專利名稱：直流輸入的過壓和欠壓保護電路的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種輸入電壓保護電路，尤其是涉及一種直流輸入電壓的過壓和欠壓保 護電路。
背景技術：
目前常用的直流低電壓輸入過壓及欠壓保護電路是通過運放比較器檢測電壓然后將控 制信號傳輸給PWM芯片實現控制。如圖1所示，Cl、 C2、 C3為濾波電容，U1A和U1B 均為運算放大器，其輸出端分別串接單向導通的二極管D1、 D2之后，通過電阻R1向PWM 控制芯片輸出控制信號。其中，連接在輸入電壓與地之間，相串接的電阻R2和穩壓管ZD1， 以及連接在電阻R2和穩壓管ZD1公共端與地之間的C3為運算放大器UlA提供安全工作范 圍；三端可調的穩壓器U2為運算放大器U1A提供基準電壓。由穩壓器U2、限流電阻R4、 電阻R5和R7、運算放大器U1B和二極管Dl構成一個欠壓保護的檢測電路；穩壓器U2、 電阻R4、電阻R3、電阻R6、運算放大器U1A和二極管D2構成過壓檢測的電路，經電阻 Rl輸出控制信號至PWM控制芯片的檢測腳來關斷開關管實現電路保護。
上述電路需要后端的PWM控制芯片保護的支持，占用了 PWM控制芯片對后端保護功 能利用，使得實現成本較高；且前端保護部分與后端不分離的方式，存在電路復雜、故障率 及排除難度增加的缺陷。
實用新型內容
本實用新型在于提出一種直流輸入電壓的過壓和欠壓保護電路，以簡化電路，提高電路 的可靠性。
為解決本實用新型的技術問題，本實用新型公開一種直流輸入的過壓和欠壓保護電路，
包括
正輸入端分別通過分壓電阻連接輸入電壓、負輸入端均連接提供基準電壓的穩壓器的第
一、第二電壓比較器；
連接在輸入電壓與輸出電壓之間的第一晶體管；
集電極耦接第一晶體管柵極的第二晶體管，且第二晶體管的基極耦接第二電壓比較器的 輸出端；當輸入電壓過高時，第一電壓比較器輸出高電壓信號使第四晶體管導通，拉動第二、 第一晶體管截止而斷開輸出電壓的輸出；
基極耦接第一電壓比較器輸出端的第四晶體管，且第四晶體管集電極連接第二晶體管的 基極；當輸入電壓過低時，第二電壓比較器輸出低電壓信號使第二晶體管截止，拉動第一晶 體管截止而斷開輸出電壓的輸出。
優選的，所述直流輸入的過壓和欠壓保護電路還包括基極接收外部控制信號的第三晶體管，其發射極接地，集電極連接第二晶體管的基極。
優選的，第一晶體管為P溝道的MOS晶體管，第二、第三和第四晶體管均為NPN型
的三極管。
優選的，第一晶體管的柵極串接限流電阻；第二、第三和第四晶體管的基極分別連接限 流電阻以及下拉電阻。
優選的，第一晶體管的柵極與輸入電壓之間串接第二穩壓管，以及與第二穩壓管并聯的 保護電阻。
優選的，所述直流輸入的過壓和欠壓保護電路還包括串接在輸入電壓與地之間的濾波 電容；串接在輸出電壓與地之間的濾波電容。
與現有技術相比，本實用新型具有如下有益效果-
本實用新型尤其適合應用于直流輸入電源或蓄電池輸入過欠壓和來自后端系統的過流、 過熱、故障、應急等檢測的保護或外部電路切換功能的過壓控制，可以單獨使用于電源輸入 前端實現其所要保護的功能，而不需要后端控制芯片保護的支持，從而具有電路簡單和實現 成本較低和較高可靠性的優點。
圖1是現有直流輸入過壓及欠壓保護電路的結構示意圖2是本實用新型提出的直流輸入過壓及欠壓保護電路的結構示意圖。
具體實施方式
本實用新型將直流輸入部分的保護功能獨立出來，利用驅動電源前端輸入部分增加的開 關管關斷保護，用于直流輸入電源或蓄電池輸入過欠壓檢測保護；且外部控制信號可來自后 端系統的過流、過熱、故障、應急等檢測和外部電路切換功能的控制，達到切斷輸入的電源， 保護后端設備或輸入電源切換目的。
如圖2示。本實用新型的電路包括連接在輸入電壓Vin與地(GND)之間的濾波電容 Cl,連接在輸出電壓Vout與地之間的濾波電容C2;連接在輸入電壓Vin與輸出電壓Vout 之間的P溝道的第一晶體管Ql,該第一晶體管Q1的柵極連接驅動電阻R12，且柵極與輸入 電壓Vin之間連接用于限制第一晶體管Ql柵源電壓的第二穩壓管ZD2,以及與第二穩壓管 ZD2并聯用于防止第一晶體管Ql誤導通的保護電阻Rl;采用同相運算放大器的第一、第 二電壓比較器U1A和U1B，第一電壓比較器U1A的正輸入端連接分壓電阻R3和R6的公 共端，第一電壓比較器U1A的負輸入端連接三端可調的穩壓器U2，且該穩壓器U2通過限 流電阻R4與輸入電壓Vin連接，而第二電壓比較器U1B的正輸入端連接分壓電阻R5和R7 的公共端，第二電壓比較器U1B的負輸入端連接穩壓器U2;第二電壓比較器U1B的輸出 端通過限流電路R10連接第二晶體管Q2的基極和第三、第四晶體管Q3和Q4的集電極， 且第二晶體管Q2的集電極通過電阻R12連接第一晶體管Q1的柵極；第一電壓比較器U1A 的輸出端通過限流電路R8連接第四晶體管Q4的基極；另外，第二、第三和第四晶體管Q2、 Q3和Q4均為NPN型三極管，且其發射極均接地，且基極分別接下拉電阻R9、 R13和Rll。
4另外，實用新型的電路還包括連接在輸入電壓Vin與地(GND)之間相串接的第一穩 壓管ZD1和電阻R2，且第一穩壓管ZD1和電阻R2的公共端連接第一電壓比較器U1A的 供電VCC端，且第一電壓比較器U1A的供電VCC與地之間還連接一個濾波電容C3;第一 穩壓管ZD1、電阻R2和濾波電容C3為第一穩壓管ZD1提供安全工作電壓范圍。
本實用新型的工作原理如下
1、 當輸入電壓Vin處于正常范圍時，第三、第四晶體管Q3、 Q4不導通，Q2導通，第 一晶體管Ql的柵極為低電平而導通，故輸入電壓Vin流經第一晶體管Ql而輸出電壓Vout。
2、 當輸入電壓Vin偏低時，通過分壓電阻R5和R7分壓到第二電壓比較器U1B的正輸 入端的電壓與其負輸入端的電壓(為穩壓器U2提供的基準電壓)相比較，正輸入端的電壓 低于負輸入端的電壓，故第二電壓比較器U1B的輸出端輸出一個反向電壓信號(低電位信 號，比如為-12V的電壓信號)至第二晶體管Q2，使第二晶體管Q2不導通，而第一晶體管 Ql的柵極為高電平，則第一晶體管Q1不導通，從而切斷了輸入電壓Vin至輸出電壓Vout 之間的通路，達到欠壓保護目的。因此，電阻R4、穩壓器U2、分壓電阻R5和R7、第二電 壓比較器U1B、電阻RIO、第二晶體管Q2和第一晶體管Q1構成欠壓檢測保護電路。
3、 當輸入電壓Vin過高時，通過分壓電阻R3和R6分壓后到第一電壓比較器U1A的 正輸入端的電壓與其負輸入端的電壓(為穩壓器U2提供的基準電壓)相比較，正輸入端的 電壓高于負輸入端的電壓，故第一電壓比較器U1A的輸出端輸出一個正向電壓信號(高電 位信號，比如為+12V的電壓信號)至第四晶體管Q4，使第四晶體管Q4導通，進一步使第 二晶體管Q2的基極電壓被拉低而使第二晶體管Q2不導通；由于第二晶體管Q2不導通，使 第一晶體管Q1不導通，從而切斷了輸入電壓Vin至輸出電壓Vout之間的通路，達到過壓保 護的目的。因此，電阻R4、穩壓器U2、分壓電阻R3和R6、第一電壓比較器U1A、電阻 R8、第四晶體管Q4、第二晶體管Q2和第一晶體管Q1構成欠壓檢測保護電路。
并且，第三晶體管Q3的基極通過限流電阻R11接收外部控制信號，當外部控制信號通 過一個來自后端設備系統的過流、過熱、故障、應急等檢測產生正向電壓信號，或來自實現 另一電源輸入電路切換功能的控制正向電壓信號時，驅動第三晶體管Q3，當第三晶體管Q3 導通時，第二晶體管Q2的基極電壓被拉低，使第二晶體管Q2不導通，則第一晶體管Ql 不導通，從而切斷了輸入電壓Vin至輸出電壓Vout之間的通路。
綜上，本實用新型尤其適合應用于直流輸入電源或蓄電池輸入過欠壓和來自后端系統的 過流、過熱、故障、應急等檢測的保護或外部電路切換功能的過壓控制，可以單獨使用于電 源輸入前端實現其所要保護的功能，而不需要后端控制芯片保護的支持，從而具有電路簡單 和實現成本較低和較高可靠性的優點。
權利要求1、一種直流輸入的過壓和欠壓保護電路，包括正輸入端分別通過分壓電阻連接輸入電壓(Vin)、負輸入端均連接提供基準電壓的穩壓器(U2)的第一、第二電壓比較器(U1A和U1B)；其特征在于，還包括連接在輸入電壓(Vin)與輸出電壓(Vout)之間的第一晶體管(Q1)；集電極耦接第一晶體管(Q1)柵極的第二晶體管(Q2)，且第二晶體管(Q2)的基極耦接第二電壓比較器(U1B)的輸出端；當輸入電壓(Vin)過高時，第一電壓比較器(U1A)輸出高電壓信號使第四晶體管(Q4)導通，拉動第二、第一晶體管(Q2和Q1)截止而斷開輸出電壓(Vout)的輸出；基極耦接第一電壓比較器(U1A)輸出端的第四晶體管(Q4)，且第四晶體管(Q4)集電極連接第二晶體管(Q2)的基極；當輸入電壓(Vin)過低時，第二電壓比較器(U1B)輸出低電壓信號使第二晶體管(Q2)截止，拉動第一晶體管(Q1)截止而斷開輸出電壓(Vout)的輸出。
2、 根據權利要求1所述直流輸入的過壓和欠壓保護電路，其特征在于，還包括基 極接收外部控制信號的第三晶體管(Q3)，其發射極接地，集電極連接第二晶體管(Q2) 的基極。
3、 根據權利要求2所述直流輸入的過壓和欠壓保護電路，其特征在于，第一晶體管 (Ql)為P溝道的MOS晶體管，第二、第三和第四晶體管(Q2、 Q3和Q4)均為NPN型的三極管。
4、 根據權利要求3所述直流輸入的過壓和欠壓保護電路，其特征在于，第一晶體管 (Ql)的柵極串接限流電阻(R12);第二、第三和第四晶體管(Q2、 Q3和Q4)的基極分別連接限流電阻(RIO、 R11禾口R8)以及下拉電阻(R9、 R13和R11)。
5、 根據權利要求1所述直流輸入的過壓和欠壓保護電路，其特征在于，第一晶體管 (Ql)的柵極與輸入電壓(Vin)之間串接第二穩壓管(ZD2)，以及與第二穩壓管(ZD2)并聯的保護電阻(Rl)。
6、 根據權利要求1所述直流輸入的過壓和欠壓保護電路，其特征在于，還包括串 接在輸入電壓(Vin)與地之間的濾波電容(Cl)。
7、 根據權利要求1所述直流輸入的過壓和欠壓保護電路，其特征在于，還包括串 接在輸出電壓(Vout)與地之間的濾波電容(C2)。
專利摘要一種直流輸入的過壓和欠壓保護電路，包括第一、第二電壓比較器；連接在輸入電壓與輸出電壓之間的第一晶體管；集電極耦接第一晶體管柵極的第二晶體管，且第二晶體管的基極耦接第二電壓比較器的輸出端；當輸入電壓過高時，第一電壓比較器輸出高電壓信號使第四晶體管導通，拉動第二、第一晶體管截止而斷開輸出電壓的輸出；基極耦接第一電壓比較器輸出端的第四晶體管，且第四晶體管集電極連接第二晶體管的基極；當輸入電壓過低時，第二電壓比較器輸出低電壓信號使第二晶體管截止，拉動第一晶體管截止而斷開輸出電壓的輸出。本實用新型具有電路簡單、實現成本較低和較高可靠性的優點，尤其適合用于直流輸入電源或蓄電池輸入過欠壓和過壓控制保護。
文檔編號H02H3/20GK201349121SQ20082023585
公開日2009年11月18日 申請日期2008年12月29日 優先權日2008年12月29日
發明者欣 白 申請人:深圳市同洲電子股份有限公司