CN218771305U - 一种带有过压保护功能的防反接电路 - Google Patents

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孟祥振
王琪瑶
张峰
赵莹
范文涛
刘明
李同磊
刘国兴
谢继顺
张帆
李吉鑫
周长通
倪海峰
吴润成
马兴才
齐茂通
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Abstract

本实用新型提供一种带过压保护功能的防反接电路，包括稳压电路、防反接电路和过压保护电路，稳压电路与电源VCC相连，用于在电源VCC正接的时候为防反接电路输出驱动电压，防反接电路连接于地与负载之间，在驱动电压下导通，防反接电路导通时，负载得电，过压保护电路连接于稳压电路与防反接电路之间，过压保护电路根据电源VCC的高低控制稳压电路与防反接电路之间的导通性。本实用新型兼顾防止电源反接的同时加入了过压保护功能，为整套用电***提供更全面的防护。

Description

一种带有过压保护功能的防反接电路
技术领域
本实用新型涉及一种带有过压保护功能的防反接电路，用于直流弱电设备的电源电路，尤其适用于整机供电电路的防护。
背景技术
直流弱电供电设备，尤其是无配备带标准接头AC-DC电源适配器的定制设备、需自行接电源线的设备（如交换机、云台、监控设备等）等。此类设备往往只提供正负电源接线端子需自行接线，有正负极反接风险。且供电设备无固定AC-DC电源，需自行配备供电电源。若使用的电源输出电压较高，或者输出电压不稳定，有损坏用电设备的风险。
目前应用较成熟的防反接电路有二极管防反接电路、NMOS/PMOS防反接电路、继电器防反接电路、整流桥电路等；其中二极管防反接电路与整流桥电路有压降，对于电压压降要求较高的电路不适用，且整流桥电路无论电源正接、反接，后级电路均可正常运行，对某些设备要求电源反接时电路不工作的设备不适用。继电器防反接电路虽无压降，但继电器开关次数有限，继电器触点易黏连损坏。NMOS/PMOS防反接电路克服了以上电路的缺点，但现有的NMOS/PMOS防反接电路无过压保护功能，且NMOS/PMOS的栅极驱动电压为电阻分压而来，无法保证其稳定性，有损坏MOS管风险，应用范围受限。
实用新型内容
针对现有技术的缺陷，本实用新型提供一种带有过压保护功能的防反接电路，在兼顾防止电源反接的同时加入了过压保护功能，为整套用电***提供更全面的防护。
为了解决所述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种带过压保护功能的防反接电路，包括稳压电路、防反接电路和过压保护电路，稳压电路与电源VCC相连，用于在电源VCC正接的时候为防反接电路输出驱动电压，防反接电路连接于地与负载之间，在驱动电压下导通，防反接电路导通时，负载得电，过压保护电路连接于稳压电路与防反接电路之间，过压保护电路根据电源VCC的高低控制稳压电路与防反接电路之间的导通性。
进一步的，稳压电路包括电阻R1、R2、R3和可控精密稳压源U1，电阻R1、R2、R3串联于电源VCC与地之间，电阻R1、R2之间的接点连接至可控精密稳压源U1的阴极，电阻R2、R3之间的接点连接至可控精密稳压源U1的参考端，可控精密稳压源U1的阳极接地，可控精密稳压源U1的阴极为稳压电路的输出端；过压保护电路包括PMOS管Q3和电阻R5、R6，电源VCC一路经电阻R5连接至PMOS管Q3的栅极，另一路经电阻R5、R6接地，稳压电路的输出端连接至PMOS管的源极；防反接电路包括两个串联在接地端与负载之间的NMOS管Q1、Q2，NMOS管Q1、Q2的栅极均连接PMOS管的漏极，串联后的NMOS管Q1、Q2的漏极为防反接电路的输出端，负载连接于电源VCC与防反接电路的输出端之间。
进一步的，负载并联有滤波电容C1。
进一步的，PMOS管Q3的漏极又经过电阻R4接地。
进一步的，电阻R2的阻值是电阻R1的阻值的5倍。
本实用新型的有益效果：本实用新型在防反接电路的基础上增加了稳压电路和过压保护电路，即在在兼顾防止电源反接的同时加入了过压保护功能，为整套用电***提供更全面的防护。
附图说明
图1为本实用新型的电路原理图；
图2为电源正接且输入电压未超过设定的电压上限时的电流示意图；
图3为电源正接且输入电压超过设定的电压上限时的电流示意图；
图4为电源反接时的电流示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型作进一步的说明。
实施例1
下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。本实用新型所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。
实施例1
本实施例公开一种带过压保护功能的防反接电路，如图1所示，包括稳压电路、防反接电路和过压保护电路，稳压电路为可控精密稳压源U1（型号为TL431）构成的15V电压输出电路，具体包括电阻R1、R2、R3和可控精密稳压源U1，电阻R1、R2、R3串联于电源VCC与地之间，电阻R1、R2之间的接点连接至可控精密稳压源U1的阴极，电阻R2、R3之间的接点连接至可控精密稳压源U1的参考端，可控精密稳压源U1的阳极接地，可控精密稳压源U1的阴极为稳压电路的输出端。
稳压电路的计算公式为
Figure 603551DEST_PATH_IMAGE001
，其中Vref为固定值2.5V，计算结果为
Figure 998760DEST_PATH_IMAGE002
=15。稳压电路作用是为防反接MOS管提供栅极驱动电压。当栅极驱动电压（栅-源电压）过低时，防反接MOS管漏极与源级之间无法保证完全导通，将会有较大的导通损耗。当栅极驱动电压（栅-源电压）过高时，将会造成栅极击穿损坏（栅-源最大电压一般为
Figure 141029DEST_PATH_IMAGE003
）。15V电压既能保证漏极与源级之间完全导通，又能保证栅极不被击穿。
防反接电路为两个N沟道增强型NMOSFET即MOS管Q1、Q2串联构成，两个MOS管Q1、Q2串联于地与负载之间。选用两个N沟道增强型NMOSFET串联的原因为防止稳压电路故障失效时电流仅通过NMOSFET体二极管流过，因NMOSFET体二极管过流能力较弱。电流仅通过NMOSFET体二极管流过将烧毁NMOSFET。
稳压电路为防反接电路提供15V栅极驱动电压，两个NMOSFET的漏-源之间分别导通。整套电路构成回路为负载提供所需功率。
当电源正负极反接时，稳压电路无法输出电压。故MOS管的栅极电压无法达到其开启电压。两个NMOSFET的漏-源之间均不导通。电源不为负载提供所需功率，保护了负载电路（后级电路）不损坏。
上文提到，两个NMOSFET的漏-源之间分别导通时，整套电路构成回路为负载提供所需功率。当正负极反接时MOS管的栅极电压无法达到其开启电压故两个NMOSFET的漏-源之间均无法导通。同理，当输入电压过高时只需使两个NMOSFET的漏-源之间分别均不导通即可。
过压保护电路使用电阻分压电路驱动PMOSFET（Q3）控制两个NMOSFET的栅极电压，即过压保护电路PMOS管Q3和电阻R5、R6，电源VCC一路经电阻R5连接至PMOS管Q3的栅极，另一路经电阻R5、R6接地，稳压电路的输出端连接至PMOS管的源极，PMOS管Q3的漏极连接至两个NMOSFET的栅极并经电阻R4接地。当输入电压升高时，电阻R5、R6之间的电压U0将升高。由于MOS管Q3的源级接稳压电路的输出，即Q3的源级电压为15V。对于常用的NMOSFET管，其开启电压VGS（th）通常为2V~4V（栅-源之间实际电压大于VGS（th）时MOS管才会导通）；PMOSFET管，其开启电压VGS（th）通常为-2V~-4V。（栅-源之间实际电压小于VGS（th）时MOS管才会导通）。设所选用的PMOSFET（Q3）VGS（th）为-3V。即电阻R5、R6之间的电压应小于12V时Q3的漏-源极才会开始导通，稳压电路才能通过Q3为防反接MOS管Q1、Q2提供电压。反之若U0大于12V时Q3将完全截止。稳压电路将无法通过Q3为防反接MOS管Q1、Q2提供电压，MOS管Q1、Q2也将截止。故当输入电压大于某一设定的数值时，电路将进入保护状态。此数值通过设置电阻R5、R6的值进行设定。
下面通过三种不同使用场景对本实施例进行说明：
如图2所示，当电源正接，且输入电压未超过设定的电压上限，稳压电路正常输出15V电压，PMOS管Q3正常导通。稳压电路通过PMOS管Q3为两个NMOS管Q1、Q2提供栅极驱动电压，NMOS管Q1、Q2正常导通。可为后级电路提供功率。
如图3所示，当电源正接，但是输入电压超过设定的电压上限，稳压电路正常输出15V电压，由于输入电压超过设定的电压上线，导致PMOS管Q3栅极电压过高，PMOS管Q3截止。15V电压不能通过PMOS管Q3加到NMOS管Q1、Q2栅极,导致NMOS管Q1、Q2截止。无法为后级电路提供功率。
如图4所示，当电源反接，稳压电路无法输出15V电压，Q1、Q2无法导通。无法为后级电路提供功率。
以上描述的仅是本实用新型的基本原理和优选实施例，本领域技术人员根据本实用新型做出的改进和替换，属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种带过压保护功能的防反接电路，其特征在于：包括稳压电路、防反接电路和过压保护电路，稳压电路与电源VCC相连，用于在电源VCC正接的时候为防反接电路输出驱动电压，防反接电路连接于地与负载之间，在驱动电压下导通，防反接电路导通时，负载得电，过压保护电路连接于稳压电路与防反接电路之间，过压保护电路根据电源VCC的高低控制稳压电路与防反接电路之间的导通性。
2.根据权利要求1所述的带过压保护功能的防反接电路，其特征在于：稳压电路包括电阻R1、R2、R3和可控精密稳压源U1，电阻R1、R2、R3串联于电源VCC与地之间，电阻R1、R2之间的接点连接至可控精密稳压源U1的阴极，电阻R2、R3之间的接点连接至可控精密稳压源U1的参考端，可控精密稳压源U1的阳极接地，可控精密稳压源U1的阴极为稳压电路的输出端；过压保护电路包括PMOS管Q3和电阻R5、R6，电源VCC一路经电阻R5连接至PMOS管Q3的栅极，另一路经电阻R5、R6接地，稳压电路的输出端连接至PMOS管的源极；防反接电路包括两个串联在接地端与负载之间的NMOS管Q1、Q2，NMOS管Q1、Q2的栅极均连接PMOS管的漏极，串联后的NMOS管Q1、Q2的漏极为防反接电路的输出端，负载连接于电源VCC与防反接电路的输出端之间。
3.根据权利要求2所述的带过压保护功能的防反接电路，其特征在于：负载并联有滤波电容C1。
4.根据权利要求2所述的带过压保护功能的防反接电路，其特征在于：PMOS管Q3的漏极又经过电阻R4接地。
5.根据权利要求2所述的带过压保护功能的防反接电路，其特征在于：电阻R2的阻值是电阻R1的阻值的5倍。
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