本发明涉及电子电路技术领域，具体而言，涉及一种降压保护装置及电子设备。
背景技术：
随着科技水平和社会经济的迅速发展，越来越多的电子产品进入普通家庭的生活之中，与此同时，电气安全问题的重要程度也日益提高。在汽车、厨卫电器或其他与产品使用者人身安全直接相关，或者是出现安全事故易影响公共安全的电气相关产品领域，将高电压降至符合安全规范的低电压后对相关设备进行供电是至关紧要的一个步骤。尤其是某些天然气设施或车辆燃油供电相关装置在安全电压管控方面要求极高，需要所述设施或装置的电源满足本质安全电源标准才能投放市场。
但是现有的降压装置的集成性较低，不易于维护和管理，造成汽车或其他使用降压电路装置的设备线路繁杂不美观，同时在利用电源管理芯片控制降压电路进行降压时，对所述电源管理芯片的保护措施较少，致使所述电源管理芯片容易出现故障，同时容易出现短路情况，使降压工作进行不稳定，进而导致现有降压装置存在较大的安全隐患。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种降压保护装置及电子设备，以改善现有降压装置集成性较低，对电源管理芯片保护措施少，所述电源管理芯片容易出现故障，同时容易出现短路情况，存在较大安全隐患的问题。
本发明的实施例是这样实现的：
本发明提供了一种降压保护装置，所述降压保护装置包括降压模块和调控模块。所述降压模块包括电压转换电路和开关电路，所述电压转换电路包括电压互感器和第一电容，所述开关电路包括场效应管，所述电压互感器的第一输入端分别与所述电压互感器的第一输出端、所述第一电容的第一端以及所述场效应管的栅极连接，所述第一电容的第二端与所述场效应管的漏极连接，所述电压互感器的第二输入端外接一高压电源，所述电压互感器的第二输出端向外输出一低压电源。所述调控模块包括调控电路，所述调控电路包括调制芯片，所述调制芯片的第二引脚和第七引脚与所述电压互感器的第一输出端连接，所述第七引脚还与所述第一电容的第二端连接，所述调制芯片的第五引脚和第六引脚与所述场效应管的源极连接。述高压电源的高压电流传输至所述电压互感器的第二输入端，还通过所述场效应管传输至所述调制芯片，并在所述调制芯片的调控下被所述电压互感器转换为低压电源的低压电流向外输出。
在本发明可选的实施例中，所述电压转换电路还包括双向二极管，所述电压互感器的第一输出端通过所述双向二极管与所述第一电容的第一端以及所述场效应管的栅极连接。
在本发明可选的实施例中，所述电压转换电路还包括第二电容和第三电容，所述第二电容的第一端与所述电压互感器的第一输出端连接，还通过所述第三电容与所述场效应管的漏极连接，所述第二电容的第二端与所述调制芯片的第二引脚以及第七引脚连接。
在本发明可选的实施例中，所述电压转换电路还包括第三电容，所述第三电容设置在所述第二电容的第一端以及所述场效应管的漏极之间。
在本发明可选的实施例中，所述场效应管为N型MOS管。
在本发明可选的实施例中，所述调制芯片为UC3842型号的电流控制型脉宽调制芯片。
在本发明可选的实施例中，所述调控模块还包括保护电路，所述保护电路包括光电耦合器，所述光电耦合器的第一端口与所述调制芯片的第一引脚连接，所述光电耦合器的第二端口与所述调制芯片的第二引脚以及第五引脚连接，所述光电耦合器的第三端口和第四端口通过所述第二电容与所述电压互感器的第一输出端连接。所述光电耦合器将所述降压模块传输来的电流在电气隔离条件下传输至所述调制芯片。
在本发明可选的实施例中，所述调控模块还包括稳压电路，所述稳压电路包括稳压源、第一电阻、第二电阻和第四电容，所述稳压源的阳极通过所述第一电阻与所述第二电容连接，所述稳压源的参考极与所述光电耦合器的第四端口以及所述第四电容的第一端连接，所述第四电容的第二端与所述稳压源的阳极连接，所述第二电阻的两端分别与所述稳压源的阳极以及所述光电耦合器的第三端口连接，所述稳压源的阴极接地。
在本发明可选的实施例中，所述稳压源为TL431型号的可控精密稳压源。
本发明还提供了一种电子设备，所述电子设备包括上述降压保护装置。
本发明实施例的有益效果是：
本发明实施例提供了一种降压保护装置及电子设备，所述降压保护装置包括降压模块和调控模块，高电压电源在所述调控模块的调控下被所述降压模块转换为低电压电源输出，增强了降压安全性；所述降压模块包括电压转换电路和开关电路，所述电压转换电路中的电压互感器通过所述开关电路中的场效应管与所述调控模块连接，避免发生短路，保障了所述调控模块的通电安全；所述调控模块包括调控电路和保护电路，所述保护电路包括两端分别与所述电压转换电路和所述调控电路连接的光电耦合器，所述光电耦合器通过电气隔离避免所述调控电路中的调制芯片受输入电信号的影响，对所述调制芯片起到保护作用；所述保护电路还包括与所述光电耦合器连接的稳压电路，所述稳压电路通过可控精密稳压源对所述调制芯片进行稳压保护，进一步地提高降压安全性；同时所述降压保护装置将电压转换电路、调控电路等电路集成简化，使降压保护装置更加美观且易于维护。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰，在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1为本发明实施例提供的一种降压保护装置的模块图；
图2为本发明实施例提供的一种降压模块的电路图；
图3为本发明实施例提供的一种调控模块的电路图；
图4为本发明实施例提供的一种稳压电路的电路图。
图标：100-降压保护装置；110-降压模块；112-电压转换电路；114-开关电路；120-调控模块；122-调控电路；124-保护电路；126-稳压电路。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
经本申请人研究发现，随着电子元件的普及，越来越多的电气设备需要对高电压电源的电压进行降压处理后再通电运行，尤其是汽车内燃机向车身控制系统供电、厨卫电气设备用电或其他涉及使用者和他人人身安全的电气设备对安全可靠的降压装置有更高的需求。同时，现有的降压装置在对高电压电源进行转换时往往没有对降压装置自身进行保护，特别是在某些使用调制芯片的降压装置中，调制芯片对电压或电流变化较为敏感，若没有防护措施，容易在降压调控过程中出现故障，进而影响所述降压装置的可靠性，甚至导致严重的安全问题。为了解决上述的问题，本发明实施例提供了一种降压保护装置。
请参考图1，图1为本发明实施例提供的一种降压保护装置的模块图。
降压保护装置100包括降压模块110和调控模块120，降压模块110分别与高压电源以及调控模块120连接，降压模块110在调控模块120的调控下将所述高压电源转化为符合安全电压标准的低压电源并向外输出。
请参考图2，图2为本发明实施例提供的一种降压模块的模块图。
降压模块110包括电压转换电路112和开关电路114，电压转换电路112通过开关电路114与调控模块120连接。
电压转换电路112包括电压互感器T1和第一电容C1，开关电路114包括场效应管Q1。电压互感器T1包括输入侧和输出侧，电压互感器T1一般为基于电磁感应原理将输入侧即一次绕组的第一电压值的电流按预定比例转换为第二电压值的电流并通过输出侧即二次绕组输出所述第二电压值的电流的电气元件。在本实施例中，场效应管Q1包括漏极、源极和栅极。进一步地，电压互感器T1的输入侧具有第一输入端和第二输入端，输出侧具有第一输出端和第二输出端，电压互感器T1的第一输入端分别与电压互感器T1的第一输出端、第一电容C1的第一端以及场效应管Q1的栅极连接。第一电容C1的第二端与场效应管Q1的漏极连接。电压互感器T1的第二输入端外接一高压电源，电压互感器T1的第二输出端向外径所述高压电源转换得到的低压电源。
作为一种实施方式，其中，所述电压互感器T1的输出端输出的低压电源可以给汽车的车身控制系统中的转向灯、大灯、远光灯、喇叭和刹车灯等器件供电。应当理解的是，所述低压电源还可以用于给厨卫电器或其他需要电压安全电源的电气设备供电。
进一步地，电压转换电路112还包括双向二极管D1，双向二极管D1的一端分别与第一电容C1的第一端以及场效应管Q1的栅极连接，双向二极管D1的另一端与电压互感器T1的第一输出端连接并接地。双向二极管D1对电路进行短路保护，有效地避免了短路情况的发生。
可选地，电压转换电路112还包括第二电容C2和第三电容C3，第二电容C2的第一端与电压互感器T1的第一输出端连接，还通过第三电容C3与场效应管Q1的漏极连接。可选地，第二电容C2的第二段还与调控模块120连接。
作为一种实施方式，第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3为电解电容，第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3的第一端为负极，第二段为正极。同时，场效应管Q1可以为N型MOS管，在电路中作为电子开关对调控模块120起到保护作用，进一步防止短路。MOS管是金属(Metal)-氧化物(Oxide)-半导体(Semiconductor)场效应晶体管，或者称是金属-绝缘体(Insulator)-半导体场效应晶体管，这个名字描述了集成电路中MOS管的结构，即：在一定结构的半导体器件上，加上二氧化硅和金属，形成栅极。其主要特点是在金属栅极与沟道之间有一层二氧化硅绝缘层，因此具有很高的输入电阻，该管导通时在两个高浓度n扩散区间形成n型导电沟道。
请参考图3，图3为本发明实施例提供的一种调控模块的电路图。
调控模块120包括调控电路122和保护电路124，调控电路122通过保护电路124与降压模块110连接，保护电路124对调控电路122起保护作用。
调控电路122包括调制芯片U1及其外围电路，可选地，作为一种实施方式，本实施例中的调制芯片U1为UC3842型号的电流控制型脉宽调制芯片，UC3842是一种性能优良、应用广泛、结构较简单的PWM开关电源集成控制器，即电流控制型脉宽调制芯片，该调制器单端输出，能直接驱动双极型的功率管或场效应管。其主要优点是其管脚效应少，外围电路简单，电压调整率可达0.01％，工作频率最高达500KHz，启动电流小于1mA，正常工作电流为5mA，并可利用高频变压器实现与电网的隔离。作为一种实施方式，调制芯片U1即UC3842具有八个引脚，调制芯片U1的第三引脚和第八引脚连接，同时，调制芯片U1的第三引脚和第八引脚还与场效应管Q1的栅极连接。
进一步地，调制芯片U1的第一引脚通过两个串联的电容与调制芯片U1的第八引脚连接，调制芯片U1的第二引脚也通过第一接入点连接于所述两个串联的电容之间。可选地，所述第一接入点还与电压互感器T1的第一输出端连接。调制芯片U1的第四引脚、第五引脚和第六引脚连接，同时，所述第四引脚、所述第五引脚和所述第六引脚还与场效应管Q1的源极连接。可选地，调制芯片U1的第七引脚也通过一电容与场效应管Q1的源极连接，所述第七引脚还与第一电容C1的第二端连接，并通过一二极管与第二电容C2的第二端连接。
作为一种实施方式，保护电路124包括光电耦合器U2，其中，光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电-光-电转换器件，它由发光源和受光器两部分组成，把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，同时，常见的发光源有发光二极管，受光器有光敏二极管、光敏三极管。在本实施例中，光电耦合器U2用于对调制芯片U1完成电气隔离，增强调控模块120的安全性和可靠性。可选地，光电耦合器U2包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，光电耦合器U2的第一端口与调制芯片U1的第一引脚连接，光电耦合器U2的第二端口与调制芯片U1的第二引脚连接，光电耦合器U2的第三端口通过一电阻与第二电容C2的第二端连接，光电耦合器U2的第四端口也与第二电容C2的第二端连接。
进一步地，本实施例提供的调控模块120还包括稳压电路126。请参考图4，图4为本发明实施例提供的一种稳压电路的电路图。稳压电路126包括稳压源Q2、第一电阻R1、第二电阻R2和第四电容C4。稳压源Q2包括阳极、阴极和参考极，光电耦合器U2的第四端口与第四电容C4的第一端连接，第四电容C4的第一端与稳压源Q2的阳极连接，第四电容C4的第二端与稳压源Q2的参考极连接，稳压源Q2的参考极还通过第一电阻R1与上述二极管的负极连接。可选地，稳压源Q2的参考极还通过第二电阻R2与光电耦合器U2的第三端口连接。
本发明实施例提供的降压保护装置100的工作原理是：
电压互感器T1的输入侧外接一高压电源，所述高压电源被电压互感器T1转换为低压电流后从电压互感器T1的输出侧，同时，所述输入侧通过场效应管Q1与调制芯片U1连接，所述输入侧通过保护电路124中的光电耦合器U2以及稳压电路126与调制芯片U1连接，调制芯片U1接收到降压模块110传输来的电信号后基于所述电信号对所述电压互感器T1的电压转换进行调控，以安全可靠的完成降压工作，避免发生短路故障。
另外，本发明实施例还提供了一种电子设备，电子设备包括本实施例提供的降压保护装置100。降压保护装置100可以是集成在印刷电路板上的微电子电路，然后将所述印刷电路板安装于电子设备上；作为另一种实施方式，降压保护装置100还可以是直接与电子设备内部电路连接的电子电路。
综上所述，本发明提供了一种降压保护装置及电子设备，所述降压保护装置包括降压模块和调控模块，高电压电源在所述调控模块的调控下被所述降压模块转换为低电压电源输出，增强了降压安全性；所述降压模块包括电压转换电路和开关电路，所述电压转换电路中的电压互感器通过所述开关电路中的场效应管与所述调控模块连接，避免发生短路，保障了所述调控模块的通电安全；所述调控模块包括调控电路和保护电路，所述保护电路包括两端分别与所述电压转换电路和所述调控电路连接的光电耦合器，所述光电耦合器通过电气隔离避免所述调控电路中的调制芯片受输入电信号的影响，对所述调制芯片起到保护作用；所述保护电路还包括与所述光电耦合器连接的稳压电路，所述稳压电路通过可控精密稳压源对所述调制芯片进行稳压保护，进一步地提高降压安全性；同时所述降压保护装置将电压转换电路、调控电路等电路集成简化，使降压保护装置更加美观且易于维护。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。