一种直流输入电压的欠压及过压保护电路和方法技术

本发明专利技术涉及一种输入欠压或过压保护电路，具体公开了一种直流输入电压的欠压及过压保护电路和方法，该电路包括：一级电路和二级电路，所述一级电路和二级电路串联连接，所述一级电路包括第一电阻(R1)、第二电阻(R2)和一个P沟道增强型MOS管，所述二级电路包括第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、一个P沟道增强型MOS管和一个反函数型指数电路，所述一级电路输入电压为Vi，所述一级电路输出电压为Vo1，所述Vo1为所述二级电路的输入电压VS，所述二级电路输出电压为Vo2。本发明专利技术通过采用两级串联开关电路，电路使用的元器件少，结构简单，成本低，可实现对嵌入式单板电路中的精密IC以及对电压变化范围敏感的元器件形成保护，从而延长电路使用寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种输入欠压或过压保护电路，尤其涉及一种直流输入电压的欠压及过压保护电路和方法。
技术介绍
随着科学技术的发展，包括计算机、平板电脑、移动终端等在内的电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源和供电保护电路。在工业领域，嵌入式单板一般使用直流开关电源供电，但是由于开关电源中控制电路比较复杂，晶体管和集成器件耐受电、热冲击的能力较差，且存在严重的开关干扰，在使用过程中给用户带来很大不便，因此，为了保护开关电源自身和负载的安全，根据开关电源的原理和特点，在嵌入式单板上增加一种保护电路，当开关电源发生欠压、过电压、过电流短路时，单板上的保护电路可有效保护单板上的精密的集成电路芯片(IC)、各种对电压波动较为敏感的元器件。目前常用的电源过压保护电路中很多采用电控晶闸管进行过电压保护，电路中采用晶闸管触发电路，结合比较器，来达到电路过压保护的目的。此种方案中，由于晶闸管本身承受过电流和过电压的能力较差，在运行过程中会造成静态及动态的过载能力较差的问题，另外晶闸管本身容易受干扰而误导通，在实际应用中，有时可能起不到对电路过压保护的作用。电源过压保护电路中的另外一种方式，通过采用小功率或大功率的晶体管组成复合管的串联电路，结合硅稳压二极管和比较放大器来达到稳压电源电路的目的。这种过压保护电路中，由于晶体管本身开关速度低，且为电流驱动，因此存在所需的驱动电路功率要求较大，驱动电路比较复杂等特点，另外晶体管存在二次击穿等问题。由于嵌入式单板电路的工作一般依赖并使用直流开关电源作为供电，从开关电源侧无法提供对单板输入电压的欠压或过压保护，为实现对嵌入式单板上较为精密的IC和有关器件进行保护，因此，需要一种对单板输入电压进行欠压保护和过压保护的技术方法。
技术实现思路
本专利技术实施例旨在提供一种直流输入电压的欠压及过压保护电路和方法，克服现有技术采用电控晶闸管进行过电压保护，由于晶闸管本身承受过电流和过电压的能力较差，在运行过程中会造成静态及动态的过载能力较差的问题，以及采用小功率或大功率的晶体管组成复合管的串联电路，由于晶体管本身开关速度低，且为电流驱动，因此存在所需的驱动电路功率要求较大，驱动电路比较复杂等特点，同时晶体管存在二次击穿等问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供以下技术方案：一方面，本专利技术实施例提供一种直流输入电压的欠压及过压保护电路，所述电路包括：一级电路和二级电路，所述一级电路和二级电路串联连接，所述一级电路包括第一电阻(R1)、第二电阻(R2)和一个P沟道增强型MOS管，所述二级电路包括第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、一个P沟道增强型MOS管和一个反函数型指数电路，所述P沟道增强型MOS管的阈值电压为VGS(th)，所述一级电路输入电压为Vi，Vi满足所述一级电路输出电压为Vo1，所述Vo1为所述二级电路的输入电压VS，所述VS满足K为反函数型指数电路中与对数模拟运算相关模块内选取的二极管或三极管器件参数相关的常数，所述二级电路输出电压为Vo2。一些实施例中，所述一级电路包括第一电阻(R1)、第二电阻(R2)和第一P沟道增强型MOS管(Q1)，所述第一P沟道增强型MOS管(Q1)的S极连接外部输入电压(Vi)，所述第一P沟道增强型MOS管(Q1)的D极为所述一级电路的输出端，连接所述二级电路的输入端，所述第一电阻(R1)和第二电阻(R2)串联形成分压电路，所述第一P沟道增强型MOS管(Q1)的G极连接到由第一电阻(R1)和第二电阻(R2)组成的分压电路的输出端，所述第一电阻(R1)一端与所述第一P沟道增强型MOS管(Q1)的S极连接，所述第二电阻(R2)一端接地。一些实施例中，所述二级电路包括第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第二P沟道增强型MOS管(Q2)和一个反函数型指数电路，所述第二P沟道增强型MOS管(Q2)的S极为所述二级电路的输入端，连接所述一级电路的输出端，所述第二P沟道增强型MOS管(Q2)的D极为所述二级电路的输出端，所述第二P沟道增强型MOS管(Q2)的G极连接所述反函数型指数电路一端，所述反函数型指数电路另一端连接到由第三电阻(R3)和第四电阻(R4)组成的分压电路的输出端，所述第三电阻(R3)一端与所述第二P沟道增强型MOS管(Q2)的S极连接，所述第四电阻(R4)一端接地。一些实施例中，所述一级电路中第一电阻(R1)或第二电阻(R2)中有一个为可调电阻，或者所述第一电阻(R1)和第二电阻(R2)整体为一个滑动变阻器。一些实施例中，所述二级电路中第三电阻(R3)或第四电阻(R4)中有一个为可调电阻，或者所述第三电阻(R3)和第四电阻(R4)整体为一个滑动变阻器。一些实施例中，所述第一P沟道增强型MOS管(Q1)的阈值电压为VGS(th)，所述第一P沟道增强型MOS管(Q1)栅、源极之间的电压VGS小于或等于所述第一P沟道增强型MOS管(Q1)的阈值电压VGS(th)时，所述第一P沟道增强型MOS管(Q1)的S极和D极之间导通。一些实施例中，所述第二P沟道增强型MOS管(Q2)的阈值电压为VGS(th)，所述二级电路输入电压VS增大到一定值V2时，所述二级电路通过反函数型指数电路自动调高第二P沟道增强型MOS管(Q2)栅极、源极之间的电压VGS，直至VGS大于第二P沟道增强型MOS管(Q2)导通的阈值电压VGS(th)，所述第二P沟道增强型MOS管(Q2)的S极、D极断开。一些实施例中，所述二级电路中反函数型指数电路通过一路单独的直流电压供电，所述反函数型指数电路的供电电压符合指数电路的直流额定电压要求，所述反函数型指数电路的供电电压是不同于输入电压Vi的单独电压，且所述反函数型指数电路的供电电压大于二级电路输出电压的上限值V2。另一方面，本专利技术实施例还提供一种直流输入电压的欠压及过压保护方法，所述方法包括：通过调节所述一级电路中的可调电阻，使所述第一P沟道增强型MOS管(Q1)栅、源极之间的电压VGS小于或等于所述第一P沟道增强型MOS管(Q1)的阈值电压VGS(th)，同时Vi满足和所述第一P沟道增强型MOS管(Q1)的S极和D极之间导通。一些实施例中，所述方法还包括：通过调节所述二级电路中的可调电阻，所述二级电路输入电压VS增大到一定值V2时，所述二级电路通过反函数型指数电路自动调高第二P沟道增强型MOS管(Q2)栅极、源极之间的电压VGS，直至VGS大于第二P沟道增强型MOS管(Q2)导通的阈值电压VGS(th)，同时VS满足所述第二P沟道增强型MOS管(Q2)的S极、D极断开。本专利技术的有益效果在于：本专利技术实施例提供了一种直流输入电压的欠压及过压保护电路和方法，克服了现有技术采用电控晶闸管进行过电压保护，由于晶闸管本身承受过电流和过电压的能力较差，在运行过程中会造成静态及动态的过载能力较差的问题，以及采用小功率或大功率的晶体管组成复合管的串联电路，由于晶体管本身开关速度低，且为电流驱动，因此存在所需的驱动电路功率要求较大，驱动电路比较复杂等特点，同时晶体管存在二次击穿等问题。本专利技术通过采用两级串联开关电路，电路使用的元器件少，结构简单，成本低，可实现对嵌入式单板电路中的精密IC以及对电压变化范围敏感的元器件形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直流输入电压的欠压及过压保护电路，其特征在于，包括：一级电路和二级电路，所述一级电路和二级电路串联连接，所述一级电路包括第一电阻(R1)、第二电阻(R2)和一个P沟道增强型MOS管，所述二级电路包括第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、一个P沟道增强型MOS管和一个反函数型指数电路，所述P沟道增强型MOS管的阈值电压为VGS(th)，所述一级电路输入电压为Vi，Vi满足所述一级电路输出电压为Vo1，所述Vo1为所述二级电路的输入电压VS，所述VS满足K为反函数型指数电路中与对数模拟运算相关模块内选取的二极管或三极管器件参数相关的常数，所述二级电路输出电压为Vo2。

【技术特征摘要】
1.一种直流输入电压的欠压及过压保护电路，其特征在于，包括：一级电路和二级电路，所述一级电路和二级电路串联连接，所述一级电路包括第一电阻(R1)、第二电阻(R2)和一个P沟道增强型MOS管，所述二级电路包括第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、一个P沟道增强型MOS管和一个反函数型指数电路，所述P沟道增强型MOS管的阈值电压为VGS(th)，所述一级电路输入电压为Vi，Vi满足所述一级电路输出电压为Vo1，所述Vo1为所述二级电路的输入电压VS，所述VS满足K为反函数型指数电路中与对数模拟运算相关模块内选取的二极管或三极管器件参数相关的常数，所述二级电路输出电压为Vo2。2.根据权利要求1所述的直流输入电压的欠压及过压保护电路，其特征在于，所述一级电路包括第一电阻(R1)、第二电阻(R2)和第一P沟道增强型MOS管(Q1)，所述第一P沟道增强型MOS管(Q1)的S极连接外部输入电压(Vi)，所述第一P沟道增强型MOS管(Q1)的D极为所述一级电路的输出端，连接所述二级电路的输入端，所述第一电阻(R1)和第二电阻(R2)串联形成分压电路，所述第一P沟道增强型MOS管(Q1)的G极连接到由第一电阻(R1)和第二电阻(R2)组成的分压电路的输出端，所述第一电阻(R1)一端与所述第一P沟道增强型MOS管(Q1)的S极连接，所述第二电阻(R2)一端接地。3.根据权利要求1所述的直流输入电压的欠压及过压保护电路，其特征在于，所述二级电路包括第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第二P沟道增强型MOS管(Q2)和一个反函数型指数电路，所述第二P沟道增强型MOS管(Q2)的S极为所述二级电路的输入端，连接所述一级电路的输出端，所述第二P沟道增强型MOS管(Q2)的D极为所述二级电路的输出端，所述第二P沟道增强型MOS管(Q2)的G极连接所述反函数型指数电路一端，所述反函数型指数电路另一端连接到由第三电阻(R3)和第四电阻(R4)组成的分压电路的输出端，所述第三电阻(R3)一端与所述第二P沟道增强型MOS管(Q2)的S极连接，所述第四电阻(R4)一端接地。4.根据权利要求2所述的直流输入电压的欠压及过压保护电路，其特征在于，所述一级电路中第一电阻(R1)或第二电阻(R2)中有一个为可调电阻，或者所述第一电阻(R1)和第二电阻(R2)整体为一个滑动变阻器。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟波，马晋，瞿浩正，韩业实，
申请(专利权)人：深圳华云数码有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44