一种高低压保护电路的制作方法

本实用新型涉及保护电路领域，特别是涉及一种高低压保护电路。

背景技术：

现有的汽车蓄电池系统分为12V和24V两种供电系统，由于车载系统由蓄电池供电，因此车载电器需要工作在蓄电池的正常电量状态，当蓄电池电量低于保护点或高于保护点后，车载电器都应该具备自我切断用电的功能，达到保护蓄电池不出现过放电和保护本设备的安全的目的。

车载电器会根据所处的汽车电池系统来设计电器的高低压保护电路，目前主要通过两种方法来实现。方式一是在蓄电池与电器电源电路之间串接高低压保护电路，但目前，这种方法只能根据一种电源电压情况下设置电源的保护点电压，当12V的电器用到24V系统必须重新修改保护电路的保护点，24V电器用到12V系统也必须重新设置电路的保护点。这种方式灵活度不高，车载电器不能很好的匹配在各种车型上。方式二是通过MCU(单片机)自带ADC(模/数转换器)采样或者外置ADC采样器，实时采样输入供电电压，根据预设的供电电压值控制切断或开通供电回路。这种方式需要MCU一直处于工作状态，即使断开回路后也需要ADC一直采样，以便电压恢复后开启电器用电，导致电器的待机功耗超过额定值，而且MCU会一直消耗蓄电池的电量。同时，由于软件检测的滞后性，在可靠性方面这种做法也存在一定风险。

技术实现要素：

鉴于上述状况，本实用新型提供电路设计简单、适用于多种电压的电源系统的高低压保护电路。

本实用新型提供的一种高低电压保护电路，包括，并联连接在电源与供电电压源之间用于控制所述电源对所述供电电压源供电的多个高低压保护控制电路，每个所述高低压保护控制电路均包括：

高低压比较电路，接收所述电源的分压并与基准电压进行比较，当所述电源的电压在阈值范围内时，所述高低压比较电路输出第一电平信号，当所述电源的电压不在阈值范围内时，所述高低压比较电路输出第二电平信号；

开关电路，连接在所述高低压比较电路的输出端和所述供电电压源之间，当所述高低压比较电路的输出端输出所述第一电平信号时，所述开关电路导通所述电源与所述供电电压源的连接，当所述高低压比较电路的输出端输出第二电平信号时，所述开关电路断开所述电源与所述供电电压源的连接，每个所述高低压保护控制电路对应的所述阈值范围不同。

上述高低电压保护电路，其中，所述高低压比较电路包括并联连接的第一比较器和第二比较器，所述第一比较器的同向输入端和反向输入端分别接收所述基准电压和第一电源分压，所述第二比较器的同向输入端和反向输入端分别接收第二电源分压和所述基准电压，所述第一比较器和所述第二比较器的输出端均与所述高低压比较电路的输出端连接，当所述电源的电压在所述阈值范围内时，所述第一电源分压小于所述基准电压，同时所述第二电源分压大于所述基准电压，所述高低压比较电路输出第一电平信号，当所述电源的电压超出所述阈值范围时，所述高低压比较电路输出第二电平信号。

上述高低电压保护电路，其中，所述高低压保护控制电路设置两个，高低压保护控制电路高低压保护控制电路第一高低压保护高低压保护控制电路对应的所述阈值范围为11V～16V，第二高低压保护高低压保护控制电路对应的所述阈值范围为22V～32V。

上述高低电压保护电路，其中，所述开关电路包括三极管和MOS管，所述三极管的基电极与所述第一比较器和第二比较器的输出端连接，所述三极管的集电极与所述MOS管的栅极连接，所述MOS管的源极与所述电源连接，所述MOS管的漏极与所述供电电压源连接。

上述高低电压保护电路，其中，每个所述高低压保护控制电路还包括：

第一分压电路，所述第一分压电路通过至少一个第一分压电阻连接在所述电源与所述第一比较器之间，以产生所述第一电源分压；

第二分压电路，所述第二分压电路通过至少一个第二分压电阻连接在所述电源与所述第二比较器之间，以产生所述第二电源分压。

上述高低电压保护电路，其中，所述第一分压电阻根据所述阈值范围的上限值和所述基准电压设置；所述第二分压电阻根据所述阈值范围的下限值和所述基准电压设置。

上述高低电压保护电路，其中，所述高低压保护电路还包括基准电压产生电路，所述基准电压产生电路包括连接所述电源的电阻和稳压器，以产生所述基准电压。

上述高低电压保护电路，其中，所述高低压保护控制电路还包括用于为所述第一比较器和所述第二比较器提供电压的系统供电产生电路，所述系统供电产生电路包括与电源连接的两个电阻及与所述两个电阻串联的稳压管。

上述高低电压保护电路，其中，所述第二比较器为迟滞比较器。

本实用新型通过设置多个并连接在电源与供电电压源之间的高低压保护控制电路，每个高低压保护控制电路通过设置一个高低压比较电路和一个开关电路控制断开和导通与供电电源的连接，每个高低压保护控制电路都对应设有一个电源电压的阈值范围，只允许电源在该电源电压的阈值范围内对供电电压源进行供电。

附图说明

图1为本实用新型第一实施例提供的高低压保护电路的结构示意图；

图2为图1中高低压保护控制电路的结构示意图；

图3为本实用新型第二实施例提供的高低压保护电路的结构示意图；

图4为图3中第一高低压保护控制电路的电路图；

图5为图4中第一分压电路的电路图；

图6为图4中第二分压电路的电路图；

图7为本实用新型第二实施例中基准电压产生电路的电路图；

图8为本实用新型第二实施例中系统供电产生电路的电路图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1为本实用新型第一实施例提供的一种高低压保护电路，如图所示，该高低压保护电路包括并联连接在电源10与供电电压源30之间用于控制所述电源10对供电电压源30供电的多个高低压保护控制电路20，该供电电压源30为与电源10连接的用电设备。如图2所示，每个高低压保护控制电路20均包括高低压比较电路21和连接在所述高低压比较电路21与所述供电电压源30之间的开关电路22。

所述高低压比较电路21包括并联连接的第一比较器211和第二比较器212。所述第一比较器211用于比较第一电源分压UH和基准电压Ui，第一比较器211的同向输入端和反向输入端分别接收基准电压Ui和第一电源分压UH。当所述第一电源分压UH大于所述基准电压Ui时，所述第一比较器211输出低电平，当所述第一电源分压UH小于所述基准电压Ui时，所述第一比较器211输出高电平。所述第二比较器212用于比较第二电源分压UL和基准电压Ui，该第二比较器212的同向输入端和反向输入端分别接收第二电源分压UL和基准电压Ui。当所述第二电源分压UL小于所述基准电压Ui时，所述第二比较器212输出低电平，当第二电源分压UL大于基准电压Ui时，第二比较器212输出高电平。当第一比较器211和第二比较器212中至少有一个输出低电平时，所述高低压比较电路21输出低电平，即第二电平信号；当第一比较器211和第二比较器212都输出高电平时，所述高低压比较电路输出高电平，即第一电平信号。

开关电路22根据高低压比较电路21输出的信号控制所述高低压保护控制电路20与所述供电电压源30的连接：

当电源10的电压在阈值范围内时，第一电源分压UH小于基准电压Ui，同时所述第二电源分压UL大于所述基准电压Ui时，高低压比较电路21输出第一电平信号，此时开关电路22导通与所述供电电压源30的连接；当电源10的电压超出阈值范围时，所述第一电源分压UH大于所述基准电压Ui或第二电源分压UL小于所述基准电压Ui，所述高低压比较电路21输出第二电平信号，所述开关电路22断开与所述供电电压源30的连接。

当所述多个高低压保护控制电路20中，有一个导通与供电电压源30的连接时，电源10导通对供电电压源30的供电。高低压保护控制电路20的个数可针对供电电压源30使用的电压系统的种类设置。

本实施例通过设置多个并连接在电源与供电电压源之间的高低压保护控制电路，每个控制通过一个高低压比较电路和一个开关电路控制断开和导通，每个高低压保护控制电路都对应设有一个电源电压的阈值范围，只允许电源在该电源电压的阈值范围内对供电电压源进行供电。

请参阅图3至图8，为本实用新型第二实施例提供的一种高低压保护电路，本实施例以两个高低压保护控制电路进行说明，第一高低压保护控制电路20a和第二高低压保护控制电路20b，分别针对两种不同电压系统进行保护，例如，12V电压系统和24V电压系统。12V电压系统的高压保护点电压和低压保护点电压分为为16V和11V，即第一高低压保护控制电路对应的电源电压的阈值范围为11V～16V。24V电压系统的高压保护点电压和低压保护点电压分别为32V和22V，即第二高低压保护控制电路对应的电源电压的阈值范围为22V～32V。

如图4所示，以第一高低压保护控制电路为例说明本实用新型的高低压保护控制电路的结构，该第一高低压保护控制电路包括高低压比较电路和连接在所述高低压比较电路与所述供电电压源之间的开关电路。

所述高低压比较电路包括并联连接的第一比较器211和第二比较器212。所述第一比较器211用于比较第一电源分压UH和基准电压Ui，第一比较器211的同向输入端和反向输入端分别接收基准电压Ui和第一电源分压UH。当所述第一电源分压UH大于所述基准电压Ui时，所述第一比较器211输出低电平，当所述第一电源分压UH小于所述基准电压Ui时，所述第一比较器211输出高电平。所述第二比较器212用于比较第二电源分压UL和基准电压Ui，该第二比较器212的同向输入端和反向输入端分别接收第二电源分压UL和基准电压Ui。当所述第二电源分压UL小于所述基准电压Ui时，所述第二比较器212输出低电平，当第二电源分压UL大于基准电压Ui时，第二比较器212输出高电平。当第一比较器211和第二比较器212中至少有一个输出低电平时，高低压比较电路输出低电平，即第二电平信号；当第一比较器211和第二比较器212都输出高电平时，高低压比较电路输出高电平，即第一电平信号。

开关电路包括三极管QD1和MOS管QD2，三极管QD1的基电极与所述第一比较器211和第二比较器212的输出端连接，三极管QD1的集电极与所述MOS管QD2的栅极连接，MOS管QD2的源极与电源连接，MOS管QD2的漏极与供电电压源的连接。当高低压比较电路输出第二电平信号时，三极管QD1截止，MOS管QD2断开与供电电压源的连接，即该第一高低压保护控制电路断开与供电电压源的连接。当第一高低压比较电路输出第二电平信号时，三极管QD1导通，MOS管QD2导通与供电电压源的连接，即该第一高低压保护控制电路导通与供电电压源的连接。

本实施例中，该第一高低压保护控制电路还包括用于产生第一电源分压UH的第一分压电路、用于产生第二电源分压UL的第二分压电路和用于产生基准电压Ui的基准电压产生电路。

第一分压电路通过至少一个连接在电源与第一比较器211之间的第一分压电阻，来产生电源的一个分压，即第一电源分压UH。该第一电源分压UH进入第一比较器211的反向输入端与同向输入端的基准电压Ui进行比较。第一分压电阻根据电源电压的阈值范围的上限值和所述基准电压设置

如图5所示，在第一高低压保护控制电路中，第一分压电路的设置有分压电阻RD56、分压电阻RD61和分压电阻RD62。电源的输入电压VCC_IN的高低会通过分压电阻反映到第一电源分压UH上，具体公式如下：

由上式可知，UH与输入电压VCC_IN呈线性关系，可以通过分压电阻来实现当VCC_IN为高压保护点电压16V时，第一电源分压UH等于基准电压Ui。当VCC_IN大于高压保护点电压16V时，第一电源分压UH会大于基准电压Ui，此时第一比较器211的反向输入端电压比同向输入端电压高，第一比较器输出低电平。当VCC_IN小于这个高压保护点电压16V时，UH小于基准电压Ui，此时第一比较器211的反向输入端电压比同向输入端电压低，第一比较器211输出高电平。从而将输入的电压变化转化为逻辑输出。

如图6所示，该第一高低压保护控制电路的第二分压电路与第一分压电路基本相同，也是通过三个第二分压电阻RD68，RD74，RD75来产生电源的一个分压，即第二电源分压UL。该第二电源分压进入第二比较器212的反向输入端，与同向输入端的基准电压Ui进行比较。第二分压电阻根据所述阈值范围的下限值和所述基准电压设置。同理，电源的输入电压VCC_IN的高低会反映到第二电源分压UL上，具体公式如下：

由上式可知，UL与输入电压VCC_IN呈线性关系，可以通过分压电阻来实现当VCC_IN等于低压保护点电压11V时，第二电源分压UL等于基准电压Ui。当VCC_IN大于低压保护点电压11V时，第二电源分压UL会大于基准电压Ui，此时第二比较器212的同向输入端电压比反向输入端电压高，第二比较器212输出高电平。当VCC_IN小于低压保护点电压11V时，UL会小于基准电压Ui，此时第二比较器212的同向输入端电压比反向输入端电压低，第二比较器212输出低电平。从而将输入的电压变化转化为逻辑输出。

另外，本实施例中第二比较器212为迟滞比较器，电阻RD66从第二比较器212的输出端连接到同向输入端，当VCC_IN从高电平往低电平掉电过程中，出现第二电源分压UL低于基准电压Ui的时候，第二比较器212输出变为低电平，则通过电阻RD66与RD68，RD72组成的分压网络，会把第二比较器212的同向端电压拉的比通过上式计算的分压值低。从而只有VCC_IN提高的幅度达到一定程度，才能使UL大于参考基准Ui，从而实现了迟滞比较功能，避免了比较器在保护点附近的反复震荡。

该第二高低压保护控制电路的电路结构与第一高低压保护控制电路的结构基本相同，不同之处在于，该第二高低压保护控制电路中第一分压电路和第二分压电路的分压电阻的阻值不同，该第二高低压保护控制电路的分压电阻根据24V电压系统的保护点电压设置。当电源电压等于该24V电压系统的高压保护点电压32V时，该第二高低压保护控制电路的第一电源分压等于基准电压；当电源电压等于该24V电压系统的低压保护点电压22V时，该第二高低压保护控制电路的第二电源分压等于基准电压。当电源电压高于32V或低于22V时，第二高低压保护控制电路断开与供电电压源的连接，只有当电源电压在阈值范围22V～32V内第二高低压保护控制电路与供电电压源导通。

由于第一高低压保护控制电路与第二高低压保护控制电路为并列连接，且12V电压系统的电源电压的阈值范围与24V电压系统的电源电压的阈值范围无重叠，当第一高低压保护控制电路和第二高低压保护控制电路中的一个导通时，实现电源对所供电电压源的供电。

基准电压是比较器的标准参考源，因此需要高精度的稳压器为比较器提供精准的参考电平。如图7所示，本实施例通过与电源连接的高精度稳压器UD7和电阻RD55构成基准电压产生电路来产生所述基准电压。每个高低压保护控制电路的基准电压均相等。

如图8所示，每个比较器的供电压通过系统供电产生电路提供，所述系统供电产生电路包括两个电阻RD70，RD71及与所述两个电阻RD70，RD71串联的稳压管DD1。所述供电产生电路的输入端与电源相连，输出端与第一比较器211和第二比较器212相连。

本实施例，通过设置两个高低压保护控制电路，分别用于两种电压系统的保护，无论供电电压源连接的是哪种电压的电源，当电源电压超过该电源的电源电压的阈值范围时，电源断开与供电电压源的连接，实现对电源和供电电压源的保护。针对低压保护，采用迟滞比较器，可防止保护电路在低压保护点出现跳变，同时可以在电压恢复后打开供电回路

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。