专利名称：一种过压保护电路及移动终端的制作方法
技术领域：
本实用新型属于供电保护技术领域，具体地说，是涉及一种过压保护电路以及采用所述过压保护电路设计的移动终端。
背景技术：
随着手机等移动终端产品充电接口的逐渐统一，使得不同厂家生产的充电器可以相互通用，这在方便用户使用的同时，也对手机充电的安全性提出了更高的要求。由于不同厂家生产的充电器，其输出的充电电压有可能存在不一致的情况，因此，为了避免出现移动终端错接充电器而导致的设备损坏问题的发生，在手机等移动终端产品中一般都需要增加过压保护电路0VP，以防止外接充电器输入的电压过高而导致终端内部 的电路板被烧毁。目前，常用的过压保护电路大都采用专门的过压保护芯片进行电路设计，虽然结构简单，但是各个厂家生产的过压保护芯片各不兼容，使用起来不太灵活。而且，这种过压保护芯片往往价格较贵，因此不太适合在成本相对较低的手机产品中推广使用。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种采用分立元器件组建的过压保护电路，以降低硬件成本，提高电路应用的灵活性。为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现—种过压保护电路，包括电压输入端、电压输出端、比较器以及连接在所述电压输入端与电压输出端之间的开关电路；所述比较器连接电压输入端，接收输入电压并与参考电压进行比较后，输出控制电压至开关电路，控制开关电路连通或者切断电压输入端与电压输出端之间电压传输通路。为了实现对电压保护阈值的灵活配置，优选在所述的电压输入端上连接一分压电路，所述分压电路的分压节点连接比较器的输入端。优选的，所述比较器的反相输入端连接所述分压电路的分压节点，同相输入端连接参考电压。作为所述开关电路的一种优选组建方案，在所述开关电路中包含有一颗NPN型三极管和一颗PMOS管，所述NPN型三极管的基极连接比较器的输出端，发射极接地，集电极通过限流电阻连接所述的电压输入端，并与PMOS管的栅极相连接，所述PMOS管的源极连接所述的电压输入端，漏极连接所述的电压输出端。基于上述过压保护电路的结构设计，本实用新型还提供了一种采用所述过压保护电路设计的移动终端，包括充电器接口、电池、处理器、显示屏、比较器和开关电路；所述比较器连接充电器接口，接收输入的充电电压并与参考电压进行比较后，输出控制电压至开关电路的控制端，所述开关电路的开关通路连接在充电器接口与电池之间的充电电源传输通路中。[0012]进一步的，在所述充电器接口的电源引脚上连接有一分压电路，所述分压电路的分压节点连接比较器的反相输入端，比较器的同相输入端连接参考电压，通过调节分压电路中分压器件的参数值，进而实现对电压保护阈值的灵活配置。[0013]又进一步的，所述开关电路的开关通路连接在充电器接口的电源引脚与电源管理芯片之间，经由电源管理芯片向电池充电。优选的，在所述开关电路中优选设置一颗NPN型三极管和一颗PMOS管，所述NPN型三极管的基极连接比较器的输出端，发射极接地，集电极通过限流电阻连接所述充电器接口的电源引脚，并与PMOS管的栅极相连接，所述PMOS管的源极连接所述充电器接口的电源引脚，漏极连接所述的电源管理芯片。为了对当前插入到移动终端的充电器是否安全进行提醒，优选将所述NPN型三极管的集电极连接到处理器的一路GPIO 口，所述处理器根据该路GPIO 口的电平状态生成提示信号输出至显示屏进行显示，以便在用户错插充电器时能够及时地提醒用户更换安全的充电器。优选的，所述充电器接口为目前移动终端上普遍配置的USB接口。与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是本实用新型的过压保护电路采用分立器件组建而成，结构简单，成本低廉，可以在不改变电路结构的前提下，实现电压保护阈值的灵活设置，进而满足不同设备的过压保护要求。将其应用在移动终端的充电回路设计中，可以在充电器输出的电压过高时，及时地切断充电器向移动终端内部电池的供电，从而避免造成主板上模块电路的损坏，有效提高了整机电路系统运行的安全性和可靠性，有助于提升移动终端的整机品质。结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。
图I是本实用新型所提出的过压保护电路的一种实施例的电路原理框图；图2是图I所示过压保护电路的一种实施例的具体电路原理图；图3是图I所示过压保护电路的另外一种实施例的具体电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
进行详细地描述。实施例一，本实施例的过压保护电路为了避免使用过压保护芯片造成的硬件成本升高的问题，提出了一种采用分立器件组建过压保护电路的设计方案，主要包括电压输入端、电压输出端、比较器和开关电路，参见图I所示。其中，将比较器的两个输入端子分别与电压输入端和参考电压Vref对应连接，接收通过电压输入端引入的输入电压，并与参考电压Vref进行比较后，控制连接在电压输入端与电压输出端之间的开关电路通断。具体来讲，若输入电压低于参考电压Vref,贝U认为输入电压安全，比较器输出控制电压V2至开关电路，以控制开关电路连通电压输入端与电压输出端之间的电压传输通路，将输入电压通过电压输出端输出。若输入电压高于或者等于参考电压Vref,贝U认为输入电压过高，比较器输出控制电压V2至开关元件，以控制开关元件切断电压输入端与电压输出端之间的电压传输通路，阻止输入电压传输至后级电路，以保证后级电路器件的安全，进而达到过压保护的设计目的。由于不同的用电设备，其对输入电压的幅值会有不同的要求，为了扩大所述过压保护电路的适用领域，实现其过压保护阈值的灵活配置，本实施例优选在所述比较器与电压输入端之间增设分压电路，利用分压电路对通过所述电压输入端引入的输入电压进行分压处理后，形成电源分压Vl经由分压电路的分压节点传输至比较器，与参考电压Vref进行比较，以形成用于控制后续开关电路通断的控制电压V2。由此一来，只需根据用电设备要求的过压保护阈值以及所选用的参考电压Vref的幅值，合理地调整分压电路中分压器件的参数，即可满足不同用电设备的过压保护要求。作为本实施例的一种优选设计方案，对于所述比较器，优选采用一个工作在开环状态的运算放大器U2来实现比较器的功能；对于所述分压电路，优选采用两个分压电阻Rl、R2连接而成；对于所述开关电路，优选采用一颗NPN型三极管Q2配合一颗PMOS管Ql连接而成，如图2所示。下面本实施例以将所述过压保护电路应用在移动终端产品为例，对所述过压保护电路的具体组建结构及其工作原理进行详细的说明。参见图2所示，本实施例将所述过压保护电路应用在移动终端产品中，用于对通过充电器接口(即图I中的电压输入端)输入的充电电源进行检测和过压保护。通过充电器接口输入的充电电源经由电源管理芯片Ul对移动终端内部的电池充电。将所述充电器接口的电源引脚USB_VBUS通过串联的分压电阻Rl、R2接地，分压电阻Rl、R2的中间节点(即分压电路的分压节点)连接运算放大器U2的反相输入端_。将所述运算放大器U2的同相输入端+连接参考电压Vref，电源端连接参考电压Vref，接地端连接移动终端的系统地。根据移动终端要求的过压保护阈值Vovp以及所述参考电压Vref的幅值确定两个分压电阻Rl、R2的阻值，使其满足当通过充电器输入的充电电压小于过压保护阈值Vovp时，经由分压节点输出的电源分压Vl小于所述参考电压Vref的幅值；当通过充电器输入的充电电压大于或者等于过压保护阈值Vovp时，经由分压节点输出的电源分压Vl大于或者等于所述参考电压Vref的幅值的条件。将所述运算放大器U2的输出端连接NPN型三极管Q2的基极，为了稳定通过运算放大器U2输出的控制电压V2，本实施例优选在运算放大器U2的输出端连接滤波电路，如图2所示的并联接地的电容C2和电阻R4，以滤除干扰信号的影响。将所述NPN型三极管Q2的发射极接地，集电极一方面通过限流电阻R3连接充电器接口的电源引脚USB_VBUS，另一方面连接所述PMOS管Ql的栅极。所述PMOS管Ql的源极连接充电器接口的电源引脚USB_VBUS，漏极连接电源管理芯片Ul的充电端子VCHG。下面以手机产品为例，对本实施例所提出的过压保护电路的工作原理进行详细的说明。 对于手机产品来说，一般当充电器输出的充电电压高于7V时，对手机内部的电源管理芯片就会造成损坏。因此，在将所述过压保护电路应用在手机产品中时，可以将所述过压保护阈值Vovp设定为7V，并设置参考电压Vref的幅值为
FM = Vovp X R2 。
Rl+R2[0032]当通过手机充电器输出的充电电压低于7V时，经由分压电阻Rl、R2的分压作用，使其通过分压节点输出的电源电 压Vl小于参考电压Vref，传输至运算放大器U2的反相输入端-与同相输入端+的参考电压Vref进行比较。此时，由于运算放大器U2的同相输入
端+的电压高于其反相输入端-的电压，根据运放的开环增益公式，通过
运算放大器U2输出的控制电压V2为正极限电压，也就是运算放大器U2的电源电压，即等于参考电压Vref。通过所述运算放大器U2输出的控制电压V2作用于NPN型三极管Q2的基极，控制三极管Q3工作在饱和导通状态，从而拉低PMOS管Ql的栅极电位。此时，PMOS管Ql由于其源极电位高于其栅极电位而进入饱和导通状态，进而将通过充电器输入的充电电压经由PMOS管Ql管传输至手机内部的电源管理芯片Ul，通过电源管理芯片Ul对电池进行正常充电。当通过手机充电器输出的充电电压高于7V时，经由分压电阻R1、R2分压后形成的电源分压Vl大于所述的参考电压Vref。将所述电源分压Vl传输至至运算放大器U2的反相输入端-与同相输入端+的参考电压Vref进行比较，此时由于运算放大器U2的反相输入端-的电压高于其同相输入端+的电压，因此运算放大器U2输出负极限的控制电压V2，在本实施例中也就是低电平OV。由于运算放大器U2输出的控制电压V2为低电平，因此NPN型三极管Q2工作在截止状态。此时，通过手机充电器接口的电源引脚USB_VBUS引入的充电电压经由限流电阻R3输出到PMOS管Ql的栅极，由于PMOS管Ql的源极电压等于其栅极电压，因此PMOS管Ql转入截止状态，切断充电器向电源管理芯片Ul的电压输出，控制手机停止充电，以避免过高的充电电压对电源管理芯片Ul造成的损坏，起到过压保护的作用。同时，为了对插入到手机上的充电器是否安全进行提示，本实施例优选将NPN型三极管Q2的集电极与手机内部的处理器相连接，具体可以连接处理器的其中一路GPIO 口，如图2所示。处理器根据其该路GPIO 口接收到的电平状态，来判断充电器输入的充电电压是否安全，进而产生相应的提示信息通知给用户。具体来讲，当通过充电器输入的充电电压低于高压保护阈值Vovp时，由于三极管Q2处于导通状态，因而将所述处理器的该路GPIO口置为低电平。处理器在检测到其该路GPIO 口为低时，通知系统此时为正常充电模块，并将“正常充电”的提示信息通过显示屏通知给用户。反之，当通过充电器输入的充电电压高于高压保护阈值Vovp时，由于三极管Q2进入截止状态，因而使所述处理器的该路GPIO 口变为高电平。处理器在检测到其该路GPIO 口变为高电平时，产生中断来通知系统充电器输出电压过高，并在显示屏上显示或者用声音的方式来提示用户及时更换安全的充电器。当然，所述开关电路也可以采用其他具有开关作用的元器件组建形成，比如可以采用一个可控硅Q3连接在所述充电器接口与电源管理芯片Ul之间，实现对充电电源传输通路的通断控制。如图3所示，可以具体将可控硅Q3的触发极连接所述运算放大器U2的输出端，阳极连接充电器接口的电源引脚USB_VBUS，阴极连接电源管理芯片Ul的充电端子VCHG0当充电器输出的充电电压低于高压保护阈值Vovp时，通过运算放大器U2输出高电平的控制电压V2,传输至可控娃Q3的触发极,控制可控娃Q3导通,进而充电器输出的充电电源传输至电源管理芯片Ul，并经由电源管理芯片Ul为电池充电。当充电器输出的充电电压高于高压保护阈值Vovp时，通过运算放大器U2输出低电平的控制电压V2，控制可控硅Q3截止，进而阻断充电器输出的充电电压，避免其传输至电源管理芯片U1，造成电源管理芯片Ul的烧毁，达到过压保护的设计目的。当然，对于所述开关电路的设计方式本实施例并不仅限于以上举例，只要能够根据运算放大器U2输出的控制电压V2的高低电平状态，合理地连通或者切断充电电源的传输通路即可满足设计要求，本实施例对此不进行具体限制。综上所述，本实用新型通过采用分立元器件组建过压保护电路，在确保后级电路
安全运行的前提下，使得整机成本得以降低，可广泛应用于移动终端以及其他需要直流供电的电器设备中。当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种过压保护电路，其特征在于包括电压输入端、电压输出端、比较器以及连接在所述电压输入端与电压输出端之间的开关电路；所述比较器连接电压输入端，接收输入电压并与参考电压进行比较后，输出控制电压至开关电路，控制开关电路连通或者切断电压输入端与电压输出端之间电压传输通路。
2.根据权利要求I所述的过压保护电路，其特征在于在所述电压输入端连接有分压电路，所述分压电路的分压节点连接比较器的输入端。
3.根据权利要求2所述的过压保护电路，其特征在于所述比较器的反相输入端连接所述分压电路的分压节点，同相输入端连接参考电压。
4.根据权利要求I至3中任一项所述的过压保护电路，其特征在于在所述开关电路中包含有一颗NPN型三极管和一颗PMOS管，所述NPN型三极管的基极连接比较器的输出端，发射极接地，集电极通过限流电阻连接所述的电压输入端，并与PMOS管的栅极相连接，所述PMOS管的源极连接所述的电压输入端，漏极连接所述的电压输出端。
5.一种移动终端，包括充电器接口、电池、处理器和显示屏；其特征在于还包括比较器和开关电路，所述比较器连接充电器接口，接收输入的充电电压并与参考电压进行比较后，输出控制电压至开关电路的控制端，所述开关电路的开关通路连接在充电器接口与电池之间的充电电源传输通路中。
6.根据权利要求5所述的移动终端，其特征在于在所述充电器接口的电源引脚上连接有一分压电路，所述分压电路的分压节点连接比较器的反相输入端，比较器的同相输入端连接参考电压。
7.根据权利要求5或6所述的移动终端，其特征在于所述开关电路的开关通路连接在充电器接口的电源引脚与电源管理芯片之间，经由电源管理芯片向电池充电。
8.根据权利要求7所述的移动终端，其特征在于在所述开关电路中包含有一颗NPN型三极管和一颗PMOS管，所述NPN型三极管的基极连接比较器的输出端，发射极接地，集电极通过限流电阻连接所述充电器接口的电源引脚，并与PMOS管的栅极相连接，所述PMOS管的源极连接所述充电器接口的电源引脚，漏极连接所述的电源管理芯片。
9.根据权利要求8所述的移动终端，其特征在于所述NPN型三极管的集电极连接处理器的一路GPIO 口，所述处理器根据该路GPIO 口的电平状态生成提示信号输出至显示屏显不。
10.根据权利要求5或6所述的移动终端，其特征在于所述充电器接口为USB接口。
专利摘要本实用新型公开了一种过压保护电路及移动终端，包括电压输入端、电压输出端、比较器以及开关电路；所述比较器连接电压输入端，接收输入电压并与参考电压进行比较后，输出控制电压至开关电路，控制开关电路连通或者切断电压输入端与电压输出端之间电压传输通路。本实用新型的过压保护电路采用分立器件组建而成，结构简单，成本低廉，可以在不改变电路结构的前提下，实现电压保护阈值的灵活设置，进而满足不同设备的过压保护要求。将其应用在移动终端的充电回路设计中，可以在充电器输出的电压过高时及时停止充电过程，从而避免造成主板上模块电路的损坏，有效提高了整机电路系统运行的安全性和可靠性，有助于提升移动终端的整机品质。
文档编号H02H3/20GK202797874SQ201220317190
公开日2013年3月13日 申请日期2012年7月3日 优先权日2012年7月3日
发明者胡二勐 申请人:青岛海信移动通信技术股份有限公司