WO2020078006A1 - 一种防止反向电流导致过冲电压的装置及方法 - Google Patents

一种防止反向电流导致过冲电压的装置及方法 Download PDF

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    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/18—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to reversal of direct current

Definitions

  • the present invention relates to the technical field of electronics, and in particular to a device and method for preventing overshoot voltage caused by reverse current.
  • the overvoltage circuit protection module is implemented using the reverse breakdown function of the Schottky diode, and can only be achieved when the voltage exceeds the reverse breakdown voltage of the Schottky diode ⁇ ⁇ Pressure protection.
  • the disadvantage is that the reverse breakdown characteristics of Schottky diodes are not stable enough, the floating range is large, the reaction time is long and the price is expensive. Especially when the power supply is abnormally turned off, the input voltage drops rapidly, and the output voltage remains unchanged under the action of the capacitor, thereby generating a reverse current. At this time, the shutdown of the control integrated circuit will cause the reverse current to produce an overvoltage impact.
  • the existing server chips only rely on Schottky diodes for overvoltage protection, and there is no targeted function setting.
  • the present invention proposes a device and method for preventing overcurrent voltage caused by reverse current, to prevent the overcurrent voltage generated by the reverse current from impacting the circuit, and to ensure the reliability of the circuit operation.
  • Embodiments of the present invention provide a device and method for preventing overshoot voltage caused by reverse current, and solve the problems of overvoltage instability and long reaction time in the existing overvoltage protection circuit.
  • a first aspect of the present invention provides an apparatus for preventing overshoot voltage caused by reverse current, the apparatus includes a current detection circuit, a current comparison circuit, and an overvoltage protection circuit;
  • the input terminal of the current detection circuit is connected to the voltage output circuit, and the output terminal is connected to the current comparison circuit, which is used to detect the circuit current and determine the direction of the current;
  • the input terminal of the current comparison circuit is connected to both ends of the current detection circuit, including a comparator M1, the positive input terminal of the comparator M1 is connected to the output terminal of the resistor R1, and the negative input terminal is connected to the input terminal of the resistor R1 Connect, the output of the comparator M1 is connected to the input of the overvoltage protection circuit. If the voltage at the input of the resistor R1 is higher than the voltage at the output, M1 outputs a low level to the overvoltage protection circuit; otherwise, M1 is overvoltage protected The circuit outputs high level.
  • the device for preventing overshoot voltage caused by reverse current includes a current detection circuit 1, a current comparison circuit 2 and an overvoltage protection circuit 3; the input terminal of the current detection circuit 1 is connected to the voltage output circuit , Used to detect the circuit current and determine the direction of the current; the input of the current comparison circuit 2 is connected to both ends of the current detection circuit, used to determine the overvoltage protection circuit by comparing the voltage values at both ends of the current detection circuit Output high level or low level; the input end of the overvoltage protection circuit 3 is connected to the output end of the current comparison circuit, and the output end is connected to the voltage output circuit, used for realizing overvoltage protection by pulling down the input voltage of the voltage output circuit .
  • the current detection circuit 1 is composed of a resistor R1. After the current detection circuit 1 is connected to the circuit, the voltage difference between the output end and the input end of the resistor R1 is used to determine the direction of the current.
  • the current comparison circuit 2 is composed of a comparator M1, the positive input terminal of the comparator M1 is connected to the output terminal of the resistor R1, the negative input terminal of the comparator M1 is connected to the input terminal of the resistor R1, and the output terminal of the comparator M1 is over-voltage protected The input of the circuit is connected. Comparator M1 compares the voltage across the resistor.
  • M1 If the input voltage of resistor R1 is higher than the output voltage, M1 outputs a low level to the overvoltage protection circuit; if the input voltage of resistor R1 is lower than the output voltage, M1 Output a high level to the overvoltage protection circuit.
  • the overvoltage protection circuit 3 is composed of an N-type MOSFET Q1 and a diode D1.
  • the diode D1 is connected to the drain of the field effect transistor Q1.
  • the comparator M1 outputs a low level, the field effect transistor Q1 is turned off, and the diode D1 is not Access circuit; when the comparator M1 outputs a high level, the field effect transistor Q1 is turned on, and the diode D1 accesses the circuit and pulls the input voltage of the low voltage output circuit.
  • the device for preventing overshoot voltage caused by reverse current in this embodiment uses a comparator M1 to compare the voltage across the resistor and act according to the current state to ensure that the reverse current is protected before it actually reaches the input terminal. The overshoot voltage causes damage to electronic equipment.
  • FIG. 3 is a schematic flowchart of a method for preventing overshoot voltage caused by reverse current provided by an embodiment of the present application. As can be seen from FIG. 3, the method for preventing overshoot voltage caused by reverse current of this embodiment includes the following steps:
  • the input terminal of the current detection circuit is connected to the voltage output circuit and includes a resistor R1.
  • the current detection circuit determines the direction of the current through the voltage difference between the output terminal and the input terminal of the resistor R1.
  • the input terminal of the current comparison circuit is connected to both ends of the current detection circuit, including a comparator M1, the positive input terminal of the comparator M1 is connected to the output terminal of the resistor R1, and the negative input terminal is connected to the resistor R1
  • the input terminal is connected, and the output terminal of the comparator M1 is connected to the input terminal of the overvoltage protection circuit.
  • step S3 the output terminal of the overvoltage protection circuit is connected to the voltage output circuit, including an N-type MOS field effect transistor Q1 and a diode D1.
  • the diode D1 is connected to the drain of the field effect transistor Q1.

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Abstract

一种防止反向电流导致过冲电压的装置及方法，涉及电子技术领域。装置包括电流侦测电路、电流比较电路和过压保护电路；电流侦测电路的输入端与电压输出电路连接，用于侦测电路电流、确定电流方向；电流比较电路的输入端与电流侦测电路的两端连接，用于通过对电流侦测电路两端的电压值比较，确定向过压保护电路输出高电平或低电平；过压保护电路的输入端与电流比较电路的输出端连接，输出端与电压输出电路连接，用于通过拉低电压输出电路的输入电压实现过压保护。本发明通过采用比较器对电阻两端的电压进行比较，并根据电流状态进行动作，确保在反向电流到达输入端之前进行保护，实现提前侦测、阈值稳定、可靠性高、反应迅速的效果。

Description

一种防止反向电流导致过冲电压的装置及方法
本申请要求于2018年10月17日提交中国专利局、申请号为201811207542.0、发明名称为“一种防止反向电流导致过冲电压的装置及方法”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种防止反向电流导致过冲电压的装置及方法。
背景技术
电子设备在使用过程中要保证其供电电压的稳定，如果出现过压的情况，很可能会导致电路中的电子元件被击穿，从而造成电子设备的损伤，因此，电路的过压保护尤为关键。
现有服务器相关的电子设备中，其过压电路保护模块都是利用肖特基二极管的反向击穿功能来实现的，只有当电压超过肖特基二极管的反向击穿电压时才能实现过压保护。其存在的缺点在于，肖特基二极管的的反向击穿特性不够稳定，浮动范围大，反应时间长且价格昂贵。特别是在电源异常关断时，由于输入电压迅速下降，而输出电压在电容作用下保持不变，从而产生反向电流，此时控制集成电路的关断会让反向电流产生过电压冲击。此外，现有的服务器芯片只是依靠肖特基二极管进行过压保护，并没有针对性的功能设置。
基于上述现有技术存在的不足，本发明提出一种防止反向电流导致过冲电压的装置及方法，避免由于反向电流产生过冲电压而对电路产生冲击，确保电路运行的可靠性。
发明内容
本发明实施例提供一种防止反向电流导致过冲电压的装置及方法，解决现有过压保护电路存在的过压不稳定及反应时间长的问题。
为解决上述技术问题，本发明公开了如下技术方案：
本发明第一方面提供了一种防止反向电流导致过冲电压的装置，所述装置包括电流侦测电路、电流比较电路和过压保护电路；
所述电流侦测电路的输入端与电压输出电路连接，输出端与电流比较电路连接，用于侦测电路电流、确定电流的方向；
所述电流比较电路的输入端与电流侦测电路的两端连接，输出端与过压保护电路连接，用于通过对电流侦测电路两端的电压值比较，确定向过压保护电路输出高电平或低电平；
所述过压保护电路的输入端与电流比较电路连接，输出端与电压输出电路连接，用于通过拉低电压输出电路的输入电压，实现过压保护。
基于上述方案，本装置做如下优化：
优选的，所述电流侦测电路包括电阻R1，电流侦测电路接入电路后，利用电阻R1输出端和输入端之间的电压差确定电流的方向。
优选的，所述电流比较电路包括比较器M1，比较器M1的正输入端与电阻R1的输出端连接、负输入端与电阻R1的输入端连接，比较器M1的输出端与过压保护电路的输入端连接，若电阻R1的输入端电压高于输出端电压，则M1向过压保护电路输出低电平；反之，M1向过压保护电路输出高电平。
进一步的，作为优选，所述过压保护电路包括N型MOS场效应管Q1和二极管D1，二极管D1与场效应管Q1的漏极连接，当比较器M1输出低电平时，场效应管Q1截止，二极管D1不接入电路；当比较器M1输出高电平时，场效应管Q1导通，二极管D1接入电路并拉低电压输出电路的输入电压。
本发明第二方面提供了一种防止反向电流导致过冲电压的方法，所述方法包括以下步骤：
通过电流侦测电路进行电路的电流侦测，确定电流方向；
将电流侦测电路的两端与电流比较电路连接，通过电流比较电路对电流侦测电路两端的电压值比较，确定输出高、低电平；
将电流比较电路的输出端与过压保护电路连接，通过过压保护电路拉低电压输出电路的输入电压，实现过压保护。
进一步的，所述电流侦测电路的输入端与电压输出电路连接，包括电阻R1，电流侦测电路通过电阻R1输出端和输入端之间的电压差确定电流的方向。
进一步的，所述电流比较电路的输入端与电流侦测电路的两端连接，包括比较器M1，比较器M1的正输入端与电阻R1的输出端连接、负输入端与电阻R1的输入端连接，比较器M1的输出端与过压保护电路的输入端连接，若电阻R1的输入端电压高于输出端电压，则M1向过压保护电路输出低电平；反之，M1向过压保护电路输出高电平。
如上所述的一种防止反向电流导致过冲电压的方法，所述过压保护电路的输出端与电压输出电路连接，包括N型MOS场效应管Q1和二极管D1，二极管D1与场效应管Q1的漏极连接，当比较器M1输出低电平时，场效应管Q1截止，二极管D1不接入电路；当比较器M1输出高电平时，场效应管Q1导通，二极管D1接入电路并拉低电压输出电路的输入电压，实现过压保护。
本申请的实施例提供的技术方案包括以下有益效果：
本申请实施例提供的一种防止反向电流导致过冲电压的装置，包括电流侦测电路、电流比较电路和过压保护电路；电流侦测电路的输入端与电压输出电路连接，用于侦测电路电流、确定电流的方向；电流比较电路的输入端与电流侦测电路的两端连接，用于通过对电流侦测电路两端的电压值比较，确定向过压保护电路输出高电平或低电平；过压保护电路的输入端与电流比较电路的输出端连接，输出端与电压输出电路连接，用于通过拉低电压输出电路的输入电压，实现过压保护。本申请实施例的防止反向电流导致过冲电压的装置，通过采用比较器对电阻两端的电压进行比较并 根据电流状态进行动作，确保在反向电流真正到达输入端之前进行保护，解决了现有过压保护电路存在的过压不稳定及反应时间长的问题，实现了提前侦测、阈值稳定、可靠性高、反应迅速的效果。
本发明第一方面提供的防止反向电流导致过冲电压的装置，能够实现第二方面的防止反向电流导致过冲电压的方法，并取得相同的效果。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1为本申请实施例提供的一种防止反向电流导致过冲电压的装置结构示意图；
图2为图1中防止反向电流导致过冲电压的装置电路图；
图3为本申请实施例提供的一种防止反向电流导致过冲电压的方法流程示意图；
附图标记：
1-电流侦测电路，2-电流比较电路，3-过压保护电路。
具体实施方式
为使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
图1、图2分别为本申请实施例提供的一种防止反向电流导致过冲电压的装置结构示意图及电路图。由图1可知，本实施例的防止反向电流导 致过冲电压的装置包括电流侦测电路1、电流比较电路2和过压保护电路3；电流侦测电路1的输入端与电压输出电路连接，用于侦测电路电流、确定电流的方向；电流比较电路2的输入端与电流侦测电路的两端连接，用于通过对电流侦测电路两端的电压值比较，确定向过压保护电路输出高电平或低电平；过压保护电路3的输入端与电流比较电路的输出端连接，输出端与电压输出电路连接，用于通过拉低电压输出电路的输入电压，实现过压保护。
具体的，如图2所示，电流侦测电路1由电阻R1组成，电流侦测电路1接入电路后，利用电阻R1输出端和输入端之间的电压差确定电流的方向。电流比较电路2由比较器M1组成，比较器M1的正输入端与电阻R1的输出端连接，比较器M1的负输入端与电阻R1的输入端连接，比较器M1的输出端与过压保护电路的输入端连接。比较器M1对电阻两端的电压进行比较，若电阻R1的输入端电压高于输出端电压，则M1向过压保护电路输出低电平；若电阻R1的输入端电压低于输出端电压，M1向过压保护电路输出高电平。
进一步的，过压保护电路3由N型MOS场效应管Q1和二极管D1，二极管D1与场效应管Q1的漏极连接，当比较器M1输出低电平时，场效应管Q1截止，二极管D1不接入电路；当比较器M1输出高电平时，场效应管Q1导通，二极管D1接入电路并拉低电压输出电路的输入电压。本实施例的防止反向电流导致过冲电压的装置，通过采用比较器M1对电阻两端的电压进行比较并根据电流状态进行动作，确保在反向电流真正到达输入端之前进行保护，避免了因过冲电压对电子设备造成损坏。
图3为本申请实施例提供的一种防止反向电流导致过冲电压的方法流程示意图，由图3可知，本实施例的防止反向电流导致过冲电压的方法包括以下步骤：
S1、通过电流侦测电路进行电路的电流侦测，确定电流方向；
S2、将电流侦测电路的两端与电流比较电路连接，通过电流比较电路对电流侦测电路两端的电压值比较，确定输出高、低电平；
S3、将电流比较电路的输出端与过压保护电路连接，通过过压保护电路拉低电压输出电路的输入电压，实现过压保护。
具体而言，所述的步骤S1中，电流侦测电路的输入端与电压输出电路连接，包括电阻R1，电流侦测电路通过电阻R1输出端和输入端之间的电压差确定电流的方向。所述的步骤S2中，电流比较电路的输入端与电流侦测电路的两端连接，包括比较器M1，比较器M1的正输入端与电阻R1的输出端连接、负输入端与电阻R1的输入端连接，比较器M1的输出端与过压保护电路的输入端连接，若电阻R1的输入端电压高于输出端电压，则M1向过压保护电路输出低电平；反之，M1向过压保护电路输出高电平。所述的步骤S3中，过压保护电路的输出端与电压输出电路连接，包括N型MOS场效应管Q1和二极管D1，二极管D1与场效应管Q1的漏极连接，当比较器M1输出低电平时，场效应管Q1截止，二极管D1不接入电路；当比较器M1输出高电平时，场效应管Q1导通，二极管D1接入电路并拉低电压输出电路的输入电压，实现过压保护。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

  1. 一种防止反向电流导致过冲电压的装置，其特征在于，包括电流侦测电路、电流比较电路和过压保护电路；
    所述电流侦测电路的输入端与电压输出电路连接，用于侦测电路电流、确定电流的方向；
    所述电流比较电路的输入端与电流侦测电路的两端连接，用于通过对电流侦测电路两端的电压值比较，确定向过压保护电路输出高电平或低电平；
    所述过压保护电路的输入端与电流比较电路的输出端连接，输出端与电压输出电路连接，用于通过拉低电压输出电路的输入电压，实现过压保护。
  2. 根据权利要求1所述的一种防止反向电流导致过冲电压的装置，其特征在于，所述电流侦测电路包括电阻R1，电流侦测电路接入电路后，利用电阻R1输出端和输入端之间的电压差确定电流的方向。
  3. 根据权利要求2所述的一种防止反向电流导致过冲电压的装置，其特征在于，所述电流比较电路包括比较器M1，比较器M1的正输入端与电阻R1的输出端连接、负输入端与电阻R1的输入端连接，比较器M1的输出端与过压保护电路的输入端连接，若电阻R1的输入端电压高于输出端电压，则M1向过压保护电路输出低电平；反之，M1向过压保护电路输出高电平。
  4. 根据权利要求3所述的一种防止反向电流导致过冲电压的装置，其特征在于，所述过压保护电路包括N型MOS场效应管Q1和二极管D1，二极管D1与场效应管Q1的漏极连接，当比较器M1输出低电平时，场效应管Q1截止，二极管D1不接入电路；当比较器M1输出高电平时，场效应管Q1导通，二极管D1接入电路并拉低电压输出电路的输入电压。
  5. 一种防止反向电流导致过冲电压的方法，其特征在于，包括以下步骤：
    通过电流侦测电路进行电路的电流侦测，确定电流方向； 将电流侦测电路的两端与电流比较电路连接，通过电流比较电路对电流侦测电路两端的电压值比较，确定输出高、低电平；
    将电流比较电路的输出端与过压保护电路连接，通过过压保护电路拉低电压输出电路的输入电压，实现过压保护。
  6. 根据权利要求5所述的一种防止反向电流导致过冲电压的方法，其特征在于，所述电流侦测电路的输入端与电压输出电路连接，包括电阻R1，电流侦测电路通过电阻R1输出端和输入端之间的电压差确定电流的方向。
  7. 根据权利要求6所述的一种防止反向电流导致过冲电压的方法，其特征在于，所述电流比较电路的输入端与电流侦测电路的两端连接，包括比较器M1，比较器M1的正输入端与电阻R1的输出端连接、负输入端与电阻R1的输入端连接，比较器M1的输出端与过压保护电路的输入端连接，若电阻R1的输入端电压高于输出端电压，则M1向过压保护电路输出低电平；反之，M1向过压保护电路输出高电平。
  8. 根据权利要求7所述的一种防止反向电流导致过冲电压的方法，其特征在于，所述过压保护电路的输出端与电压输出电路连接，包括N型MOS场效应管Q1和二极管D1，二极管D1与场效应管Q1的漏极连接，当比较器M1输出低电平时，场效应管Q1截止，二极管D1不接入电路；当比较器M1输出高电平时，场效应管Q1导通，二极管D1接入电路并拉低电压输出电路的输入电压，实现过压保护。
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