CN107834517A - 一种保护电路及电源供电*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种保护电路，包括：比较电路，具有第一端、第二端和输出端，比较电路的第一端用于耦接电源电路的输出端，并进一步用于接收表征电源电路的输出端的输出电压的电压信号，比较电路的第二端用于接收一参考电压信号；保护信号发生电路，具有输入端和输出端，其中保护信号发生电路的输入端耦接比较电路的输出端，保护信号发生电路的输出端用于提供保护信号，当输出电压符合预定条件时，保护信号为有效状态用于关断电源电路；以及电流吸收电路，耦接保护信号发生电路和电源电路的输出端，当保护信号关断电源电路时电流吸收电路用于流过吸收电流使输出电压趋近零值。该保护电路及***消除了输出电压在开关保护关断状态下的打嗝现象，提高了***的性能和稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及电子电路领域，具体涉及一种电源供电***的保护电路。
背景技术
在电源领域，电源电路用于为负载供电。一方面，为了保护负载的正常运行，当输出电压异常时，如输出电压低于某预定值时，往往通过切断电源电路中的开关从而停止为负载供电。
另一方面，在现实情况中，由于电源供电***中的负载或其余部件存在一些噪音或其他影响，当切断电源电路的开关时，电源电路的输出端仍有周期性毫安级电流输出的现象，该流向负载的电流使得输出电压Vout不为零值，存在Vout的周期性波动打嗝现象，如图3所示，在切断电源电路的开关时，输出电压出现高达5V的周期性打嗝电压。该打嗝现象对负载性能和***稳定性造成影响。
发明内容
针对现有技术中的一个或多个问题，本发明的一个目的在于消除上述提出的至少部分缺陷，提供一种旨在消除保护功能启动时打嗝现象的保护电路和电源供电***。
为了解决上述问题，本发明的一个方面提出了一种保护电路，包括：比较电路，具有第一端、第二端和输出端，比较电路的第一端用于耦接电源电路的输出端，并进一步用于接收表征电源电路的输出端的输出电压的电压信号，比较电路的第二端用于接收一参考电压信号；保护信号发生电路，具有输入端和输出端，其中保护信号发生电路的输入端耦接比较电路的输出端，保护信号发生电路的输出端用于提供保护信号，当输出电压符合预定条件时，保护信号转变为有效状态用于关断电源电路；以及电流吸收电路，耦接保护信号发生电路和电源电路的输出端，当保护信号关断电源电路时电流吸收电路用于流过吸收电流使输出电压趋近零值。
在一个实施例中，保护信号发生电路包括：锁止电路，具有输入端和输出端，其中锁止电路的输入端耦接比较电路的输出端；以及电流输出电路，具有输入端和输出端，其中电流输出电路的输入端耦接锁止电路的输出端，电流输出电路的输出端用于提供保护信号；其中电流吸收电路耦接电流输出电路用于产生镜像电流，其中吸收电流基于该镜像电流而产生。
在一个实施例中，电流输出电路包括第一三极晶体管，第一三极晶体管的基极耦接锁止电路输出端的三极晶体管的基极，第一三极晶体管的发射极耦接锁止电路输出端的三极晶体管的发射极，第一三极晶体管的集电极用于提供保护信号。
在一个实施例中，电流吸收电路包括第二晶体管和电流源电路，其中当保护信号为有效状态时，第二晶体管中产生电流，并驱动电流源电路产生吸收电流。
在一个实施例中，电流源电路包括第三晶体管、第四晶体管和电阻，其中第三晶体管的控制端耦接第二晶体管和第四晶体管的控制端和第一端，第三晶体管的第一端耦接电源电路的输出端，第四晶体管的第二端耦接电阻的第一端，电阻的第二端和第三晶体管的第二端耦接电源地，第三晶体管的第一端和第二端之间用于流过吸收电流。
在一个实施例中，第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管为三极晶体管，第三晶体管的发射极面积大于第四晶体管的发射极面积。
在一个实施例中，电流吸收电路包括第一型第二三极晶体管、第二型第三三极晶体管、第二型第四三极晶体管和电阻，其中第二三极晶体管的发射极耦接保护信号发生电路输出端的第一三极晶体管的发射极，第二三极晶体管的基极耦接第一三极晶体管的基极，第二三极晶体管的集电极耦接第三三极晶体管的基极、第四三极晶体管的基极和集电极；第三三极晶体管的集电极耦接电源电路的输出端，第三三极晶体管的发射极耦接电源地；第四三极晶体管发射极耦接电阻的第一端，电阻的第二端耦接电源地。
在一个实施例中，上述保护电路可集成在一半导体芯片中，其中半导体芯片具有：第一管脚，用于接收电源信号；第二管脚，用于耦接电源电路的输出端；第三管脚，用于接收采样信号，采样信号与输出电压成比例关系；第四管脚，提供保护信号；以及第五管脚，用于耦接电源地。
根据本发明的另一方面，提供了一种电源供电***，包括：电源电路，包括开关电路和控制电路，具有输入端和输出端，其中电源电路的输入端接收输入电压，电源电路的输出端提供输出电压，控制电路通过控制开关电路的闭合和开断控制输出电压；负载，耦接电源电路的输出端，通过输出电压为负载供电；以及如上述任一实施例所述的保护电路。
在一个实施例中，电源供电***进一步包括采样电路，采样电路具有输入端和输出端，其中采样电路的输入端耦接电源电路的输出端，采样电路的输出端耦接保护电路用于提供表征电源电路的输出端的输出电压的电压信号。
通过引入和保护信号发生电路相耦接的电流吸收电路，吸收了在开关电路保护状态下的电流输出，消除了保护状态下的打嗝现象，使得输出电压更严格趋向于零值，提高了负载的性能和***的稳定性。
附图说明
图1为根据本发明一实施例的含保护电路的电源供电***的示意图。
图2为根据本发明一实施例的保护电路的具体示意图。
图3为现有技术中进入保护状态时输出电压的打嗝现象波形示意图。
图4为根据本发明一实施例的进入保护状态时输出电压的波形示意图。
不同示意图中相同的标号代表相同或相似的部件或组成。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
该部分的描述只针对几个典型的实施例，本发明并不仅局限于实施例描述的范围。相同或相近的现有技术手段与实施例中的一些技术特征进行相互替换也在本发明描述和保护的范围内。
说明书中的“耦接”包含直接连接，也包含间接连接，如通过电传导媒介如导体的连接，其中该电传导媒介可含有寄生电感或寄生电容。还可包括在可实现相同或相似功能目的的基础上通过其他有源器件或无源器件的连接，如通过开关、跟随电路等电路或部件的连接。
图1为根据本发明一实施例的含保护电路10的电源供电***100的示意图。
电源供电***100包括电源电路14，负载RL和保护电路10。其中电源电路14包括开关电路K和控制电路，电源电路14的输入端接收输入电压Vin，电源电路在控制电路的控制下，通过开关电路K的闭合和关断控制输出电压Vout，在电源电路14的输出端提供输出电压Vout。负载RL耦接电源电路14的输出端，通过输出电压Vout为负载供电。保护电路10提供保护信号PS，用于在输出电压异常时如电压过低时关断电源电路14中的开关K从而关断电源电路14。
保护电路10包括比较电路11，保护信号发生电路12和电流吸收电路13。其中比较电路11具有第一端、第二端和输出端，比较电路11的第一端用于耦接电源电路14的输出端，并进一步用于接收表征电源电路14输出端的输出电压Vout的电压信号，比较电路11的第二端用于接收一参考电压信号Ref；保护信号发生电路12具有输入端和输出端，其中保护信号发生电路的输入端耦接比较电路11的输出端，保护信号发生电路12的输出端用于提供保护信号PS，当输出电压Vout符合预定条件时，如Vout小于由信号Ref表征的预定参考电压时，或者Vout小于由信号Ref表征的预定参考电压且经过一定延时后，保护信号PS为有效状态用于关断电源电路14中的开关K从而关断电源电路14；电流吸收电路13的第一端耦接保护信号发生电路12，电流吸收电路13的第二端耦接电源电路14的输出端，当保护信号PS关断电源电路14时电流吸收电路13用于通过吸收电流使输出电压Vout趋近零值。这样，在保护信号PS为有效状态而关断电源电路14时，电流吸收电路13通过保护信号发生电路12从电源电路14的输出端上吸收残余的电流，从而使输出电压Vout趋近零值，保护了负载的性能，提高了***的稳定性。
在另一个实施例中，输出电压Vout符合预定条件也可表现为输出电压高于某预定参考电压。
在一个实施例中，电源供电***100进一步包括采样电路。在一个实施例中，采样电路采用如图1由电阻R1和R2组成的分压电路。采样电路具有输入端和输出端，其中采样电路的输入端耦接电源电路14的输出端，采样电路的输出端耦接保护电路10用于提供表征电源电路输出电压Vout的电压信号(PIN3脚)。
在一个实施例中，保护信号发生电路12包括锁止电路121和电流输出电路122。其中锁止电路121的输入端耦接比较电路11的输出端；电流输出电路122的输入端耦接锁止电路121的输出端，电流输出电路122的输出端作为保护信号发生电路12的输出端用于提供保护信号PS；其中电流吸收电路13耦接电流输出电路122用于产生镜像电流，电流吸收电路13流过的吸收电流基于该镜像电流而产生。
图2为根据本发明一实施例的保护电路10的具体电路示意图。在这个实施例中，保护电路10包括比较电路11，保护信号发生电路和电流吸收电路13，其中保护信号发生电路包括锁止电路121和电流输出电路122。比较电路11比较输出电压Vout采样信号(PIN3脚)和参考电压信号Ref，当PIN3脚电压小于参考电压Ref时，比较电路11的输出端为有效状态。在图示的实施例中，输出电压采样信号耦接比较电路的反相端，参考电压信号Ref耦接比较电路11的同相端，当PIN3脚电压小于参考电压Ref时，比较电路11的输出端为低电平的有效状态。然而本领域内人员应当知道这两个信号的位置可以调换，有效状态既可以是低电平，也可以是高电平，通过不同的逻辑控制可以实现相同或相似的功能。锁止电路121在比较电路11的输出为有效状态时，锁止电路开始工作，并使得晶体管25中产生电流。在图示的实施例中，锁止电路121在比较电路11的输出为有效状态时，经过一定的延时后，晶体管25中流过电流，并且锁止电路可把该状态锁住直到***掉电重启。比较电路可采用任意形式的有比较功能的电路，锁止电路也可具有其他合适的结构，不局限于图示的电路。电流输出电路122包括一三极晶体管21(称为第一三极晶体管)，第一三极晶体管21的基极耦接锁止电路121输出端的三极晶体管25的基极，第一三极晶体管21的发射极耦接锁止电路121输出端的三极晶体管25的发射极，第一三极晶体管21的集电极用于提供保护信号PS。在图示的实施例中，当输出电压Vout低于预定电压时，即比较电路11的PIN3脚电压小于参考电压Ref时，比较电路11的输出端为低电平的有效状态，锁止电路中晶体管25流过电流，使得电流输出电路122的第一晶体管21中产生镜像电流，输出电流信号PS，即PS为有效状态，用于控制关断电源电路14。在另一些实施例中，电流输出电路122也可以采用其他结构的相似功能的电路，如采用多个晶体管的并联或串联等方式，或通过增加镜像级数等结构，也可以采用其他类型的晶体管实现。
在一个实施例中，电流吸收电路13耦接电流输出电路122用于产生吸收电流，其中电流吸收电路13的部分电路和电流输出电路122的至少部分电路构成电流镜像电路。在一个具体的实施例中，如图2所示，电流吸收电流13的晶体管22(称为第二晶体管)和电流输出电路122中的第一晶体管21形成电流镜像电路。
在一个实施例中，电流吸收电路13不通过第一三极晶体管21，而是直接通过镜像锁止电路121的晶体管25中的电流或其他电路中的电流而产生吸收电流。
在一个实施例中，电流吸收电路13包括第二晶体管22和电流源电路132。当保护信号PS为有效状态时，第二晶体管22中产生电流，并驱动电流源电路132产生吸收电流。其中第二晶体管22的第一端耦接电源信号，第二晶体管22的控制端耦接保护信号发生电路，第二晶体管22的第二端耦接电流源电路132。
在一个实施例中，电流源电路132包括第三晶体管23、第四晶体管24和电阻R5，其中第三晶体管23的控制端耦接第二晶体管22和第四晶体管24的控制端和第一端，第三晶体管23的第一端耦接电源电路的输出端Vout，第四晶体管24的第二端耦接电阻R5的第一端，电阻R5的第二端和第三晶体管23的第二端耦接电源地GND，第三晶体管23的第一端和第二端之间用于流过吸收电流。
当保护信号PS为有效状态时，即保护信号发生电路中第一晶体管21流过电流时，与第一晶体管21构成电流镜像电路的电流吸收电路13的第二晶体管22中也产生电流。第二晶体管22中通过的电流控制电流源电路132中吸收电流的产生。
在另外的实施例中，电流源电路132可具有不同的结构和组成，其中电流吸收电路13中的吸收电流可作为电流源电路132的输出电流。
在一具体的实施例中，其中第二晶体管22、第三晶体管23和第四晶体管24为三极晶体管，控制端为基极，第二晶体管22中通过的电流为流经第二晶体管22集电极的电流，吸收电流为流经第三晶体管23集电极的电流。在一个实施例中，第三晶体管23的发射极面积大于第四晶体管24的发射极面积。
在一具体的实施例中，电流吸收电路13包括第一型(PNP型)第二三极晶体管22、第二型(NPN型)第三三极晶体管23、第二型第四三极晶体管24和电阻R5，其中第二三极晶体管22的发射极耦接保护信号发生电路输出端的第一三极晶体管21的发射极，第二三极晶体管22的基极耦接第一三极晶体管21的基极，第二三极晶体管22的集电极耦接第三三极晶体管23的基极、第四三极晶体管24的基极和集电极；第三三极晶体管23的集电极耦接电源电路14的输出端PIN2，第三三极晶体管23的发射极耦接电源地GND；第四三极晶体管24的发射极耦接电阻R5的第一端，电阻R5的第二端耦接电源地GND。其中流过第四晶体管发射极的电流约等于第二晶体管22中的电流。在一个实施例中，第三晶体管23的发射极面积A1大于第四晶体管24的发射极面积A2，流过第三晶体管23的吸收电流I23可达到流过第四晶体管24的电流I24与A1/A2的乘积：I24*A1/A2。另外，由于电阻R5的存在，第三晶体管23的Vbe电压等于第四晶体管24的Vbe电压加上电阻R5两端的电压，因此第三晶体管23的Vbe大于第四晶体管24的Vbe，使得第三晶体管23的电流密度大于第四晶体管24的电流密度。这样可使I23>I24*A1/A2，使得吸收电流I23足够大，保证电源电路14在关断时其输出端输出的毫安级的电流被完全吸收。
在一个具体的实施例中，当流过第二晶体管22的电流为150uA时，流过晶体管23的吸收电流为5mA。在另一个具体的实施例中，在欠压保护功能启动的同时，电路PIN2脚对外吸收电流，其电流吸收能力高达10mA。使得流向负载的电流为零，从而使得输出电压Vout为零值，因此消除了现有技术的整机方案中，欠压启动后，整机还有周期性毫安级电流向负载输出的打嗝现象。
当然，本领域技术人员可知，电流吸收电路中的部分晶体管也可能采用其他类型的晶体管如场效应晶体管等，在此不再赘述。
参见图1和图2，在一个实施例中，保护电路10集成在一半导体基底上或封装在一半导体芯片中，其中半导体芯片具有：第一管脚PIN1，用于接收电源信号；第二管脚PIN2，用于耦接电源电路14的输出端；第三管脚PIN3，耦接采样电路的输出端用于接收采样信号，其中采样电路的输入端耦接电源电路的输出端使采样信号与电源电路14输出端的输出电压Vout成正比；第四管脚PIN4，提供保护信号PS；以及第五管脚PIN5，用于耦接电源地GND。图1所示的半导体芯片的组成和管脚仅作为一个示例，在其他实施例中，半导体芯片可包含其他的电路，也可不包含图示的部分电路结构使该部分电路成为电源供电***中***电路的一部分。
在一个实施例中，当采用含电流吸收电路的保护电路时，当电源电路的开关电路被切断时，如图4所示，输出电压的周期性打嗝现象大为减轻，由原来不采用电流吸收电路时高达5V的打嗝电压幅值降低到0.3V左右。提高了负载的工作性能和***稳定性。同时也节省了能源。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种保护电路，包括：
比较电路，具有第一端、第二端和输出端，比较电路的第一端用于耦接电源电路的输出端，并进一步用于接收表征电源电路的输出端的输出电压的电压信号，比较电路的第二端用于接收一参考电压信号；
保护信号发生电路，具有输入端和输出端，其中保护信号发生电路的输入端耦接比较电路的输出端，保护信号发生电路的输出端用于提供保护信号，当输出电压符合预定条件时，保护信号为有效状态用于关断电源电路；以及
电流吸收电路，耦接保护信号发生电路和电源电路的输出端，当保护信号关断电源电路时电流吸收电路用于流过吸收电流使输出电压趋近零值。
2.如权利要求1所述的保护电路，其中保护信号发生电路包括：
锁止电路，具有输入端和输出端，其中锁止电路的输入端耦接比较电路的输出端；以及
电流输出电路，具有输入端和输出端，其中电流输出电路的输入端耦接锁止电路的输出端，电流输出电路的输出端用于提供保护信号；
其中电流吸收电路耦接电流输出电路用于产生镜像电流，吸收电流基于镜像电流而产生。
3.如权利要求2所述的保护电路，其中电流输出电路包括第一三极晶体管，第一三极晶体管的基极耦接锁止电路输出端的三极晶体管的基极，第一三极晶体管的发射极耦接锁止电路输出端的三极晶体管的发射极，第一三极晶体管的集电极用于提供保护信号。
4.如权利要求1所述的保护电路，其中电流吸收电路包括第二晶体管和电流源电路，其中当保护信号为有效状态时，第二晶体管中产生电流，并驱动电流源电路产生吸收电流。
5.如权利要求4所述的保护电路，其中电流源电路包括第三晶体管、第四晶体管和电阻，其中第三晶体管的控制端耦接第二晶体管、第四晶体管的控制端和第一端，第三晶体管的第一端耦接电源电路的输出端，第四晶体管的第二端耦接电阻的第一端，电阻的第二端和第三晶体管的第二端耦接电源地，第三晶体管的第一端和第二端之间用于流过吸收电流。
6.如权利要求5所述的保护电路，其中第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管为三极晶体管，第三晶体管的发射极面积大于第四晶体管的发射极面积。
7.如权利要求1所述的保护电路，其中电流吸收电路包括第一型第二三极晶体管、第二型第三三极晶体管、第二型第四三极晶体管和电阻，其中第二三极晶体管的发射极耦接保护信号发生电路输出端的第一三极晶体管的发射极，第二三极晶体管的基极耦接第一三极晶体管的基极，第二三极晶体管的集电极耦接第三三极晶体管的基极、第四三极晶体管的基极和集电极；第三三极晶体管的集电极耦接电源电路的输出端，第三三极晶体管的发射极耦接电源地；第四三极晶体管发射极耦接电阻的第一端，电阻的第二端耦接电源地。
8.如权利要求1所述的保护电路，集成在一半导体芯片中，其中半导体芯片具有：
第一管脚，用于接收电源信号；
第二管脚，用于耦接电源电路的输出端；
第三管脚，用于接收采样信号，其中采样信号与输出电压成比例关系；
第四管脚，提供保护信号；以及
第五管脚，用于耦接电源地。
9.一种电源供电***，包括:
电源电路，包括开关电路和控制电路，具有输入端和输出端，其中电源电路的输入端接收输入电压，电源电路的输出端提供输出电压，控制电路通过控制开关电路的闭合和开断控制输出电压；
负载，耦接电源电路的输出端，通过输出电压为负载供电；以及
如权利要求1-8任一项所述的保护电路。
10.如权利要求9所述的电源供电***，进一步包括采样电路，采样电路具有输入端和输出端，其中采样电路的输入端耦接电源电路的输出端，采样电路的输出端耦接保护电路用于提供表征电源电路的输出电压的电压信号。
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