CN217363048U - 单向导通电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单向导通电路，单向导通电路包括：输入端Vin、输出端Vout、MOS管、电流互感模块、电压比较器及分压模块，输入端Vin与分压模块连接，输入端Vin与MOS管的漏极连接，MOS管的源极与电流互感模块连接，电流互感模块与输出端Vout连接，电压比较器与分压模块连接，电压比较器与电流互感模块连接，电压比较器与MOS管的栅极连接。由此，能够实现电流的单向导通，并且能够减少能量损耗，提高充电效率。

Description

单向导通电路

技术领域

本实用新型涉及电路技术领域，尤其涉及一种单向导通电路。

背景技术

在实际应用中，有很多低压电源输入场景，例如，多电源输入总线、锂电池充电总线等等，这些应用场景都需要防止因反向电流倒灌输入端而造成输入端损坏的情况发生。目前，最常用的方式是利用肖基特二极管的单向导通特性，将肖基特二极管串联在电源输入总线上(如图1所示)。但是，这种方式在二极管正向导通后，存在正向压降(例如硅管为0.7V，锗管为0.3V)，并且，电流越大，压降越大。压降一方面会造成明显的功率损耗，导致充电效率降低，另一方面，压降会造成充电时间变长，且锂电池会出现充不满电的问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：为了解决现有技术中利用二极管实现单向导通的方式，导致功率损耗增加、充电效果变差的技术问题，本实用新型提供一种单向导通电路，在实现单向导通的同时可以减少能量损耗。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种单向导通电路，包括：输入端Vin、输出端Vout、MOS管、电流互感模块、电压比较器及分压模块，所述输入端Vin与所述分压模块连接，所述输入端Vin与所述MOS管的漏极连接，所述MOS管的源极与所述电流互感模块连接，所述电流互感模块与所述输出端Vout连接，所述电压比较器与所述分压模块连接，所述电压比较器与所述电流互感模块连接，所述电压比较器与所述MOS管的栅极连接。由此，能够实现电流的单向导通，并且能够减少能量损耗，提高充电效率。

进一步地，所述电流互感模块包括：电流互感器U1、采样电阻R7及转换电阻R8，所述电流互感器U1具有第一引脚、第二引脚及第三引脚，所述采样电阻 R7的一端与所述MOS管的源极连接，所述采样电阻R7的另一端与所述输出端 Vout连接，所述第二引脚和第二引脚分别与所述采样电阻R7的两端连接，所述第一引脚与所述转换电阻R8的一端连接，所述转换电阻R8的另一端接地。由此，电流互感器U1可以感应流过采样电阻R7的电流，转换电阻R8可以设定空载电压的大小。

进一步地，所述电流互感模块还包括第二电容C2，所述第二电容C2的一端与所述第一引脚连接，所述第二电容C2的另一端接地。第二电容C2可以提高连接点B处电压的稳定性。

进一步地，所述分压模块包括：第一电阻R1和第二电阻R2，所述第一电阻 R1的一端与输入端Vin连接，所述第一电阻R1的另一端与所述第二电阻R2的一端连接，所述第二电阻R2的另一端接地。第一电阻R1和第二电阻R2可以设定连接点A出的电压幅值。

进一步地，所述电压比较器包括：正输入引脚IN+、负输入引脚IN-以及输出引脚Cvout，所述负输入引脚IN-与所述第二电阻R2的一端连接，所述正输入引脚IN+与所述转换电阻R8的一端连接，所述输出引脚Cvout与所述MOS管的栅极连接。由此，电压比较器可以通过比较连接点A和B处的电压大小来控制 MOS管的截止和导通。

进一步地，所述分压模块还包括：第一电容C1，所述第一电容C1的一端与所述第二电阻R2的一端连接，所述第一电容C1的另一端接地。第一电容C1能够提高连接点A处的电压稳定性。

进一步地，还包括：稳压二极管VD2，所述稳压二极管VD2的阳极接地，所述稳压二极管VD2的阴极与所述输入端Vin连接。

进一步地，还包括：上拉电阻R6，所述上拉电阻R6的一端与所述MOS管的栅极连接，所述上拉电阻R6的另一端与所述输出端Vout连接。

进一步地，还包括：第三电容C3，所述第三电容C3的一端与所述输出端 Vout连接，所述第三电容C3的另一端接地。

本实用新型的有益效果是，本实用新型通过MOS管、电流互感模块、电压比较器及分压模块的相互配合，能够实现电流的单向导通，并且能够减少能量损耗，提高充电效率。电压比较器通过比较连接点A和B处的电压大小，能够控制MOS管的导通和截止。本实用新型结构简单，成本低，应用范围广。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是现有技术的单向导通电路的示意图。

图2是是本实用新型的单向导通电路的示意图。

图3是本实用新型的电流互感模块的示意图。

图中：1、MOS管；2、电流互感模块；3、电压比较器；4、分压模块；21、第一引脚；22、第二引脚；23、第三引脚。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，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。

如图2所示，本实用新型的一种单向导通电路，包括：输入端Vin、输出端 Vout、MOS管1、电流互感模块2、电压比较器3及分压模块4，输入端Vin与分压模块4连接，输入端Vin与MOS管1的漏极连接，MOS管1的源极与电流互感模块2连接，电流互感模块2与输出端Vout连接，电压比较器3与分压模块 4连接，电压比较器3与电流互感模块2连接，电压比较器3与MOS管1的栅极连接。在本实施例中，MOS管1为P型MOS管，MOS管1共有三个脚，一般为G (栅极)、D(漏极)和S(源极)，根据PMOS的特性，当V_GS小于Vt(阈值电压) 时可以实现MOS管1导通，否则MOS管1截止。当输入端Vin悬空，输出端Vout 接电源时(即存在反向电流)，电流互感模块2能够产生一空载电压VB1，分压模块4可以产生一电压VA1，电压VB1和VA1被加载至电压比较器3内，电压比较器3能够输出高电平给MOS管1的栅极，使得MOS管1截止，保证反向电流无法从输入端Vin反向输出。当输入端Vin接电源，输出端Vout悬空时，电流互感模块2能够产生一电压VB2，分压模块4可以产生一电压VA2，电压VB2和 VA2被加载至电压比较器3内，电压比较器3能够输出低电平给MOS管1的栅极，使得MOS管1导通，保证正向电流可以给负载供电。换言之，本实用新型通过 MOS管1、电流互感模块2、电压比较器3及分压模块4的相互配合，能够实现电路的单向导通，并且可以减小电路的能量损耗。

电流互感模块2包括：电流互感器U1、采样电阻R7及转换电阻R8，电流互感器U1具有第一引脚21、第二引脚22及第三引脚23，采样电阻R7的一端与MOS管1的源极连接，采样电阻R7的另一端与输出端Vout连接，第二引脚 22和第三引脚23分别与采样电阻R7的两端连接，第一引脚21与转换电阻R8 的一端连接，转换电阻R8的另一端接地。具体的，第二引脚22和第三引脚23 为输入端，第一引脚21为输出端，电流互感器U1可以感应到流过采样电阻R7的电流，从而产生一感应电流从第一引脚21输出，感应电流流过转换电阻R8 时，可以在连接点B处产生一电压VB，电压VB为R8的阻值与感应电流的乘积，转换电阻R8的阻值为10KΩ。电流互感模块2还包括第二电容C2，第二电容C2 的一端与第一引脚21连接，第二电容C2的另一端接地。第二电容C2为旁路电容，可以保证连接点B处电压的稳定性。在本实施例中，采样电阻R7的阻值优选为33mΩ，MOS管1的内阻也较小，这样电流流过时产生的压降几乎为零，可以减少电路整体的能量损耗。

分压模块4包括：第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1的一端与输入端Vin连接，第一电阻R1的另一端与第二电阻R2的一端连接，第二电阻R2的另一端接地。当输入端Vin有正向电流输入时，正向电流流过第一电阻R1和第二电阻R2可以在连接点A处产生一个分压VA，VA＝Vin×R2/(R1+R2)，第一电阻 R1的阻值为1MΩ，第二电阻R2的阻值为150KΩ。分压模块4还包括：第一电容C1，第一电容C1的一端与第二电阻R2的一端连接，第一电容C1的另一端接地。第一电容C1为旁路电容，可以保证连接点A处电压的稳定性。

电压比较器3包括：正输入引脚IN+、负输入引脚IN-以及输出引脚Cvout，负输入引脚IN-与第二电阻R2的一端连接，正输入引脚IN+与转换电阻R8的一端连接，输出引脚Cvout与MOS管1的栅极连接。电压比较器3还具有正极引脚和负极引脚，正极引脚用于连接电源，给电压比较器3供电，负极引脚用于接地。根据电压比较器3的特性，当V_IN+大于V_IN-时，输出引脚Cvout可以输出高电平，当V_IN+小于V_IN-时，输出引脚Cvout可以输出低电平。具体的，正输入引脚IN+与连接点B连接，负输入引脚IN-与连接点A处连接，连接点A处为电阻分压的参考点位，可以作为参考点，连接点B处的电压与感应电流有关，可以作为检测判断点，当MOS管1关闭时，第一电阻R1和第二电阻R2不会产生功耗，即连接点A处电压为零，当MOS管1导通时，连接点A处可以产生分压，且电压VA比电压VB要大，电压VB和VA可以被电压比较器3进行比较，从而输出相应的电平信号。该电平信号再输入给MOS管1的栅极，可以控制MOS管1 的导通和截止。

单向导通电路还可以包括：稳压二极管VD2、上拉电阻R6和第三电容C3。稳压二极管VD2的阳极接地，稳压二极管VD2的阴极与输入端Vin连接，当输入端Vin的输入电压过高时，稳压二极管VD2可以将输入电压稳定在6V以下，保证电路中的所有元器件工作在安全范围内。上拉电阻R6的一端与MOS管1的栅极连接，上拉电阻R6的另一端与输出端Vout连接，通过设置上拉电阻R6的阻值大小，可以调整MOS管1导通和截止的响应速度。第三电容C3的一端与输出端Vout连接，第三电容C3的另一端接地，第三电容C3为滤波电容，既可以保证电路输出电压的稳定性，又可以过滤掉一些不必要的交流成分。

本实用新型的工作原理是：

当输入端Vin悬空且输出端Vout接电源时，单向导通电路未产生电流，此时，电流互感器U1未采集到电流，产生一空载电流(即电流互感器U1自身可以输出一个1～20微安的电流)，空载电流流过转换电阻R8，在连接点B处产生一空载电压VB1，空载电压VB1加载至电压比较器3的正输入端IN+；由于输入端Vin悬空，则第一电阻R1和第二电阻R2在连接点A处产生的电压VA1＝0，电压VA1加载至电压比较器3的负输入引脚IN-，此时VB1>VA1，电压比较器3输出高电平，高电平加载至MOS管1的栅极，使得MOS管1截止。

当输入端Vin接电源且输出端Vout悬空时，由于Vin>Vout，单向导通电路产生充电电流，此时，电流互感器U1采集到反向电流而产生僧感应电流，感应电流流过转换电阻R8，在连接点B处产生电压VB2，电压VB2加载至电压比较器3的正输入端IN+，由于输入端Vin连接电源，在连接点A处产生电压VA2，电压VA2加载至电压比较器3的负输入引脚IN-，此时VA2>VB2，电压比较器3输出低电平，低电平加载至MOS管1的栅极，使得MOS管1导通。

换言之，当输入端Vin和输出端Vout为正常工作状态时，MOS管1能够正常导通，电路可以进行正常工作。当输入端Vin和输出端Vout接反时，MOS管 1截止，防止电路损坏。

本实用新型利用电流互感模块2可以感应反向电流的大小，产生不同的感应电压，通过电压比较器3可以鉴别反向放电情况，从而控制MOS管1的关断。采用本实用新型的技术方案，在不影响电路正常工作的情况下，静态电流在 200μA以下(表明本实用新型的电路静功耗低)，且可以识别反向电流，提高安全性。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要如权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种单向导通电路，其特征在于，包括：输入端Vin、输出端Vout、MOS管(1)、电流互感模块(2)、电压比较器(3)及分压模块(4)，所述输入端Vin与所述分压模块(4)连接，所述输入端Vin与所述MOS管(1)的漏极连接，所述MOS管(1)的源极与所述电流互感模块(2)连接，所述电流互感模块(2)与所述输出端Vout连接，所述电压比较器(3)与所述分压模块(4)连接，所述电压比较器(3)与所述电流互感模块(2)连接，所述电压比较器(3)与所述MOS管(1)的栅极连接。

2.如权利要求1所述的单向导通电路，其特征在于，所述电流互感模块(2)包括：电流互感器U1、采样电阻R7及转换电阻R8，所述电流互感器U1具有第一引脚(21)、第二引脚(22)及第三引脚(23)，所述采样电阻R7的一端与所述MOS管(1)的源极连接，所述采样电阻R7的另一端与所述输出端Vout连接，所述第二引脚(22)和第三引脚(23)分别与所述采样电阻R7的两端连接，所述第一引脚(21)与所述转换电阻R8的一端连接，所述转换电阻R8的另一端接地。

3.如权利要求2所述的单向导通电路，其特征在于，所述电流互感模块(2)还包括第二电容C2，所述第二电容C2的一端与所述第一引脚(21)连接，所述第二电容C2的另一端接地。

4.如权利要求2所述的单向导通电路，其特征在于，所述分压模块(4)包括：第一电阻R1和第二电阻R2，所述第一电阻R1的一端与输入端Vin连接，所述第一电阻R1的另一端与所述第二电阻R2的一端连接，所述第二电阻R2的另一端接地。

5.如权利要求4所述的单向导通电路，其特征在于，所述电压比较器(3)包括：正输入引脚IN+、负输入引脚IN-以及输出引脚Cvout，所述负输入引脚IN- 与所述第二电阻R2的一端连接，所述正输入引脚IN+与所述转换电阻R8的一端连接，所述输出引脚Cvout与所述MOS管(1)的栅极连接。

6.如权利要求4所述的单向导通电路，其特征在于，所述分压模块(4)还包括：第一电容C1，所述第一电容C1的一端与所述第二电阻R2的一端连接，所述第一电容C1的另一端接地。

7.如权利要求1所述的单向导通电路，其特征在于，还包括：稳压二极管VD2，所述稳压二极管VD2的阳极接地，所述稳压二极管VD2的阴极与所述输入端Vin连接。

8.如权利要求1所述的单向导通电路，其特征在于，还包括：上拉电阻R6，所述上拉电阻R6的一端与所述MOS管(1)的栅极连接，所述上拉电阻R6的另一端与所述输出端Vout连接。

9.如权利要求1所述的单向导通电路，其特征在于，还包括：第三电容C3，所述第三电容C3的一端与所述输出端Vout连接，所述第三电容C3的另一端接地。

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