一种过欠压保护电路及电源设备的制作方法

1.本实用新型涉及电源电路保护技术领域，具体涉及一种过欠压保护电路及电源设备。


背景技术：

2.在电源管理电路中，电源芯片的供电回路在进行上电或断电的过程，如果供电回路的瞬态响应速度太慢，则在上电或断电过程中，电源芯片会有一段时间工作在欠压状态，这会导致电源芯片出现工作异常或者上电失败的风险，如果供电回路的瞬态响应速度太快，则电源芯片的供电输入端可能会产生尖峰电压，这会导致电源芯片出现过压击穿的风险，因此需要在供电回路的设计上增加相应的过、欠压保护电路。
3.现有的过、欠压保护电路方案中通常是通过采集供电回路的输出电压，利用比较器将供电回路的输出电压与设定的过、欠压基准电压做比较，当供电回路输出电压大于设定的过压基准电压或者小于设定的欠压基准电压时，关断芯片的供电回路，以保护电源芯片。而在这种方案中，为了给比较器提供稳定的供电电源和稳定的比较基准电源，需要另外设计相应的辅电供电回路，增加了电路的复杂度，而且在用于比较的基准电源没建立好之前，上述方案的电路仍然会出现误判的情况，进而导致系统工作异常。


技术实现要素：

4.本实用新型主要解决的技术问题是现有的过、欠压保护电路方案中需要额外设计比较基准电路和辅电供电回路，电路结构过于复杂。
5.为解决上述技术问题，本实用新型实施方式采用的一个技术方案是：提供一种过欠压保护电路，所述电路包括过压保护模块、欠压保护模块和供电控制模块，所述过压保护模块的输入端用于接收初始电压，所述过压保护模块的输出端连接所述欠压保护模块的输入端，所述欠压保护模块的输出端连接所述供电控制模块的输入端，所述供电控制模块的输出端用于连接负载，所述供电控制模块的输入端还用于接收所述初始电压；
6.所述欠压保护模块用于在所述初始电压小于过压阈值且大于或等于欠压阈值时导通，并基于所述初始电压提供开关信号至所述供电控制模块，以使所述供电控制模块导通；
7.所述供电控制模块用于在接收到所述开关信号后导通，并基于所述初始电压为所述负载供电；
8.所述欠压保护模块还用于在所述初始电压小于所述欠压阈值时断开，停止提供所述开关信号至所述供电控制模块，以使所述供电控制模块断开；
9.所述过压保护模块用于在所述初始电压大于或等于所述过压阈值时导通，并控制所述欠压保护模块断开，以停止提供所述开关信号至所述供电控制模块，以使所述供电控制模块断开。
10.可选的，所述供电控制模块包括：供电开关q2、电阻r5、电阻r6、电阻r7和电容c2，
11.所述供电开关q2的输入端连接所述过压保护模块的输入端，以接收初始电压，所述供电开关q2的输入端通过所述电阻r5连接所述电容c2的第一端，所述电容c2的第一端通过所述电阻r7连接所述欠压保护模块的第一输出端，所述电容c2的第二端连接所述欠压保护模块的第二输出端，所述供电开关q2的控制端通过所述电阻r6连接所述电容c2的第一端，所述供电开关q2的输出端用于连接负载。
12.可选的，所述欠压保护模块包括：欠压启动单元、欠压调节单元和分压电阻单元；
13.所述欠压启动单元的第一端连接所述过压保护模块的输入端，以接收所述初始电压，所述欠压启动单元的第二端连接所述欠压调节单元的第一输入端，所述分压电阻单元的第一端连接所述过压保护模块的输入端，所述分压电阻单元的第二端连接所述过压保护模块的第二输出端，所述欠压调节单元的第二输入端连接所述分压电阻单元的第三端，所述分压电阻单元的第三端连接所述过压保护模块的第一输出端，所述欠压调节单元的第一输出端通过所述电阻r7连接所述电容c2的第一端，所述欠压调节单元的第二输出端连接所述电容c2的第二端；
14.所述欠压启动单元用于在所述初始电压小于所述过压阈值且大于或等于所述欠压阈值时导通，并结合所述分压电阻单元，控制所述欠压调节单元提供所述开关信号至所述供电开关q2，以使所述供电开关q2导通。
15.可选的，所述分压电阻单元包括串联的电阻r2和电阻r3，所述欠压调节单元包括光耦合器u2、开关管q1和电容c1；
16.所述电阻r2的第一端连接所述过压保护模块的输入端，所述电阻r2的第二端连接所述电阻r3的第一端，所述电阻r3的第二端连接所述电容c2的第二端，所述电容c1的第一端连接所述电阻r3的第一端，所述电容c1的第二端连接所述电阻r3的第二端，所述光耦合器u2的第一端连接所述欠压启动单元的第二端，所述光耦合器u2的第二端连接所述开关管q1的输入端，所述开关管q1的输出端连接所述电容c1的第二端，所述开关管q1的控制端连接所述电容c1的第一端，所述光耦合器u2的第三端连接所述电阻r7的第一端，所述光耦合器u2的第四端连接所述电容c1的第二端。
17.可选的，所述欠压启动单元包括电阻r4和稳压二极管zd2，所述稳压二极管zd2的负极通过所述电阻r4连接所述过压保护模块的输入端，所述稳压二极管zd2的正极连接所述光耦合器u2的第一端。
18.可选的，所述过压保护模块包括：过压启动单元和过压调节单元；
19.所述过压启动单元的第一端用于接收初始电压，所述过压启动单元的第二端连接所述过压调节单元的第一端，所述过压调节单元的第二端接地，所述过压调节单元的第三端连接所述分压电阻单元的第三端，所述过压调节单元的第四端接地；
20.所述过压启动单元用于在所述初始电压大于或等于所述过压阈值时导通，以控制所述过压调节单元导通，进而控制所述开关管q1断开，以使所述供电开关q2断开。
21.可选的，所述过压调节单元包括光耦合器u1，所述光耦合器u1的第一端连接所述过压启动单元的第二端，所述光耦合器u1的第二端接地，所述光耦合器u1的第三端连接所述电阻r3的第一端，所述光耦合器u1的第四端接地。
22.可选的，所述过压启动单元包括电阻r1和稳压二极管zd1，所述稳压二极管zd1的负极连接所述电阻r4的第二端，所述稳压二极管zd2的正极连接所述光耦合器u1的第一端。
23.可选的，所述电路还包括稳压二极管zd3和稳压二极管zd4，所述稳压二极管zd3和所述稳压二极管zd4的击穿电压与所述稳压二极管zd2的击穿电压相同；
24.所述稳压二极管zd3的负极连接所述电阻r2的第二端，所述稳压二极管zd3的正极连接所述电阻r3的第一端，所述稳压二极管zd4的负极连接所述电阻r5的第二端，所述稳压二极管zd4的正极连接所述电容c1的第一端。
25.为解决上述技术问题，本实用新型实施方式采用的另一个技术方案是：提供一种电源设备，所述电源设备包括如上述所述的过欠压保护电路。
26.区别于相关技术的情况，本实用新型提供一种过欠压保护电路和电源设备，所述电路包括过压保护模块、欠压保护模块和供电控制模块，过压保护模块的输入端用于接收初始电压，过压保护模块的输出端连接欠压保护模块的输入端，欠压保护模块的输出端连接供电控制模块的输入端，供电控制模块的输出端用于连接负载，供电控制模块的输入端还用于接收初始电压。本实用新型能够基于其电路结构，在电压值超过预设范围时从源头上切断负载的供电回路，更有效的实现负载的过压保护和欠压保护，而且不需要额外设计比较基准电路和辅电供电回路，电路结构简单，成本低，也便于推广应用。
附图说明
27.图1是本实用新型实施例提供的一种过欠压保护电路的结构框图；
28.图2是本实用新型实施例提供的一种过欠压保护电路的电路示意图；
29.图3是本实用新型实施例提供的过欠压保护电路的结构示意图；
30.图4是本实用新型实施例提供的另一种过欠压保护电路的电路示意图。
具体实施方式
31.为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型进行更详细的说明。需要说明的是，当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本实用新型的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，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
32.请参阅图1，本实用新型实施例提供一种过欠压保护电路10，所述电路包括过压保护模块11、欠压保护模块12和供电控制模块13，所述过压保护模块11的输入端可以接收初始电压，所述过压保护模块11的输出端连接所述欠压保护模块12的输入端，所述欠压保护模块12的输出端连接所述供电控制模块13的输入端，所述供电控制模块的输出端可以连接负载20，所述供电控制模块的输入端还可以接收所述初始电压。
33.具体的，所述欠压保护模块12可以在所述初始电压小于过压阈值且大于或等于欠压阈值时导通，并基于所述初始电压提供开关信号至所述供电控制模块13，以使所述供电控制模块导通。所述供电控制模块13可以在接收到所述开关信号后导通，并基于所述初始电压为所述负载供电。其中，所述过压阈值为所述负载正常工作时对应的供电电压范围的
最大电压，所述欠压阈值为所述负载正常工作时对应的供电电压范围的最小电压。所述负载20可以是负载电路或者负载设备，以电源芯片作为负载20为例，假设电源芯片的正常工作电压范围为a-b，当电压小于a时电源芯片工作在欠压状态，当电压大于等于b时电源芯片工作在过压状态，则a为欠压阈值，b为过压阈值。所述开关信号用于控制所述欠压保护模块12导通，需要说明的是，此处所说的开关信号是指控制所述供电控制模块13导通的信号，仅是为了方便称呼，并不是限定该开关信号的形式。
34.需说明的是，初始电压是指为负载供电的电压，本电路中主要检测初始电压是否大于或等于过压阈值，或小于欠压阈值，以实现过欠压保护，其中，过压阈值大于欠压阈值。
35.所述欠压保护模块12还可以在所述初始电压小于所述欠压阈值时断开，停止提供所述开关信号至所述供电控制模块13，以使所述供电控制模块13断开。所述过压保护模块11可以在所述初始电压大于或等于所述过压阈值时导通，所述过压保护模块11导通后可以控制所述欠压保护模块12断开，欠压保护模块12断开后就会停止提供所述开关信号至所述供电控制模块13，以使所述供电控制模块13断开，停止对负载供电。
36.请参阅图2，所述供电控制模块包括供电开关q2、电阻r5、电阻r6、电阻r7和电容c2。其中，所述供电开关q2可以是mos管，例如图2所示的p沟道mos管，本实用新型实施例提供的所述电路主要是通过所述过压保护模块和所述欠压保护模块，基于初始电压的值，来控制供电开关q2的导通与断开，进而控制是否为负载供电。
37.所述供电开关q2的输入端(图中表示为供电开关q2_3引脚)连接所述过压保护模块的输入端，以接收初始电压，所述初始电压在图2中表示为vin。所述供电开关q2的输入端通过所述电阻r5连接所述电容c2的第一端，所述电容c2的第一端通过所述电阻r7连接所述欠压保护模块的第一输出端，所述电容c2的第二端连接所述欠压保护模块的第二输出端，所述供电开关q2的控制端(图中表示为供电开关q2_1引脚)通过所述电阻r6连接所述电容c2的第一端，所述供电开关q2的输出端(图中表示为供电开关q2_2引脚)可以连接负载，为负载提供的电压在图中表示为vout。
38.请结合图3，所述欠压保护模块12包括欠压启动单元121、欠压调节单元122和分压电阻单元123，如图所示，所述分压电阻单元123的第一端(指图中电阻r2的第一端)连接所述过压保护模块11的输入端，所述分压电阻单元123的第二端(指图中电阻r3的第二端)连接所述过压保护模块11的第二输出端，所述欠压启动单元121的第一端连接所述过压保护模块11的输入端，以接收所述初始电压，所述欠压启动单元121的第二端连接所述欠压调节单元122的第一输入端，所述欠压调节单元122的第二输入端(指图中电容c1的第一端)连接所述分压电阻单元123的第三端(指图中电阻r2和电阻r3之间)，所述分压电阻单元123的第三端连接所述过压保护模块11的第一输出端，所述欠压调节单元122的第一输出端通过所述电阻r7连接所述电容c2的第一端，所述欠压调节单元122的第二输出端连接所述电容c2的第二端。
39.所述欠压启动单元121可以在所述初始电压小于所述过压阈值且大于或等于所述欠压阈值时导通，结合所述分压电阻单元123，控制所述欠压调节单元122提供所述开关信号至所述供电开关q2，以使所述供电开关q2导通。当所述初始电压小于所述欠压阈值时，所述欠压启动单元121不导通，则所述欠压调节单元122不会提供所述开关信号至所述供电开关q2，能够保证负载不会工作在欠压状态。
40.所述过压保护模块11包括过压启动单元111和过压调节单元112，所述过压启动单元111的第一端可以接收初始电压，所述过压启动单元111的第二端连接所述过压调节单元112的第一端，所述过压调节单元112的第二端接地，图中表示为gnd，所述过压调节单元112的第三端连接所述分压电阻单元123的第三端，所述过压调节单元112的第四端接地。
41.所述过压启动单元111可以在所述初始电压大于或等于所述过压阈值时导通，以控制所述过压调节单元112导通，当所述过压调节单元112导通时会控制所述欠压调节单元122断开，即所述欠压调节单元122不会提供所述开关信号至所述供电开关q2，以保证负载不会工作在过压状态。
42.请结合图2和图3，在所述欠压保护模块12中，所述欠压启动单元121包括电阻r4和稳压二极管zd2，所述分压电阻单元123包括串联的电阻r2和电阻r3，所述欠压调节单元122包括光耦合器u2、开关管q1和电容c1。
43.具体的，所述电阻r2的第一端连接所述过压保护模块11的输入端，所述电阻r2的第二端连接所述电阻r3的第一端，所述电阻r3的第二端连接所述电容c2的第二端，所述电容c1的第一端连接所述电阻r3的第一端，所述电容c1的第二端连接所述电阻r3的第二端，所述光耦合器u2的第一端(图中表示为光耦合器u2_1引脚)连接所述稳压二极管zd2的正极，所述稳压二极管zd2的负极通过所述电阻r4连接所述过压保护模块的输入端，所述光耦合器u2的第二端(图中表示为光耦合器u2_2引脚)连接所述开关管q1的输入端(图中表示为开关管q1_3引脚)，所述开关管q1的输出端(图中表示为开关管q1_2引脚)连接所述电容c1的第二端，所述开关管q1的控制端(图中表示为开关管q1_1引脚)连接所述电容c1的第一端，所述光耦合器u2的第三端(图中表示为光耦合器u2_3引脚)连接所述电阻r7的第一端，所述光耦合器u2的第四端(图中表示为光耦合器u2_4引脚)连接所述电容c1的第二端。
44.在所述过压保护模块11中，所述过压启动单元111包括电阻r1和稳压二极管zd1，所述过压调节单元112包括光耦合器u1。
45.具体的，所述稳压二极管zd1的负极通过所述电阻r4连接初始电压的供电端口，即图中的vin处，所述稳压二极管zd2的正极连接所述光耦合器u1的第一端(图中表示为光耦合器u1_1引脚)，所述光耦合器u1的第二端(图中表示为光耦合器u1_2引脚)接地，所述光耦合器u1的第三端(图中表示为光耦合器u1_3引脚)连接所述电阻r3的第一端，所述光耦合器u1的第四端(图中表示为光耦合器u1_4引脚)接地。
46.如上述电路结构，结合图2或图3，以电源芯片作为负载20为例，假设电源芯片的正常工作电压范围为a-b，所述稳压二极管zd1的击穿电压为b，所述稳压二极管zd2的击穿电压为a，即稳压二极管zd1的击穿电压对应过压阈值，稳压二极管zd2的击穿电压对应欠压阈值；换句话说，过压阈值为b，欠压阈值为a。
47.当初始电压vin的值为大于或等于a且小于b时，所述开关管q1为导通状态，所述稳压二极管zd1不导通，所述过压保护模块11不工作，所述欠压保护模块12中的稳压二极管zd2被击穿进入稳压工作状态，所述光耦合器u2导通，即u2_3引脚和u2_4引脚间导通，此时所述电阻r7的第一端相当于接地，所述电阻r7处为低电位，进而使得所述供电开关q2_1引脚和q2_3引脚间电压差达到开启电压，所述供电开关q2导通，为所述电源芯片正常供电。
48.当初始电压vin的值小于a时，所述稳压二极管zd1不导通，所述过压保护模块11不工作，所述欠压保护模块12中的所述稳压二极管zd2为欠压截止状态，进而使所述第二光耦
u2断开，即u2_3引脚和u2_4引脚间断开，此时所述电阻r7的电位被拉高，所述供电开关q2断开，停止为所述电源芯片供电，实现欠压保护。
49.当初始电压vin的值大于或等于b时，所述稳压二极管zd1被击穿进入稳压工作状态，所述光耦合器u1开始工作，将所述电阻r3的第一端电位拉低，所述三极管q1_1引脚相当于接地，所述三极管q1断开，进而控制所述第二光耦u2断开，所述电阻r7的电位被拉高，所述供电开关q2断开，停止为所述电源芯片供电，实现过压保护。
50.在其他一些实施例中，请参阅图4，所述电路还包括稳压二极管zd3和稳压二极管zd4，所述稳压二极管zd3的负极连接所述电阻r2的第二端，所述稳压二极管zd3的正极连接所述电阻r3的第一端，所述稳压二极管zd4的负极连接所述电阻r5的第二端，所述稳压二极管zd4的正极连接所述电容c1的第一端。其中，所述稳压二极管zd3和稳压二极管zd4的击穿电压设置为与所述稳压二极管zd2的击穿电压相等。
51.当初始电压vin的值小于a时，所述稳压二极管zd3和稳压二极管zd4不会被击穿，此时电阻r2和电阻r3的支路不会导通形成回路，电阻r5和电阻r7的支路也不会导通形成回路，即上述稳压二极管zd3和稳压二极管zd4的设置在欠压情况下极大限度的减少电阻的能量损耗。可以理解的是，本实用新型实施例并不限定于上述情况，还包括只设置所述稳压二极管zd3的情况，和只设置所述稳压二极管zd4的情况，这两种情况均是可以由上述实施例合理推导得到，其不需要额外付出创造性劳动，所以这两种情况也属于本实用新型实施例的保护范围。
52.本实用新型实施例通过欠压保护模块和过压保护模块的电路结构设置，能够实现对供电控制模块的控制，进而控制对负载的供电，而且，本电路能够在过压和欠压的情况下迅速断开对负载的供电，更有效的实现负载的过压保护和欠压保护。此外，本实用新型不需要额外设计比较基准电路和辅电供电回路，降低了电路的成本和电路复杂性。
53.本实用新型实施例提供一种电源设备，所述电源设备包括上述的过欠压保护电路10和电源芯片，所述初始电压通过所述过欠压保护电路10为所述电源芯片供电。该电源设备通过所述过欠压保护电路10来对电源芯片进行供电保护，以使所述电源芯片始终在正常供电电压范围工作，避免发生欠压或者过压的情况，其具体的电路细节请参阅上述电路实施例，此处不再赘述。
54.本实用新型实施例通过欠压保护模块和过压保护模块的电路结构设置，能够实现对供电控制模块的控制，进而控制对负载的供电，而且，本电路能够在过压和欠压的情况下迅速断开对负载的供电，更有效的实现负载的过压保护和欠压保护。此外，本实用新型不需要额外设计比较基准电路和辅电供电回路，降低了电路的成本和电路复杂性。
55.需要说明的是，本实用新型的说明书及其附图中给出了本实用新型的较佳的实施例，但是，本实用新型可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例，这些实施例不作为对本实用新型内容的额外限制，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本实用新型说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。