欠压保护电路和电子设备的制作方法

本发明涉及电路保护技术领域，特别涉及一种欠压保护电路和电子设备。

背景技术：

在电子设备中，由于短路故障等原因，线路电压会在短时间内出现大幅度降低甚至消失的现象，会给线路和电子设备带来损伤，例如，使电动机疲倒、堵转，从而产生数倍于额定电流的过电流，烧坏电动机。欠压保护表示当线路电压降低到临界电压时，对设备进行保护的动作，欠压保护的目的主要是防止设备因过载而烧毁。具体地，可以通过继电器或者其他具有开管功能的器件，将线路电压对电子设备的供电通路切断，从而实现欠压保护。

目前，现有技术中的欠压保护电路大多采用电压比较的方式确定输入电压是否过低，过低时通过切断所述输入电压的传输通路的方式进行欠压保护。具体地，所述输入电压可以是母线电压，通过采集母线电压，再将所述母线电压进行分压得到一动作电压，所述动作电压与参考电压进行比较，该比较可以由集成运算放大器(简称运放)构成的比较器实现，再根据比较结果决定是否触发欠压保护机制。若所述动作电压低于所述参考电压，则根据所述比较结果产生欠压触发信号，将用于传输所述母线电压至电子设备的功率开关管关断，实现欠压保护。

首先，上述欠压保护电路中需要设置分压电路、运放和用于提供所述参考电压的电压源(如带隙基准源)，可能还需要额外设置低压电源给所述运放供电，使得电路复杂度和成本较高。其次，上述各器件产生的漏电流较大，静态功耗较高，由于所述母线电压一般较高，而且对其分压的分压电路一般由分压电阻构成，因此其消耗的功耗尤为显著。再次，由于所述欠压触发信号的驱动能力有限，使得该电路一般不适用于大功率的应用场景。此外，现有的欠压保护电路在工作时，如果所述母线电压恰好处于临界状态或在临界状态附近波动，电路容易出现打嗝现象，使得工作状态不稳定。

因此，现有技术中的欠压保护电路具有成本高、功耗大、应用场景受限以及工作状态稳定性差的缺陷。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是如何降低欠压保护电路的电路复杂度、成本及功耗，并提高电路工作状态的稳定性。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种欠压保护电路，所述欠压保护电路包括：欠压检测电路，耦接输入端口以接收输入电压，所述欠压检测电路中串联有第一稳压管，响应于所述输入电压大于所述第一稳压管的击穿电压，所述欠压检测电路的输出端产生第一导通电压，所述第一导通电压与所述输入电压和击穿电压关联；电压传输电路，分别耦接所述输入端口和输出端口，其控制端接入所述第一导通电压，响应于所述第一导通电压大于第一预设值，所述电压传输电路控制所述输入端口至所述输出端口之间的通路导通，响应于所述第一导通电压小于等于所述第一预设值，所述电压传输电路控制所述输入端口至所述输出端口之间的通路关断。

可选地，所述电压传输电路包括：第一开关电路，其控制端接入所述第一导通电压，响应于所述第一导通电压大于所述第一预设值，所述第一开关电路导通以产生第二导通电压，响应于所述第一导通电压小于等于所述第一预设值，所述第一开关电路关断；第二开关电路，其控制端接入所述第二导通电压，其第一端耦接所述输入端口，其第二端耦接所述输出端口，响应于所述第二导通电压，所述第二开关电路导通。

可选地，所述第一开关电路包括：第一开关管，其控制端接入所述第一导通电压，其第一端接地，其第二端直接或者间接地输出所述第二导通电压。

可选地，所述第一开关电路还包括：第一分压网络，其第一端连接所述输入端口，其第二端连接所述第一开关管的第二端，所述第一分压网络的分压输出端输出所述第二导通电压。

可选地，所述第一开关电路还包括：电容，所述电容的一端连接所述第一开关管的控制端，另一端接地。

可选地，所述第一开关电路还包括：第二稳压管，其负极耦接所述第一开关管的控制端，其正极接地。

可选地，所述第二开关电路包括：第二开关管，其控制端直接或者间接地耦接所述第二开关电路的控制端，所述第二开关管的第一端耦接所述输入端口，所述第二开关管的第二端耦接所述输出端口。

可选地，所述第二开关电路还包括：第三稳压管，其负极耦接所述输入端口，其正极耦接所述第二开关电路的控制端。

可选地，所述欠压检测电路还包括：第二分压网络，与所述第一稳压管串联，所述第二分压网络的分压输出端输出所述第一导通电压。

可选地，所述第一稳压管的负极连接所述输入端口，所述第一稳压管的正极连接所述第二分压网络的第一端，所述第二分压网络的第二端接地。

为解决上述技术问题，本发明实施例还提供一种电子设备，所述电子设备包括所述欠压保护电路。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

本发明实施例的欠压保护电路可以包括欠压检测电路和电压传输电路，该欠压保护电路对所述输入电压是否欠压的检测是通过所述欠压检测电路中的稳压管实现的。首先，由于所述欠压检测电路无需额外供电，也无需接入其它参考源，使得电路简单，易于实施，成本较低。其次，所述欠压检测电路采用所述稳压管代替了阻性器件和比较器，在工作过程中漏电流较小，静态功耗较低。再次，根据稳压管的器件特性，所述欠压保护电路的欠压保护触发电压及恢复工作的触发电压之间会产生回差电压，使得当所述输入电压处于临界状态或在临界状态附近波动时，电路工作状态的稳定性较高。

进一步而言，所述欠压检测电路还可以包括第二分压网络，欠压保护电路可以通过对所述第二分压网络的分压比的调配，灵活地对第一导通电压进行配置，以间接地配置所述欠压保护电路的欠压保护触发电压。

进一步而言，所述第一开关电路还可以包括电容，所述电容可用于滤除所述第一开关管的控制端的电压毛刺。

进一步而言，所述第一开关电路还可以包括第二稳压管，所述第二稳压管的设置，可以在第一开关管的控制端的电压过高时对所述第一开关管进行保护，防止其烧毁。

进一步而言，所述第二开关电路还可以包括第三稳压管。一方面，所述第三稳压管的设置可以保护第二开关管；另一方面，当所述输入电压不断升高时，所述第三稳压管可以被击穿，所述输入电压产生的漏电流可以依次经由所述第三稳压管、第二电阻及第一开关管泄放至地，所述第二开关管的控制端的电流有效地增加，可以使得本发明实施例的欠压保护电路适用于大功率的应用场景。

附图说明

图1是本发明实施例的一种欠压保护电路的示意性结构框图；

图2是本发明实施例的另一种欠压保护电路的示意性结构框图；

图3是本发明第一实施例的欠压保护电路的电路图；

图4是本发明第二实施例的欠压保护电路的电路图；

图5是本发明第三实施例的欠压保护电路的电路图；

图6是本发明第四实施例的欠压保护电路的电路图。

具体实施方式

如背景技术部分所述，现有技术中的欠压保护电路可以包括分压电路、比较器和开关管，采用电压比较的方式确定电路的输入电压是否过低，过低时切断所述输入电压的传输通路的方式进行欠压保护。由于现有技术中的欠压保护电路需要额外供电，并具有较大的漏电流，而且在其输入电压在临界状态附近波动时，电路容易出现打嗝现象，因此其具有成本高、功耗大、应用场景受限以及工作状态稳定性差的缺陷。

本发明实施例提出一种包括有欠压检测电路和电压传输电路的欠压保护电路，该欠压保护电路对所述输入电压是否欠压的检测是通过稳压管实现的，使得其具有电路复杂度低、成本低、功耗小以及工作状态的稳定性较高的优势。

为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

图1是本发明实施例的一种欠压保护电路的示意性结构框图。

如图1所示，本发明实施例的欠压保护电路10可以包括：欠压检测电路101和电压传输电路102。所述欠压保护电路10可以应用于各种适当的电子设备中。

其中，所述欠压检测电路101耦接输入端口(图未示)以接收输入电压Vin，所述欠压检测电路101中串联有第一稳压管D1。响应于所述输入电压Vin大于所述第一稳压管D1的击穿电压，所述欠压检测电路101的输出端产生第一导通电压V1，所述第一导通电压V1与所述输入电压Vin和击穿电压关联。

所述电压传输电路102分别耦接所述输入端口和输出端口(图未示)，所述电压传输电路的控制端接入所述第一导通电压V1。响应于所述第一导通电压V1大于第一预设值，所述电压传输电路102控制所述输入端口至所述输出端口之间的通路导通，将所述输入电压Vin传输至所述输出端口，以使得所述输出端口输出有输出电压Vout；响应于所述第一导通电压V1小于等于所述第一预设值，所述电压传输电路102控制所述输入端口至所述输出端口之间的通路关断，以实现对所述输出端口的欠压保护。

在具体实施中，所述输入电压Vin可以是直流母线电压，也即电压变换装置(图未示)中的变压器直接输出的电压，但不限于此，所述输入电压Vin可以是任意适当大小的直流电压，本发明实施例不限定所述输入电压Vin的来源以及大小。

本领域技术人员理解的是，所述第一稳压管(又称齐纳二极管(ZenerDiode))D1具有击穿电压。当所述第一稳压管D1正向导通时，其伏安特性曲线和常规的二极管基本一致；当对所述第一稳压管D1施加反相电压同时所述反向电压小于所述第一稳压管D1的击穿电压时，所述第一稳压管D1的反向电阻很大，反向漏电流极小；当所述反向电压临近所述第一稳压管D1的击穿电压时，其反向漏电流骤然增大，此过程称为击穿，所述第一稳压管D1的反向电阻骤然降至很小的值，当所述反向电压继续增加，所述第一稳压管D1两端的电压基本上稳定，从而实现稳压功能，一般将此稳定的电压称为其箝位电压，其箝位电压与其击穿电压近似相等。

在具体实施中，所述第一稳压管D1可以为瞬态抑制(Transient Voltage Suppressor，简称TVS)二极管，也可以为其他类型的稳压管，本实施例不进行特殊限制。进一步而言，相比于常规的稳压管，TVS二极管具有更大的击穿电流，具有响应速度快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差小、箝位电压较易控制等优点。

在本实施例中，所述欠压保护电路10串联于所述输入端口和输出端口之间，采用了所述第一稳压管D1来检测所述输入电压Vin是否欠压。当所述输入电压Vin大于所述第一稳压管D1的击穿电压时，可判断出所述输入电压Vin未处于欠压状态，进一步地，当所述第一导通电压V1满足大于所述第一预设值时，所述电压传输电路102控制所述输入端口至所述输出端口之间的通路导通，也即所述输出端口可以正常地接收所述输入电压，此时，所述欠压保护电路10未采取欠压保护措施；而当所述输入电压Vin小于等于所述第一稳压管D1的击穿电压时，可判断出所述输入电压Vin处于欠压状态，进一步地，当所述第一导通电压V1小于等于所述第一预设值时，所述电压传输电路102控制所述输入端口至所述输出端口之间的通路关断，对所述输出端口实施欠压保护。

首先，由于所述欠压保护电路10对所述输入电压Vin是否欠压的检测是通过所述欠压检测电路101中的第一稳压管D1实现的，因此，所述欠压检测电路101无需额外供电，也无需接入其它的参考源，电路简单，易于实施，成本较低。

其次，所述欠压检测电路101采用所述第一稳压管D1代替了阻性器件和比较器，可防止在工作过程中产生较大的漏电流，静态功耗较低。

再次，根据在实际中稳压管的器件特性，稳压管的击穿电压具有一电压范围，该电压范围一般受温度等因素影响。举例而言，击穿电压的标称值为27V的所述第一稳压管D1实际上具有的击穿电压范围可能为25V至29V。也就是说，当所述输入电压Vin大于29V而非27V时，所述第一稳压管D1才被击穿而产生所述第一导通电压V1；当所述输入电压Vin低于25V而非27V时，所述第一稳压管D1才处于未被击穿的状态而停止产生所述第一导通电压V1。由于所述第一稳压管D1的器件特性会使得所述欠压保护电路10具有欠压保护触发电压及恢复工作的触发电压，二者产生了回差电压，进而产生一种迟滞触发的效果，使得当所述欠压保护电路10在工作时，即使所述输入电压Vin恰好处于欠压与非欠压的临界状态，或在临界状态附近波动，电路也不会出现打嗝现象，使得其工作状态的稳定性较高。

总结而言，本发明实施例的欠压保护电路10具有电路复杂度低、成本低、功耗小以及工作状态的稳定性较高的优势。

第一实施例

图2是本发明实施例的另一种欠压保护电路的示意性结构框图。

如图2所示，在具体实施中，所述电压传输电路102可以包括：第一开关电路S1和第二开关电路S2。其中，所述第一开关电路S1的控制端接入所述第一导通电压V1。响应于所述第一导通电压V1大于所述第一预设值，所述第一开关电路S1导通以产生第二导通电压V2；响应于所述第一导通电压V1小于等于所述第一预设值，所述第一开关电路S1关断，也即停止产生所述第二导通电压V2。

一并参见图2和图3，在具体实施中，所述第一开关电路S1可以包括第一开关管MN1，其控制端接入所述第一导通电压V1，其第一端可以接地，其第二端直接或者间接地输出所述第二导通电压V2。

其中，所述第二开关电路S2的控制端接入所述第二导通电压V2，所述第二开关电路S2的第一端耦接所述输入端口，所述第二开关电路S2的第二端耦接所述输出端口。响应于所述第二导通电压V2，所述第二开关电路S2导通。

在具体实施中，所述第二开关电路S2可以包括第二开关管MP1，其控制端直接或者间接地耦接所述第二开关电路S2的控制端，所述第二开关管MP1的第一端耦接所述输入端口，所述第二开关管MP1的第二端耦接所述输出端口。

优选地，所述第一开关管MN1可以为NMOS晶体管，所述第二开关管MP1可以为PMOS晶体管，但不限于此，所述第一开关管MN1还可以为PMOS晶体管，所述第二开关管MP1还可以为NMOS管，或者二者均为双极型晶体管，在实际实施时可以适当地调整电路连接方式。

需要说明的是，所述第一开关电路S1和第二开关电路S2可以为开关管，还可以是开关管以外的其他开关器件或者开关器件的组合，可以是分立器件也可以是封装于芯片的集成开关电路，本实施例不一一展开介绍。

还需要说明的是，图2中仅示意性地绘示了所述第一开关电路S1的第一端接地，所述第一开关电路S1的第二端输出有所述第二导通电压V2的情况，但本实施例对此并不进行特殊限制，例如，所述第一开关电路的第一端可以接入任何其他电位值的电压参考端口，只要其产生的所述第二导通电压V2能够控制所述第二开关电路S2导通或者关断即可。

另外需要说明的是，所述电压传输电路102不限于采用所述第一开关电路S1和第二开关电路S2实现。例如，所述电压传输电路102还可以采用单个、三个或三个以上开关电路实现。只要能够满足根据所述第一导通电压V1实现对所述输入端口至所述输出端口之间通路导通或者关断的控制即可。

在本实施例中，所述第一预设值为所述第一开关管MN1的阈值电压。所述第一导通电压V1可以是所述输入电压Vin与所述第一稳压管D1的击穿电压之差。当且仅当所述输入电压Vin与所述第一稳压管D1的击穿电压之差大于所述第一开关管MN1的阈值电压时，所述第一开关管MN1导通，以使得所述第二开关管MP1导通，所述输入端口至所述输出端口之间的通路导通。

第二实施例

图4是本发明第二实施例的欠压保护电路的电路图。

图4示出的欠压保护电路20与本发明第一实施例中的欠压保护电路10的结构及原理基本相同，其主要区别在于，在所述欠压保护电路20中，所述欠压检测电路101(参见图1)还可以包括第二分压网络(图中未标示)，所述第二分压网络可以与所述第一稳压管D1串联，所述第二分压网络的分压输出端输出所述第一导通电压V1。

本领域技术人员理解的是，分压网络具有第一端和第二端以及分压输出端，所述分压网络适于对其第一端的电压和其第二端的电压之间的差值进行分压，分压得到的电压经由其分压输出端输出。

需要说明的是，本实施例对所述第二分压网络与所述第一稳压管D1的电路连接方式不进行特殊限定，例如，所述第一稳压管D1的负极可以连接所述输入端口，所述第一稳压管D1的正极可以连接所述第二分压网络的第一端，所述第二分压网络的第二端可以接地。再例如，所述第二分压网络的第一端还可以连接所述输入端口，所述第二分压网络的第二端可以连接所述第一稳压管D1的负极，所述第一稳压管D1的正极可以接地。此外，所述欠压检测电路10还可以包括所述第一稳压管D1和所述第二分压网络以外的电器件，例如保护电阻(图未示)等等，则需要重新调整所述第二分压网络与所述第一稳压管D1的电路连接方式。本实施例仅以图4所示的电路连接方式为例进行说明。

在具体实施中，所述第二分压网络可以包括第三电阻R3和第四电阻R4，其中，所述第三电阻R3的两端可以分别连接所述第二分压网络的第一端和分压输出端，所述第四电阻R4的两端可以分别连接所述第二分压网络的第二端和分压输出端。所述第二分压网络的分压比取决于所述第三电阻R3和第四电阻R4的阻值。

在本实施例中，所述第一导通电压V1是根据所述输入电压Vin和第一稳压管D1的击穿电压之间的差值经过所述第三电阻R3和第四电阻R4分压得到的。

本实施例的欠压保护电路20可以通过对所述第二分压网络的分压比的调配，灵活地对所述第一导通电压V1进行配置，以间接地配置所述欠压保护电路20的欠压保护触发电压。

本实施例的更多信息请参见前文对本发明第一实施例的相关描述，此处不再赘述。

第三实施例

图5是本发明第三实施例的欠压保护电路的电路图。

图5示出的欠压保护电路30与本发明第二实施例中的欠压保护电路20的结构及原理基本相同，其主要区别在于，在所述欠压保护电路30中，所述第一开关电路S1(参见图2)还可以包括第一分压网络(图中未标示)，所述第一分压网络的第一端连接所述输入端口，所述第一分压网络的第二端连接所述第一开关管MP1的第二端(例如漏极)，所述第一分压网络的分压输出端输出所述第二导通电压V2。

本实施例的欠压保护电路30可以通过对所述第一分压网络的分压比的调配，灵活地对所述第二导通电压V2进行配置，例如，当所述第一开关管MN1的第一端接地时，所述第二导通电压V2是所述输入电压Vin经过所述第一分压网络分压得到的，可以由此配置所述第二导通电压V2，以控制所述第二开关管MP1导通。

在具体实施中，所述第一分压网络可以包括第一电阻R1和第二电阻R2，其中，所述第一电阻R1的两端可以分别连接所述第一分压网络的第一端和分压输出端，所述第二电阻R2的两端可以分别连接所述第一分压网络的第二端和分压输出端。所述第一分压网络的分压比取决于所述第一电阻R1和第二电阻R2的阻值。关于所述第一分压网络的更多信息可参见本发明第二实施例中对所述第二分压网络的描述，此处不再赘述。

进一步地，所述第一开关电路S1(参见图2)还可以包括电容C1，所述电容C1的一端连接所述第一开关管的控制端MN1，另一端接地。所述电容C1为降噪电容，用于滤除所述第一开关管MN1的控制端的电压毛刺。

更进一步地，所述第一开关电路S1(参见图2)还可以包括第二稳压管D2，其负极耦接所述第一开关管MN1的控制端，其正极接地。所述第二稳压管D2的设置，可以在所述第四电阻R4两端的电压过高，也即超过所述第二稳压管D2的击穿电压时，根据其稳压特性，使得所述第一开关管MN1的控制端的电压不再进一步升高，对所述第一开关管MN1进行保护，防止其烧毁。

本实施例的更多信息请参见前文对本发明第二实施例的相关描述，此处不再赘述。

第四实施例

图6是本发明第四实施例的欠压保护电路的电路图。

图6示出的欠压保护电路40与本发明第三实施例中的欠压保护电路30的结构及原理基本相同，其主要区别在于，在所述欠压保护电路40中，所述第二开关电路S2(参见图2)还可以包括第三稳压管D3，其负极耦接所述输入端口，其正极耦接所述第二开关电路S2(参见图2)的控制端。

在本实施例中，所述第三稳压管D3可用于防止所述第二开关管MP1被烧毁，其工作机理与前文所述的第二稳压管D2类似，此处不再赘述。

进一步而言，随着所述输入电压Vin的不断升高，所述第一导通电压V1控制所述第一开关管MN1导通，所述第二导通电压V2控制所述第二开关管MN2导通。而当所述输入电压Vin进一步升高时，所述第三稳压管D3可以被击穿，所述输入电压Vin产生的漏电流可以依次经由所述第三稳压管D3、第二电阻R2及第一开关管MN1泄放至地，可以使得流经所述第二开关管MP1的控制端的电流有效地增加。相比于现有技术的方案，本实施例的欠压保护电路40可以适用于大功率的应用场景，也即在所述输入电压Vin和其驱动电流较高的场景。在实际的器件选型中，可将所述第一开关管MN1和第二开关管MN2选取为功率管。

总结而言，本发明实施例中的欠压保护电路40仅采用了MOS晶体管、稳压管、电阻以及电容即完成了对电子设备的欠压保护，方案简单，成本低廉，工作时漏电流小，工作稳定性高，还可以适用于大功率的应用场景。在具体实施中，还可以根据所述第一稳压管D1的击穿电压、第一至第四电阻的阻值、以及所述第一开关管MN1和第二开关管MN2的器件特性对所述第一导通电压V1和第二导通电压V2进行调整，以调整所述欠压保护电路40的欠压保护触发电压，以及恢复工作的触发电压。

本实施例的更多信息请参见前文对本发明第三实施例的相关描述，此处不再赘述。

需要说明的是，本文中的所述第一稳压管D1、第二稳压管D2和第三稳压管D3可以是一个稳压管也可以是多个稳压管串联得到的，相应地，它们的击穿电压为一个稳压管的击穿电压或者多个稳压管串联后等效的击穿电压。本文中的所有电阻(或电容)可以是一个电阻(或电容)或者多个电阻(或电容)串、并联得到，相应地，它们的阻值(或容值)为一个电阻(或电容)的阻值(或容值)或者多个电阻(或电容)串、并联后等效的阻值(或容值)。

本发明实施例还公开了一种电子设备，该电子设备可以包括图1至图6分别示出的欠压保护电路10、欠压保护电路20、欠压保护电路30和欠压保护电路40。在具体实施中，所述电子设备具有输入端口和输出端口；例如，所述电子设备可以是电动机，但不限于此，还可以是其他适当的电子设备。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。