一种电源端口防反电路

本发明属于电源控制，具体而言，涉及一种电源端口防反电路。

背景技术：

1、在直流开关电源、直流电机驱动器或控制器等设备的电源输入端或电源输出端，往往需要设置防反电路，输入端防反电路用于实现输入电源的防反接或反极性保护；电源输出端口的防反电路则主要用于实现输出电源防电流倒灌或反流保护。传统的电源端口防反电路设计是采用二极管实现，功耗大、效率低且散热困难，特别是在低压大电流应用中会极大的增加设备的功耗、成本以及体积和重量。目前改进的方法是采用功率mos管替代二极管，并设计适当的mos管驱动和控制电路，当正常工作时控制mos管导通，由于mos管沟道电阻较小，管压降相对二极管较低，可以极大的降低功耗，提高效率；当输入反极性或输出反流时，通过控制使mos管截止，利用mos管的体二极管实现输入防反接或输出防反流。采用功率mos管实现防反设计有两种方案，一是采用pmos，控制和驱动电路简单，但pmos导通电阻相对较大，限制了其在大电流领域的应用；另一种方案是采用nmos，其导通电阻很小，功耗低，但控制和驱动电路较复杂，特别是串联在电源正极时需要实现高边驱动，往往采用专用的控制芯片，需要集成高边驱动电路和防范检测电路，成本较高。

2、本发明所涉及的电源端口防反电路，采用n沟道功率mos管(nmos)作为主开关，采用三极管、二极管、电阻、电容及比较器构成功率mos管的控制和驱动电路，实现电源输入端口防反接或电源输出端口防反流功能。本发明所涉及的电路方案与目前几种主流方案相比，控制和驱动电路从输入电源取电，无需额外的供电电源，简化了电路，提高了可靠性；同时该电路全部采用通用器件实现，避免采用防反电路专用控制芯片，易于应用，并可以有效降低成本。因此，本发明具有可靠性高、成本低及易于应用的优点。

技术实现思路

1、本发明针对电源端口防反电路技术的应用情况，设计了一种采用n沟道功率mos管作为防反功率管，采用比较器、三极管、二极管及电阻、电容等通用器件构成功率mos管的驱动及控制电路的电源端口防反电路，主要用于输入电源端口防反接或输出电源端口防反流。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种电源端口防反电路，包括防反功率管、自举驱动电路、脉冲信号发生电路以及反流检测电路。

4、所述的防反功率管采用n沟道功率mos管，防反功率管串接在输入电源正极与输出电源正极之间，输入电源与输出电源共地，其中n沟道功率mos管的源极(s极)接输入电源，漏极(d极)连接电源输出端；

5、所述的自举驱动电路输出端与防反功率管的源极(s极)和栅极(g极)相连，实现对防反功率管的驱动；自举驱动电路驱动功能的实现由脉冲信号发生电路输出的脉冲信号控制，其驱动关断功能实现由反流检测电路输出的控制信号控制；

6、所述的脉冲信号发生电路用于产生周期脉冲信号，以控制自举驱动电路的开关管周期开通或关断，从而实现防反功率管的自举驱动，脉冲信号发生电路的供电电源由输入电源提供；

7、所述的反流检测电路输入分别连接输入电源和输出电源端口，反流检测电路的输出与自举驱动电路的关断控制端相连，通过比较输入电源和输出电源的大小产生关断控制信号，当输出电源端口电压高于输入电源电压，反流检测电路将输出有效的关断控制信号，控制自举驱动电路关断驱动输出，从而实现防反功率管的关断控制。

8、所述的自举驱动电路包括三极管q2、三极管q3、二极管d1、二极管d2、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r8、电阻r10和电容c1、电容c2、电容c3；

9、所述的脉冲信号发生电路输出周期脉冲信号“pulse”，通过电容c3和电阻r8连接到自举驱动电路中的三极管q3的b极；三极管q3的b极通过电阻r10与三极管q3的e极共同接地；输入电源“vin”通过电阻r3和二极管d1的阳极相连，d1的阴极与电容c1的一端和二极管d2的阳极相连，二极管d2的阴极连接防反功率mos管的g极(栅极)，电容c1的另一端与三极管q2的c极相连；电阻r2与电阻r1构成对电容c1端电压的分压网络，r2与c2并联在q1的gs端；三极管q2的ce极并联在r2与c2两端，三极管q2的b极为自举驱动电路的关断控制端，连接反流检测电路的输出；c1为自举驱动电容，r3为c1的充电限流电阻，设置r2c2时间常数及r1和r2比值，能实现c2两端电压维持足够高的值保证防反功率mos管可靠导通。

10、所述的脉冲信号发生电路包括两部分，一部分是电阻r11，电容c5及稳压二极管d4构成的辅助供电电路；另一部分是比较器u1a，电阻r4～r7、r9，电容c4及二极管d3构成的自激振荡电路；

11、所述脉冲信号发生电路的辅助供电电路用于产生辅助电源“vcc”，为自激振荡电路供电，输入电源“vin”通过r11得到电源“vcc”，“vcc”电压值被稳压二极管d4钳位，同时通过电容c5进行滤波，从而实现稳定的脉冲信号发生电路辅助供电电源；

12、所述脉冲信号发生电路的自激振荡电路则用于产生周期脉冲信号“pulse”，该信号由比较器u1a的1脚输出，比较器u1a输出为oc门，比较器u1a的1脚有“接地”和“高阻”两种状态；电源“vcc”对地通过r6和r5构成的串联电阻分压网络与u1a的3脚同相端相连，r6接在u1a的3脚与电源“vcc”之间，r5接在u1a的3脚与地之间，u1a的3脚通过电阻r9与u1a的输出引脚1脚相连。u1a的2脚反相端通过电容c4接地，并通过电阻r7接电源“vcc”，同时，u1a的2脚通过二极管d3和电阻r4串联支路与u1a的输出引脚1脚相连，u1a的2脚接二极管d3的阳极。

13、所述的反流检测电路用于实现n沟道功率mos管q1的反流检测，输出关断控制信号“shutdn”至自举驱动电路的关断控制端，关断功率mos管q1。

14、反流检测电路包括比较器u1b，电阻r13，电阻r14和电阻r15；比较器u1b的5脚同相端通过电阻r14连接到n沟道功率mos管q1的s极，并与输入电源“vin”相连；u1b的6脚反相端通过电阻r15连接到n沟道功率mos管q1的d极，并与电源输出端“vout”相连；u1b的7脚输出端通过电阻r13连接到自举驱动电路中的三极管q2的b极，即关断控制端。

15、一种电源端口防反电路的工作方法，步骤如下：

16、第一步：防反功率管采用n沟道功率mos管，正常工作时防反功率管导通以降低功耗，反极性或反流时mos管截止，通过体二极管实现反流阻断；防反功率管由自举驱动电路产生的驱动信号“drv”驱动，而“drv”电平值由脉冲信号发生电路产生的周期脉冲信号“pulse”和反流检测电路产生的关断控制信号“shutdn”控制；

17、第二步：正常工作时，“shutdn”为开路状态，“pulse”周期脉冲信号保证“drv”维持高电平且电压值大于功率mos管的gs饱和导通电压阈值，驱动防反功率管饱和导通；

18、第三步：发生电源反极性或反向电流时，“shutdn”变为低电平，使“drv”变为低电平，快速关断防反功率管，利用功率mos管的体二极管实现反流保护。

19、本发明的有益效果是：

20、本发明电路全部采用通用器件包括比较器、二极管、三极管、电阻和电容，并采用自供电方式实现对nmos管的高边驱动和防反控制，无需专用集成电路，无需额外的供电电源，从而具有可靠性高、成本低、易于应用的优点。