一种电源保护电路以及电源设备的制作方法

1.本实用新型涉及电源电路的技术领域，尤其涉及一种电源保护电路以及电源设备。


背景技术：

2.dc-dc电源电路是常见的电路应用，其主要功能就是进行输入输出电压转换，可以将一定范围内的电压转换输出为一个稳定的电压值，适配于电路负载的电压需求。
3.现有的dc-dc电源电路包括开关电源芯片，市面上常用的开关电源芯片自带有保护电路，将开关电源芯片应用于dc-dc电源电路，在常规情况下可以对整个电路起到保护作用。
4.然而，在输入电压超出所用电源电路的范围后，芯片内部的mos管可能会被击穿，开关电源芯片损坏，所有自带保护失效，输出电压不再受控，产生如电路短路、输出过压等异常，进而存在损坏后级受电产品的可能，因此靠开关电源芯片本身的电路不能实现这种非常规应用的保护。


技术实现要素：

5.本实用新型实施例的目的在于，解决dc-dc电源电路供电超出正常范围时容易损坏受电产品的技术问题。
6.为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供一种电源保护电路，采用了如下所述的技术方案：
7.该电源保护电路包括：
8.过流保护单元，用于连接至dc-dc电源电路与负载之间，所述过流保护单元用于在过流时根据参考电压切断电路；
9.过压保护单元，用于连接至dc-dc电源电路与负载之间，所述过流保护单元用于在过压时根据参考电压切断电路；
10.参考单元，与所述过流保护单元以及所述过压保护单元连接，所述参考单元用于为所述过流保护单元以及所述过压保护单元提供所述参考电压；
11.旁路电源单元，与所述过流保护单元以及所述过压保护单元连接，所述旁路电源单元用于对所述参考单元、所述过流保护单元以及所述过压保护单元供电。
12.进一步地，在一些实施例的优选方案中，所述过流保护单元包括依次连接的差分放大器、电流比较器、第一放大器和第一开关管，且所述电流比较器的输入端分别连接所述dc-dc电源电路以及所述参考单元，所述第一放大器连接所述旁路电源单元，所述第一开关管连接于所述dc-dc电源电路与所述过压保护单元之间。
13.进一步地，在一些实施例的优选方案中，所述过压保护单元包括依次连接的电压比较器、第二放大器和第二开关管，且所述电压比较器的输入端分别连接所述dc-dc电源电路以及所述参考单元，所述第二放大器连接所述旁路电源单元，所述第二开关管连接于所
述第一开关管与所述负载之间。
14.进一步地，在一些实施例的优选方案中，所述旁路电源单元包括输入电源、一级稳压子单元和二级稳压子单元，所述一级稳压子单元连接于所述输入电源，所述二级稳压子单元分别连接所述一级稳压子单元、电流比较器和电压比较器。
15.进一步地，在一些实施例的优选方案中，所述一级稳压子单元包括第二电阻和第一稳压管，所述第二电阻的一端连接所述输入电源的正极，所述第二电阻的另一端连接所述第一稳压管的负极，所述第一稳压管的正极连接所述输入电源的负极，所述第一稳压管的负极连接所述二级稳压子单元。
16.进一步地，在一些实施例的优选方案中，所述二级稳压子单元包括第一电阻、npn管、第三电阻、第四电阻和第二稳压管，所述第一电阻的一端连接所述输入电源的正极，所述第一电阻的另一端连接所述npn管的集电极，所述npn管的基极连接所述第一稳压管的负极，所述第三电阻的一端连接所述npn管的发射极，所述第三电阻的另一端连接所述输入电源的负极，所述第四电阻的一端连接所述npn管的发射极，所述第四电阻的另一端连接所述第二稳压管的负极，所述第二稳压管的正极连接所述输入电源的负极，所述第二稳压管的负极连接所述参考单元。
17.进一步地，在一些实施例的优选方案中，所述第一开关管和所述第二开关管均为mos管，所述第一开关管的栅极连接第一放大器的输出端，所述第一开关管的漏极连接所述dc-dc电源电路，所述第一开关管的源极连接所述第二开关管的漏极，所述第二开关管的栅极连接所述第二放大器的输出端，所述第二开关管的源极连接所述负载。
18.进一步地，在一些实施例的优选方案中，所述电源保护电路还包括采样单元，所述dc-dc电源电路的输出端连接所述采样单元，所述采样单元连接所述过流保护单元。
19.进一步地，在一些实施例的优选方案中，所述采样单元包括第五电阻，所述第五电阻的一端与所述差分放大器的其一输入端连接，所述第五电阻的另一端与所述差分放大器的另一输入端连接。
20.为了解决上述技术问题，本实用新型实施例还提供一种电源设备，采用如下所述的技术方案：所述电源设备包括上述的电源保护电路，还包括dc-dc电源电路，所述dc-dc电源电路与所述电源保护电路连接。
21.与现有技术相比，本实用新型实施例提供的电源保护电路主要有以下有益效果：
22.该电源保护电路在dc-dc电源电路与负载之间设置过流保护单元，当电路过流时，过流保护单元根据参考电压断开，使得dc-dc电源电路与负载之间断开，负载断电；在过流保护单元与负载之间设置过压保护单元，当电路过压时，过压保护单元根据参考电压断开，使得dc-dc电源电路与负载之间断开，负载断电；而参考单元为过流保护单元和过压保护单元提供该参考电压，旁路电源单元为参考单元、过流保护单元和过压保护单元供电。显然，通过实施本实用新型可以通过过流保护单元和过压保护单元对负载进行保护，实现在异常供电情况下，也能将dc-dc电源电路与负载之间闸断，保护负载。
附图说明
23.为了更清楚地说明本实用新型中的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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的附图。其中：
24.图1是本实用新型一个实施例中电源保护电路的框架连接示意图；
25.图2是电源保护电路的另一框架连接示意图；
26.图3是电源保护电路的另一框架连接示意图；
27.图4是电源保护电路的电路连接示意图。
28.附图中的标号如下：
29.1、参考单元；
30.2、过流保护单元；
31.3、过压保护单元；
32.4、旁路电源单元；41、一级稳压子单元；42、二级稳压子单元；
33.5、采样单元。
具体实施方式
34.除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本实用新型技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文在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，例如，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。
35.本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；本实用新型的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
36.本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图说明中，当元件被称为“固定于”或“安装于”或“设置于”或“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接位于该另一个元件上。例如，当一个元件被称为“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接连接到该另一个元件上。
37.此外，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本实用新型的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
38.本实用新型实施例提供一种电源保护电路，如图1所示，该电源保护电路包括：过流保护单元2、过压保护单元3、参考单元1以及旁路电源单元4，其中，过流保护单元2，用于连接至dc-dc电源电路与负载之间，所述过流保护单元2用于在过流时根据参考电压切断电路；过压保护单元3，用于连接至dc-dc电源电路与负载之间，所述过流保护单元2用于在过压时根据参考电压切断电路；参考单元1，与所述过流保护单元2以及所述过压保护单元3连接，所述参考单元1用于为所述过流保护单元2以及所述过压保护单元3提供所述参考电压；旁路电源单元4，与所述过流保护单元2以及所述过压保护单元3连接，所述旁路电源单元4用于对所述参考单元1、所述过流保护单元2以及所述过压保护单元3供电。
39.可以理解地，该电源保护电路的工作原理大致如下：该电源保护电路在dc-dc电源电路与负载之间设置过流保护单元2，当电路过流时，过流保护单元2根据参考电压断开，使得dc-dc电源电路与负载之间断开，负载断电；在过流保护单元2与负载之间设置过压保护单元3，当电路过压时，过压保护单元3根据参考电压断开，使得dc-dc电源电路与负载之间断开，负载断电；而参考单元1为过流保护单元2和过压保护单元3提供该参考电压，旁路电源单元4为参考单元1、过流保护单元2和过压保护单元3供电。
40.综上，相比现有技术，该电源保护电路至少具有以下有益效果：通过实施本实用新型可以通过过流保护单元2和过压保护单元3对负载进行保护，实现在异常供电情况下，也能将dc-dc电源电路与负载之间闸断，保护负载。该电源保护电路可以作为常见的dc-dc转换电源电路的保护功能的补充，填补超出常规供电条件的情形下的电路保护功能，始终确保后级受电产品模块的安全，降低工业生产过程中由于员工不规范操作或异常突发情况下的经济损失。该电源保护电路和dc-dc电源电路自带的原有保护功能属于叠加保护，在dc-dc电源电路失效后仍能起作用，杜绝了非规范操作导致的输入电压过高、反接、过流等对dc-dc电源电路造成损坏后，伤及后级产品模块的风险。本实施例中的参考单元1为常规的比较器参考电源电路，dc-dc电源电路与参考电源电路的结构在此不再赘述。
41.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合附图1至图4，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
42.进一步地，作为本实用新型一些实施例中的一种具体实施方式，如图4所示，过流保护单元2包括依次连接的差分放大器a1、电流比较器c1、第一放大器a2和第一开关管nmos1，且差分放大器a1的两个输入端连接dc-dc电源电路，差分放大器a1的输出端连接电流比较器c1的其中一个输入端，电流比较器c1的另一个输入端连接参考单元1，电流比较器c1的输出端连接第一放大器a2的输入端，第一放大器a2的输出端连接第一开关管nmos1，第一放大器a2连接旁路电源单元4且二者之间连接有第六电阻r6，旁路电源单元4为第一放大器a2供电，第一开关管nmos1连接于dc-dc电源电路与过压保护单元3之间。差分放大器a1是一种将两个输入端电压的差以一固定增益放大的电子放大器。例如，差分放大器a1采集dc-dc电源电路的电压信号并放大，电流比较器c1将该电压与参考单元1的参考电压进行比较，当差分放大器a1输出的电压大于参考单元1的参考电压时，电流比较器c1输出低电平，第一放大器a2将电平信号放大，该电平信号控制第一开关管nmos1断开，dc-dc电源电路与负载之间断开，负载停止供电，对负载起到保护作用，实现电源电路的过流保护。
43.进一步地，作为本实用新型一些实施例中的一种具体实施方式，如图4所示，过压保护单元3包括依次连接的电压比较器c2、第二放大器a3和第二开关管nmos2，且电压比较器c2的两个输入端分别连接dc-dc电源电路以及参考单元1，电压比较器c2的输出端连接第二放大器a3的输入端，第二放大器a3的输出端连接第二开关管nmos2，第二放大器a3通过第六电阻r6连接旁路电源单元4，旁路电源单元4为第二放大器a3供电，第二开关管nmos2连接于第一开关管nmos1与负载之间。例如，电压比较器c2将dc-dc电源电路的电压与参考单元1的参考电压进行比较，当dc-dc电源电路的电压大于参考单元1的参考电压时，电压比较器c2输出低电平，第二放大器a3将电平信号放大，该电平信号控制第二开关管nmos2断开，dc-dc电源电路与负载之间断开，负载停止供电，对负载起到保护作用，实现电源电路的过压保护。
44.进一步地，作为本实用新型一些实施例中的一种具体实施方式，如图2所示，旁路电源单元4包括输入电源、一级稳压子单元41和二级稳压子单元42，一级稳压子单元41连接于输入电源，二级稳压子单元42分别连接一级稳压子单元41、电流比较器c1和电压比较器c2。一级稳压子单元41对输入电源的电压进行一级稳压，二级稳压子单元42对一级稳压后的电压值进行二次降压和稳压，二级稳压子单元42连接参考单元1，为参考单元1供电。
45.进一步地，作为本实用新型一些实施例中的一种具体实施方式，如图4所示，一级稳压子单元41包括第二电阻r2和第一稳压管d1，第二电阻r2的一端连接输入电源的正极，第二电阻r2的另一端连接第一稳压管d1的负极，第一稳压管d1的正极连接输入电源的负极，输入电源的负极接地，第一稳压管d1的负极连接二级稳压子单元42。输入电源优选为10至100v的直流电源，第二电阻r2实现电流保护功能，避免第一稳压管d1导通时回路电流过大而损坏元器件，第一稳压管d1两侧的电压恒定，可以对输入电源的电压进行一级稳压，将输入电源的电压稳定为一定值，此处需要预留尽量宽的输入电压范围，提高电源电路的耐受性，增强损坏阈值。
46.进一步地，作为本实用新型一些实施例中的一种具体实施方式，如图4所示，二级稳压子单元42包括第一电阻r1、npn管、第三电阻r3、第四电阻r4和第二稳压管d2，第一电阻r1的一端连接输入电源的正极，第一电阻r1的另一端连接npn管的集电极，npn管的基极连接第一稳压管d1的负极，第三电阻r3的一端连接npn管的发射极，第三电阻r3的另一端连接输入电源的负极，第四电阻r4的一端连接npn管的发射极，第四电阻r4的另一端连接第二稳压管d2的负极，第二稳压管d2的正极连接输入电源的负极，第二稳压管d2的负极连接参考单元1。各个电阻均起到电流保护功能，例如，第一电阻r1用于避免npn管的集电极支路电流过大，第三电阻r3用于避免npn管的发射极接地支路的电流过大，第四电阻r4用于避免npn管的发射极与第二稳压管d2之间的支路电流过大，同时共集电极电路和第二稳压管d2对输入电源的电压实现二次降压和稳压，最终将输入电源的电压转换为稳定的vcc_5v电压，供电电流10ma左右。优选的，上述npn管为复合管，通过两个npn管连接形成。
47.进一步地，作为本实用新型一些实施例中的一种具体实施方式，如图4所示，第一开关管nmos1和第二开关管nmos2均为nmos管，第一开关管nmos1的栅极连接第一放大器a2的输出端，第一开关管nmos1的漏极连接dc-dc电源电路，第一开关管nmos1的源极连接第二开关管nmos2的漏极，第二开关管nmos2的栅极连接第二放大器a3的输出端，第二开关管nmos2的源极连接负载。该mos管优选为nmos管，通过栅极的电压信号来控制漏极与源极之间的通断，例如漏极与源极之间正常情况下保持连通，当电流比较器c1输出低电平时，第一开关管nmos1的漏极与源极断开；当电压比较器c2输出低电平时，第二开关管nmos2的漏极与源极之间断开。
48.进一步地，作为本实用新型一些实施例中的一种具体实施方式，如图3所示，该电源保护电路还包括采样单元5，dc-dc电源电路的输出端连接采样单元5，采样单元5连接第一开关管nmos1。本实施例中的dc-dc电源电路为常规电路，其具体电路不再赘述，dc-dc电源电路可根据实际需求选择升压型、降压型或者升降压型，该dc-dc电源电路将输入电源一定范围内的电压转换输出为稳定值的直流电压，例如输入电源电压为10至100v直流电压，dc-dc电源电路转换后的稳定电压用于为负载供电。
49.进一步地，作为本实用新型一些实施例中的一种具体实施方式，采样单元5包括第
五电阻r5，第五电阻r5的一端与差分放大器a1的其一输入端连接，第五电阻r5的另一端与差分放大器a1的另一输入端连接。第五电阻r5为电流采样电阻，通过采集第五电阻r5两端的电压，差分放大器a1将其放大后传输至电流比较器c1的输入端，电流比较器c1将其与参考单元1的参考电压进行比较，从而间接比较dc-dc电源电路的输出电流，控制第一开关管nmos1的通断，当电路过流而对dc-dc电源电路造成损坏后，输出电流过大，第一开关管nmos1断开，切断dc-dc电源电路与负载之间的连接，保护负载。
50.根据电源输出电压范围设计该电源保护电路的最大可承受输入电压值，通过更换稳压管、电阻、npn管的方式做微调整来匹配不同需求，其中npn在高压情况下有一定温升，需要对旁路电源的npn做好散热处理。本实施例的电源保护电路具有通用性和高可适用性，可以配合所有的dc-dc电源电路使用，扩展电路的保护范围，杜绝任何形式的电源损坏对产品的影响，降低生产过程中的经济损失。
51.基于上述的电源保护电路，本实用新型实施例还提供一种电源设备，其中，该电源设备包括上述的电源保护电路，还包括dc-dc电源电路，dc-dc电源电路与电源保护电路连接。
52.综上，相比现有技术，该电源设备至少具有以下有益效果：该电源保护电路在dc-dc电源电路与负载之间设置过流保护单元2，当电路过流时，过流保护单元2根据参考电压断开，使得dc-dc电源电路与负载之间断开，负载断电；在过流保护单元2与负载之间设置过压保护单元3，当电路过压时，过压保护单元3根据参考电压断开，使得dc-dc电源电路与负载之间断开，负载断电；而参考单元1为过流保护单元2和过压保护单元3提供该参考电压，旁路电源单元4为参考单元1、过流保护单元2和过压保护单元3供电。
53.显然，通过实施本实用新型可以通过过流保护单元2和过压保护单元3对负载进行保护，实现在异常供电情况下，也能将dc-dc电源电路与负载之间闸断，保护负载。该电源保护电路可以作为常见的dc-dc转换电源电路的保护功能的补充，填补超出常规供电条件的情形下的电路保护功能，始终确保后级受电产品模块的安全，降低工业生产过程中由于员工不规范操作或异常突发情况下的经济损失。该电源保护电路和dc-dc电源电路自带的原有保护功能属于叠加保护，在dc-dc电源电路失效后仍能起作用，杜绝了非规范操作导致的输入电压过高、反接、过流等对dc-dc电源电路造成损坏后，伤及后级产品模块的风险。
54.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型。对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。