一种电源欠压过压保护电路与保护装置的制作方法

本实用新型涉及电源保护技术领域，特别涉及一种电源欠压过压保护电路与保护装置。

背景技术：

目前，电子产品中电源部分提供的电源一般都是直接输出给芯片的，没有相应的保护电路，当电源提供的电压偏高时会对芯片造成烧坏，使得电子产品无法使用；或者电源提供的电压偏低时芯片还在工作，使得电源部分负载过重异常工作从而对电源部分烧坏，电子产品也会无法使用。

因而现有技术还有待改进和提高。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种电源欠压过压保护电路与保护装置，通过新增加欠压保护模块和过压保护模块，使得在电源电压异常时能对芯片与电源进行保护，不会因为电源电压偏高或偏低造成芯片或电源的烧损现象，同时也提高了电子产品的使用寿命与安全性。

为了达到上述目的，本实用新型采取了以下技术方案：

一种电源欠压过压保护电路，其包括欠压保护模块、过压保护模块和电源开关模块；所述欠压保护模块与电源输入端和电源开关模块连接，用于对所述电源输入端的电源电压进行采样，并在采样电压小于第一预设电压时控制所述电源开关模块断开；所述过压保护模块与电源输入端和电源开关模块连接，用于当电源输入端的电源电压大于第二预设电压时控制所述电源开关模块断开；所述电源开关模块还与电源输出端连接，用于控制电源电压的输出状态，当电源开关模块断开时所述电源输出端停止输出所述电源电压。

所述的电源欠压过压保护电路中，所述欠压保护模块包括分压单元、第一稳压单元和开关控制单元；所述分压单元与电源输入端和开关控制单元连接，用于对所述电源输入端的电源电压进行采样并输出采样电压至开关控制单元；所述第一稳压单元与电源输入端和开关控制单元连接，用于对电源电压进行稳压处理后输出第一预设电压至开关控制单元；所述开关控制单元还与电源开关模块连接，用于比较所述采样电压与第一预设电压的大小，在所述采样电压小于第一预设电压时输出控制信号至所述电源开关模块，控制所述电源开关模块断开。

所述的电源欠压过压保护电路中，所述过压保护模块包括第二稳压单元和滤波单元；所述第二稳压单元与电源输入端和电源开关模块连接，用于检测电源输入端的电源电压，在所述电源电压大于第二稳压单元的稳压值时输出控制信号至所述电源开关模块，控制所述电源开关模块断开；所述滤波单元连接所述第二稳压单元，用于滤除杂波信号。

所述的电源欠压过压保护电路中，所述欠压保护模块还包括欠压提示单元，所述欠压提示单元与开关控制单元连接，用于当开关控制单元输出控制信号时输出相应的欠压提示信息。

所述的电源欠压过压保护电路中，所述过压保护模块还包括过压提示单元，所述过压提示单元与第二稳压单元连接，用于当第二稳压单元输出控制信号时输出相应的过压提示信息。

所述的电源欠压过压保护电路中，所述分压单元包括第一电阻和第二电阻，所述第一稳压单元包括第三电阻、第一电容和第一稳压二极管，所述开关控制单元包括第四电阻、第一三极管和第一二极管；所述第一电阻的一端连接电源输入端，所述第一电阻的另一端通过第二电阻接地，还通过第四电阻连接第一三极管的基极；所述第三电阻的一端连接电源输入端，所述第三电阻的另一端连接第一三极管的发射极、第一电容的一端和第一稳压二极管的负极；所述第一电容的另一端和第一稳压二极管的正极均接地；所述第一三极管的集电极连接所述欠压提示单元和第一二极管的正极；所述第一二极管的负极连接所述电源开关模块。

所述的电源欠压过压保护电路中，所述欠压提示单元包括第五电阻和第一发光二极管；所述第五电阻的一端连接第一三极管的集电极，所述第五电阻的另一端连接第一发光二极管的正极，所述第一发光二极管的负极接地。

所述的电源欠压过压保护电路中，所述第二稳压单元包括第二稳压二极管、第六电阻和第二二极管，所述滤波单元包括第二电容；所述第二稳压二极管的负极连接电源输入端，所述第二稳压二极管的正极连接第六电阻的一端；所述第六电阻的另一端连接第二二极管的正极、第二电容的一端和过压提示单元；所述第二二极管的负极连接所述电源开关模块；所述第二电容的另一端接地。

所述的电源欠压过压保护电路中，所述过压提示单元包括第七电阻和第二发光二极管；所述第七电阻的一端连接第六电阻的另一端，所述第七电阻的另一端连接第二发光二极管的正极；所述第二发光二极管的负极接地。

一种电源欠压过压保护装置，包括PCB板，所述PCB板上设置有如上所述的电源欠压过压保护电路。

相较于现有技术，本实用新型提供的电源欠压过压保护电路与保护装置中，所述电源欠压过压保护电路包括欠压保护模块、过压保护模块和电源开关模块；所述欠压保护模块与电源输入端和电源开关模块连接，用于对所述电源输入端的电源电压进行采样，并在采样电压小于第一预设电压时控制所述电源开关模块断开；所述过压保护模块与电源输入端和电源开关模块连接，用于当电源输入端的电源电压大于第二预设电压时控制所述电源开关模块断开；所述电源开关模块还与电源输出端连接，用于控制电源电压的输出状态，当电源开关模块断开时所述电源输出端停止输出所述电源电压。通过新增加欠压保护模块和过压保护模块，使得在电源电压异常时能对芯片与电源进行保护，不会因为电源电压偏高或偏低造成芯片或电源的烧损现象，同时也提高了电子产品的使用寿命与安全性。

附图说明

图1为本实用新型提供的电源欠压过压保护电路的结构框图。

图2为本实用新型提供的电源欠压过压保护电路的电路图。

具体实施方式

鉴于现有技术中电源电压异常可能导致芯片或电源烧损等缺点，本实用新型的目的在于提供一种电源欠压过压保护电路与保护装置，通过新增加欠压保护模块和过压保护模块，使得在电源电压异常时能对芯片与电源进行保护，不会因为电源电压偏高或偏低造成芯片或电源的烧损现象，同时也提高了电子产品的使用寿命与安全性。

为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1，本实用新型提供的电源欠压过压保护电路包括欠压保护模块10、过压保护模块20和电源开关模块30，所述欠压保护模块10与电源输入端POWER IN和电源开关模块30连接，所述过压保护模块20与电源输入端POWER IN和电源开关模块30连接，所述电源开关模块30还与电源输出端POWER OUT连接；其中所述欠压保护模块10用于对所述电源输入端POWER IN的电源电压进行采样，并在采样电压小于第一预设电压时控制所述电源开关模块30断开，所述过压保护模块20用于当电源输入端POWER IN的电源电压大于第二预设电压时控制所述电源开关模块30断开，所述电源开关模块30用于控制电源电压的输出状态，当电源开关模块30断开时所述电源输出端POWER OUT停止输出所述电源电压。

即本实用新型提供的电源欠压过压保护电路中通过欠压保护模块10和过压保护模块20对电源开关模块30的通断状态进行控制，从而实现欠压与过压保护，当发生欠压情况时，电源电压偏低，此时欠压保护模块10对电源电压采样后得到的采样电压同样偏低，当采样电压小于第一预设电压时则控制电源开关模块30断开，使得电源输出端POWER OUT停止输出电源电压至后端芯片，其中所述第一预设电压可根据当前电源的欠压保护值以及采样比例来进行设定；而当发生过压情况时，电源电压偏高，此时过压保护模块20直接检测电源电压的大小，当电源电压大于第二预设电压时则控制电源开关模块30断开，电源输出端POWER OUT同样停止输出电源电压至后端芯片，即所述第二预设电压可直接设置为当前电压的过压保护值，使得电子产品通电后，无论电源电压偏高或者偏低，都能够对芯片和电源进行保护，防止出现芯片或者电源烧毁的现象。

具体地，请一并参阅图2，所述欠压保护模块10包括分压单元101、第一稳压单元102和开关控制单元103，所述分压单元101与电源输入端POWER IN和开关控制单元103连接，所述第一稳压单元102与电源输入端POWER IN和开关控制单元103连接，所述开关控制单元103还与电源开关模块30连接；其中，所述分压单元101用于对所述电源输入端POWER IN的电源电压进行采样并输出采样电压至开关控制单元103；所述第一稳压单元102用于对POWER IN电源电压进行稳压处理后输出第一预设电压至开关控制单元103；所述开关控制单元103用于比较所述采样电压与第一预设电压的大小，在所述采样电压小于第一预设电压时输出控制信号至所述电源开关模块30，控制所述电源开关模块30断开。

本实施例中，通过所述分压单元101对电源输入端POWER IN的电源电压进行采样得到采样电压用于后续的欠压保护控制，并由第一稳压单元102对电源电压进行稳压处理后输出第一预设电压至开关控制单元103，即所述第一预设电压的值为第一稳压单元102的稳压值，通过开关控制单元103比较所述采样电压与第一预设电压的大小来判断当前是否发生了欠压现象，具体当所述采样电压小于第一预设电压时输出控制信号至电源开关模块30，控制所述电源开关模块30断开，当采样电压小于第一预设电压时说明此时电源电压偏低，若芯片继续工作则对电源会造成负载过重，可能导致电源烧毁，因此通过所述开关控制单元103控制所述电源开关模块30断开，停止输出电源电压至后端芯片，有效提高了电源工作的安全性与可靠性。

优选地，所述欠压保护模块10还包括欠压提示单元104，所述欠压提示单元104与开关控制单元103连接，所述欠压提示单元104用于当开关控制单元103输出控制信号时输出相应的欠压提示信息，具体实施时，当电源电压过低发生欠压现象时，不仅通过开关控制单元103控制所述电源开关模块30断开，同时也通过欠压提示单元104输出相应的欠压提示信息，从而及时提醒用户当前电源电压存在异常，需要进行故障排除处理，进一步保障电子产品使用的安全性，具体所述欠压提示信息可以为蜂鸣或灯光信息等等。

进一步地，所述过压保护模块20包括第二稳压单元201和滤波单元202，所述第二稳压单元201与电源输入端POWER IN和电源开关模块30连接，所述滤波单元202连接所述第二稳压单元201，其中所述第二稳压单元201用于检测电源输入端POWER IN的电源电压，在所述电源电压大于第二稳压单元201的稳压值时输出控制信号至所述电源开关模块30，控制所述电源开关模块30断开，所述滤波单元202用于滤除杂波信号。

本实施例中，所述电源电压输入至第二稳压单元201，若当前的电源电压大于第二稳压单元201的稳压值时，此时第二稳压单元201输出相应的控制信号至电源开关模块30，控制电源开关模块30断开，即直接通过所述第二稳压单元201实现开关控制的功能，所述第二预设电压的大小即为第二稳压单元201的稳压值，当电源电压大于该稳压值时，说明发生了过压现象，由第二稳压单元201直接输出控制信号至电源开关模块30使其断开实现过压保护，避免发生电源电压过高烧毁芯片，导致电子产品无法使用的情况，同时也通过滤波单元202滤波杂波信号实现更加准确稳定的过压保护。

类似地，所述过压保护模块20也可设置过压提示单元203，所述过压提示单元203与第二稳压单元201连接，用于当第二稳压单元201输出控制信号时输出相应的过压提示信息。即当电源电压过高发生过压现象时，同样由过压提示单元203输出相应的过压提示信息，从而达到提醒用户当前电源电压存在异常的目的，所述过压提示信息可以为蜂鸣或灯光信息等等，具体所述过压提示信息与欠压提示信息可设置为不同类型的提示信息或者不同参数的提示信息，例如分别采用蜂鸣信息和灯光信息，或者分别采用不同颜色的灯光信息等等，从而区分两种电源电压异常现象的提示，使得用户能更加明确的获知当前是发生的过压还是欠压现象。

具体地，所述分压单元101包括第一电阻R1和第二电阻R2，所述第一稳压单元102包括第三电阻R3、第一电容C1和第一稳压二极管ZD1，所述开关控制单元103包括第四电阻R4、第一三极管Q1和第一二极管D1；所述第一电阻R1的一端连接电源输入端POWER IN，所述第一电阻R1的另一端通过第二电阻R2接地，还通过第四电阻R4连接第一三极管Q1的基极；所述第三电阻R3的一端连接电源输入端POWER IN，所述第三电阻R3的另一端连接第一三极管Q1的发射极、第一电容C1的一端和第一稳压二极管ZD1的负极；所述第一电容C1的另一端和第一稳压二极管ZD1的正极均接地；所述第一三极管Q1的集电极连接所述欠压提示单元104和第一二极管D1的正极；所述第一二极管D1的负极连接所述电源开关模块30，本实施例中，所述第一三极管Q1为PNP型三极管。

所述欠压提示单元104包括第五电阻R5和第一发光二极管LED1；所述第五电阻R5的一端连接第一三极管Q1的集电极，所述第五电阻R5的另一端连接第一发光二极管LED1的正极，所述第一发光二极管LED1的负极接地。

其中，通过所述第一电阻R1和第二电阻R2对电源输入端POWER IN的电源电压进行分压在图2中的A点处得到一采样电压， A点电平VA为第一电阻R1和第二电阻R2对输入电源POWER IN的分压值，该分压值的大小由第一电阻R1和第二电阻R2的比值来决定，可以根据当前电源需要的欠压保护值来设置第一电阻R1和第二电阻R2的大小进而调节A点的电平的大小；所述第三电阻R3、第一电容C1和第一稳压二极管ZD1起稳压作用，图2中的F点电平即为第一稳压二极管ZD1的稳压值，该稳压值的大小由第一稳压二极管ZD1决定，例如第一稳压二极管ZD1为3.6V的稳压管，则F点的电平为：VF=3.6V，可以根据当前电源需要的欠压保护值来选择第一稳压二极管ZD1的稳压值，但是第一稳压二极管ZD1的稳压值一定要比POWER IN的电平低才可达到欠压保护的目的，通过比较输入电源POWER IN的采样点即A点的电平与第一稳压二极管ZD1的F点电平大小来实现电源的欠压保护，当F点电平高于A点电平时第一三极管Q1导通，H点位高电平，此时将输出高电平控制信号至电源开关模块30控制其断开，使电源输出端POWER OUT停止输出电源电压，并且该高电平控制信号还将驱动第一发光二极管LED1点亮，起到欠压提示的作用。

进一步地，所述第二稳压单元201包括第二稳压二极管ZD2、第六电阻R6和第二二极管D2，所述滤波单元202包括第二电容C2；所述第二稳压二极管ZD2的负极连接电源输入端POWER IN，所述第二稳压二极管ZD2的正极连接第六电阻R6的一端；所述第六电阻R6的另一端连接第二二极管D2的正极、第二电容C2的一端和过压提示单元203；所述第二二极管D2的负极连接所述电源开关模块30；所述第二电容C2的另一端接地。

所述过压提示单元203包括第七电阻R7和第二发光二极管LED2；所述第七电阻R7的一端连接第六电阻R6的另一端，所述第七电阻R7的另一端连接第二发光二极管LED2的正极；所述第二发光二极管LED2的负极接地。

具体实施时，第二稳压二极管ZD2和第六电阻R6起稳压作用，第二电容C2起滤波和去杂讯，第二二极管D2为防止电压倒灌，通过将输入电源POWER IN的P点电平与第二稳压二极管ZD2的稳压值进行比较达到过压保护目的，其中P点电平为POWER IN的电平值，P点与R1点之间的电平即为第二稳压二极管ZD2的稳压值，该稳压值的大小由第二稳压二极管ZD2来决定，例如：第二稳压二极管ZD2为5.1V的稳压管，则P点与R1点之间的电平为：VPR1=5.1V，可以根据当前电源需要的过压保护值来选择第二稳压二极管ZD2的稳压值，但是第二稳压二极管ZD2的稳压值一定要比POWER IN的电平高才可起到过压保护的作用，在进行过压保护时，当P点电平高于第二稳压二极管ZD2的稳压值时 ，第二稳压二极管ZD2反向击穿，电源通过第二稳压二极管ZD2和第六电阻R6后在R点处的电平为高电平信号，之后再通过第二二极管D2将该高电平信号输出至电源开关模块30，同样控制所述电源开关模块30断开，从而实现过压保护的目的。同样，R点出的高电平信号还将驱动第二发光二极管LED2点亮，起到过压提示的作用，所述第一发光二极管LED1和第二发光二极管LED2优选为不同颜色的发光二极管，以区别欠压提示和过压提示，起到更好的故障提示作用。

更进一步地，所述电源开关模块30包括第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第三电容C3、第二三极管Q2和MOS管M1；所述第八电阻R8的一端连接所述第一二极管D1的负极和第二二极管D2的负极，所述第八电阻R8的另一端连接第二三极管Q2的基极；所述第二三极管Q2的发射极接地，所述第二三极管Q2的集电极连接第九电阻R9的一端和第十电阻R10的一端；所述第九电阻R9的另一端连接电源输入端POWER IN、第三电容C3的一端和MOS管M1的漏极，所述第十电阻R10的另一端连接第三电容C3的另一端和MOS管M1的栅极；所述MOS管M1的源极连接电源输出端POWER OUT，本实施例中，所述第二三极管Q2为NPN型三极管，所述MOS管M1为N-MOS强效应管。

具体实施时，通过第八电阻R8为第二三极管Q2提供偏置电压，第九电阻R9和第十电阻R10为MOS管M1的栅极提供偏置电压，第三电容C3主要起滤波和去除杂讯作用，在进行欠压保护和过压保护时，当发生电源电压过高或者过低时，所述电源开关模块30均接收到高电平控制信号，即I点的电平为高电平，此时第二三极管Q2导通，使得N1和N2点位低电平，令MOS管M1截止，输入电源无法通过MOS管M1的漏极流过源极为电源输出端POWER OUT提供电源，此时停止输出电源电压至后端芯片，起到欠压及过压保护，有效保护了芯片和电源的正常工作。

为更好地理解本实用新型提供的电源欠压过压保护电路的工作过程，以下结合图2，对所述电源欠压过压保护电路欠压及过压保护过程进行详细说明：

所述欠压保护模块10在具体应用时，当电源电压为正常电压时，所述第一电阻R1和第二电阻R2为第一三极管Q1提供的基极偏置电压即A点电压高于第一稳压二极管ZD1的稳压F点电压，第一三极管Q1截止，H点为低电平，第一发光二极管LED1不工作，此时电源开关模块30中的I点也为低电平，不能通过第八电阻R8为第二三极管Q2提供偏置电压因此第二三极管Q2截止，同时第九电阻R9和第十电阻R10为N1点和MOS管M1的栅极提供偏置电压，使得MOS管M1导通，漏极与栅极沟道打开，电源输入POWER IN通过MOS管M1的漏极流过源极为POWER OUT提供电源。

当电源电压过低时，所述第一电阻R1和第二电阻R2为第一三极管Q1提供的基极偏置电压即A点电压低于第一稳压二极管ZD1的稳压F点电压，第一三极管Q1导通，H点为高电平，第一发光二极管LED1点亮，此时电源开关模块30中的I点也为高电平，通过第八电阻R8为第二三极管Q2提供偏置电压使得第二三极管Q2导通，此时N1点和MOS管M1的栅极为低电平，MOS管M1截止，漏极与源极之间的沟道关闭，电源输入POWER IN无法通过MOS管M1的漏极流过源极为POWER OUT提供电源，达到欠压保护的目的。

所述过压保护模块20在具体应用时，当电源电压为正常电压时，即电源电压低于第二稳压二极管ZD2的稳压值时，第二稳压二极管ZD2截止，R点位低电平，第二发光二极管LED2不工作，此时电源开关模块30中的I点也为低电平，无法通过第八电阻R8为第三极管提供偏置电压因此第二三极管Q2截止，进而使得MOS管M1导通，漏极与栅极沟道打开，电源输入POWER IN通过MOS管M1的漏极流过源极为POWER OUT提供电源。即当电源电压处于正常范围时，所述欠压保护模块10与过压保护模块20均不会触发电源开关模块30断开，使得可正常为后端芯片提供电源电压，保证电子产品的正常工作。

当电源电压过高时，即高于第二稳压二极管ZD2的稳压值时，第二稳压二极管ZD2反向击穿，电源通过第二稳压二极管ZD2和第六电阻R6后流过R点为高电平，第二发光二极管LED2点亮，再通过第二二极管D2给I点提供高电平，通过第八电阻R8为第二三极管Q2提供偏置电压使得第二三极管Q2导通，电源开关模块30中的N1点电压为低电平，MOS管M1的栅极（N2点）也为低电平，MOS管M1截止，漏极与源极之间的沟道关闭，电源输入POWER IN无法通过MOS管M1的漏极流过源极为POWER OUT提供电源，达到过压保护的目的。

因此本实用新型提供的电源欠压过压保护电路，当POWER IN为正常电压时，欠压保护模块10和过压保护模块20均不触发保护功能，使得MOS管M1导通，POWER IN给POWER OUT提供电源；当POWER IN的电压偏低时，欠压保护模块10则输出高电平信号至电源开关模块30，使得MOS管M1截止，POWER IN无法给POWER OUT提供电源；当POWER IN的电压偏高时，过压保护模块20同样输出高电平信号至电源开关模块30，使得MOS管M1截止，POWER IN无法给POWER OUT提供电源，即所述电源欠压过压保护电路在保证芯片的正常供电的同时，有效提供了欠压和过压保护，在电源电压过低或者过高时的情况下能够保护芯片和电源，且电路简单、稳定可靠，成本低，具有很好的应用价值。

基于上述电源欠压过压保护电路，本实用新型还相应提供一种电源欠压过压保护装置，其包括PCB板，所述PCB板上设置有如上所述的电源欠压过压保护电路，由于上文已对所述电源欠压过压保护电路进行了详细描述，此处不作详述。

综上所述，本实用新型提供的电源欠压过压保护电路与保护装置中，所述电源欠压过压保护电路包括欠压保护模块、过压保护模块和电源开关模块；所述欠压保护模块与电源输入端和电源开关模块连接，用于对所述电源输入端的电源电压进行采样，并在采样电压小于第一预设电压时控制所述电源开关模块断开；所述过压保护模块与电源输入端和电源开关模块连接，用于当电源输入端的电源电压大于第二预设电压时控制所述电源开关模块断开；所述电源开关模块还与电源输出端连接，用于控制电源电压的输出状态，当电源开关模块断开时所述电源输出端停止输出所述电源电压。通过新增加欠压保护模块和过压保护模块，使得在电源电压异常时能对芯片与电源进行保护，不会因为电源电压偏高或偏低造成芯片或电源的烧损现象，同时也提高了电子产品的使用寿命与安全性。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。