过压保护装置的控制方法以及过压保护装置与流程

1.本发明涉及过压保护技术领域，特别涉及一种过压保护装置的控制方法以及过压保护装置。


背景技术：

2.过电压保护装置通常位于输入电源路径中，以保护以下电路免受过电压和/或过电流的影响。如今，大多数过压保护装置的保护功能相当简单明了，如果输入端的电压vin大于过压保护阈值电压vovp，则输入端和输出端之间的电源路径中串联的开关打开，此时输出端没有电压。如果输入端的电压vin小于过压恢复阈值电压vovp_recover，则输入端和输出端之间的电源路径中串联的开关闭合。此时输出端有电压，输出端的电压vout等于输入端的电压vin减去小的内部压降电压。
3.虽然这种设计可以实现基本的过压保护功能。在某些情况下，输出端的脉冲可能非常窄，这可能会使电气系统对这种异常的短脉冲感到困惑。如图1和2所示，当输入端的电压vin大于过压保护阈值电压vovp时，输出端没有电压。此时如果输入端的电压vin被移除，例如关闭设备电源，则输入端的电压vin不可避免地必须降至过压恢复阈值电压vovp_recover以下。正如简单的内部比较器逻辑所定义的，输出将在很短的时间内从0-vin水平上升。由于输入端的电压vin持续下降，输出端的电压vout将很快从vin降至0，并将达到ic(即过压保护装置)的欠压保护阈值电压vuvlo。一旦vin《vuvlo，ic将无法维持正常运行，并将停止所有功能。短脉冲的长度取决于输入电容的大小、输出电容的大小和输入端的电压vin的变化率，短脉冲可以短至几个微秒。
4.这种短脉冲在电气系统设计中不受欢迎，尤其是在高端设计中。输入端的电压vin瞬时降低会导致输出端的电压vout出现短脉冲。短脉冲对电气系统没有价值，因为输入端的电压vin很快就会被去除，短脉冲会导致第二级不必要地启动，并在短脉冲后关闭。由此可见，短脉冲降低了电气系统的可靠性和使用寿命。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是为了克服现有的过压保护装置会造成电源路径的输出端出现短脉冲进而降低电气系统可靠性和使用寿命的缺陷，提供一种过压保护装置的控制方法以及过压保护装置。
6.本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
7.本发明的第一方面提供一种过压保护装置，包括采集电路、监测电路、控制电路以及串联于输入端和输出端之间的第一开关；
8.所述采集电路用于采集所述输入端的电压、过压保护阈值电压以及欠压保护阈值电压；
9.所述监测电路用于监测所述输入端的电压的下降速率，并在所述下降速率大于预设速率的情况下输出第一电平信号；
10.所述控制电路用于在所述输入端的电压上升至高于所述欠压保护阈值电压且低于所述过压保护阈值电压的情况下控制所述第一开关导通，在所述输入端的电压上升至高于所述过压保护阈值电压的情况下控制所述第一开关断开；以及，
11.在所述输入端的电压下降至低于过压恢复阈值电压且高于所述欠压保护阈值电压的情况下控制所述第一开关导通，在所述输入端的电压下降至低于所述欠压保护阈值电压的情况下控制所述第一开关断开；以及，
12.响应于所述第一电平信号禁止所述输出端输出信号；
13.其中，所述欠压保护阈值电压小于所述过压恢复阈值电压，所述过压恢复阈值电压小于所述过压保护阈值电压。
14.可选地，所述监测电路具体用于在连续预设次数监测的所述下降速率均大于预设速率的情况下输出所述第一电平信号。
15.可选地，所述控制电路还用于响应于所述第一电平信号开始计时，并在一段时间后停止计时；
16.所述控制电路具体用于在停止计时之后允许所述输出端输出信号。
17.可选地，所述监测电路包括第二开关、第三开关、电流源、电容和比较器；
18.所述第二开关的一端用于接收所述输入端的电压，另一端分别与所述电容的一端和所述第三开关的一端连接；所述电容的另一端接地；所述第三开关的另一端与所述电流源连接，所述第二开关的控制端和所述第三开关的控制端均与所述控制电路连接；其中，所述第二开关和所述第三开关不同时导通；
19.所述比较器的一端与所述电容的一端连接，另一端用于接收所述输入端的电压，输出端与所述控制电路连接，用于在所述输入端的电压小于所述电容的一端的电压的情况下输出所述第一电平信号；
20.其中，所述电流源的电压和所述电容的容值根据所述预设速率确定。
21.可选地，所述监测电路还包括第四开关，所述比较器的一端通过所述第四开关与所述电容的一端连接，所述第四开关的控制端与所述控制电路连接；其中，所述第四开关和所述第二开关不同时导通。
22.可选地，所述控制电路具体用于控制所述第一开关延时一段时间导通或断开。
23.本发明的第二方面提供一种过压保护装置的控制方法，包括以下步骤：
24.获取输入端的电压、过压保护阈值电压以及欠压保护阈值电压；
25.若所述输入端的电压上升至高于所述欠压保护阈值电压且低于所述过压保护阈值电压，则控制串联于所述输入端和输出端之间的第一开关导通，以及若所述输入端的电压上升至高于所述过压保护阈值电压，则控制所述第一开关断开；
26.若所述输入端的电压下降至低于过压恢复阈值电压且高于所述欠压保护阈值电压，则控制所述第一开关导通，以及若所述输入端的电压下降至低于所述欠压保护阈值电压，则控制所述第一开关断开；
27.若所述输入端的电压的下降速率大于预设速率，则禁止所述输出端输出信号；
28.其中，所述欠压保护阈值电压小于所述过压恢复阈值电压，所述过压恢复阈值电压小于所述过压保护阈值电压。
29.本发明的第三方面提供一种过压保护装置，包括存储器、处理器以及存储在存储
器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第二方面所述的控制方法。
30.本发明的第四方面提供一种电子设备，包括如第一方面或第三方面所述的过压保护装置。
31.本发明的第五方面提供一种芯片，包括如第一方面或第三方面所述的过压保护装置。
32.在符合本领域常识的基础上，上述各可选条件可任意组合，即得本发明各较佳实施例。
33.本发明的积极进步效果在于：若所述输入端的电压的下降速率大于预设速率，说明输入端的电压正在被移除即持续掉电，例如发生关闭电源等情况，此时通过禁止所述输出端输出信号能够避免输出端出现不利于电气系统的短脉冲，不仅可以提高过压保护装置的可靠性，还可以提高电气系统的可靠性和使用寿命。
附图说明
34.图1为现有技术中的过压保护装置在电源路径中的电路连接示意图。
35.图2为图1中输入端的电压和输出端的电压的对照示意图。
36.图3为本发明实施例1提供的过压保护装置在电源路径中的电路连接示意图。
37.图4为本发明实施例1提供的监测电路的内部结构示意图。
38.图5为本发明实施例1提供的控制信号p1、p2和p3的对照示意图。
具体实施方式
39.下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
40.实施例1
41.如图3所示，本实施例提供一种过压保护装置，包括采集电路、监测电路、控制电路以及串联于输入端和输出端之间的第一开关。
42.所述采集电路用于采集输入端的电压vin、过压保护阈值电压vovp以及欠压保护阈值电压vuvlo。在具体实施中，可以根据采集的输入端的电压vin确定过压保护阈值电压vovp以及欠压保护阈值电压vuvlo。在一个具体的例子中，可以通过在输入端与接地端之间设置分压电阻，从而根据输入端的电压vin得到过压保护阈值电压vovp以及欠压保护阈值电压vuvlo。
43.所述监测电路用于监测输入端的电压vin的下降速率，并在所述下降速率大于预设速率的情况下输出第一电平信号。在具体实施中，所述预设速率根据实际情况进行设置，例如可以设置为100v/s。
44.所述控制电路用于在输入端的电压vin上升至高于欠压保护阈值电压vuvlo且低于过压保护阈值电压vovp的情况下控制串联于所述输入端和输出端之间的第一开关导通，在输入端的电压vin上升至高于过压保护阈值电压vovp的情况下控制所述第一开关断开。
45.所述控制电路还用于在输入端的电压vin下降至低于过压恢复阈值电压vovp_recover且高于欠压保护阈值电压vuvlo的情况下控制所述第一开关导通，在所述输入端的
电压下降至低于欠压保护阈值电压vuvlo的情况下控制所述第一开关断开。其中，欠压保护阈值电压vuvlo小于过压恢复阈值电压vovp_recover，过压恢复阈值电压vovp_recover小于过压保护阈值电压vovp。过压恢复阈值电压vovp_recover可以根据实际情况进行设置。
46.所述控制电路还用于响应于所述第一电平信号禁止所述输出端输出信号。其中，所述第一电平信号可以为低电平信号或者高电平信号，还可以为下降沿信号或者上升沿信号。在具体实施中，可以通过禁用输出引脚实现禁止所述输出端输出信号。
47.本实施例中，若所述输入端的电压的下降速率大于预设速率，说明输入端的电压正在被移除即持续掉电，例如发生关闭电源等情况，此时通过禁止所述输出端输出信号能够避免输出端出现不利于电气系统的短脉冲，不仅可以提高过压保护装置的可靠性，还可以提高其所在电气系统的可靠性和使用寿命。
48.本实施例中的所述第一开关可以为mos管、三极管等开关器件，也可以为开关芯片等。若所述第一开关导通，则输入端与输出端之间的通路导通，输出端有电压输出，输出端的电压vout具体为输入端的电压vin减去第一开关的内部压降。若所述第一开关断开，则输入端与输出端之间的通路断开，输出端没有电压输出，即输出端的电压vout为0v左右。
49.需要说明的是，所述控制电路可以通过向所述第一开关输出高电平信号控制所述第一开关导通，通过向所述第一开关输出低电平信号控制所述第一开关断开。所述控制电路还可以通过向所述第一开关输出低电平信号控制所述第一开关导通，通过向所述第一开关输出高电平信号控制所述第一开关断开。具体可以根据所述第一开关的类型以及所述第一开关的外围电路确定。
50.在可选的一种实施方式中，所述监测电路包括第二开关、第三开关、电流源、电容和比较器。所述第二开关的一端用于接收所述输入端的电压，另一端分别与电容的一端和所述第三开关的一端连接；所述电容的另一端接地；所述第三开关的另一端与所述电流源连接，所述第二开关的控制端和所述第三开关的控制端均与所述控制电路连接；其中，所述第二开关和所述第三开关不同时导通。
51.所述比较器的一端与所述电容的一端连接，另一端用于接收所述输入端的电压，输出端与所述控制电路连接，用于在所述输入端的电压小于所述电容的一端的电压的情况下输出所述第一电平信号。
52.其中，所述电流源的电压和所述电容的容值根据所述预设速率确定。
53.本实施方式中，若所述第二开关导通且所述第三开关断开，则所述电容处于放电状态，若所述第二开关断开且所述第三开关导通，则所述电容处于充电状态，由电流源向所述电容进行充电。通过对比较器两个输入端电压的进行比较，可以实现对输入端的电压的下降速率与预设速率进行比较。
54.为了提高比较器输出的第一电平信号的准确性，在可选的一种实施方式中，所述监测电路还包括第四开关，所述比较器的一端通过所述第四开关与所述电容的一端连接，所述第四开关的控制端与所述控制电路连接。其中，所述第四开关和所述第二开关不同时导通。所述第二开关导通时所述电容处于放电状态，此时第四开关断开，与第四开关连接的比较器的一端的电压始终为0v，不会对比较器的输出端造成干扰。
55.本实施例中的所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关可以为mos管、三极管等开关器件，也可以为开关芯片等。
56.在一个具体的例子中，如图4所示，第二开关的一端通过电阻r1接收输入端的电压vin，以及通过电阻r2与接地端连接。第二开关的另一端分别与电容c1的一端、第三开关的一端以及第四开关的一端连接。电容c1的另一端接地，第三开关的另一端与电流源连接。所述比较器的同相输入端通过第四开关与电容c1的一端连接，反相输入端通过电阻r1接收输入端的电压。
57.本例子中，若第二开关断开且第三开关和第四开关均导通，则对比较器两端的电压v1和v2进行比较。若v1大于等于v2，说明输入端的电压vin的下降速率未超过所述预设速率。若v1小于v2，说明输入端的电压vin的下降速率超过所述预设速率，此时比较器的输出端vout’输出高电平信号即第一电平信号。若第二开关导通且第三开关和第四开关均断开，则比较器同相输入端的电压v2为0，此时反相输入端的电压v1大于v2，比较器的输出端vout’输出低电平信号。
58.如图4所示，所述控制电路分别向所述第二开关、所述第三开关以及所述第四开关的控制端输出控制信号p1、p2和p3。图5用于示出一种控制信号p1、p2和p3的示意图。本例子中，控制信号为高电平代表对应的开关为导通，控制信号为低电平代表对应的开关为断开。从图4和5中可以看出，首先控制第二开关导通，且第三开关和第四开关均断开，此时电容c1处于放电状态。然后控制第二开关断开且第三开关导通，此时电容c1处于充电状态。在控制第三开关断开之前，控制第四开关导通，通过比较比较器两端的电压v1和v2可以得到输入端的电压的下降速率是否超过所述预设速率。最后，控制第三开关和所述第四开关均断开，且控制第二开关导通，此时电容c1又处于放电状态。
59.为了进一步提高过压保护装置的可靠性，在可选的一种实施方式中，所述监测电路具体用于在连续预设次数监测的所述下降速率均大于预设速率的情况下输出所述第一电平信号。其中，所述预设次数可以根据实际情况进行设置，例如可以设置为3次。
60.在具体实施中，所述监测电路中还可以包括计数器，所述比较器的输出端用于在所述输入端的电压小于所述电容的一端的电压的情况下输出第二电平信号，所述计数器用于响应于所述第二电平信号，计数一次，当计数次数达到预设次数时输出所述第一电平信号。也即，在所述计数器接收到预设次数的第二电平信号的情况下向所述控制电路输出所述第一电平信号，以禁止向第一开关输出信号。
61.在可选的一种实施方式中，所述控制电路还用于响应于所述第一电平信号开始计时，并在一段时间后停止计时；所述控制电路具体用于在停止计时之后允许所述输出端输出信号。在具体实施中，可以通过使能输出引脚实现允许所述输出端输出信号。
62.在具体实施中，所述控制电路可以包括计时器，计时达到一段时间后停止计时。其中，所述一段时间可以根据实际情况进行设置。
63.本实施方式中，在允许所述输出端输出信号之后，在所述输入端的电压上升至高于所述欠压保护阈值电压且低于所述过压保护阈值电压的情况下，控制所述第一开关导通，所述输出端正常输出信号。
64.为了避免输出电压的波动，提高过压保护装置对于杂散噪声的抗干扰能力，在可选的一种实施方式中，所述控制电路具体用于控制所述第一开关延时一段时间导通或断开。
65.实施例2
66.本实施例提供一种过压保护装置的控制方法，包括以下步骤：
67.s1、获取输入端的电压vin、过压保护阈值电压vovp以及欠压保护阈值电压vuvlo。在具体实施中，可以根据输入端的电压vin确定过压保护阈值电压vovp以及欠压保护阈值电压vuvlo。在一个具体的例子中，可以通过在输入端与接地端之间设置分压电阻，从而根据输入端的电压vin得到过压保护阈值电压vovp以及欠压保护阈值电压vuvlo。
68.s2、若所述输入端的电压vin上升至高于欠压保护阈值电压vuvlo且低于过压保护阈值电压vovp，则控制串联于所述输入端和输出端之间的第一开关导通，以及若输入端的电压vin上升至高于过压保护阈值电压vovp，则控制所述第一开关断开。
69.s3、若输入端的电压vin下降至低于过压恢复阈值电压vovp_recover且高于欠压保护阈值电压vuvlo，则控制所述第一开关导通，以及若输入端的电压vin下降至低于所述欠压保护阈值电压vuvlo，则控制所述第一开关断开。
70.s4、若输入端的电压vin的下降速率大于预设速率，则禁止所述输出端输出信号。在具体实施中，可以通过禁用输出引脚实现禁止所述输出端输出信号。其中，所述预设速率根据实际情况进行设置，例如可以设置为100v/s。
71.其中，欠压保护阈值电压vuvlo小于过压恢复阈值电压vovp_recover，过压恢复阈值电压vovp_recover小于过压保护阈值电压vovp。过压恢复阈值电压vovp_recover可以根据实际情况进行设置。
72.本实施例中，若所述输入端的电压的下降速率大于预设速率，说明输入端的电压正在被移除即持续掉电，例如发生关闭电源等情况，此时通过禁止所述输出端输出信号能够避免输出端出现不利于电气系统的短脉冲，不仅可以提高过压保护装置的可靠性，还可以提高其所在电气系统的可靠性和使用寿命。
73.本实施例中的所述第一开关可以为mos管、三极管等开关器件，也可以为开关芯片等。若所述第一开关导通，则输入端与输出端之间的通路导通，输出端有电压输出，输出端的电压vout具体为输入端的电压vin减去第一开关的内部压降。若所述第一开关断开，则输入端与输出端之间的通路断开，输出端没有电压输出，即输出端的电压vout为0v左右。
74.需要说明的是，所述控制电路可以通过向所述第一开关输出高电平信号控制所述第一开关导通，通过向所述第一开关输出低电平信号控制所述第一开关断开。所述控制电路还可以通过向所述第一开关输出低电平信号控制所述第一开关导通，通过向所述第一开关输出高电平信号控制所述第一开关断开。具体可以根据所述第一开关的类型以及所述第一开关的外围电路确定。
75.为了进一步提高过压保护装置的可靠性，在步骤s4可选的一种实施方式中，若连续预设次数监测的输入端的电压vin的下降速率大于预设速率，则禁止向所述第一开关输出信号。
76.在可选的一种实施方式中，在步骤s4之后还包括以下步骤：一段时间之后允许所述输出端输出信号。在具体实施中，可以通过使能输出引脚实现允许所述输出端输出信号。本实施方式中，在允许所述输出端输出信号之后，若输入端的电压上升至高于所述欠压保护阈值电压且低于所述过压保护阈值电压的情况下，控制所述第一开关导通，所述输出端正常输出信号。
77.为了避免输出电压的波动，提高过压保护装置对于杂散噪声的抗干扰能力，在可
选的一种实施方式中，控制所述第一开关延时一段时间导通或断开。
78.实施例3
79.本实施例提供一种过压保护装置，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如实施例2所述的控制方法。
80.本实施例中，若输入端的电压的下降速率大于预设速率，说明输入端的电压正在被移除即持续掉电，例如发生关闭电源等情况，此时通过禁止所述输出端输出信号能够避免输出端出现不利于电气系统的短脉冲，不仅可以提高过压保护装置的可靠性，还可以提高其所在电气系统的可靠性和使用寿命。
81.实施例4
82.本实施例提供一种电子设备，包括实施例1或3所述的过压保护装置。
83.本实施例中，若输入端的电压的下降速率大于预设速率，说明输入端的电压正在被移除即持续掉电，例如发生关闭电源等情况，此时通过禁止所述输出端输出信号能够避免输出端出现不利于电气系统的短脉冲，不仅可以提高过压保护装置的可靠性，还可以提高其所在电子设备的可靠性和使用寿命。
84.实施例5
85.本实施例提供一种芯片，包括实施例1或3所述的过压保护装置。
86.本实施例中，若输入端的电压的下降速率大于预设速率，说明输入端的电压正在被移除即持续掉电，例如发生关闭电源等情况，此时通过禁止所述输出端输出信号能够避免输出端出现不利于电气系统的短脉冲，不仅可以提高过压保护装置的可靠性，还可以提高其所在芯片的可靠性和使用寿命。
87.虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。