过压保护电路的制作方法

本实用新型实施例涉及电子电力领域，尤其涉及一种过压保护电路。

背景技术：

随着工业应用现场的安全性要求的提高，功能安全(即不存在由电子、电气系统故障行为导致的危险所引起的不合理风险)的要求也越来越高。在进行功能安全设计时，通常需要对功能安全电路的电源进行监控保护，以确保在功能安全电路的电源异常时，系统仍然能进入入安全状态。目前，功能安全电路在设计时通常会添加过压保护电路，以对功能安全电路进行保护，然而，该过压保护电路通常存在设计复杂、体积大、成本高等问题。

技术实现要素：

本实用新型实施例针对上述过压保护电路通常存在设计复杂、体积大、成本高等问题，提供一种过压保护电路。

本实用新型实施例解决上述技术问题采用的技术方案是：提供一种过压保护电路，用于在主功能电路的供电电压过大时，对所述主功能电路进行保护，所述过压保护电路包括：检测单元、隔离单元以及供电单元；所述检测单元的输入端连接所述主功能电路的供电端，所述检测单元的输出端与所述隔离单元的一次侧连接，且所述隔离单元的一次侧在所述检测单元测得所述主功能电路的供电端的电压超过预设范围时导通；所述隔离单元的二次侧与所述供电单元的输入端连接，且所述隔离单元的二次侧在一次侧截止时向所述供电单元输出第一电平、在一次侧导通时向所述供电单元输出第二电平；所述供电单元的输出端连接到所述主功能电路的控制单元的供电端，且所述供电单元在所述隔离单元的二次侧输出第一电平时输出供电电压、在所述隔离单元的二次侧输出第二电平时停止输出供电电压。

优选地，所述供电单元包括驱动子单元和放电子单元，所述驱动子单元的输出端与所述放电子单元的控制端连接，所述放电子单元的输出端连接到所述控制单元的供电端，且所述驱动子单元在所述隔离单元的二次侧输出第二电平时，驱动所述放电子单元停止向所述控制单元输出供电电压。

优选地，所述检测单元包括第一比较子单元、第二比较子单元和基准子单元；

所述第一比较子单元的第一输入端连接所述主功能电路的第一供电端，且所述第一比较子单元的第二输入端与所述基准子单元的输出端连接，并在所述第一供电端的电压大于所述基准子单元输出的所述基准电压时，输出低电平信号；

所述第二比较子单元的第一输入端连接所述主功能电路的第二供电端，且所述第二比较子单元的第二输入端与所述基准子单元的输出端连接，并在所述第二供电端的电压大于所述基准子单元输出的所述基准电压时，输出低电平信号；

所述隔离单元的一次侧的第一输入端分别与所述第一比较子单元的输出端和所述第二比较子单元的输出端连接，且所述隔离单元在所述第一比较子单元或者所述第二比较子单元输出低电平信号时导通。

优选地，所述驱动子单元包括第一p-mos，以及依次串联连接的第一电阻和第二电阻，且第一电阻的一端与供电电源的输出端连接，第二电阻的一端接地，所述第一p-mos的门极与所述隔离单元的二次侧连接，源极与所述供电电源连接，漏极与所述第一电阻和第二电阻的连接点连接，所述第一电阻和第二电阻的连接点构成所述驱动子单元的输出端，所述第一p-mos在所述隔离单元的二次侧输出第二电平时导通，并将所述驱动子单元的输出端的电压拉高。

优选地，所述放电子单元包括串联连接在所述供电电源与所述控制单元的供电端之间的第二p-mos，且所述第二p-mos的门极与所述驱动子单元的输出端连接，源极与所述供电电源的输出端连接，漏极与所述控制单元的供电端连接。

优选地，所述隔离单元包括光耦，且所述光耦的原边的正极与外部电源连接，原边的负极与所述检测单元的输出端连接，所述光耦的副边的集电极与所述供电单元的输入端连接，副边的发射极接地。

优选地，所述第一比较子单元包括第一比较支路和第一逆止支路，且所述第一比较支路的第一输入端与所述主功能电路的第一供电端连接，所述第一比较支路的第二输入端与所述基准子单元的输出端连接，所述第一比较支路的输出端与所述第一逆止支路的输入端连接，所述第一逆止支路的输出端与所述隔离单元的一次侧连接；

所述第二比较子单元包括第二比较支路和第二逆止支路，且所述第二比较支路的第一输入端与所述主功能电路的第二供电端连接，所述第二比较支路的第二输入端与所述基准子单元的输出端连接，所述第二比较支路的输出端与所述第二逆止支路的输入端连接，所述第二逆止支路的输出端与所述隔离单元的一次侧连接。

优选地，所述第一逆止支路包括第一二极管，且所述第一二极管的阴极与所述第一比较支路的输出端连接，所述第一二极管的阳极与所述隔离单元的一次侧连接；

所述第二逆止支路包括第二二极管，且所述第二二极管的阴极与所述第二比较支路的输出端连接，所述第二二极管的阳极与所述隔离单元的依次侧连接

优选地，所述基准子单元包括稳压源、第三电阻、第四电阻和第五电阻，且所述稳压源的阳极接地，阴极与所述第三电阻串联连接后与外部电源连接，所述稳压源的参考极与所述稳压源的阴极连接；所述第四电阻和第五电阻串联连接，且所述第四电阻的一端与所述稳压源的参考极和阴极的连接点连接，所述第五电阻的一端与所述稳压源的阳极连接，并通过所述第四电阻和第五电阻的连接点输出基准电压。

优选地，所述过压保护电路还包括分压单元，且所述分压单元串联连接在所述供电电源和所述隔离单元的二次侧之间，所述分压单元的输出端与所述驱动子单元的输入端连接；

所述分压单元包括依次串联连接的第六电阻和第七电阻，且所述第六电阻的一端连接所述供电电源，第七电阻的一端与所述隔离单元的二次侧连接。

本实用新型实施例所提供的过压保护电路设计简单，仅通过检测单元来确认主功能电路的供电端的电压是否过压，并在确认过压时，通过隔离单元输出第二电平，使得供电单元根据第二电平来停止为主功能电路供电，从而实现过压保护。另外由于设计简单，所以该电路便于集成，体积小，成本也低。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一实施例中过压保护电路的示意图；

图2是本实用新型另一实施例中过压保护电路的示意图；

图3是本实用新型另一实施例中过压保护电路的示意图；

图4是本实用新型一实施例中基准单元的示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。

图1是本实用新型实施例所提出的过压保护电路，该过压保护电路主要用于检测主功能电路1(也即功能安全电路)上的供电端电压是否过压，并在过压时对主功能电路1提供保护措施，例如使主功能电路1停止工作。

如图1所示，上述过压保护电路包括检测单元2、隔离单元3以及供电单元4；检测单元2的输入端连接主功能电路1的供电端，检测单元2的输出端与隔离单元3的一次侧连接，且隔离单元3的一次侧在检测单元2测得主功能电路1的供电端的电压超过预设范围时导通；隔离单元3的二次侧与供电单元4的输入端连接，且隔离单元3的二次侧在一次侧截止时向供电单元4输出第一电平、在一次侧导通时向供电单元4输出第二电平；供电单元4的输出端连接到主功能电路1的控制单元的供电端(即通过供电单元4为主功能电路1的控制单元供电)，且供电单元4在隔离单元3的二次侧输出第一电平时输出供电电压、在隔离单元3的二次侧输出第二电平时停止输出供电电压。

上述过压保护电路中，检测单元2主要用于检测主功能电路1中的供电端的电压是否过压，也即检测主功能电路1的供电端的电压是否超过预设范围。上述隔离单元3主要用于对检测单元2的电信号进行隔离输出，且该隔离单元3在检测到主功能电路1的供电端的电压未超过预设范围时断开，并输出第一电压(例如高电压)；超过预设范围时导通，并输出第二电压(例如低电压)。上述供电单元4主要用于根据隔离单元3输出的电压来为主功能电路1的控制单元供电，具体为，在隔离单元3输出第一电平时输出供电电压为主功能电路1的控制单元供电，隔离单元3输出第二电平时，停止输出供电电压。

上述过压保护电路的设计简单，仅通过检测单元2来确认主功能电路1的供电端的电压是否过压，并在确认过压时，通过隔离单元3输出第二电平，使得供电单元4根据第二电平来停止为主功能电路1供电，从而实现过压保护。另外由于设计简单，所以该电路便于集成，体积小，成本也低。

具体地，如图2所示，上述供电单元4可以包括驱动子单元41和放电子单元42，驱动子单元41的输出端与放电子单元42的控制端连接，放电子单元42的输出端连接到控制单元11的供电端，且驱动子单元41在隔离单元3的二次侧输出第二电平时，驱动放电子单元42停止向控制单元11输出供电电压。

上述电路中，驱动子单元41主要用于根据隔离单元3输出的第二电平来驱动放电子单元42放电，实现对主功能电路1的控制单元11的供电端的电压进行控制，从而对主功能电路1进行过压保护，设计简单。

如图2所示，在本实用新型的另一个实施例中，驱动子单元41包括第一p-mos(positivechannelmetaloxidesemiconductor，p沟道型-金属-氧化物-半导体)q1，以及依次串联连接的第一电阻r1和第二电阻r2，且第一电阻r1的一端与供电电源的输出端连接，第二电阻r2的一端接地，第一p-mosq1的门极(g极)与隔离单元3的二次侧连接，源极(s极)与供电电源vcc连接，漏极(d极)与第一电阻r1和第二电阻r2的连接点连接，第一电阻r1和第二电阻r2的连接点构成驱动子单元41的输出端，第一p-mosq1在隔离单元3输出第二电平时导通，并将驱动子单元41的输出端的电压拉高。

由于第一p-mosq1的导通条件为源极电压大于门极电压，第一电平可以是高电平，在隔离单元3输出高电平时，第一p-mosq1的门极电压也为高电平，第一p-mosq1的源极电压小于或等于第一p-mosq1的门极，没有达到第一p-mosq1的导通条件，第一p-mosq1断开，放电子单元42为控制单元11输出供电电压，控制单元11正常工作。

上述第二电平可以是低电平，且第一p-mosq1的源极连接供电电源vcc的输出端，所以在隔离单元3输出第二电平时，第一p-mosq1的门极电压被拉低，使得第一p-mosq1的门极电压小于源极电压，第一p-mosq1满足导通条件导通。在第一p-mosq1导通时，第一电阻r1短路，第一p-mosq1的漏极的电压被拉高(第一电阻r1和第二电阻r2连接点的电压为供电电源vcc的电压)，从而驱动放电子单元42停止为主功能电路1的控制单元11供电，进而避免主功能电路1的电压过大对控制单元11造成损坏，对控制单元11起保护作用。

另外，上述放电子单元42串联连接在供电电源vcc与控制单元11的供电端之间，且上述放电子单元42可以包括第二p-mosq2，且第二p-mosq2的门极与驱动子单元41的输出端连接，源极与供电电源vcc的输出端连接，漏极与控制单元11的供电端连接，并在驱动子单元41输出第二电平时，将第二p-mosq2的门极电压拉高，以使第二p-mosq2断开，第二p-mosq2停止向控制单元11输出供电电压。

由于第二p-mosq2的导通条件为源极电压大于门极电压，在隔离单元3输出驱动子单元41的输出端的电压被拉高时，第二p-mosq2的源极电压等于门极电压，不满足第二p-mosq2的导通条件，第二p-mosq2处于断开状态，无法将供电电源vcc输出的供电电压输出给控制单元11，控制单元11因断电而无法工作，从而达到对控制单元11进行保护的目的。上述电路结构简单，且完全由硬件电路实现，无需另外的控制芯片，能够节省制作成本。

上述隔离单元3可以包括光耦，且光耦的原边的正极与外部电源连接，原边的负极与逻辑控制单元11的输出端连接，光耦的副边的集电极与供电单元4的输入端连接，副边的发射极接地。

在通常情况下，主功能电路1由多个不同的电压供电，例如5v供电或者3.3v供电，因此，为了同时对多个主功能电路1的供电电压进行检测，以给主功能电路1提供更准确的保护，本实用新型实施例在原有的过压保护电路的基础上提出另一种过压保护电路，具体可如图3所示，在该电路中，检测单元2包括第一比较子单元21、第二比较子单元22和基准子单元；

第一比较子单元21的第一输入端连接主功能电路1的第一供电端，且第一比较子单元21的第二输入端与基准子单元的输出端连接，并在第一供电端的电压大于基准子单元输出的基准电压时，输出低电平；

第二比较子单元22的第一输入端连接主功能电路1的第二供电端，且第二比较子单元22的第二输入端与基准子单元的输出端连接，并在第二供电端的电压大于基准子单元输出的基准电压时，输出低电平；

隔离单元3的一次侧的第一输入端分别与第一比较子单元21的输出端和第二比较子单元22的输出端连接，且隔离单元3在第一比较子单元21或者第二比较子单元22输出低电平信号时导通。

具体地，上述第一比较子单元21包括第一比较支路211和第一逆止支路212，且第一比较支路211的第一输入端与主功能电路1的第一供电端连接，第二输入端与基准子单元的输出端连接，输出端与第一逆止支路212的输入端连接，第一逆止支路212的输出端与隔离单元3的一次侧连接；上述第一比较支路211可以由第一运算放大器u1_a及其外围电路组成，且第一运算放大器u1_a的同相输入端与基准子单元的输出端连接，第一运算放大器u1_a的反向输入端与主功能电路1的第一供电端连接，第一运算放大器u1_a的输出端第一逆止支路212的输入端连接。

第二比较子单元22包括第二比较支路221和第二逆止支路222，且第二比较支路221的第一输入端与主功能电路1的第二供电端连接，第二输入端与基准子单元的输出端连接，输出端与第二逆止支路222的输入端连接，第二逆止支路222的输出端与隔离单元3的一次侧连接。上述第二比较支路221可以由第二运算放大器u1_b及其外围电路组成，且第二运算放大器u1_b的同相输入端与基准子单元的输出端连接，第二运算放大器u1_b的反向输入端与主功能电路1的第一供电端连接，第二运算放大器u1_b的输出端第二逆止支路222的输入端连接。

上述电路中，只要主功能电路1中任意一个供电端的电压大于基准电压时，或者两个供电端的电压都大于基准电压时，输出低电平，光耦的原边接收到低电平信号后导通，从而光耦的副边也导通，并输出第二电平给供电单元4。

上述第一逆止支路212和第二逆止支路222主要用于防止第一比较支路211和第二比较支路221的电流流向光耦，对光耦的导通造成影响。

进一步地，为了减少电路的制作成本，上述第一逆止支路212可以包括第一二极管d1，且第一二极管d1的阴极与第一比较支路211的输出端连接，第一二极管d1的阳极与隔离单元3的一次侧连接；第二逆止支路222可以包括第二二极管d2，且第二二极管d2的阴极与第二比较支路221的输出端连接，第二二极管d2的阳极与隔离单元3的依次侧连接。二极管成本低，可利于减少制作成本。

为了输出预设范围的电压给第一比较子单元21和第二比较子单元22进行比较，具体地，如图4所示，上述基准子单元包括稳压源dl、第三电阻r3、第四电阻r4和第五电阻r5，且稳压源dl的阳极接地，阴极与第三电阻r3串联连接后与外部电源(如5v电源)连接，稳压源dl的参考极与稳压源dl的阴极连接；第四电阻r4和第五电阻r5串联连接，且第四电阻r4的一端与稳压源dl的参考极和阴极的连接点连接，第五电阻r5的一端与稳压源dl的阳极连接，并通过第四电阻r4和第五电阻r5的连接点输出基准电压。上述电路可以通过调整第三电阻r3、第四电阻r4和第五电阻r5的阻值来调整基准子单元的输出电压。

为了避免电压过大对供电单元4造成影响，上述过压保护电路还包括分压单元，且分压单元串联连接在供电电源vcc和隔离单元3的二次侧之间，分压单元50的输出端与驱动子单元41的输入端连接；

分压单元50包括依次串联连接的第六电阻r6和第七电阻r7，且第六电阻r6的一端连接供电电源vcc，第七电阻r7的一端与隔离单元3的二次侧连接。

上述第一比较子单元21包括第一比较支路211和第一逆止支路212，且第一比较支路211的第一输入端与主功能电路1的第一供电端连接，第二输入端与基准子单元的输出端连接，输出端与第一逆止支路212的输入端连接，第一逆止支路212的输出端与隔离单元3的一次侧连接。

上述电路中，在第一比较支路211的电压大于基准子单元输出的电压时，第二比较子单元22包括第二比较支路221和第二逆止支路222，且第二比较支路221的第一输入端与主功能电路1的第二供电端连接，第二输入端与基准子单元的输出端连接，输出端与第二逆止支路222的输入端连接，第二逆止支路222的输出端与隔离单元3的一次侧连接。

过压保护电路停止给控制单元11供电的原理和逻辑如下：检测单元2一旦检测到主功能电路1的供电电压(如5vdc供电和/或3.3vdc供电)超出预设范围(即过压)，则第一p-mosq1导通第二p-mosq2关断，使得控制单元11的供电电源vcc被切断；在检测到主功能电路1的供电电压未超出预设范围时(即正常情况下)，第一p-mosq1关断、第二p-mosq2导通，控制单元11供电正常。上述过压保护电路的控制逻辑及各个元器件的工作状态如下表1所示：

表1过压保护电路的控制逻辑

其中，“l”代表主功能电路1的5v/3.3v供电电压正常，“h”代表过压；“close”代表第一p-mosq1或者第二p-mosq2导通，“open”代表第一p-mosq1或者第二p-mosq2关断；“inpower”代表供电单元4为控制单元11供电，“outofpower”代表供电单元4停止为控制单元11供电。

以上所述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的精神和范围，均应包含在本实用新型的保护范围之内。