CN102487195A - 电源反极性保护电路 - Google Patents
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Abstract
一种电源反极性保护电路，包括：电子开关、泵电源驱动电路、反极性检测电路，所述电子开关包括连接电源输入端的第一端和连接电源输出端的第二端，以及控制端；所述泵电源驱动电路，连接所述电子开关的第二端，当电源极性正接时产生高于电源输入电压的驱动电压；所述反极性检测电路，连接所述电子开关的第一端和控制端，当电源极性正接时，由所述泵电源驱动电路产生的所述驱动电压驱动，输出导通所述电子开关的第一端和第二端的控制信号至所述电子开关的控制端；当电源极性反接时，输出断开所述电子开关的第一端和第二端的控制信号至所述电子开关的控制端。本发明能便捷、有效地控制电源输入端和输出端的导通与断开，保护电源输出端的终端设备。
Description
技术领域
本发明涉及电源领域，特别涉及一种电源反极性保护电路。
背景技术
如今，汽车产业发展迅速，汽车的数量越来越多。人们在拥有汽车的同时，也会越来越关注使用汽车时的使用体验，汽车上的车载终端可以实现包括音乐、视频、图片等多媒体需求的服务，以及实时路况信号、目的地地图等行车信号的需求的服务等。车载终端这些众多服务都必须通过汽车上的车载电源来提供运作所需的电源，但是当电源的极性接反时，会对车载终端的功能模块造成损坏。
现有的车载终端的电源和功能模块之间具有保险，当电源极性反接时，保险会烧断，从而保护车载终端的功能模块。图1是现有技术的电源反极性保护电路示意图，如图1所示，电源输入端U_IN和电源输出端U_OUT，电源输出端U_IN来源于车载电源的供电，电源输出端U_OUT提供了车载终端的功能模块电源输入，在电源输入端U_IN和电源输出端U_OUT之间包括有保险丝F0，还包括一个二极管D0(可以为一稳压二极管)，所述二极管D0的阴极与所述保险丝F0与电源输出端连接的那一端相连，所述二极管D0的阳极接地(GND0)，当电源极性接反时，将会通过所述二极管D0、保险丝F0形成一个短路回路，并瞬间产生大电流而熔断所述保险丝F0，切断了电源的输入端U_IN和输出端U_OUT之间的连接，从而起到了保护作用。该方法虽然可以保护车载终端，但是需要更换保险丝F0，比较麻烦。
关于电源极性反接的保护电路，可参考专利号为ZL200820095070.X的中国专利，该专利公开了一种电源极性反接保护电路。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种电源反极性保护电路，当电源极性反接时，能便捷、有效地断开电源输入端和电源输出端的连接，从而保护电源输出端的终端设备。
为解决上述问题，本发明提供一种电源反极性保护电路，包括：电子开关、泵电源驱动电路、反极性检测电路，
所述电子开关，包括连接电源输入端的第一端和连接电源输出端的第二端，以及控制端；
所述泵电源驱动电路，连接所述电子开关的第二端，当电源极性正接时产生高于电源输入电压的驱动电压；
所述反极性检测电路，连接所述电子开关的第一端和控制端，当电源极性正接时，由所述泵电源驱动电路产生的所述驱动电压驱动，输出导通所述电子开关的第一端和第二端的控制信号至所述电子开关的控制端；当电源极性反接时，输出断开所述电子开关的第一端和第二端的控制信号至所述电子开关的控制端。
可选的，所述电子开关包括MOS晶体管，所述导通所述电子开关的第一端和第二端是指使所述MOS晶体管导通，所述断开所述电子开关的第一端和第二端是指使所述MOS晶体管截止。
可选的，所述MOS晶体管为NMOS晶体管，其源极为所述电子开关的第一端，其漏极为所述电子开关的第二端，其栅极为所述电子开关的控制端。
可选的，所述NMOS晶体管的导通电阻为10毫欧。
可选的，所述电子开关还包括第四二极管，所述第四二极管的阳极与所述NMOS晶体管的源极相连，其阴极与所述NMOS晶体管的漏极相连。
可选的，所述电子开关还包括第一电容，所述第一电容的一端与所述NMOS晶体管的源极相连，其另一端与所述NMOS晶体管的漏极相连。
可选的，所述泵电源驱动电路包括第二电容、第三电容、第二二极管、第三二极管、第二电阻、第三电阻和多谐振荡器，所述第二二极管的阳极与所述多谐振荡器的第一端以及所述NMOS晶体管的漏极相连，其阴极与所述第三二极管的阳极以及第二电容的第一端连接；所述第二电阻的两端分别连接所述第二电容的第二端以及所述多谐振荡器的第二端；所述第三电阻的两端分别连接所述第三二极管的阴极以及所述第三电容的第一端，所述第三电容的第二端接地以及连接所述多谐振荡器的第三端；当电源极性正接时，所述第三电容的第一端产生的电压为所述驱动电压。
可选的，所述反极性检测电路包括第一二极管、NPN三极管、稳压二极管、第一电阻，所述第一二极管的阳极接地，其阴极与所述NPN三极管的基极相连；所述NPN三极管的发射极与所述稳压二极管的阳极以及所述NMOS晶体管的源极相连，其集电极与所述稳压二极管的阴极相连；所述第一电阻的一端与所述稳压二极管的阴极以及所述NPN三极管的集电极连接，其另一端与所述NMOS晶体管的栅极相连；所述稳压二极管的阴极还与所述泵电源驱动电路的第三电容的第一端连接。
可选的，所述稳压二极管的稳定电压为7.5V。
可选的，所述电源为车载电源。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
当电源极性正接时，通过所述泵电源驱动电路产生高于电源输入电压的驱动电压，驱动所述反极性检测电路输出导通所述电子开关的控制信号，而当电源极性反接时，所述反极性检测电路输出断开所述电子开关的控制信号，从而能够实现便捷、有效地导通或断开电源的输入端和输出端的连接，保护电源输出端的终端设备。
附图说明
图1是现有技术的电源反极性保护电路示意图；
图2是本发明提供的电源反极性保护电路的结构示意图；
图3是本发明实施例的电源反极性保护电路示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。
图2为本发明提供的电源反极性保护电路的结构示意图，如图2所示，包括：电子开关10、泵电源驱动电路20、反极性检测电路30，所述电子开关10包括连接电源输入端U_IN的第一端10a和电源输出端U_OUT的第二端10b，以及控制端10c；所述泵电源驱动电路20，连接所述电子开关10的第二端10b，当电源极性正接时产生高于电源输入电压的驱动电压；所述反极性检测电路30，连接所述电子开关10的第一端10a和控制端10c，当电源极性正接时，由所述泵电源驱动电路20产生的所述驱动电压驱动，输出导通所述电子开关10的第一端10a和第二端10b的控制信号至所述电子开关10的控制端10c；当电源极性反接时，输出断开所述电子开关10的第一端10a和第二端10b的控制信号至所述电子开关10的控制端10c。
在具体实施例中，所述电源优选为车载电源。由于车载终端在待机时电流较小(没有完全的关断状态)，而在开机时电流的需求较大，如果电源的极性接反，将会对车载终端的功能模块造成损坏。所述电子开关10包括一MOS晶体管，所述导通所述电子开关10的第一端10a和第二端10b是指使所述MOS晶体管导通，所述断开所述电子开关10的第一端10a和第二端10b是指使所述MOS晶体管截止。具体地，以NMOS晶体管为例，当电源极性正接时，所述泵电源驱动电路20产生高于电源输入电压的驱动电压并通过所述反极性检测电路30加载于所述NMOS晶体管的源极和栅极之间，从而使其源极和漏极导通，即导通了所述电子开关10的第一端10a和第二端10b；当电源极性反接时，所述反极性检测电路30加载于所述NMOS晶体管的源极和栅极之间电压为0，则其源极和漏极截止，即断开了所述电子开关10的第一端10a和第二端10b。而为了维持车载终端在待机时的小电流，所述电子开关10还包括有一个二极管，该二极管的阳极与所述NMOS晶体管的源极相连，其阴极与所述NMOS晶体管的漏极相连。当然，也可以使用PMOS晶体管，输入其栅极的控制信号应为上述输入NMOS晶体管栅极的控制信号的反相信号。
下面以具体实施例对本发明提供的电源反极性保护电路进行详细说明。图3是本发明实施例的电源反极性保护电路示意图，结合图2，参阅图3，本实施例中，所述电源反极性保护电路包括的电子开关10，泵电源驱动电路20、反极性检测电路30的具体电路结构如下：
所述电子开关10包括MOS晶体管，本实施例中优选为NMOS晶体管Q1，其源极S作为所述电子开关10的第一端10a，其漏极D作为所述电子开关10的第二端10b，其栅极G作为所述电子开关10的控制端10c。并且，所述NMOS晶体管Q1具有毫欧级的导通电阻，具体约为10毫欧。采用较小的导通电阻便可以通过较大的电流，最大可达几十安培的电流，满足了车载终端对于大电流的需求。此外，所述电子开关10还包括第四二极管D4，所述第四二极管D4的阳极与所述NMOS晶体管Q1的源极S相连，其阴极与所述NMOS晶体管Q1的漏极D相连。并且，所述第四二极管D4的额定电流较小，在车载终端处于待机状态时，小电流可以通过所述第四二极管D4导通所述电子开关10的第一端10a和第二端10b，当车载终端开机时，大电流则通过所述NMOS晶体管的源极S和漏极D导通，否则，所述第四二极管D4将因承受不了大电流而损坏。在实际实施时，所述第四二极管D4可集成于所述NMOS晶体管Q1上共同构成一个电子元件。所述电子开关10还包括第一电容C1，所述第一电容C1的一端与所述NMOS晶体管Q1的源极S相连，其另一端与所述NMOS晶体管Q1的漏极D相连。在电源输入端U_IN和电源输出端U_OUT之间加入所述第一电容C1是因为在电源输入端加载输入电压后，其电压可能并不稳定，加入所述第一电容C1滤波以稳定所述NMOS晶体管Q1源极S和漏极D两端的电压，以免损坏所述NMOS晶体管Q1。
所述泵电源驱动电路20的主要作用是当电源极性正接时产生高于电源输入电压的驱动电压，具体可采用二倍压整流电路实现，如图3所示，包括第二电容C2、第三电容C3、第二二极管D2、第三二极管D3、第二电阻R2、第三电阻R3和多谐振荡器201，所述第二二极管D2的阳极与所述多谐振荡器201的第一端201a以及所述NMOS晶体管Q1的漏极D相连，其阴极与所述第三二极管D3的阳极以及第二电容C2的第一端f连接；所述第二电阻R2的两端分别连接所述第二电容C2的第二端h以及所述多谐振荡器201的第二端201b；所述第三电阻R3的两端分别连接所述第三二极管D3的阴极以及所述第三电容C3的第一端i，所述第三电容C3的第二端j接地(GND2)以及连接所述多谐振荡器201的第三端201c；所述驱动电压形成于所述第三电容C3的第一端i，具体形成过程将在下面所述电路工作原理中说明。
所述反极性检测电路30包括第一二极管D1、NPN三极管Q2、稳压二极管Z1、第一电阻R1，所述第一二极管D1的阳极接地(GND1)，其阴极与所述NPN三极管Q2的基极b相连；所述NPN三极管Q2的发射极e与所述稳压二极管Z1的阳极以及所述NMOS晶体管Q1的源极S相连，其集电极c与所述稳压二极管Z1的阴极相连；所述第一电阻R1的一端与所述稳压二极管Z1的阴极以及所述NPN三极管Q2的集电极c连接，其另一端与所述NMOS晶体管Q1的栅极G相连；所述稳压二极管Z1的阴极还与所述泵电源驱动电路20的第三电容C3的第一端i连接。
下面具体介绍所述电源反极性保护电路的工作原理。
仍然结合图2，参阅图3，从电源输入端U_IN加载电压值为VIN的输入电压后，在电源极性正接的情况下，电流从电源输入端U_IN导通所述第四二极管D4并使所述泵电源驱动电路20中的多谐振荡器201产生交流信号，所述多谐振荡器201的第一端201a和第二端201b之间的交流电压为V201，一般V201＝VIN，所述交流信号由第一端201a输出，经第二二极管D2整流后得到直流电压以对所述第二电容C2进行充电，由所述第二电容C2的第二端h经第二电阻R2至所述多谐振荡器201的第二端201b形成回路，使所述第二电容C2的电压VC2最大可为所述交流电压V201的约1.4倍，之后，所述第二电容C2的电压VC2叠加所述交流电压V201，经第三二极管D3整流后，再经第三电阻R3对第三电容C3进行充电，由所述第三电容C3的第二端j至所述多谐振荡器201的第三端201c形成回路，从而使所述第三电容C3两端的电压最大可为所述交流电压V201的约2.8倍，因为所述第三电容C3的第二端j接地，则所述驱动电压产生于所述第三电容C3的第一端i，该驱动电压为直流电压，其值为VC3，并且VC3高于电源输入电压VIN，在具体实施例中，一般能使所述形成于所述第三电容C3的第一端i的驱动电压VC3为电源输入电压VIN的两倍。
所述第三电容C3由第一端i输出所述驱动电压加载于所述反极性检测电路30的稳压二极管Z1的阴极，即节点k的电压为VC3，而节点a的电压为VIN，因为VC3比VIN高很多，所述驱动电压将所述稳压二极管Z1反向击穿，在具体实施例中，所述稳压二极管Z1的稳定电压为7.5V，在所述稳压二极管Z1被反向击穿后，该7.5V的稳定电压经第一电阻R1加于NMOS晶体管Q1的源极S和栅极G，即NMOS晶体管Q1的源极S和栅极G之间的电压VGS＝7.5V，大于NMOS晶体管Q1的导通电压，此时所述NMOS晶体管Q1导通，即所述电子开关10的第一端10a和第二端10b导通，车载电源正常给车载终端供电。
上述实施例中，所述多谐振荡器201并未给出具体电路结构图，具体实施时，可采用现有技术中常用的多谐振荡器电路结构以产生交流信号。
在其他实施例中，可通过改变所述稳压二极管Z1的参数(选用不同参数的稳压二极管)以使所述稳压二极管Z1具有不同的稳定电压，所述稳定电压即为加载在所述NMOS晶体管Q1的源极S和栅极G的电压值VGS，该电压至少大于所述NMOS晶体管Q1的导通电压。
当然，上述实施例中所述泵电源驱动电路20是以二倍压整流电路而产生所述驱动电压的，在其他实施例中，也可以采用其他的倍压整流电路，例如三倍压、四倍压等整流电路，以产生比电源输入电压高的驱动电压，并且该驱动电压能够反向击穿所述稳压二极管Z1。
在电源极性反接的情况下，所述电源输入端U_IN的输入电压为负，电流不能从所述电源输入端U_IN流入所述泵电源驱动电路20，则所述泵电源驱动电路20处于非工作状态，不产生所述驱动电压。但是，由于所述电源输入端U_IN的输入电压为负，电流从接地端GND1导通所述第一二极管D1流向所述NPN三极管Q2的基极b，再由所述NPN三极管Q2的发射极c、所述稳压二极管Z1、所述NPN三极管Q2的集电极e形成回路，从而使所述NPN三极管Q2饱和导通，其发射极c和集电极e间的压降VCE只有约0.1V，使得所述NMOS晶体管Q1的源极S和栅极G之间的电压几乎为0偏置而处于断开状态，即所述NMOS晶体管Q1处于截止状态，所述电子开关10的第一端10a和第二端10b断开，从而保护了车载终端的功能模块。
需要说明的是，本实施例中，本发明优选应用于所述车载终端设备的电源反极性的保护，在其他实施例中，同样可应用于其他相关领域，依靠该电路在电源极性反接的情况对电源输出端的终端设备进行保护。
综上，本发明实施例提供的电源反极性保护电路，至少具有如下有益效果：
当电源极性正接时，通过所述泵电源驱动电路产生高于电源输入电压的驱动电压，驱动所述反极性检测电路输出导通所述电子开关的控制信号，而当电源极性反接时，所述反极性检测电路输出断开所述电子开关的控制信号，从而能够实现便捷、有效地导通或断开电源的输入端和输出端的连接，保护电源输出端的终端设备。
上述实施例的电源反极性保护电路结构简单，且易于实现。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种电源反极性保护电路，其特征在于，包括：电子开关、泵电源驱动电路、反极性检测电路，
所述电子开关，包括连接电源输入端的第一端和连接电源输出端的第二端，以及控制端；
所述泵电源驱动电路，连接所述电子开关的第二端，当电源极性正接时产生高于电源输入电压的驱动电压；
所述反极性检测电路，连接所述电子开关的第一端和控制端，当电源极性正接时，由所述泵电源驱动电路产生的所述驱动电压驱动，输出导通所述电子开关的第一端和第二端的控制信号至所述电子开关的控制端；当电源极性反接时，输出断开所述电子开关的第一端和第二端的控制信号至所述电子开关的控制端。
2.根据权利要求1所述的电源反极性保护电路，其特征在于，所述电子开关包括MOS晶体管，所述导通所述电子开关的第一端和第二端是指使所述MOS晶体管导通，所述断开所述电子开关的第一端和第二端是指使所述MOS晶体管截止。
3.根据权利要求2所述的电源反极性保护电路，其特征在于，所述MOS晶体管为NMOS晶体管，其源极为所述电子开关的第一端，其漏极为所述电子开关的第二端，其栅极为所述电子开关的控制端。
4.根据权利要求3所述的电源反极性保护电路，其特征在于，所述NMOS晶体管的导通电阻为10毫欧。
5.根据权利要求3所述的电源反极性保护电路，其特征在于，所述电子开关还包括第四二极管，所述第四二极管的阳极与所述NMOS晶体管的源极相连，其阴极与所述NMOS晶体管的漏极相连。
6.根据权利要求3所述的电源反极性保护电路，其特征在于，所述电子开关还包括第一电容，所述第一电容的一端与所述NMOS晶体管的源极相连，其另一端与所述NMOS晶体管的漏极相连。
7.根据权利要求3所述的电源反极性保护电路，其特征在于，所述泵电源驱动电路包括第二电容、第三电容、第二二极管、第三二极管、第二电阻、第三电阻和多谐振荡器，所述第二二极管的阳极与所述多谐振荡器的第一端以及所述NMOS晶体管的漏极相连，其阴极与所述第三二极管的阳极以及第二电容的第一端连接；所述第二电阻的两端分别连接所述第二电容的第二端以及所述多谐振荡器的第二端；所述第三电阻的两端分别连接所述第三二极管的阴极以及所述第三电容的第一端，所述第三电容的第二端接地以及连接所述多谐振荡器的第三端；当电源极性正接时，所述第三电容的第一端产生的电压为所述驱动电压。
8.根据权利要求7所述的电源反极性保护电路，其特征在于，所述反极性检测电路包括第一二极管、NPN三极管、稳压二极管、第一电阻，所述第一二极管的阳极接地，其阴极与所述NPN三极管的基极相连；所述NPN三极管的发射极与所述稳压二极管的阳极以及所述NMOS晶体管的源极相连，其集电极与所述稳压二极管的阴极相连；所述第一电阻的一端与所述稳压二极管的阴极以及所述NPN三极管的集电极连接，其另一端与所述NMOS晶体管的栅极相连；所述稳压二极管的阴极还与所述泵电源驱动电路的第三电容的第一端连接。
9.根据权利要求8所述的电源反极性保护电路，其特征在于，所述稳压二极管的稳定电压为7.5V。
10.根据权利要求1所述的电源反极性保护电路，其特征在于，所述电源为车载电源。
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