CN210137177U - 电源保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电源保护电路，包括串联连接在输入电压和输出电压之间的开关模块和检测模块，检测模块根据输入电压得到检测信号，放大模块对检测信号进行放大以得到放大信号，比较模块将放大信号与阈值电压范围进行比较，当放大信号大于阈值电压范围时，比较模块提供脉冲信号，控制模块对脉冲信号进行计数以得到计数值，当计数值等于设定值，控制模块提供关断信号关断开关模块。本实施例的电源保护电路可以随时侦测输入端电源的波动，当输入端电源出现异常波动时及时将电源断开，保护后端负载芯片，不仅缩短了针对电源异常的响应时间，而且提升了电源输出保护的可靠性。

Description

电源保护电路

技术领域

本实用新型涉及电源供给技术领域，更具体地，涉及一种电源保护电路。

背景技术

电源***设计时不仅要考虑到输入正确的问题，往往还要考虑到输入保护的问题。当电源输入端电压、电流出现波动时，可能触发后端负载芯片的XON功能，使得后端负载芯片不断处于开关切换状态，最终对后端负载芯片造成损坏。因此，当电源输入端电压、电流出现波动时，立即启动断电等措施对自身以及负载进行保护，是十分有必要的。

现有的电源***在电源输入端串接保险丝进行电源保护，但是这种方法对电源异常的响应速度慢，电源输入保护的可靠性低。

因此，有必要对现有技术的电源保护电路进行改进，以提高电源保护电路对电源异常的响应速度，提高电源输入保护的可靠性。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型的目的在于提供一种电源保护电路，以缩短针对电源异常的响应时间，提高电源输入保护的可靠性。

根据本实用新型，提供一种电源保护电路，包括：串联连接在输入电压和输出电压之间的开关模块和检测模块，所述检测模块根据输入电压得到检测信号；放大模块，与所述检测模块连接，对所述检测信号进行放大以得到放大信号；比较模块，与所述放大模块连接以接收所述放大信号，将所述放大信号与阈值电压范围进行比较，当所述放大信号大于所述阈值电压范围时，所述比较模块提供脉冲信号；以及控制模块，与所述比较模块连接，并对所述脉冲信号进行计数以得到计数值，当所述计数值等于设定值，所述控制模块提供关断信号关断所述开关模块。

优选地，所述开关模块包括：串联连接在输入电压与地之间的第一电阻和第一开关管，所述第一开关管连接至所述控制模块以接收所述关断信号；以及第二开关管，串联连接在所述输入电压和输出电压之间，所述第二开关管的控制端连接至所述第一开关管和所述第一电阻的中间节点，其中，所述关断信号有效时，所述第一开关管和所述第二开关管关断，断开所述输入电压和输出电压之间的电流路径。

优选地，所述检测模块包括：采样电阻，连接在所述输入电压与输出电压之间，所述采样电阻对所述输入电压和输出电压之间的电流进行采样以得到所述检测信号。

优选地，所述放大模块包括：第一比较器，输出端提供所述放大信号；第二电阻，第一端连接至所述采样电阻的第一端，第二端连接至所述第一比较器的正相输入端；第三电阻，第一端连接至所述采样电阻的第二端，第二端连接至所述第一比较器的反相输入端；第四电阻，连接在所述第一比较器的输出端和反相输入端之间；以及第五电阻，第一端连接至所述第一比较器的正相输入端，第二端接地。

优选地，所述比较模块包括第二比较器、第三比较器、第一二极管、第二二极管、第六电阻以及第七电阻，所述第二比较器的反相输入端接收第一阈值电压，正相输入端与所述第三比较器的反相输入端连接以接收所述放大信号，输出端与所述第一二极管的阳极连接，所述第三比较器的正相输入端接收第二阈值电压，输出端与所述第二二极管的阳极连接，所述第一二极管与所述第二二极管的阴极相互连接，所述第六电阻和所述第七电阻串联连接在所述第一二极管和所述第二二极管的中间节点与地之间，所述第六电阻和所述第七电阻的中间节点提供所述脉冲信号。

优选地，所述第一阈值电压大于所述第二阈值电压，当所述放大信号大于所述第一阈值电压或所述放大信号小于所述第二阈值电压时，所述比较模块提供所述脉冲信号。

优选地，所述控制模块通过MCU实现。

优选地，所述第一开关管和所述第二开关管分别选自双极性晶体管和场效应晶体管中的一种。

优选地，所述第一开关管为NMOS晶体管，所述第二开关管为PMOS晶体管。

优选地，所述电源保护电路还包括：线性稳压器，用于根据所述输入电压为所述比较模块提供工作电压。

本实用新型实施例的电源保护电路具有以下的有益效果：

电源保护电路包括串联连接在输入电压和输出电压之间的开关模块和检测模块，检测模块根据输入电压得到检测信号，放大模块对检测信号进行放大以得到放大信号，比较模块将放大信号与阈值电压范围进行比较，当放大信号大于阈值电压范围时，比较模块提供脉冲信号，控制模块对脉冲信号进行计数以得到计数值，当计数值等于设定值，控制模块提供关断信号关断开关模块。本实施例的电源保护电路可以随时侦测输入端电源的波动，当输入端电源出现异常波动时及时将电源断开，保护后端负载芯片，不仅缩短了针对电源异常的响应时间，而且提升了电源输出保护的可靠性。

附图说明

通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1示出根据本实用新型实施例的电源保护电路的示意性框图；

图2示出根据本实用新型实施例的电源保护电路的示意性电路图；

图3示出根据本实用新型实施例的电源保护方法的流程示意图；

图4示出根据本实用新型实施例的电源保护电路的工作时序图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本实用新型的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以直接耦合或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦合到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。

图1示出根据本实用新型实施例的电源保护电路的示意性框图，电源保护电路100包括开关模块110、检测模块120、放大模块130、比较模块140以及控制模块。电源保护电路100串联连接在输入电压Vin与输出电压Vout之间，输出电压Vout连接后端负载芯片，电源保护电路100与后端负载芯片可以组成一个电源***。

开关模块110和检测模块120串联连接在输入电压Vin和输出电压Vout之间，开关模块110用于控制输入电压Vin和输出电压Vout之间电流路径的导通和关断，检测模块120可根据输入电压Vin得到检测信号Vcs。

放大模块130与检测模块120连接，用于接收检测信号Vcs，放大模块130对检测信号Vcs进行放大以得到放大信号V1。

比较模块140与放大模块130连接，用于接收放大信号V1，比较模块140将放大信号V1与阈值电压进行比较，当放大信号V1大于阈值电压范围时，比较模块140提供有效的脉冲信号V2。

控制模块150与比较模块140连接以接收脉冲信号V2，并对脉冲信号V2进行计数以得到计数值，当计数值等于预设值，控制模块150向开关模块110提供关断信号V3，关断开关模块110。

示例地，所述阈值电压范围可以对应于一个额定的电压范围。比较模块140在放大信号V1超出额定的电压范围时，脉冲信号V2从第一电平跳变为第二电平。控制模块150设置为定时侦测，每一段时间侦测一次脉冲信号，并预先设置脉冲信号的预设值，当在所述侦测时间段之内脉冲信号的计数值等于预设值时，控制模块150提供有效的关断信号V3，关断开关模块110。

图2示出根据本实用新型实施例的电源保护电路的示意性电路图；如图2所示，开关模块110和检测模块120串联连接在输入电压Vin和输出电压Vout之间，开关模块110用于控制输入电压Vin和输出电压Vout之间电流路径的导通和关断，检测模块120可根据输入电压Vin得到检测信号Vcs。

进一步地，输出电压Vout与地之间连接有第八电阻R8和第九电阻R9，第八电阻R8和第九电阻R9的中间节点连接至后端负载芯片的XON引脚。当电源输入端电压、电流出现波动时，将触发后端负载芯片的XON功能，使得后端负载芯片处于开关切换状态。

开关模块110包括第一开关管T1、第二开关管T2以及第一电阻R1。其中，第一电阻R1和第一开关管T1串联连接在输入电压Vin和地之间，第一开关管T1的控制端连接至控制模块150以接收关断信号V3。第二开关管T2串联连接在输入电压Vin和输出电压Vout之间，控制端连接至第一电阻R1和第一开关管T1的中间节点P1。

其中，第一开关管T1和第二开关管T2分别选自双极性晶体管(Bipolar JunctionTransistor，BJT)和场效应晶体管(Field Effect Transistor，FET)中的一种。

示例地，第一开关管T1选自NMOS(N-Metal-Oxide-Semiconductor，N型金属氧化物半导体)晶体管，第二开关管T2选自PMOS(P-Metal-Oxide-Semiconductor，P型金属氧化物半导体)晶体管。当在侦测时间段内放大信号V1处于阈值电压范围，关断信号V3为高电平，第一开关管T1导通，节点P1的电位被拉低至地，第二开关管T2导通，输入电压Vin和输出电压Vout之间的电流路径被连通；当在侦测时间段内放大信号V1超出阈值电压范围，关断信号V3翻转为低电平，第一开关管T1关断，节点P1的电位升高，继而第二开关管T2关断，输入电压Vin和输出电压Vout之间的电流路径被关断。

检测模块120包括连接在输入电压Vin与输出电压Vout之间的采样电阻Rs，采样电阻Rs对输入电压Vin和输出电压Vout之间的电流进行采样以得到检测信号Vcs。

应当注意，检测模块120的结构不限于上述的结构，也可以是其他的多个电阻组合的结构，本领域的技术人员可以根据具体情况进行选择。

放大模块130例如通过减法电路实现，放大模块130连接至采样电阻Rcs的两端，采集采样电阻Rcs两端的电压并放大。

如图2所示，放大模块130包括第一比较器U1和第二电阻R2至第五电阻R5。其中，第二电阻R2的第一端连接至采样电阻Rcs的第一端，第二端连接至第一比较器U1的正相输入端，第三电阻R3的第一端连接至采样电阻Rcs的第二端，第二端连接至第一比较器U1的反相输入端，第一比较器U1的输出端用于提供放大信号V1。第四电阻R4串联连接在第一比较器U1的输出端和反相输入端之间，第五电阻R5的第一端连接至第一比较器U1的正相输入端，第二端接地。其中，第二至第五电阻R2-R5的阻值可根据具体情况进行设置。

比较模块140包括第二比较器U2、第三比较器U3、第一二极管D1、第二二极管D2、第六电阻R6以及第七电阻R7。第二比较器U2的反相输入端接收第一阈值电压Vmax，正相输入端与第三比较器U3的反相输入端连接以接收所述放大信号V1，输出端与第一二极管D1的阳极连接，第三比较器U3的正相输入端接收第二阈值电压Vmin，输出端与第二二极管D2的阳极连接，第一二极管D1与第二二极管D2的阴极相互连接，第六电阻R6和第七电阻R7串联连接在所述第一二极管D1和所述第二二极管D2的中间节点与地之间，第六电阻R6和第七电阻R7的中间节点P2提供脉冲信号V2。其中，第六电阻R6和第七电阻R7的阻值可根据具体情况进行设置。

其中，第一阈值电压Vmax大于第二阈值电压Vmin，当放大信号V1大于第一阈值电压Vmax或放大信号V1小于第二阈值电压Vmin时，比较模块140提供脉冲信号V2；当放大信号V1大于第二阈值电压Vmin且小于第一阈值电压Vmax时，比较模块140将脉冲信号V2维持在低电平。

控制模块150例如通过MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)实现，将MCU设置为定时侦测，每一段时间侦测一次脉冲信号，并预先设置脉冲信号的预设值，当在所述侦测时间段之内脉冲信号的计数值等于预设值时(例如在6ms内连续侦测到3次脉冲信号)，控制模块150提供有效的关断信号V3，关断开关模块110中的第一开关管T1和第二开关管T2。此外，由输入电压Vin为MCU提供工作电压。

进一步地，电源保护电路还包括低压差线性稳压器(low dropout regulator，LDO)160，低压差线性稳压器160的输入端In和使能端EN用于接收输入电压Vin，接地端GND用于接地，输出端Out连接至比较模块140，低压差线性稳压器160用于根据输入电压Vin向比较模块140提供工作电压VCC。

图3和图4分别示出根据本实用新型实施例的电源保护方法的流程示意图和电源保护电路的工作时序图，以下参照图3和图4对本实用新型实施例的电源保护电路的工作原理进行详细说明，如图3所示，本实用新型实施例的电源保护方法包括以下步骤：

在步骤S01中，输入电压Vin上电。

在步骤S02中，第二开关管T2导通。

在步骤S03中，根据输入电压Vin得到检测信号Vcs。

在步骤S04中，对检测信号Vcs进行放大得到放大信号。

在步骤S05中，将放大信号与阈值电压范围进行比较，得到脉冲信号V2。

如图4所示，当放大信号V1大于第二阈值电压Vmin且小于第一阈值电压Vmax时，脉冲信号V2维持在低电平；当放大信号V1大于第一阈值电压Vmax或放大信号V1小于第二阈值电压Vmin时，脉冲信号V2由低电平变为高电平。

在步骤S06中，对脉冲信号进行计数得到计数值。

在步骤S07中，判断计数值是否等于设定值，若否，则返回步骤S02；若是，则继续步骤S08。

在步骤S08中，关断第二开关管T2，***开启断电保护。

在该步骤中，将MCU设置为定时侦测，每一段时间侦测一次脉冲信号，并预先设置脉冲信号的预设值，当侦测时间段内脉冲信号V2的高电平持续时间小于预设值时，关断信号V3维持在高电平，第一开关管T1和第二开关管T2导通；当侦测时间段内脉冲信号V2的高电平持续时间大于/等于预设值(例如在6ms内连续侦测到3次脉冲信号)时，关断信号V3由高电平跳变为低电平，关断第一开关管T1和第二开关管T2。

综上所述，本实用新型实施例的电源保护电路，包括串联连接在输入电压和输出电压之间的开关模块和检测模块，检测模块根据输入电压得到检测信号，放大模块对检测信号进行放大以得到放大信号，比较模块将放大信号与阈值电压范围进行比较，当放大信号大于阈值电压范围时，比较模块提供脉冲信号，控制模块对脉冲信号进行计数以得到计数值，当计数值等于设定值，控制模块提供关断信号关断开关模块。本实施例的电源保护电路可以随时侦测输入端电源的波动，当输入端电源出现异常波动时及时将电源断开，保护后端负载芯片，不仅缩短了针对电源异常的响应时间，而且提升了电源输出保护的可靠性。

依照本实用新型的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本实用新型以及在本实用新型基础上的修改使用。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种电源保护电路，其特征在于，包括：

串联连接在输入电压和输出电压之间的开关模块和检测模块，所述检测模块根据输入电压得到检测信号；

放大模块，与所述检测模块连接，对所述检测信号进行放大以得到放大信号；

比较模块，与所述放大模块连接以接收所述放大信号，将所述放大信号与阈值电压范围进行比较，当所述放大信号大于所述阈值电压范围时，所述比较模块提供脉冲信号；以及

控制模块，与所述比较模块连接，并对所述脉冲信号进行计数以得到计数值，当所述计数值等于设定值，所述控制模块提供关断信号关断所述开关模块。

2.根据权利要求1所述的电源保护电路，其特征在于，所述开关模块包括：

串联连接在输入电压与地之间的第一电阻和第一开关管，所述第一开关管连接至所述控制模块以接收所述关断信号；以及

第二开关管，串联连接在所述输入电压和输出电压之间，所述第二开关管的控制端连接至所述第一开关管和所述第一电阻的中间节点，

其中，所述关断信号有效时，所述第一开关管和所述第二开关管关断，断开所述输入电压和输出电压之间的电流路径。

3.根据权利要求1所述的电源保护电路，其特征在于，所述检测模块包括：

采样电阻，连接在所述输入电压与输出电压之间，所述采样电阻对所述输入电压和输出电压之间的电流进行采样以得到所述检测信号。

4.根据权利要求3所述的电源保护电路，其特征在于，所述放大模块包括：

第一比较器，输出端提供所述放大信号；

第二电阻，第一端连接至所述采样电阻的第一端，第二端连接至所述第一比较器的正相输入端；

第三电阻，第一端连接至所述采样电阻的第二端，第二端连接至所述第一比较器的反相输入端；

第四电阻，连接在所述第一比较器的输出端和反相输入端之间；以及

第五电阻，第一端连接至所述第一比较器的正相输入端，第二端接地。

5.根据权利要求1所述的电源保护电路，其特征在于，所述比较模块包括第二比较器、第三比较器、第一二极管、第二二极管、第六电阻以及第七电阻，

所述第二比较器的反相输入端接收第一阈值电压，正相输入端与所述第三比较器的反相输入端连接以接收所述放大信号，输出端与所述第一二极管的阳极连接，

所述第三比较器的正相输入端接收第二阈值电压，输出端与所述第二二极管的阳极连接，

所述第一二极管与所述第二二极管的阴极相互连接，

所述第六电阻和所述第七电阻串联连接在所述第一二极管和所述第二二极管的中间节点与地之间，所述第六电阻和所述第七电阻的中间节点提供所述脉冲信号。

6.根据权利要求5所述的电源保护电路，其特征在于，所述第一阈值电压大于所述第二阈值电压，当所述放大信号大于所述第一阈值电压或所述放大信号小于所述第二阈值电压时，所述比较模块提供所述脉冲信号。

7.根据权利要求1所述的电源保护电路，其特征在于，所述控制模块通过MCU实现。

8.根据权利要求2所述的电源保护电路，其特征在于，所述第一开关管和所述第二开关管分别选自双极性晶体管和场效应晶体管中的一种。

9.根据权利要求2所述的电源保护电路，其特征在于，所述第一开关管为NMOS晶体管，所述第二开关管为PMOS晶体管。

10.根据权利要求1所述的电源保护电路，其特征在于，还包括：线性稳压器，用于根据所述输入电压为所述比较模块提供工作电压。

Images