述第一触发断开子电路的第一断开信号和/或第二触发断开子电路的第二断开信号以及导通控制电路的导通信号输出执行信号以控制所述传感器单元的通断。