一种欠压保护电路及电源的制作方法

本实用新型属于电源技术领域，尤其涉及一种欠压保护电路及电源。

背景技术：

现有技术中，通常采用运放、比较器或者单片机对设定的欠压关断电压进行比较，然后做出关断或恢复动作，但这种方式存在的缺点是：运放、比较器或单片机都需要单独的稳定的供电电源，使得电路复杂、成本高。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供一种欠压保护电路，旨在解决目前电路中采用运放、比较器或单片机做控制进行欠压关断或恢复动作而带来的电路复杂、成本高的问题。

本实用新型实施例是这样实现的，本实用新型例提出了一种低欠压保护电路，所述电路包括：

输入极连接电源的第一开关模块；

输入极连接所述第一开关模块的控制极、输出极接地的第二开关模块；

并联在所述第二开关模块的输入极与输出极之间的第一电容；

串联在第一开关模块的输出极与第二开关模块的控制极之间的第一稳压模块，所述第一稳压模块的输入端与第一开关模块的输出极相连，所述第一稳压模块的输出端与第二开关模块的控制极相连。

进一步地，所述电路还包括电容放电子电路，所述电容放电子电路包括：

正极连接电源，负极连接所述第一电容的二极管；

输入极连接在所述二极管负极、控制极连接电源、输出极接地的第三开关模块。

进一步地，所述电容放电子电路还包括串连在所述第一电容与所述第三开关模块的输入极之间的电阻。

进一步地，所述电路还包括一端连接在所述第一稳压模块的输入端与所述第一开关模块的输出极之间的连接线上，另一端接地的第二电容。

进一步地，所述第一开关模块的输入极与控制极之间还并联有第二稳压模块，所述第二稳压模块输入端与第一开关模块的输入极相连，所述第二稳压模块输出端与第一开关模块的控制极相连。

本实用新型还提供一种电源，包括所述的欠压保护电路。

本实用新型具有以下有益效果：本实用新型通过电源给电容充电形成脉冲以导通第一开关模块进而导通第二开关模块，并通过第一稳压模块设定电压关断门槛值，当供电电池的电压低于设定的关断门槛值时，第二开关模块关断，进而关断第一开关模块，使得电源自动停止给负载供电，当更换足够电压的电源后，重复上述导通过程，实现自动恢复给负载供电，与现有技术采用的运放、比较器或者单片机进行的欠压关断或恢复的电路相比，更加简单、成本更低。

附图说明

图1是本实用新型一个可选实施例提供的欠压保护电路的结构图；

图2是本实用新型一个可选实施例提供的欠压保护电路的结构图；

图3是本实用新型一个可选实施例提供的欠压保护电路的结构图；

图4是本实用新型一个可选实施例的某一实际应用场景中的欠压保护电路的结构图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型通过电源给电容充电形成脉冲以导通第一开关模块11进而导通第二开关模块12，并通过第一稳压模块14设定电压关断门槛值，当供电电池BT1的电压低于设定的关断门槛值时，相继关断两个开关模块，使得电源Vbat自动停止给负载供电，当更换足够电压的电池BT1后，重复上述导通过程，实现自动恢复给负载供电，比现有技术的电路更加简单、成本更低。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型所述的一种欠压保护电路，如图1所示，所述电路包括：输入极连接电源的第一开关模块11；输入极连接所述第一开关模块11的控制极、输出极接地的第二开关模块12；并联在所述第二开关模块12的输入极与输出极之间的第一电容C1；串联在第一开关模块11的输出极与第二开关模块12的控制极之间的第一稳压模块14，所述第一稳压模块14的输入端与第一开关模块11的输出极相连，所述第一稳压模块14的输出端与第二开关模块12的控制极相连。第一稳压模块14为第一稳压管或稳压电路。

下面将以图1中的电路为例进行说明。

图1中的第一开关模块11中可以包括第一三极管或第一MOS管，以及串联在所述第一三极管或第一MOS管控制极的第一限流模块或并联在所述第一MOS管的输入极与控制极之间的第一电压模块。第一电压模块可以包括电阻、稳压管或分压电路、稳压电路，起到限制电压进而保护第一三极管或第一MOS管的作用；第一限流模块可以包括电阻、限流电路等，用于限制电流进而起到电流保护作用。其中，控制极对应MOS管的栅极或三极管的基极，输入极对应MOS管的漏极或三极管的集电极，输出极对应MOS管的源极或三极管的发射极。

第二开关模块12可以包括第二三极管或第二MOS管，以及串联在所述第二三极管控制极的第二限流模块或并联在所述第二MOS管的输出极与控制极之间的第二电压模块，其中第二限流模块限制电流起到电流保护的作用，第二电压模块限制电压起到电压保护的作用，所述第二限流模块可以包括电阻、限流电路等；所述第二电压模块可以包括电阻、稳压管或分压电路、稳压电路。

当电源Vbat接入电路中后，电源Vbat通过第一开关模块11加到电容C1上，因为电容C1两边电压不能突变，故电容C1开始了充电过程，电容C1充电过程中产生一个脉冲，使得第一开关模块11导通，进而电源Vbat通过第一开关模块11给负载提供电压VCC，同时电源Vbat依次通过第一开关模块11和第一稳压管14加到第二开关模块12，使得第二开关模块12导通，在第二开关模块12导通后，持续将第一开关模块11的控制极的电势拉低，即使得第一开关模块11持续导通。因为第一稳压模块14两端的电压VZ1不变，第二开关模块12持续导通后控制极与输出极之间的电压V12也不变，即，只要电源的供电电压能够满足第一稳压模块14导通时两端电压VZ1与V12之和，就可以持续使得第二开关模块12导通，进而保持第一开关模块11导通，即电源Vbat可以持续给负载提供电压VCC。电路中如果采用蓄电池供电，随着负载的消耗电池BT1的电量逐渐降低，电源Vbat给负载提供的电压VCC不能满足上述第一稳压模块14两端电压VZ1和第二开关模块12持续导通时的控制极与输出极之间的电压V12之和时，第二开关模块12截至，则第一开关模块11的控制极架空，并进而截至，之后电源Vbat无法再给负载提供电压VCC，即实现了欠压保护关断。此处的第一稳压模块14设定了欠压关断电压门槛值。

当更换电量足够高电压的电池BT1，即能够满足通过第一开关模块11后得到的电压VCC大于等于第一稳压模块14导通后的两端电压VZ1和第二开关模块12持续导通时的电压V12的和时，将电源Vbat接入电路后，能够重复上述给第一电容C1充电并依次导通第一开关模块11和第二开关模块12的过程，继续给负载供电，即实现了恢复电路的动作。

综上，本实施例能够代替现有技术中通常采用运放、比较器或者单片机对设定的欠压关断电压进行比较，然后做出关断或恢复动作的技术方案，使得电路更加简单、成本更加低廉。

因为最初接通电路时，需要第一电容C1的充电产生脉冲过程导通第一开关模块11，所以每次接通电路之前第一电容C1都要保持能够充电状态，所以，进一步地，如图2所示，所述电路还包括电容放电子电路100，所述电容放电子电路100包括：正极连接电源，负极连接所述第一电容C1的二极管D1；输入极连接在所述二极管D1负极、控制极连接电源Vbat、输出极接地GND的第三开关模块13。

所述的第三开关模块13可以包括第三三极管或第三MOS管，以及串联在所述第三三极管控制极的第三限流模块或并联在所述第三MOS管的输入极与控制极之间的第三电压模块，其中第三限流模块限制电流起到电流保护的作用，第三电压模块限制电压起到电压保护的作用。

当电路通过开关断开后，第一电容C1上的电压可以使得第三三极管或者第三MOS管控制极正向偏置，进而导通，构成回路给第一电容C1放电，而此处二极管D1的作用是正常工作时，提供电流路径，即使电源能顺利加到第一电容C1两端，并防止第三三极管或第三MOS管导通。

在电容放电子电路100中，当第一电容C1放电过程时，为了使得电路中的电流不至于过大，进一步地，如图2所示，所述电容放电子电路100还包括串连在所述第一电容C1与所述第三开关模块13的输入极之间的电阻R1。所述电阻R1起到限流分压作用。

为了保证给负载提供稳定的直流电压VCC，进一步地，如图3所示，所述电路还包括一端连接在所述第一稳压模块14的输入端与所述第一开关模块11的输出极之间的连接线上，另一端接地的第二电容C2。所述第二电容C2有效过滤掉电路中的非直流成分，保证给负载提供的电压VCC的稳定性。

此外，在电源Vbat接入电路并加到第一电容C1给其充电的过程中，为了防止第一开关模块11的输入极和控制极之间得到得电压过大进而损坏了第一开关模块11里的开关元件，进一步地，如图3所示，所述第一开关模块11的输入极与控制极之间还并联有第二稳压模块Z2，所述第二稳压模块Z2输入端与第一开关模块11的输入极相连，所述第二稳压模块Z2输出端与第一开关模块11的控制极相连。所述第二稳压模块Z2很好地保证第一开关模块11的输入极和控制极之间的电压不会过大，保证了第一开关模块11被导通时的安全。

假设在某一应用场景中的欠压保护电路如图4所示：

其中，第一开关模块11中包括PMOS管Q1，所述第一开关模块11的输入极对应PMOS管的源极S，其输出极对应PMOS管的漏极D，其控制极对应PMOS管Q1的栅极G，为了保护PMOS管Q1，所述第一开关模块11的输入极与控制极之间还并联有第一电压模块，为了使电路组成更加简洁高效，将电容放电子电路100中的电阻R1的两端并联到PMOS管Q1的源极S与栅极G之间，这样电阻R1可以同时作为第一开关模块11的第一电压模块，与此同时，在电阻R1和第一电容C1之间还可以设置第六电阻R6，这样第六电阻R6与电阻R1分压，以给PMOS管Q1提供合适的偏置电压。相对应地将电容放电子电路100在电路中的位置作适应性调整，即，将PMOS管Q1的源极S连接到二极管D1的负极，二极管D1的正极连接电源Vbat。

为了方便主动关断电源Vbat，在二极管D1的正极与电源Vbat之间串联一按压开关SW1。

第二开关模块12包括第二三极管Q2，所述第二三极管Q2为NPN型三极管，所述第二开关模块12的输入极对应第二三极管Q2的集电极C，其控制极对应第二三极管Q2的基极B，其输出极对应第二三极管Q2的射极E；第二开关模块12还包括第四电阻R4和第五电阻R5，所述第四电阻R4串联于第二三极管Q2的基极B与第一稳压模块14的输出端之间，作为所述的第二限流模块，限制电流起到电流保护作用，所述第五电阻并联于第二三极管Q2的基极B与射极E之间，作为所述的第二电压模块，限制电压起到电压保护作用，且经过第四电阻R4和第五电阻R5的分压为第二三极管Q2提供合适的偏置电压。

第一开关模块11的控制极与第二开关模块12的输入极之间，还可以设置第二电阻R2，在第二开关模块12导通以后，经过电阻R1和第二电阻R2的分压，能够持续为第一开关模块11提供合适的偏置电压。

第三开关模块13包括第三三极管Q3，为PNP型三极管，所述第三开关模块13的控制极对应第三三极管Q3的基极B，其输入极对应第三三极管Q3的射极E，其输出极对应第三三极管Q3的集电极，第三开关模块13还可以包括第三电阻R3，所述第三电阻R3串联于第三三极管Q3的基极B与地GND之间，作为所述的第三限流模块，限制电流起到限流保护作用，同时也是为了能使第三三极管Q3发射结正向偏置，以实现其导通。

如图4所示，此实施例中，第一稳压模块14选用第一稳压管Z1，该电路实现欠压关断并自恢复的具体工作过程如下：

(1)电路接通

最初电池BT1的电压充足，放入电路中提供电源Vbat，按下按压开关SW1，构成回路电源Vbat→二极管D1→电阻R1→第六电阻R6→第一电容C1→地GND，开始第一电容C1的充电过程，在接通按压开关SW1的瞬间，经过电阻R1上的电流为最大，经过电阻R1和第六电阻R6的分压，给PMOS管Q1的栅极G和源极S之间提供合适压降Vsg，使得Vsg大于开启电压，PMOS管Q1导通，形成回路电源Vbat→二极管D1→PMOS管Q1→第一稳压管Z1→第四电阻R4→第五电阻R5→地GND，经过第四电阻R4和第五电阻R5的分压，给第二三极管Q2的基极B和射极E之间提供合适的偏置电压Vbe，使之大于开启电压，第二三极管Q2导通，形成回路电源Vbat→二极管D1→电阻R1→第二电阻R2→第二三极管Q2→地GND，此时PMOS管Q1的栅极G被第二三极管Q2持续拉低，所以PMOS管Q1持续导通，电源Vbat能够持续给负载提供电压VCC，第二电容C2过滤掉电路中的非直流成分，同时在第二三极管Q2导通时，第一电容C1还通过回路第一电容C1→第六电阻R6→第二电阻R2→第二三极管Q2进行放电；电路中，电池BT1电压充足时，电源Vbat为8.4V，二极管D1的型号为SS34，电阻R1为20KΩ，第二电阻R2为1KΩ，第六电阻R6为10KΩ，电容C1的参数为1uf/50V，第四电阻R4为100KΩ，第五电阻R5为10KΩ，第一稳压管Z1两端的击穿电压为5.1V，第二三极管Q2为NPN型三极管，当其导通时，其发射结偏置电压Vbe＝0.6V，由上可知，给负载供电的电压VCC≥VZ1+Vbe＝5.1V+0.6V＝5.7V时，第二三极管Q2能够持续导通，PMOS管Q1也能持续导通，电池BT1能够持续给负载提供电，使得图4中的LED能始终点亮。

此外，为了保护PMOS管Q1的源极S和栅极G之间的压降稳定，在其源极S和栅极G之间并联有第二稳压模块Z2，其击穿电压为12V。

(2)欠压关断

随着负载对电池BT1电量的消耗，电池BT1电压降低，当电池BT1的电压降低到设定的欠压关断电压6V以下时，即Vbat＜6V时，VCC＝Vbat-VD1-VQ1，VD1为二极管D1两端压降，一般为0.5V，VQ1为PMOS管Q1源极S和漏极D之间的压降，一般为0.3V，可知负载电压VCC≤5.2V，此时第二三极管Q2因发射结不能正偏而关断，进而PMOS管Q1的栅极G的电势因不在被第二三极管Q2拉低，故PMOS管Q1也关断，电压VCC将不能建立，实现了欠压关断。

(3)电容放电子电路100的放电过程

电容放电子电路100的放电过程包括两种情况：

①电源Vbat电量不足，导致电压VCC低于5.7V时，取下电池BT1，更换新的电池BT1。

由(1)和(2)的分析可知，电路中的第二电容C2能有效的过滤掉电路中的交流信号，给负载提供稳定的电压VCC，此电路中第二电容C2的参数为100uf/25V，在第二电容C2滤波的同时，其上也具有电压VCC的电压值5.7V，当电池BT 1不足以提供电压VCC5.7V时，第二三极管Q2被关断，PMOS管Q1关断，第一电容C1的放电回路第一电容C1→第六电阻R6→第二电阻R2→第二三极管Q2将被断开，在电池BT1没有取下之前，第二电容C2两端的电压会通过PMOS管Q1的体二极管加到PMOS管Q1的源极S，电压不足的电池BT1提供的较低的电源Vbat也会通过二极管D1加到PMOS管Q1的源极S，两者共同通过电阻R1→第六电阻R6→第一电容C1→地GND给第一电容C1充电，PMOS管Q1能够再次被导通，但因为电源Vbat电量不足以导通第二三极管Q2，第一电容C1充电结束后，PMOS管Q1就会截止，而且因为电源Vbat的存在，第三三极管Q3也无法导通，所以第一电容C1上的电荷始终保存，只有当取下电池BT1之后，由图4可知，第一电容C1上的电压能够使得第三三极管Q3导通，并形成回路第一电容C1→第六电阻R6→第一电阻R1→第三三极管Q3→地GND，对第一电容C1放电，使得第一电容C1具有再次被充电并导通PMOS管Q1的能力，即才能实现更换足量电池BT1后，恢复给负载供电。

②电源Vbat充足时，断开按压开关SW1

断开按压开关SW1时，如果电压VCC上大于5.7V，那么由①可知，第二电容C2上的电压也大于5.7V，此时第二电容C2相当于电源，继续保持电压VCC的建立给负载供电，且也如①中所述，第二电容C2也可以给第一电容C1充电，但因为此时电源Vbat没有提供，所以由图4可知，第二电容C2上的电压也可以使第三三极管Q3导通，对第二电容C2放电，在第一电容C1被充电之后，也会经过第三三极管Q3放电，放电过程如①中过程相同。

(4)更换新的电压充足的电池BT1(或在电源Vbat充足的情况下再次打开开关SW1)，恢复给负载供电

欠压关断后，将原电池BT1取下，换上新的电压充足的电池BT1(或者在电源Vbat充足时断开按压开关SW1之后再打开按压开关SW1)之后，电流将从电池BT1的正极经过按压开关SW1→二极管D1→电阻R1→第六电阻R6→第一电容C1回到电池负极，又能重复过程(1)中的电路连通过程，也就是自动恢复给负载供电。

综上，将上述电路延伸，当电源Vbat或者某输入电压超过VZ1+Vbe时，电压VCC建立并维持，当电源Vbat或者某输入电压低于设定值VZ1+Vbe时，电压VCC不能建立和维持，当电压Vbat恢复到一定值时，电压VCC又将建立和维持。此电路关键点为第一电容C1充电过程可以实现第一开关模块11的导通和电压VCC的建立，第一电容C1在第二开关模块12导通后，能够通过电容放电子电路100进行放电，以为电源Vbat电压恢复后提供充电回路，其中，第一开关模块11内的PMOS管Q1还可以时三极管。

基于以上欠压保护电路，本申请还提出一种电源，该电源包括欠压保护电路，所述电路包括：输入极连接电源的第一开关模块11；输入极连接所述第一开关模块11的控制极、输出极接地的第二开关模块12；并联在所述第二开关模块12的输入极与输出极之间的第一电容C1；串联在第一开关模块11的输出极与第二开关模块12的控制极之间的第一稳压模块14，所述第一稳压模块14的输出端与第一开关模块11的输出极相连，所述第一稳压模块14的输入端与第二开关模块12的控制极相连；所述电源的电源输出接口与第一稳压模块14的输出端电连接。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。