一種電源輸入過壓欠壓關斷控制器保護電路的製作方法

2023-05-31 11:49:51

本實用新型涉及一種電源輸入過壓欠壓關斷控制器保護電路，屬於電路技術領域。

背景技術：

傳統的電源過壓欠壓斷電保護功能電路一般是由基準源、比較器和PMOS開關管構成的，比較器和基準源都需要電源供電，且結構複雜，電源輸入串接PMOS管，損耗較大；有的採用兩個TL431和PMOS開關管構成，但TL431集成電路成本都較高。

名稱：一種過電壓關斷保護電路，申請號：201310656913.4的中國專利，功能單一，不包含欠壓判斷保護的功能。名稱：用於電源電路的欠壓過壓保護電路，申請號：201310718375.7的中國專利，通過檢測電流超限值進行關斷保護，而非對電壓超限值直接進行關斷保護。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題是提供一種電源輸入過壓欠壓關斷控制器保護電路，結構簡單，利於DC-DC電源小型化集成，成本低，可靠性高。

為解決上述技術問題，本實用新型提供一種電源輸入過壓欠壓關斷控制器保護電路，其特徵是，包括上限電壓檢測單元、下限電壓檢測單元和控制器供電單元；

電源輸入電壓超過設定的上限電壓時，上限電壓檢測單元中的NMOS管導通，使控制器供電單元的供電電壓降低為零伏，電源控制器不工作，電源無輸出；

當電源輸入電壓低於設定的下限電壓時，下限電壓檢測單元中的PMOS管斷開，使控制器供電單元的供電電壓降低為零伏，電源控制器不工作，電源無輸出；

當電源輸入電壓在下限電壓與上限電壓之間時，使控制器供電單元正常供電，電源控制器工作，電源正常輸出。

上限電壓檢測單元包括第一電阻、第一電阻和NMOS管；

第一電阻的一端連接電源輸入端，另一端連接第二電阻，第二電阻的另一端連接輸入地；第一電阻和第二電阻的共接點連接NMOS管的柵極；NMOS管的源極接輸入地；NMOS管的漏極連接至下限電壓檢測單元中。

NMOS管的漏極與輸入地之間還並聯第一電容。

下限電壓檢測單元包括第三電阻、第四電阻、第五電阻、第二電容和PMOS管；

第四電阻和第五電阻串連接在上限電壓檢測單元中NMOS管的漏極和輸入地之間，第四電阻和第五電阻共接端連接PMOS管的柵極；第四電阻的另一端經第三電阻連接至電源輸入端；PMOS管V3的源極連接NMOS管的漏極；PMOS管的漏極與第二電容的一端連接，同時連接到控制器供電單元中；第二電容的另一端接輸入地GND。

控制器供電單元包括三極體；三極體的集電極連接至電源輸入端；三極體的發射極和電源控制器供電端相連；三極體的基極與下限電壓檢測單元中PMOS管的漏極連接。

控制器供電單元中還包括一穩壓管；穩壓管陽極接輸入地，陰極接下限電壓檢測單元中的PMOS管的源極。

電源輸入端的輸入電壓閾值上限VinH=（1+R1/ R2）*VGSON1, 其中，VGSON1是NMOS管V1的開啟門限電壓，R1是第一電阻的阻值， R2是第二電阻的阻值。

電源輸入端的輸入電壓閾值下限VinL={（1+ R4/R5）*┃VGSOff3┃+Icc*R3/β}*{1+R3/(R4+R5)}，其中，VGSOff3是PMOS管V3關斷門限電壓，R3是第三電阻的阻值，R4是第四電阻的阻值，R5是第五電阻的阻值，Icc是控制器供電電流，β是三極體電流放大倍數。

當電源輸入端的輸入電壓Vin超過上限電壓後恢復正常電壓時，恢復延遲時間為R3*C1*ln(Vin/(Vin-Vcc-0.7))，其中，Vcc是控制器供電單元輸出的供電電壓，R3是第三電阻的阻值，C1是第一電容的容值。

當電源輸入端的輸入電壓Vin低於下限電壓後恢復正常電壓時，恢復延遲時間為R3*C2*ln(Vin/(Vin-Vcc-0.7))，其中，Vcc是控制器供電單元輸出的供電電壓，R3是第三電阻的阻值，C2是第二電容的容值。

本實用新型所達到的有益效果：

本實用新型的電路，通過兩個MOS管構成的兩個電壓檢測單元設置了電源電壓過壓、欠壓關斷門限，來控制供電電路的開啟和關斷，結構簡單，成本低，可靠性高。當電源輸入端採用這種電路結構時，欠壓、過壓關斷時不會造成電源本身重新啟動，並且當電源電壓超設定的兩個電壓門限時，檢測輸出端電壓為零。本實用新型只使用兩個MOS管和五個電阻構成過壓和欠壓門限檢測單元，控制電源的供電電路，簡化了結構、既有利於DC-DC電源小型化集成，又大大節約了成本和提高可靠性。

附圖說明

圖1是本實用新型的電路原理框圖；

圖2是本實用新型的電路圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型作進一步描述。以下實施例僅用於更加清楚地說明本實用新型的技術方案，而不能以此來限制本實用新型的保護範圍。

如圖1所示，本實用新型主要包括上限電壓檢測單元、下限電壓檢測單元和控制器供電單元三部分。

電源輸入電壓超過設定的上限檢測電壓時，上限電壓檢測單元中的NMOS管V1導通，使供電電壓降低為零伏，電源控制器不工作，電源無輸出。

當電源輸入電壓低於設定的下限檢測電壓時，下限電壓檢測單元中的PMOS管V3斷開，使供電電壓降低為零伏，電源控制器不工作，電源無輸出。

圖2是電源輸入欠壓、過壓關斷控制器保護電路的電路圖。圖中Vin是電源輸入端（或輸出端）。

上限電壓檢測單元包括電阻R1、R2和NMOS管V1。電阻R1的一端連接電源輸入端，另一端連接電阻R2，電阻R2的另一端連接輸入地GND。電阻R1和電阻R2的共同連接點連接NMOS管V1的柵極；NMOS管V1的源極接輸入地GND；NMOS管V1的漏極連接至下限電壓檢測單元中。NMOS管V1的漏極與輸入地GND之間還並聯一電容C1。

下限電壓檢測單元包括電阻R3、R4、R5和PMOS管V3。電阻R4和電阻R5串連接在上限電壓檢測單元中NMOS管V1的漏極和輸入地GND之間，電阻R4和R5共接端連接PMOS管V3的柵極。電阻R4的另一端經電阻R3連接至電源輸入端。PMOS管V3的源極連接NMOS管V1的漏極，PMOS管V3的漏極和電容C2的一端相連，同時連接到控制器供電單元中的三極體V4的基極。電容C2的另一端接輸入地GND。

控制器供電單元包括電阻R6、穩壓管V2以及三極體V4。電阻R6串接在三極體V4的集電極和電源輸入端之間。三極體V4的發射極和電源控制器供電端相連。穩壓管V2陽極接輸入地GND，陰極接下限電壓檢測單元中的PMOS管V3的源極。

電源輸入端的輸入電壓的閾值電壓上限（過壓門限）為VinH,

VinH=（1+R1/ R2）*VGSON1, VGSON1是NMOS管V1的開啟門限電壓，R1是電阻R1的阻值， R2是電阻R2的阻值。

電源輸入端的輸入電壓的閾值電壓下限（欠壓門限）為VinL,

VinL={（1+ R4/R5）*┃VGSOff3┃+Icc*R3/β}*{1+R3/(R4+R5)}，式中VGSOff3是PMOS管V3關斷門限電壓，R3是電阻R3的阻值，R4是電阻R4的阻值，R5是電阻R5的阻值,Icc是控制器供電電流，β是三極體V4電流放大倍數。

工作原理：

當電源輸入端Vin電壓在（1+ R4/R5）*┃VGSOff3┃+Icc*R3/β}*{1+R3/(R4+R5)}和（1+R1/ R2）*VGSON1之間時，NMOS管V1一直關斷，PMOS管V3一直開啟，三極體V4一直開啟，電源控制器供電端的供電電壓Vcc正常，供電電源正常工作；當電源電壓在（1+ R4/R5）*┃VGSOff3┃+Icc*R3/β}*{1+R3/(R4+R5)}和（1+R1/ R2）*VGSON1之外時，三極體V4關斷，供電電路不工作，電源控制器供電端無供電電壓Vcc,電源控制器不工作，起到過壓和欠壓關斷電源的功能。當電源輸入端的輸入電壓Vin低於上限電壓後恢復正常，或電源輸入端的輸入電壓Vin高於下限電壓後恢復正常，供電電壓恢復延遲時間分別為R3*C1*ln(Vin/(Vin-Vcc-0.7))和R3*C2*ln(Vin/(Vin-Vcc-0.7))。

以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本實用新型的保護範圍。