过压保护电路、过压保护系统和电子设备的制作方法

1.本实用新型涉及过压保护技术领域，尤其涉及一种过压保护电路、过压保护系统和电子设备。


背景技术：

2.在低端终端设备成本控制越来越严格的情况下，需要把终端设备内的各器件成本最小化，因此，在一段时间内甚至取消了过压保护芯片。但是，这些低端终端设备需要出口到非洲等国家，这些国家的电压不稳定，很容易造成负载击穿的问题，故而还是需要在终端设备内设置过压保护电路。
3.现有技术中，过压保护电路中需要用到很多电容以及瞬态二极管，这导致过压保护电路的成本较高，不利于降低终端设备的成本。


技术实现要素：

4.本公开提供了一种过压保护电路、过压保护系统和电子设备，能够降低过压保护电路的成本。
5.第一方面，本公开提供了一种过压保护电路，包括：第一开关、第二开关、第三开关、第一上拉电阻、第二上拉电阻和延时单元；
6.所述第一开关的控制端与电源线的输入端电连接，所述第一开关的第一端分别与所述第一上拉电阻的第一端、所述延时单元的第一端和所述第二开关的控制端电连接，所述第二开关的第一端分别与所述第二上拉电阻的第一端和所述第三开关的控制端电连接，所述第一上拉电阻的第二端、所述第二上拉电阻的第二端和所述第三开关的第一端均与所述电源线的输入端电连接，所述第一开关的第二端、所述第二开关的第二端和所述延时单元的第二端均接地，所述第三开关的第二端与所述电源线的输出端电连接；
7.所以延时单元，用于在所述电源线的输入端接收到的初始输入电压大于保护电压时，延时所述第二开关的导通，以使所述第二开关导通前，导通所述第一开关。
8.可选的，所述过压保护电路还包括：电压调节单元；
9.所述电压调节单元的第一端与所述电源线的输入端电连接，所述电压调节单元的第二端与所述第一开关的控制端电连接，所述电压调节单元的第三端接地；
10.所述电压调节单元，用于调节所述过压保护电路的保护电压。
11.可选的，所述延时单元包括：电容；
12.所述电容的第一端分别与所述第一开关的第一端和所述第二开关的控制端电连接，所述电容的第二端接地。
13.可选的，所述电压调节单元包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；
14.所述第一电阻的第一端与所述电源线的输入端电连接，所述第一电阻的第二端分别与所述第二电阻的第一端、所述第三电阻的第一端和所述第四电阻的第一端电连接，所述第二电阻的第二端和所述第三电阻的第二端均接地，所述第四电阻的第二端与所述第一
开关的控制端电连接。
15.可选的，所述第一开关包括第一三极管，所述第一三极管的基极与所述第一开关的控制端电连接，所述第一三极管的集电极与所述第一开关的第一端电连接，所述第一三极管的发射极与所述第一开关的第二端电连接；
16.所述第二开关包括第二三极管，所述第二三极管的基极与所述第二开关的控制端电连接，所述第二三极管的集电极与所述第二开关的第一端电连接，所述第二三极管的发射极与所述第二开关的第二端电连接。
17.可选的，过压保护电路还包括：第一下拉电阻和第二下拉电阻；
18.所述第一下拉电阻的第一端与所述第一三极管的基极电连接，所述第一下拉电阻的第二端接地；
19.所述第二下拉电阻的第一端与所述第二三极管的基极电连接，所述第二下拉电阻的第二端接地。
20.可选的，过压保护电路还包括：限流电阻；
21.所述限流电阻的第一端与所述第一上拉电阻的第一端电连接，所述限流电阻的第二端与所述第二三极管的基极电连接。
22.可选的，所述第三开关包括场效应管，所述场效应管的栅极与所述第三开关的控制端电连接，所述场效应管的漏级与所述第三开关的第一端电连接，所述场效应管的源极与所述第三开关的第二端电连接。
23.第二方面，本公开提供了一种过压保护系统，包括电源线和第一方面提供的任一种过压保护电路；
24.所述过压保护电路电连接于所述电源线的输入端和输出端之间。
25.第三方面，本公开提供了一种电子设备，包括负载、电源线和第一方面提供的任一种过压保护电路；
26.所述过压保护电路电连接于所述电源线的输入端和输出端之间，所述负载与所述电源线的输出端电连接。
27.本公开提供的技术方案中，过压保护电路包括：第一开关、第二开关、第三开关、第一上拉电阻、第二上拉电阻和延时单元；第一开关的控制端与电源线的输入端电连接，第一开关的第一端分别与第一上拉电阻的第一端、延时单元的第一端和第二开关的控制端电连接，第二开关的第一端分别与第二上拉电阻的第一端和第三开关的控制端电连接，第一上拉电阻的第二端、第二上拉电阻的第二端和第三开关的第一端均与电源线的输入端电连接，第一开关的第二端、第二开关的第二端和延时单元的第二端均接地，第三开关的第二端与电源线的输出端电连接，延时单元能够在电源线的输入端接收到的初始输入电压大于保护电压时，延时第二开关的导通，以使第二开关导通前，导通第一开关，初始输入电压信号经过第一开关后释放至地，使得第二开关处于截止状态，即第三开关截止，故而初始输入电压信号无法从电源线的输出端输出，从而能够保护后级负载，避免后级负载击穿，实现对后级负载的过压保护，如此，通过三个开关和一个延时单元即可实现过压保护，能够降低过压保护电路的成本。
附图说明
28.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
29.为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1为本公开提供的一种过压保护电路的结构示意图；
31.图2为本公开提供的另一种过压保护电路的结构示意图；
32.图3为本公开提供的又一种过压保护电路的结构示意图；
33.图4为本公开提供的又一种过压保护电路的结构示意图；
34.图5为本公开提供的一种过压保护系统的结构示意图；
35.图6为本公开提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
36.为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
37.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。
38.图1为本公开提供的一种过压保护电路的结构示意图，如图1所示，过压保护电路100包括：第一开关110、第二开关120、第三开关130、第一上拉电阻ru1、第二上拉电阻ru2和延时单元140。
39.其中，第一开关110的控制端与电源线vbus的输入端电连接，第一开关110的第一端分别与第一上拉电阻ru1的第一端、延时单元140的第一端和第二开关120的控制端电连接，第二开关120的第一端分别与第二上拉电阻ru2的第一端和第三开关130的控制端电连接，第一上拉电阻ru1的第二端、第二上拉电阻ru2的第二端和第三开关130的第一端均与电源线vbus的输入端电连接，第一开关110的第二端、第二开关120的第二端和延时单元140的第二端均接地，第三开关130的第二端与电源线vbus的输出端电连接。
40.延时单元140，用于在电源线vbus的输入端接收到的初始输入电压大于保护电压vth时，延时第二开关120的导通，以使第二开关120导通前，导通第一开关110。
41.示例性的，过压保护电路的保护电压vth为7v，即电源线vbus的输入端接收到电压v小于vth时，电源线vbus的输入端和输出端导通，电压v可以通过电源线vbus的输出端输出；电源线vbus的输入端接收到电压v大于等于vth时，电源线vbus的输入端和输出端断开，电压v无法通过电源线vbus的输出端输出。
42.若上电瞬间电压为5v，即电源线vbus的输入端接收的初始输入电压v0为5v，小于保护电压vth，此种情况下，偏置电流没有达到第一开关110导通电流，故而第一开关110处于截止状态，初始输入电压信号通过第一上拉电阻ru1传输至第二开关120的控制端。第二开关120的控制端的电压为5v，第二开关120的第二端接地，故而第二开关120导通，第二开
关120的第一端的电压为0v，也就是说第三开关的控制端的电压为0v，此时，第三开关130导通，由于第三开关130的两端分别连接电源线vbus的输入端和输出端，则电源线vbus的输入端和输出端导通，初始输入电压信号可以通过vbus的输出端输出，从而可以向后端负载提供5v电压。
43.若上电瞬间电压为大于等于7v，即电源线vbus的输入端接收的初始输入电压v0为大于等于7v，大于等于保护电压vth，此种情况下，初始输入电压信号通过第一上拉电阻ru1和延时单元140释放至地，延时单元140的第一端的电压逐渐上升，当延时单元140的第一端的电压上升到第二开关120的导通电压时，第二开关120才会导通。然而，在延时单元140的第一端的电压逐渐上升的过程中，电压还未上升至第二开关120的导通电压，第一开关110开始导通，初始输入电压信号通过第一上拉电阻ru1释放至地。在此过程中，第二开关120一直处于截止状态，第二开关120的第一端的电压为高电平，使得第三开关一直处于截止状态，则电源线vbus的输入端和输出端断开，初始输入电压信号不会通过vbus的输出端输出，从而避免向后端负载提供过高的电压。如此，延时单元140起到延迟第二开关120的导通时间，并在延时时间内，导通第一开关110，使得第二开关120一直处于截止状态，避免输出一个瞬时高电压信号，从而能够起到保护后端负载的作用。
44.若电源线vbus的输入端接收的工作电压为5v，接收5v的工作电压维持一段时间后，工作电压突然增大至大于等于7v，此种情况下，在工作电压从7v到7.5v爬升的过程中，第一开关110、第二开关120和第三开关130的开关频率可以达到100mhz，即10ns，电压继续爬升中，接收的工作电压一旦超过7v，第一开关110导通，第二开关120截止，第三开关130截止，总时间最多为30ns。然而，在一般过压保护电路的设计中，过压保护电路的保护电压总会低于真正损坏后级负载的电压至少0.5v，也就是说工作电压从7v到7.5v的爬升过程中，工作电压实际上不会对后级负载造成损坏。由于第三开关130从导通到截止所需的时间最多为30ns，小于工作电压从7v爬升到7.5v所需的时间，即工作电压从7v到7.5v的爬升过程中即可关断电源线vbus的输入端和输出端，避免接收的工作电压对后级负载损坏。
45.需要说明的是，上述实施例中的初始输入电压、保护电压均为示例性说明，并不作为对本公开的限制。
46.本实施例中，过压保护电路包括：第一开关、第二开关、第三开关、第一上拉电阻、第二上拉电阻和延时单元；第一开关的控制端与电源线的输入端电连接，第一开关的第一端分别与第一上拉电阻的第一端、延时单元的第一端和第二开关的控制端电连接，第二开关的第一端分别与第二上拉电阻的第一端和第三开关的控制端电连接，第一上拉电阻的第二端、第二上拉电阻的第二端和第三开关的第一端均与电源线的输入端电连接，第一开关的第二端、第二开关的第二端和延时单元的第二端均接地，第三开关的第二端与电源线的输出端电连接，延时单元能够在电源线的输入端接收到的初始输入电压大于保护电压时，延时第二开关的导通，以使第二开关导通前，导通第一开关，初始输入电压信号经过第一开关后释放至地，使得第二开关处于截止状态，即第三开关截止，故而初始输入电压信号无法从电源线的输出端输出，从而能够保护后级负载，避免后级负载击穿，实现对后级负载的过压保护，如此，通过三个开关和一个延时单元即可实现过压保护，能够降低过压保护电路的成本。
47.可选的，图2为本公开提供的另一种过压保护电路的结构示意图，如图2所示，过压
保护电路100还包括：电压调节单元150。
48.其中，电压调节单元150的第一端与电源线vbus的输入端电连接，电压调节单元150的第二端与第一开关110的控制端电连接，电压调节单元150的第三端接地。
49.电压调节单元150，用于调节过压保护电路100的保护电压。
50.具体的，电压调节单元150的第一端与第二端之间的电压，与电压调节单元150的第二端与第三端之间的电压之和，即为电源线vbus的输入端接收的工作电压。若电压调节单元150的第一端与第二端之间的电压减小，则电压调节单元150的第二端与第三端之间的电压，即第一开关110的控制端的电压增大；若电压调节单元150的第一端与第二端之间的电压增大，则电压调节单元150的第二端与第三端之间的电压减小，即第一开关110的控制端的电压减小。故而可以通过调节电压调节单元150的第一端与第二端之间的电阻值和/或电压调节单元150的第二端与第三端之间的电阻值，来调节第一开关110的控制端的电压，即第一开关110的导通电压。
51.上述分析可知，第一开关110的导通电压即为过压保护电路100的保护电压，工作电压大于第一开关110的导通电压，第一开关110导通，第二开关120截止，第三开关130截止，电源线vbus的输入端和输出端断开；工作电压小于第一开关110的导通电压，第一开关110截止，第二开关120导通，第三开关130导通，电源线vbus的输入端和输出端导通。
52.本实施例中，通过电压调节单元的第一端与电源线的输入端电连接，电压调节单元的第二端与第一开关的控制端电连接，电压调节单元能够调节过压保护电路的保护电压，能够提高过压保护电路的适用性。
53.可选的，图3为本公开提供的又一种过压保护电路的结构示意图，如图3所示，延时单元140包括：电容c。
54.其中，电容c的第一端分别与第一开关110的第一端和第二开关120的控制端电连接，电容c的第二端接地。
55.示例性的，如3所示，若电源线vbus的输入端接收的初始输入电压v0大于等于7v，电容c为充电电路，初始输入信号传输至电容c，对电容c进行充电，使得电容c的电压逐渐升高。当电容c的电压升高至第二开关120的导通电压之前，第一开关110导通，电容c的充电过程即为延迟第二开关120导通的过程，从而实现了第二开关120的延迟导通。
56.本实施例中，通过延时单元包括：电容，电容的第一端分别与第一开关的第一端和第二开关的控制端电连接，电容的第二端接地，使得电容能够存储能量，延迟第二开关的导通时间，实现了第二开关的延迟导通。
57.可选的，继续参见图3，电压调节单元150包括：第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3和第四电阻r4。
58.其中，第一电阻r1的第一端与电源线vbus的输入端电连接，第一电阻r1的第二端分别与第二电阻r2的第一端、第三电阻r3的第一端和第四电阻r4的第一端电连接，第二电阻r2的第二端和第三电阻r3的第二端均接地，第四电阻r4的第二端与第一开关110的控制端电连接。
59.具体的，如图3所示，第一开关110的控制端与第二端之间的电阻，与第四电阻r4串联后，与第二电阻r2和第三电阻r3并联，再与第一电阻r1串联。可以通过增加第一电阻r1的阻值，降低第一开关110的控制端的电压，可以通过增加第四电阻r4的阻值，降低第一开关
110的控制端的电压，还可以通过增加第二电阻r2和/或第三电阻r3，提升第一开关110的控制端的电压，从而能够调整过压保护电路100的保护电压。
60.本实施中，通过第一电阻的第一端与电源线的输入端电连接，第一电阻的第二端分别与第二电阻的第一端、第三电阻的第一端和第四电阻的第一端电连接，第二电阻的第二端和第三电阻的第二端均接地，第四电阻的第二端与第一开关的控制端电连接，如此，通过调整第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻的阻值可以调整第一开关的控制端的电压，即调整过压保护电路的保护电压。
61.可选的，图4为本公开提供的又一种过压保护电路的结构示意图，如图4所示，第一开关110包括第一三极管q1，第一三极管q1的基极b与第一开关110的控制端电连接，第一三极管q1的集电极c与第一开关110的第一端电连接，第一三极管q1的发射极e与第一开关110的第二端电连接。
62.第二开关120包括第二三极管q2，第二三极管q2的基极b与第二开关120的控制端电连接，第二三极管q2的集电极c与第二开关120的第一端电连接，第二三极管q2的发射极e与第二开关120的第二端电连接。
63.示例性的，如图4所示，第一三极管q1和第二三极管q2均为npn型三极管。第一三极管q1的基极b电压满足导通条件时，导通第一三极管q1的集电极c和发射极e，拉低集电极c的电压，使得集电极c、发射极e的电压均为0，电压信号通过第一三极管q1释放至地。第二三极管q2的基极b电压满足导通条件时，导通第二三极管q2的集电极c和发射极e，拉低集电极c的电压，使得集电极c、发射极e的电压均为0，第三开关130在低电平作用下导通。
64.可选的，继续参见图4，过压保护电路100还包括：第一下拉电阻rd1和第二下拉电阻rd2。
65.其中，第一下拉电阻rd1的第一端与第一三极管q1的基极b电连接，第一下拉电阻rd1的第二端接地。第二下拉电阻rd2的第一端与第二三极管q2的基极b电连接，第二下拉电阻rd2的第二端接地。
66.具体的，第一三极管q1的发射极e接地，即第一下拉电阻rd1串接于第一三极管q1的基极b和发射极e之间，第一下拉电阻rd1在输入呈高阻态时使第一三极管q1可靠截止，防止第一三极管q1受噪声信号的影响而产生误动作，使第一三极管q1截止更可靠。第二三极管q2的发射极e接地，即第二下拉电阻rd2串接于第二三极管q2的基极b和发射极e之间，第二下拉电阻rd2在输入呈高阻态时使第二三极管q2可靠截止，防止第二三极管q2受噪声信号的影响而产生误动作，使第二三极管q2截止更可靠。
67.本实施例中，通过第一下拉电阻的第一端与第一三极管的基极电连接，第一下拉电阻的第二端接地。第二下拉电阻的第一端与第二三极管的基极电连接，第二下拉电阻的第二端接地，能够在三极管的基极与发射极之间串接电阻，防止三极管受噪声信号的影响而产生误动作，使得三极管截止较为可靠。
68.可选的，继续参见图4，过压保护电路100还包括：限流电阻rt。
69.其中，限流电阻rt的第一端与第一上拉电阻ru1的第一端电连接，限流电阻rt的第二端与第二三极管q2的基极b电连接。
70.具体的，如图4所示，第二三极管q2的基极b通过限流电阻rt和第一上拉电阻ru1与电源线vbus的输入端电连接，若vbus接收的工作电压较大，可以通过限流电阻rt对工作电
压进行分压，降低基极电流，避免第二三极管q2被击穿，从而能够起到保护第二三极管q2的作用。
71.本实施例中，通过限流电阻的第一端与第一上拉电阻的第一端电连接，限流电阻的第二端与第二开关的控制端电连接，能够减低第二三极管的基极电流，避免第二三极管被击穿，起到保护第二三极管的作用。
72.可选的，继续参见图4，第三开关130包括场效应管q3，场效应管q3的栅极g与第三开关130的控制端电连接，场效应管q3的漏级d与第三开关130的第一端电连接，场效应管q3的源极s与第三开关130的第二端电连接。
73.示例性的，如图4所示，场效应管q3为p型场效应管，即场效应管q3为栅极g电压为低电平时导通。电源线vbus的输入端接收小于保护电压的工作电压，即未达到第一三极管q1的导通电压，第一三极管q1截止，工作信号传输至第二三极管q2，使得第二三极管q2导通，则第二三极管q2的集电极c的电压为拉至低电平，此时，场效应管q3的栅极g为低电平，控制导通场效应管q3，使得电源线vbus的输入端和输出端导通。
74.本公开还提供了一种电子设备，图5为本公开提供的一种过压保护系统的结构示意图，如图5所示，过压保护系统200包括：电源线210和上述任一实施例提供的过压保护电路100。
75.其中，过压保护电路100电连接于电源线210的输入端和输出端之间。
76.若电源线210的输入端接收的工作电压大于保护电压，过压保护电路100的输入端和输出端断开，即断开电源线210的输入端和输出端，避免工作电压信号传输至后级负载，保护后级负载。若电源线210的输入端接收的工作电压小于保护电压，过压保护电路100的输入端和输出端导通，即导通电源线210的输入端和输出端，工作电压信号传输至后级负载，向后级负载提供电源。
77.本实施例中的过压保护系统包括上述任一实施例提供过压保护电路，具备与过压保护电路相同的有益效果和技术方案，这里不进行赘述。
78.本公开还提供了一种电子设备，图6为本公开提供的一种电子设备的结构示意图，如图5所示，电子设备300包括：负载310、电源线210和上述任一实施例提供的过压保护电路100。
79.其中，过压保护电路100电连接于电源线210的输入端和输出端之间，负载310与电源线210的输出端电连接。
80.示例性的，若电源线210接收端接收的工作电压小于过压保护电路100的保护电压，导通电源线210的输入端和输出端，使得工作电压信号通过电源线210的输出端传输至负载310，向负载310提供电能。若电源线210接收端接收的工作电压大于过压保护电路100的保护电压，断开电源线210的输入端和输出端，阻止工作电压信号通过电源线210的输出端传输至负载310，避免工作电压过大对负载造成损坏。
81.需要说明的是，图6仅示例性展示了电子设备中包括一个负载，在实际应用中，可以是多个负载，且各负载之间可以是并联，也可以串联，本实施例对负载的数量和连接方式不做具体限制。
82.本实施例中的电子设备包括上述任一实施例提供过压保护电路，具备与过压保护电路相同的有益效果和技术方案，这里不进行赘述。
83.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
84.以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。