CN216216524U - 一种防反接电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型实施例提供一种防反接电路，涉及电路保护领域。防反接电路中，三极管Q2的基极连接二极管D2的阴极，集电极通过电阻R2连接NMOS晶体管Q1的栅极，发射极用于连接电源，二极管D2的阳极用于接地；三极管Q2的发射极与集电极之间连接有稳压管Z1；稳压管Z1的阳极连接三极管Q2的发射极，稳压管Z1的阴极与二极管D1、电容C2、电阻R1和直流变换电路DCDC依次串联连接；直流变换电路DCDC用于输出脉冲宽度调制信号；二极管D3的阳极分别连接负载和NMOS晶体管Q1的漏极，二极管D3的阴极分别连接二极管D1的阳极和电容C2。本实施例可以避免电源反接引起的电路损坏，提高电路的安全性。
Description
技术领域
本实用新型涉及电路保护领域，尤其涉及一种防反接电路。
背景技术
在电路设计过程中，由于负载一般情况下不能接受负压，会加入防反接电路。常用的防反接电路如图1所示，当图1中的地端连接电源而电源端(BATT端)接地时，电源反接。二极管D4和保险丝F1充当了保护负载R10的作用。因为，电流会优先从二极管D3和保险丝F1快速泄放，从而保护了负载。
但是这样做的坏处是，在使用不可恢复保险丝的场合，电源反接之后保险丝F1就必须要被烧毁。那么，必须更换保险丝之后电路才能继续正常使用，一来比较麻烦，二来不符合电路功能安全的定义。
有鉴于此，特提出本实用新型，提供一种新的防反接电路。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种防反接电路，以避免电源反接引起的电路损坏，提高电路的安全性。
为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
本实用新型提供了一种防反接电路，包括：NMOS晶体管Q1、三极管Q2、电阻R1、电阻R2、二极管D1、二极管D2、二极管D3、电容C2、稳压管Z1和直流变换电路DCDC；
所述三极管Q2的基极连接所述二极管D2的阴极，集电极通过所述电阻R2连接所述NMOS晶体管Q1的栅极，发射极用于连接电源，所述二极管D2的阳极用于接地；
所述三极管Q2的发射极与集电极之间连接有所述稳压管Z1；
所述稳压管Z1的阳极连接三极管Q2的发射极，所述稳压管Z1的阴极与所述二极管D1、所述电容C2、所述电阻R1和所述直流变换电路DCDC依次串联连接；其中，所述稳压管Z1的阴极与所述二极管D1的阴极连接；所述直流变换电路DCDC用于输出脉冲宽度调制信号；所述稳压管Z1的阴极分别与电阻R2和所述三极管Q2的集电极连接；
所述NMOS晶体管Q1的源极用于连接所述电源，漏极用于连接负载；
所述二极管D3的阳极分别连接所述负载和所述NMOS晶体管Q1的漏极，所述二极管D3的阴极分别连接所述二极管D1的阳极和所述电容C2；
在所述三极管Q2的发射极和所述NMOS晶体管Q1的源极连接电源，且所述二极管D2的阳极接地时，所述三极管Q2截止，所述NMOS晶体管Q1导通，所述电源为负载供电；
在所述三极管Q2的发射极和所述NMOS晶体管Q1的源极接地，且所述二极管D2的阳极接电源时，所述三极管Q2导通，所述NMOS晶体管Q1截止，所述电源不为所述负载供电。
可选的，所述直流变换电路DCDC包括：开关电源、电容C1和电感L1；
所述开关电源的开关管脚依次串联连接所述电感L1和所述电容C1，所述电容C1连接所述电感L1的一端连接电源1，所述电容C1的另一端接地；
所述开关电源的开关管脚连接所述电阻R1。
可选的，所述开关电源的开关管脚用于在负载和地之间进行切换连接。
可选的，所述电容C2的一端分别连接所述二极管D1和二极管D3，所述电容C2的另一端连接所述电阻R1。
可选的，所述电阻R1用于降低所述直流变换电路DCDC的驱动电流。
可选的，所述电阻R2用于降低所述NMOS晶体管Q1的栅极电流。
可选的，所述二极管D2用于防止所述三极管Q2反向击穿。
可选的，所述三极管Q2为NPN型。
可选的，所述防反接电路应用在车机***中，所述直流变换电路DCDC来源于所述车机***内。
本实用新型实施例提供的防反接电路需要配合直流变换电路DCDC实现，利用直流变换电路DCDC配合电容C2、二极管D3、二极管D1和稳压管Z1实现升压。本实施例提供了一种低成本的可自恢复解决方案，在电源被反接时，既可以保护负载器件，又可以不烧毁保险丝，且成本较低。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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是现有技术提供的一种防反接电路的电路图；
图2是本实用新型实施例提供的一种防反接电路的电路图；
图3是本实用新型实施例提供的一种直流变换电路的电路图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本实用新型所保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
图2是本实用新型实施例提供的一种防反接电路的电路图，包括NMOS晶体管Q1、三极管Q2、电阻R1、电阻R2、二极管D1、二极管D2、二极管D3、电容C2、稳压管Z1和直流变换电路。
其中，直流变换电路DCDC为将某一电压等级的直流电源变换其他电压等级直流电源的电路。可选的，三极管Q2为NPN型。
所述三极管Q2的基极连接所述二极管D2的阴极，集电极通过所述电阻R2连接所述NMOS晶体管Q1的栅极，发射极用于连接电源，所述二极管D2的阳极用于接地；所述三极管Q2的发射极与集电极之间连接有稳压管Z1。
所述稳压管Z1的阳极连接三极管Q2的发射极，所述稳压管Z1的阴极与所述二极管D1、所述电容C2、所述电阻R1和所述直流变换电路DCDC依次串联连接；其中，所述稳压管Z1的阴极与所述二极管D1的阴极连接；所述直流变换电路DCDC用于输出脉冲宽度调制(Pulsewidth modulation，PWM)信号。所述稳压管Z1的阴极分别与电阻R2和所述三极管Q2的集电极连接。
所述NMOS晶体管Q1的源极用于连接所述电源，漏极用于连接负载。
二极管D3的阳极分别连接所述负载和所述NMOS晶体管Q1的漏极，所述二极管D3的阴极分别连接所述二极管D1的阳极和所述电容C2。
下面，结合上述结构，详细说明电源正接和反接时的电路导通情况。
电源正接时，也就是在所述三极管Q2的发射极和所述NMOS晶体管Q1的源极连接电源，且所述二极管D2的阳极接地时，三极管Q2截止。电源通过NMOS晶体管Q1的体二极管向负载供电，直流变换电路DCDC开始工作，输出PWM信号。在PWM输出为低电平时，电源通过NMOS晶体管Q1的体二极管和二极管D3给电容C2充电，使电容C2左边电平接近电源电压。这时PWM输出变成高电平，电容C2的右边电平接近电源电压，由于电容两端电压不能突变，因此电容C2的左侧电平被抬高到接近2倍的电源电压，通过二极管D1输出到NMOS管Q1的栅极。当PWM再次输出低电平时，由于电容C2两端电压不能突变，因此电容C2的左侧电平变为接近电源电压，电源继续给电容C2充电，使电容C2左边电平维持在电源电压附近。由于二极管D1的存在，NMOS晶体管Q1的栅极无法泄放电荷，且由于稳压管Z1的稳压作用和电容C2左边电平周期性变成接近2倍的电源电压，使得NMOS晶体管Q1的栅极电平稳定在接近2倍的电源电压。因此，NMOS晶体管Q1的源极和栅极之间的电压(Vgs)大于导通电压，NMOS晶体管Q1导通，则电源经过NMOS晶体管Q1为负载供电。
结合图2，电阻R1、电容C2、二极管D3和二极管D1组成的升压电路的工作原理，通过以下示例详细说明：
电源端上电，假设电源电压为12V，NMOS晶体管Q1的体二极管让电源电压下降为11.3V(体二极管压降假设为0.7V)，由此可知二极管D3的负极电压为10.6V。也就是C2左边的电压为10.6V。由于直流变换电路DCDC可以输出一个方波，该方波经过电阻R1之后达到电容C2的右边。当方波为低时，电容C2左边电压高于右边电压，左边电压为10.6V。当电容C2右边电压快速从0V升高到12V时，由于电容C2两端电压不能突变的特性，电容C2左边电压会被短时间抬升到12+10.6V，并通过D1的正向导通，使Q1的栅极上升到12+10.6V。当直流变换电路DCDC输出方波再次变为低时，C2的左边恢复到10.6V，即D1的左边电压高于右边电压。因为二极管D1的反向截止作用，以及稳压管Z1的稳压，使Q1的栅极维持在12+10.6V。在直流变换电路DCDC输出连续方波时，Q1的栅极稳定在12+10.6V。
电源反接时，也就是在所述三极管Q2的发射极和所述NMOS晶体管Q1的源极接地，且所述二极管D2的阳极接电源时，三极管Q2导通，NMOS晶体管Q1的源极和栅极相当于接地(Vgs＝0)，使得NMOS晶体管Q1截止，电源与负载之间断路，电源不为所述负载供电。同时，而NMOS晶体管Q1的体二极管也截止了电流回流路径，由此电源反接时电流无法流过负载，保护了电路负载器件。
本实施例提供的防反接电路需要配合直流变换电路DCDC实现，利用直流变换电路DCDC配合电阻R1、电容C2、二极管D3和二极管D1实现升压。
本实施例提供了一种低成本的可自恢复解决方案，在电源被反接时，既可以保护负载器件，又可以不烧毁保险丝，且成本较低。
可选的，NMOS晶体管Q1是大电流NMOS，可以保证导通后漏极上接的负载可以正常工作。选择NMOS的原因在于需要走比较大的电流，往往需要至少20A，这是此类型方案用到成本最高的器件，而同样大电流规格的NMOS往往只有PMOS一半左右的价格。
可选的，在图2中，电阻R1用于降低所述直流变换电路的驱动电流，从而减小该部分走线引起的电磁辐射。
可选的，电阻R2用于降低所述NMOS晶体管Q1的栅极电流，保护NMOS晶体管Q1。
可选的，二极管D2用于防止电源电压过高，三极管Q2反向击穿。
可选的，所述电容C2的一端分别连接所述二极管D1和二极管D3，所述电容C2的另一端连接所述电阻R1。
图3是本实用新型实施例提供的一种直流变换电路的电路图。如图3所示，直流变换电路DCDC包括：开关电源、电容C1和电感L1。图3中的电源1与图2中的电源为不同电源。
所述开关电源的开关管脚(管脚8)依次串联连接所述电感L1和所述电容C1，所述电容C1连接所述电感L1的一端连接电源1，所述电容C1的另一端接地。开关电源的开关管脚连接所述电阻R1，从而输出脉冲宽度调制信号至电阻R1。
可选的，开关电源的开关管脚包括两个开关MOS晶体管，分别接电源1和接地。通过两个开关MOS晶体管的开关动作，在负载和地之间进行切换连接。
值得说明的是，图3还示出了电容C387、电阻R216和电阻R23，用于实现降压效果。
在一应用场景中，防反接电路应用在车机***中，所述直流变换电路DCDC来源于所述车机***内，从而直接利用车机内的DCDC接到图2所示的防反接电路中，有效节省成本。
需要说明的，本实用新型提供的防反接电路可以应用于多种设备中，例如医疗设备、网络设备等，不限于车机。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案。
Claims (9)
1.一种防反接电路，其特征在于，包括：NMOS晶体管Q1、三极管Q2、电阻R1、电阻R2、二极管D1、二极管D2、二极管D3、电容C2、稳压管Z1和直流变换电路DCDC；
所述三极管Q2的基极连接所述二极管D2的阴极，集电极通过所述电阻R2连接所述NMOS晶体管Q1的栅极，发射极用于连接电源，所述二极管D2的阳极用于接地；
所述三极管Q2的发射极与集电极之间连接有所述稳压管Z1；
所述稳压管Z1的阳极连接三极管Q2的发射极，所述稳压管Z1的阴极与所述二极管D1、所述电容C2、所述电阻R1和所述直流变换电路DCDC依次串联连接；其中，所述稳压管Z1的阴极与所述二极管D1的阴极连接；所述直流变换电路DCDC用于输出脉冲宽度调制信号；所述稳压管Z1的阴极分别与电阻R2和所述三极管Q2的集电极连接；
所述NMOS晶体管Q1的源极用于连接所述电源，漏极用于连接负载；
所述二极管D3的阳极分别连接所述负载和所述NMOS晶体管Q1的漏极，所述二极管D3的阴极分别连接所述二极管D1的阳极和所述电容C2；
在所述三极管Q2的发射极和所述NMOS晶体管Q1的源极连接电源，且所述二极管D2的阳极接地时，所述三极管Q2截止，所述NMOS晶体管Q1导通，所述电源为负载供电；
在所述三极管Q2的发射极和所述NMOS晶体管Q1的源极接地，且所述二极管D2的阳极接电源时，所述三极管Q2导通，所述NMOS晶体管Q1截止，所述电源不为所述负载供电。
2.根据权利要求1所述的防反接电路，其特征在于，所述直流变换电路DCDC包括：开关电源、电容C1和电感L1；
所述开关电源的开关管脚依次串联连接所述电感L1和所述电容C1，所述电容C1连接所述电感L1的一端连接电源1，所述电容C1的另一端接地；
所述开关电源的开关管脚连接所述电阻R1。
3.根据权利要求2所述的防反接电路，其特征在于，所述开关电源的开关管脚用于在负载和地之间进行切换连接。
4.根据权利要求1所述的防反接电路，其特征在于，所述电容C2的一端分别连接所述二极管D1和二极管D3，所述电容C2的另一端连接所述电阻R1。
5.根据权利要求1所述的防反接电路，其特征在于，所述电阻R1用于降低所述直流变换电路DCDC的驱动电流。
6.根据权利要求1所述的防反接电路，其特征在于，所述电阻R2用于降低所述NMOS晶体管Q1的栅极电流。
7.根据权利要求1所述的防反接电路，其特征在于，所述二极管D2用于防止所述三极管Q2反向击穿。
8.根据权利要求1所述的防反接电路，其特征在于，所述三极管Q2为NPN型。
9.根据权利要求1-8任一项所述的防反接电路，其特征在于，所述防反接电路应用在车机***中，所述直流变换电路DCDC来源于所述车机***内。
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