CN105244864A - 防反灌保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种防反灌保护电路，其电性连接于一输入电路和一输出电路之间。该防反灌保护电路包括：参考电压提供电路，电压比较电路及防反灌电路。电压比较电路包括电流检测电阻。参考电压提供电路的输出端与电压比较电路的第一输入端连接，输入电路的负极经由电流检测电阻与输出电路负极连接，电流检测电阻上形成回馈电压作用于电压比较电路的第二输入端。防反灌电路包括一P沟道MOSFET。电压比较电路通过对参考电压及回馈电压比较，通过电压比较电路的输出端控制P沟道MOSFET工作状态，防止反灌电流从输出电路进入输入电路。解决现有技术采用二极管实现防反灌时功耗大及散热多的技术问题。

Description

防反灌保护电路

技术领域

本发明涉及电路保护技术领域，具体而言，涉及一种防反灌保护电路。

背景技术

防反灌保护电路常被用于防止输出端电流反灌损坏电源，现有技术中的直流输出防反灌控制电路通过一只二极管来实现防反灌，电路如图1，交流电流源通过整流桥BR1将交流电整流为直流电，整流桥BR1的直流正极和C2正极相连，直流负极和C2负极相连，利用C2进行储能和滤波。直流正极和二极管D1的正极相连，二极管D1的负极和直流输出正极相连。而直流输出负极直接和C2的负极相连。由于二极管D1只能单向流过电流，即输出电流只能从C2正极，流过D1正极，再流过D1负极，再流至直流输出正极，经过用电设备后，流至直流输出负极，形成回路。即，输出回路中串联一只二极管，就可以防止电流反灌。

然而，在输出电流较大时，二极管D1上的损耗功率较大，比如，输出5A时，假设二极管D1压降0.4V，那么二极管上D1的损失功率是5A×0.4V＝2W。导致的后果是二极管热功耗大，散热困难。如何提供一种低功耗的防反灌控制电路对于本领域的技术人员而言是急需要解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种防反灌保护电路，以改善现有技术中采用二极管实现防反灌时功耗大及散热困难的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种防反灌保护电路，其电性连接于一输入电路和一输出电路之间。该防反灌保护电路包括：参考电压提供电路、电压比较电路及防反灌控制电路。所述电压比较电路包括电流检测电阻。所述参考电压提供电路的输出端与所述电压比较电路的第一输入端连接。所述输入电路的负极经由所述电流检测电阻与所述输出电路负极连接，所述电流检测电阻上形成回馈电压作用于所述电压比较电路的第二输入端。所述防反灌控制电路包括一P沟道MOSFET、第一电阻、第一稳压管及三极管。所述P沟道MOSFET的漏极与所述输入电路正极连接，所述P沟道MOSFET的源极与所述输出电路的正极连接。所述第一稳压管连接于所述P沟道MOSFET的源极与所述P沟道MOSFET的栅极之间，所述第一稳压管的正极与所述P沟道MOSFET的栅极连接，所述第一电阻与所述第一稳压管并联。所述P沟道MOSFET的栅极经由所述三极管接地，所述电压比较电路的输出端与所述三极管的基极连接。所述电压比较电路对所述参考电压及所述回馈电压进行比较，通过所述电压比较电路的输出端控制所述P沟道MOSFET工作状态，防止反灌电流从所述输出电路进入所述输入电路。

进一步地，上述防反灌保护电路中所述参考电压提供电路包括一稳压元件、第七电阻及第八电阻。所述稳压元件的经由串联连接的第七电阻及第八电阻接地，所述电压比较电路的第一输入端电性连接于第七电阻及第八电阻之间，所述稳压元件为所述电压比较电路提供所述参考电压。

进一步地，上述防反灌保护电路中所述稳压元件为一可控精密稳压源，所述参考电压提供电路还包括第五电阻。所述可控精密稳压源的阳极接地，所述可控精密稳压源的参考极与所述可控精密稳压源的阴极连接，所述可控精密稳压源的阴极经由所述第五电阻与所述输入电路连接。所述可控精密稳压源的参考极经由串联连接的第七电阻及第八电阻接地，所述电压比较电路的第一输入端电性连接于第七电阻及第八电阻之间。

进一步地，上述防反灌保护电路中所述电压比较电路还包括一电压比较器、第三电阻、第六电阻及第四电容。所述电压比较器的第一输入引脚构成所述电压比较器的第一输入端。所述电压比较器的第二输入引脚与所述第六电阻连接构成所述电压比较电路的第二输入端。所述电压比较器的输出引脚构成所述电压比较电路的输出端。所述电压比较器的输出引脚与所述第二输入引脚之间连接所述第三电阻，所述电压比较器的第二输入引脚还经由所述第六电阻和所述电流检测电阻接地，所述电压比较器的输出引脚经由所述第三电阻与所述第四电容接地。

进一步地，上述防反灌保护电路中所述防反灌控制电路还包括第二电阻、第四电阻及第三电容。所述P沟道MOSFET的栅极经由所述第二电阻与所述三极管接地，所述第四电阻一端经由所述第三电容接地，所述第四电阻的另一端与所述电压比较电路的输出端连接。所述三极管的基极连接于所述第四电阻与所述第三电容之间。

进一步地，上述防反灌保护电路中，所述三极管为NPN三极管，所述电压比较电路的第一输入端为异相输入端，所述电压比较电路第二输入端为同相输入端。

进一步地，上述防反灌保护电路中，所述三极管为PNP三极管，所述电压比较电路的第一输入端为同相输入端，所述电压比较电路第二输入端为异相输入端。进一步地，上述防反灌保护电路中所述输入电路包括交流电流源、整流电路及滤波电路，所述输出电路包括外接设备。所述交流电流源与所述整流电路连接，所述整流电路与所述滤波电路连接，所述输入电路的正极为所述整流电路的直流正极，所述输入电路的负极为所述整流电路的直流负极，所述输出电路的正极为所述外接设备的正极，所述输出电路的负极为所述外接设备的负极。

相对现有技术，一种防反灌保护电路，其电性连接于一输入电路和一输出电路之间。该防反灌保护电路包括：参考电压提供电路、电压比较电路及防反灌控制电路。所述电压比较电路包括电流检测电阻。所述参考电压提供电路的输出端与所述电压比较电路的第一输入端连接。所述输入电路的负极经由所述电流检测电阻与所述输出电路负极连接，所述电流检测电阻上形成回馈电压作用于所述电压比较电路的第二输入端。所述防反灌控制电路包括一P沟道MOSFET、第一电阻、第一稳压管及三极管。所述P沟道MOSFET的漏极与所述输入电路正极连接，所述P沟道MOSFET的源极与所述输出电路的正极连接。所述第一稳压管连接于所述P沟道MOSFET的源极与所述P沟道MOSFET的栅极之间，所述第一稳压管的正极与所述P沟道MOSFET的栅极连接，所述第一电阻与所述第一稳压管并联。所述P沟道MOSFET的栅极经由所述三极管接地，所述电压比较电路的输出端与所述三极管的基极连接。所述电压比较电路对所述参考电压及所述回馈电压进行比较，通过所述电压比较电路的输出端控制所述P沟道MOSFET工作状态，防止反灌电流从所述输出电路进入所述输入电路。上述防反灌保护电路的能耗主要由所述P沟道MOSFET和所述电流检测电阻产生，由于所述P沟道MOSFET的寄生电阻及所述电流检测电阻阻值很小，故，在所述P沟道MOSFET的寄生电阻及所述电流检测电阻上产生的热功耗很小，相对现有技术采用二极管实现反防罐大大降低了热功耗。有效解决了现有技术中采用二极管实现反防罐时功耗大及散热困难的技术问题。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中防反灌保护电路的电路图；

图2是本发明具体实施例提供的防反灌保护电路的示意图；

图3是本发明具体实施例提供的防反灌保护电路的一种具体电路图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

参照图2，本发明提供的防反灌保护电路200，其电性连接于一输入电路100和一输出电路300之间。该防反灌保护电路200包括：参考电压提供电路210、电压比较电路220及防反灌控制电路230。所述电压比较电路220包括电流检测电阻。所述参考电压提供电路210的输出端与所述电压比较电路220的第一输入端连接。所述输入电路100的负极经由所述电流检测电阻与所述输出电路300负极连接，所述电流检测电阻上形成回馈电压作用于所述电压比较电路220的第二输入端。

所述防反灌控制电路230包括一P沟道MOSFET、第一电阻R1、第一稳压管Z1及三极管Q2。所述P沟道MOSFET的漏极与所述输入电路100正极连接，所述P沟道MOSFET的源极与所述输出电路300的正极连接。所述第一稳压管Z1连接于所述P沟道MOSFET的源极与所述P沟道MOSFET的栅极之间，所述第一稳压管Z1的正极与所述P沟道MOSFET的栅极连接，所述第一电阻R1与所述第一稳压管Z1并联。所述P沟道MOSFET的栅极经由所述三极管Q2接地，所述电压比较电路220的输出端与所述三极管Q2的基极连接。所述电压比较电路220对所述参考电压及所述回馈电压进行比较，通过所述电压比较电路220的输出端控制所述P沟道MOSFET工作状态，防止反灌电流从所述输出电路300进入所述输入电路100。在不存在反灌现象时，因P沟道MOSFET的寄生电阻和电流检测电阻R9的阻值很小，在同等电流通过的情况下，在P沟道MOSFET和电流检测电阻R9上产生的热功耗小于采用二极管作为防反灌器件所产生的热功耗。

请一并参考图3，输入电路100包括一交流电流源、一整流电路及一滤波电路，整流电路采用整流桥BR1实现，滤波电路采用第二电容C2实现，第二电容C2的正极连接整流桥BR1的直流正极，第二电容C2的负极连接整流桥BR1的直流负极，交流电流源流过整流桥BR1和第二电容C2，得到直流电源。输出电路包括一外接设备，输出电路的正极为外接设备的正极，输出电流的负极为外接设备的负极。

参考电压提供电路210包括：一可控精密稳压源U2、第五电阻R5、第七电阻R7及第八电阻R8，可控精密稳压源U2的阳极接地，可控精密稳压源U2的阴极经由第五电阻R5与直流电源的正极连接，可控精密稳压源U2的阴极还与可控精密稳压源U2的参考极连接，通过上述连接可以在可控精密稳压源U2的阴极上形成一稳定电压V1。可控精密稳压源U2的阴极经由第七电阻R7与第八电阻R8与地连接。可控精密稳压源U2的输出端位于第八电阻R8与第七电阻R7之间。在可控精密稳压源U2的阴极与地之间还可以设置用于滤波的第五电容C5，在第八电阻R8也可与第六电容C6并联设置，第六电容C6用于滤波。

可以理解，在本发明的其它实施方式中可控精密稳压源可以采用稳压管进行替代。

电压比较电路220包括一八引脚的集成运放电路U1、电流检测电阻R9、第三电阻R3及第六电阻R6，集成运放电路U1的电源端与直流电源的正极连接，直流电源给集成运放电路U1供电，使集成运放电路U1正常工作。在集成运放电路U1的电源端与地之间就还可以包括一用于滤波第一电容C1。集成运放电路U1的接地端与地连接。集成运放电路U1的第一输入引脚连接于第八电阻与第七电阻之间，第八电阻上的分压V1*R8/(R7+R8)(参考电压提供电路210输出端电压)作用于集成运放电路U1的第一输入引脚(异相输入引脚)为集成运放电路U1提供参考电压。集成运放电路U1的第二输入引脚由第六电阻R6及电流检测电阻R9接地，电流检测电阻R9的一端连接直流电源负极，电流检测电阻R9的另一端与输出电路负极连接。电流流过电流检测电阻R9形成回馈电压，回馈电压经第六电阻R6作用于集成运放电路U1的第二输入引脚(同相输入引脚)，构成正反馈比较器。集成运放电路U1的输出引脚与第二输入引脚之间连接第三电阻R3，构成正反馈迟滞比较器，可以增强对信号波动的抗干扰能力。在集成运放电路U1的第二输入引脚与地之间还可以设置一第四电容C4进行高频滤波。

集成运放电路U1的第一输入引脚构成所述电压比较电路220的第一输入端(异相输入端)。集成运放电路U1的第二输入引脚与所述第六电阻R6连接构成所述电压比较电路220的第二输入端(同相输入端)。集成运放电路U1的输出引脚构成电压比较电路220的输出端。

可以理解，在本发明的其它实施方式中也可以采用比较器构成上述的正反馈迟滞比较器。

该防反灌控制电路230包括一P沟道MOSFET(图中Q1)、第一电阻R1、稳压二极管Z1、NPN三极管Q2、第二电阻R2及第四电阻R4。P沟道MOSFET的漏极与直流电源的正极连接，P沟道MOSFET的源极与输出电路的正极连接。P沟道MOSFET的漏极经过第二电阻R2及NPN三极管Q2接地，NPN三极管Q2发射极接地。第四电阻R4一端与集成运放电路U1的输出引脚连接，第四电阻R4另一端经由第三电容C3与地连接，NPN三极管Q2的基极连接于第四电阻R4与第三电容C3之间。在P沟道MOSFET的漏极与源极之间连接有第一电阻R1，第一稳压管Z1与第一电阻R1并联，第一稳压管Z1的正极与P沟道MOSFET的漏极连接，第一稳压管Z1的负极与P沟道MOSFET的源极连接。

当不存在反灌电流时，作用于集成运放电路U1的第二输入端的电流检测电阻R9上的回馈电压比作用于第一输入端的参考电压大，集成运放电路U1的输出端输出高电平。高电平经由第四电阻R4作用于第三电容C3，在第三电容C3两端产生电压差使NPN三极管Q2导通，有电流经由第一电阻R1使P沟道MOSFET的源极电压大于漏极电压(等于第一稳压管Z1的电压)，P沟道MOSFET导通，直流电源正极电流可经由P沟道MOSFET输出到输出电路300正极。

当存在反灌电流时，作用于集成运放电路U1的第二输入端的电流检测电阻R9上的回馈电压比作用于第一输入端的参考电压小，集成运放电路U1的输出端输出低电平。低电平经由第四电阻R4作用在NPN三极管Q2的基极，NPN三极管Q2截止。没有电流经由第一电阻R1，P沟道MOSFET的源极电压等于漏极电压，P沟道MOSFET截止，可以防止电流从输出电路300正极经由P沟道MOSFET反灌到输入电路100正极。

可以理解，在本发明的其它具体实施例中，当电流检测电阻R9上的回馈电压作用于集成运放电路U1的第一输入端(异相输入端)，参考电压作用于集成运放电路U1的第二输入端(同相输入端)时，三极管Q2也可以采用PNP三极管实现。

在上述防反馈电路中，主要能耗主要由所述P沟道MOSFET和所述电流检测电阻R9产生，由于所述MOSFET的寄生电阻及所述电流检测电阻R9阻值很小。比如：在同等情况下(输出电流为5A)，假设图1中的防反灌二极管D1的压降为0.4V，所述MOSFET的寄生电阻为5mΩ，所述电流检测电阻R9为10mΩ。在所述防反灌二极管D1上的热功耗为P1＝5A*0.4V＝2W，在上述防反馈电路中的热功耗P2＝5A*5A*5mΩ+5A*5A*10mΩ＝0.375W。由此可见，在所述MOSFET的寄生电阻及所述电流检测电阻上产生的总的热功耗会远小于防反灌二极管产生的热功耗。

综上所述，所述电压比较电路通过对所述参考电压及所述回馈电压比较，通过所述电压比较电路的输出端控制所述P沟道MOSFET工作状态，防止反灌电流从所述输出电路进入所述输入电路。上述防反灌保护电路的能耗主要由所述P沟道的MOSFET和所述电流检测电阻产生，由于所述P沟道的MOSFET的寄生电阻及所述电流检测电阻阻值很小，在所述P沟道的MOSFET的寄生电阻及所述电流检测电阻上产生的热功耗很小，相对现有技术采用二极管实现反防罐大大减低了热功耗。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

Claims (10)

1.一种防反灌保护电路，其电性连接于一输入电路和一输出电路之间，其特征在于，该防反灌保护电路包括：参考电压提供电路、电压比较电路及防反灌电路，所述电压比较电路包括电流检测电阻，所述参考电压提供电路的输出端与所述电压比较电路的第一输入端连接，所述输入电路的负极经由所述电流检测电阻与所述输出电路负极连接，所述电流检测电阻上形成回馈电压作用于所述电压比较电路的第二输入端，所述防反灌电路包括一P沟道MOSFET、第一电阻、第一稳压管及三极管，所述P沟道MOSFET的漏极与所述输入电路正极连接，所述P沟道MOSFET的源极与所述输出电路的正极连接，所述第一稳压管连接于所述P沟道MOSFET的源极与所述P沟道MOSFET的栅极之间，所述第一稳压管的正极与所述P沟道MOSFET的栅极连接，所述第一电阻与所述第一稳压管并联，所述P沟道MOSFET的栅极经由所述三极管接地，所述电压比较电路的输出端与所述三极管的基极连接，所述电压比较电路对参考电压及所述回馈电压进行比较，通过所述电压比较电路的输出端控制所述P沟道MOSFET工作状态，防止反灌电流从所述输出电路进入所述输入电路。

2.如权利要求1所述的防反灌保护电路，其特征在于：所述参考电压提供电路包括一稳压元件、第七电阻及第八电阻，所述稳压元件的阴极经由串联连接的第七电阻及第八电阻接地，所述电压比较电路的第一输入端电性连接于第七电阻及第八电阻之间，所述稳压元件为所述电压比较电路提供所述参考电压。

3.如权利要求2所述的防反灌保护电路，其特征在于：所述稳压元件为一可控精密稳压源，所述参考电压提供电路还包括第五电阻，所述可控精密稳压源的阳极接地，所述可控精密稳压源的参考极与所述可控精密稳压源的阴极连接，所述可控精密稳压源的阴极经由所述第五电阻与所述输入电路连接，所述可控精密稳压源的参考极经由串联连接的第七电阻及第八电阻接地，所述电压比较电路的第一输入端电性连接于第七电阻及第八电阻之间。

4.如权利要求2所述的防反灌保护电路，其特征在于：所述稳压元件为一稳压管。

5.如权利要求2所述的防反灌保护电路，其特征在于：所述电压比较电路还包括一电压比较器、第三电阻、第六电阻及第四电容，所述电压比较器的第一输入引脚构成所述电压比较电路的第一输入端，所述电压比较器的第二输入引脚与所述第六电阻连接构成所述电压比较电路的第二输入端，所述电压比较器的输出引脚构成所述电压比较电路的输出端，所述电压比较器的输出引脚与所述第二输入引脚之间连接所述第三电阻，所述电压比较器的第二输入引脚还经由所述第六电阻和所述电流检测电阻接地，所述电压比较器的输出引脚经由所述第三电阻与所述第四电容接地。

6.如权利要求5所述的防反灌保护电路，其特征在于：所述电压比较器为一运算放大电路。

7.如权利要求5所述的防反灌保护电路，其特征在于：所述防反灌电路还包括第二电阻、第四电阻及第三电容，所述P沟道MOSFET的栅极经由所述第二电阻与所述三极管接地，所述第四电阻一端经由所述第三电容接地，所述第四电阻的另一端与所述电压比较电路的输出端连接，所述三极管的基极连接于所述第四电阻与所述第三电容之间。

8.如权利要求7所述的防反灌保护电路，其特征在于：所述三极管为NPN三极管，所述电压比较电路的第一输入端为异相输入端，所述电压比较电路的第二输入端为同相输入端。

9.如权利要求7所述的防反灌保护电路，其特征在于：所述三极管为PNP三极管，所述电压比较电路的第一输入端为同相输入端，所述电压比较电路的第二输入端为异相输入端。

10.如权利要求1所述的防反灌保护电路，其特征在于：所述输入电路包括交流电流源、整流电路及滤波电路，所述输出电路包括外接设备，所述交流电流源与所述整流电路连接，所述整流电路与所述滤波电路连接，所述输入电路的正极为所述整流电路的直流正极，所述输入电路的负极为所述整流电路的直流负极，所述输出电路的正极为所述外接设备的正极，所述输出电路的负极为所述外接设备的负极。