一种过压保护电路及电子设备的制作方法

1.本技术涉及电子产品技术领域，具体而言，涉及一种过压保护电路及电子设备。


背景技术：

2.近年来，电子电压产品越来越多，从3.3v到48v供电的产品，电源设计时一直存在一个电压不稳定的问题，特别是当输入电压大于电子产品所能承受的最大电压时，会造成电子产品的烧毁。因此，目前市场上出现了输入电压检测和保护的各种电路和方法，tvs(transient voltage suppressor，瞬态二极管)器件是重要的保护手段之一，但tvs器件存在局限性，当输入电压过压一直存在时，会烧毁tvs器件，且不可恢复。
3.现有技术中，现在的很多产品要求输入系统过压电压消失后产品还能继续工作，保证产品正常；现在常用的保护手段只能保护电子产品，不能保护电路本身，造成一旦保护器件被烧，需要返厂维修，工序复杂，造成成本较高的问题。


技术实现要素：

4.本技术实施例的目的在于提供一种过压保护电路及电子设备，以解决背景技术中存在技术问题之一。
5.第一方面，本技术实施例提供了一种过压保护电路，包括第一电阻、第二电阻、第一三极管、第二三极管、mosfet管和稳压二极管；
6.所述第一电阻的两端分别连接电源输入端、所述第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端接地；
7.所述第一三极管的第一端连接所述第二电阻的一端，所述第一三极管的第二端连接所述第二三极管的第一端，所述第一三极管的第三端连接所述稳压二极管的阴极；
8.所述第二三极管的第二端连接所述mosfet管的第一端，所述第二三极管的第三端连接所述电源输入端；
9.所述mosfet管的第二端连接所述电源输入端，所述mosfet管的第三端连接电源输出端；
10.所述稳压二极管的阳极接地。
11.在上述实现过程中，该过压保护电路通过稳压二极管和第一三极管、第二三极管、mosfet管三个三极管的连接，实现电源输入端和电源输出端之间的通断控制；当电源输入端的输入电压超过过压参考值时，第一三极管导通，稳压二极管处于反向击穿状态，第二三极管导通，继而mosfet管截止，电源输入端和电源输出端之间的通路断开，电源输出端停止输出，从而实现过压保护；该过压保护电路通过设置第一电阻和第二电阻之间的阻值比例或调节稳压二极管的稳压值调节过压参考值的大小，实现提高保护电压可调节以及降低设备成本的技术效果。
12.进一步地，所述过压保护电路还包括第三电阻，所述第三电阻的一端连接所述电源输入端，所述第三电阻的另一端连接所述第一三极管的第二端。
13.在上述实现过程中，第三电阻为稳压二极管的限流电阻，其作用是保护稳压二极管，避免电流过大而烧坏稳压二极管；此外，第三电阻还作为第二三极管的上拉电阻。
14.进一步地，所述过压保护电路还包括第四电阻，所述第四电阻的一端连接所述第二三极管的第二端，所述第四电阻的另一端接地。
15.在上述实现过程中，第四电阻作为下拉电阻，在电源输入端为正常值时给mosfet管确定状态，以使mosfet管导通，电源输出端正常输出电压。
16.进一步地，所述第一三极管为npn型三极管。
17.进一步地，所述第一三极管的第一端为所述npn型三极管的基极，所述第一三极管的第二端为所述npn型三极管的集电极，所述第一三极管的第三端为所述npn型三极管的发射极。
18.进一步地，所述第二三极管为pnp型三极管。
19.进一步地，所述第二三极管的第一端为所述pnp型三极管的基极，所述第二三极管的第二端为所述pnp型三极管的集电极，所述第二三极管的第三端为所述pnp型三极管的发射极。
20.进一步地，所述mosfet管的第一端为所述mosfet管的栅极，所述mosfet管的第二端为所述mosfet管的源极，所述mosfet管的第三端为所述mosfet管的漏极。
21.进一步地，所述mosfet管为p沟道mosfet管。
22.第二方面，本技术实施例提供了一种电子设备，包括第一方面任一项所述的过压保护电路。
23.本技术公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本技术公开的上述技术即可得知。
24.为使本技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
25.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
26.图1为本技术实施例提供的一种过压保护电路的电路示意图；
27.图2为本技术实施例提供的输出电压-输入电压的曲线示意图。
具体实施方式
28.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行描述。
29.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
30.本技术实施例提供了一种过压保护电路及电子设备，可以应用于后级负载的过压保护。
31.示例性地，本技术实施例所称的三极管，只是对三个引脚的放大器件的统称；本技术实施例提供的三极管可以是晶体管、mosfet(metal oxide semi-conductor field effect transistor，金属氧化物半导体场效应晶体)管等。
32.请参见图1，图1为本技术实施例提供的一种过压保护电路的电路示意图，该过压保护电路包括第一电阻r1、第二电阻r2、第一三极管q1、第二三极管q2、mosfet管q3和稳压二极管d1。
33.需要注意的是，图1所示的电路图中，各个电子元器件的型号、数值均作为示例而非限定，各个电子元器件也可以是其他型号、数值。
34.示例性地，第一电阻r1的两端分别连接电源输入端vin、第二电阻r2的一端，第二电阻r2的另一端接地。
35.示例性地，第一电阻r1和第二电阻r2串联在电源输入端vin和接地端之间，通过调节第一电阻r1和第二电阻r2之间的阻值比例，即可调节第二电阻r2的分压。
36.示例性地，第一三极管q1的第一端连接第二电阻r2的一端，第一三极管q1的第二端连接第二三极管q2的第一端，第一三极管q1的第三端连接稳压二极管的阴极。
37.示例性地，如图1所示，第二三极管q2的第一端(基极)连接第一三极管q1的第二端(集电极)，第一三极管q1的第二端的状态决定第二三极管q2的通断；从而，第二三极管q2的通断由所述第一三极管q1进行控制。
38.示例性地，第二三极管q2的第二端连接mosfet管q3的第一端，第二三极管q2的第三端连接电源输入端。
39.示例性地，如图1所示，mosfet管q3的第一端(栅极)连接第二三极管q2的第二端(集电极)，第二三极管q2的第二端的状态决定mosfet管q3的通断；从而，mosfet管q3的通断由所述第二三极管q2进行控制。
40.示例性地，mosfet管q3的第二端连接电源输入端，mosfet管q3的第三端连接电源输出端。
41.示例性地，当mosfet管q3导通时，电源输出端和电源输出端之间正常通路，电源输出端可正常输出电压；当mosfet管q3断开时，电源输出端和电源输出端断开，电源输出端无电压输出，从而实现对后级负载的过压保护。
42.示例性地，稳压二极管d1的阳极接地。
43.示例性地，在电源输入端的电压超过过压参考值时，第一三极管q1导通，通过稳压二极管d1实现过压保护。
44.示例性地，第一电阻r1和第二电阻r2组成分压电路，当电源输入端vin的输入电压超过过压参考值时，第二电阻r2的分压ur2将超过稳压二极管d1的稳压值与第一三极管q1(第一端、第三端之间)的电压之和，则第一三极管q1导通；在第一三极管q1导通时，稳压二极管d1处于反向击穿状态，第二三极管q2导通，继而mosfet管q3截止，电源输入端vin和电源输出端vout之间的通路断开，电源输出端vout停止输出。
45.换言之，在电源输入端vin的输入电压没有超过过压参考值时，第一三极管q1截止时，第二三极管q2截止，mosfet管q3导通，电源输出端正常输出电压；在电源输入端vin的输入电压超过过压参考值时，第一三极管q1导通时，第二三极管q2导通，mosfet管q3截止，电源输出端没有输出电压，实现对后级负载的过压保护。
46.示例性地，稳压二极管又称为齐纳二极管，英文名称为zener diode。稳压二极管利用pn结反向击穿状态，其电流可在很大范围内变化而电压基本不变的现象，从而制成的起稳压作用的二极管。稳压二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件。在这临界击穿点上，反向电阻降低到一个很小的数值，在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定，稳压二极管是根据击穿电压来分档的，因为这种特性，稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用。稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用，通过串联就可获得更高的稳定电压。
47.在一些实施方式中，该过压保护电路通过稳压二极管d1和第一三极管q1、第二三极管q2、mosfet管q3三个三极管的连接，实现电源输入端vin和电源输出端vout之间的通断控制；当电源输入端vin的输入电压超过过压参考值时，第一三极管q1导通，稳压二极管d1处于反向击穿状态，第二三极管q2导通，继而mosfet管q3截止，电源输入端vin和电源输出端vout之间的通路断开，电源输出端vout停止输出，从而实现过压保护；该过压保护电路通过设置第一电阻r1和第二电阻r2之间的阻值比例或调节稳压二极管d1的稳压值调节过压参考值的大小，实现提高保护电压可调节以及降低设备成本的技术效果。
48.在一些实施场景中，第一电阻r1和第二电阻r2串联，串联后的两端分别接输入电源和接地，从而对输入电源的电压进行分压；
49.第一三级管q1的基极连接接第一电阻r1、第二电阻r2之间(即分压节点)，作为控制输入，第一三级管q1的集电极连接第三电阻r3(即第三电阻r3作为上拉电阻)；第一三级管q1的集电极连接第二三极管q2的基极作为控制输入，第二三极管q2的发射极连接稳压二极管d1的阴极；第二三极管q2的发射极连接电源输入端，第二三极管q2的基极作为输入接第一三极管q1的集电极，第二三极管q2的集电极作为整个电路输出控制，连接mosfet管q3的栅极。
50.示例性地，mosfet管q3的各个管脚中，源极连接电源输入端，漏极连接电源输出端，栅极连接第二三级管q2的发射极。
51.可选地，本技术实施例提供的mosfet管q3为nmosfet管。
52.示例性地，过压保护电路还包括第三电阻r3，第三电阻r3的一端连接电源输入端，第三电阻r3的另一端连接第一三极管q1的第二端。
53.示例性地，第三电阻r3为稳压二极管d1的限流电阻，其作用是保护稳压二极管d1，避免电流过大而烧坏稳压二极管d1；此外，第三电阻r3还作为第二三极管q2的上拉电阻。
54.示例性地，过压保护电路还包括第四电阻r4，第四电阻r4的一端连接第二三极管的第二端，第四电阻r4的另一端接地。
55.示例性地，第四电阻r4作为下拉电阻，在电源输入端vin为正常值时给mosfet管q3确定状态，以使mosfet管q3导通，电源输出端vout正常输出电压。
56.示例性地，第一三极管q1为npn型三极管。
57.示例性地，npn型三极管是指由两块n型半导体中间夹着一块p型半导体所组成的三极管。
58.示例性地，第一三极管q1的第一端为npn型三极管的基极，第一三极管q1的第二端为npn型三极管的集电极，第一三极管q1的第三端为npn型三极管的发射极。
59.可选地，利用npn型三级管的基极、集电极之间的正接二极管性质，第一电阻r1和
第二电阻r2的分压电压之间相差一个pn结电压特性。
60.示例性地，第二三极管q2为pnp型三极管。
61.示例性地，pnp型三极管，是由2块p型半导体中间夹着1块n型半导体所组成的三极管，即电流从发射极e流入的三极管。
62.示例性地，第二三极管q2的第一端为pnp型三极管的基极，第二三极管q2的第二端为pnp型三极管的集电极，第二三极管q2的第三端为pnp型三极管的发射极。
63.示例性地，mosfet管q3的第一端为mosfet管的栅极，mosfet管q3的第二端为mosfet管的源极，mosfet管q3的第三端为mosfet管的漏极。
64.示例性地，mosfet管一般是金属—氧化物—半导体场效应晶体管，又称为金属—绝缘体—半导体场效应晶体管，包括栅极、源极和漏极；一般而言，在对称型mosfet管中，源极和漏极是可以对调的，源极和漏极都是在p型backgate中形成的n型区。在多数情况下，这个两个区是一样的，即使两端对调也不会影响器件的性能。
65.示例性地，mosfet管q3为p沟道mosfet管。
66.示例性地，p沟道mosfet管又称为pmosfet管；pmosfet管是指n型衬底、p沟道，靠空穴的流动运送电流的mosfet管。
67.在一些实施场景中，如图1所示，第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4为普通固定电阻，可以实现限流和分压作用。第一三极管q1为npn型三极管，可以选用型号2n3904，第二三极管q2为pnp型三极管，可以选用小电流三极管，如型号2n3906等。
68.示例性地，通过设置第一电阻r1和第二电阻r2的阻值，调节r2/(r1+r2)的比例，以调节过压参考值；当不考虑第一三极管q1时，第二电阻r2的分压ur2＝uin*r2/(r1+r2)，其中uin为电源输入端vin的输入电压，当ur2小于稳压二极管d1的稳压值uz时，第一三极管q1关断。即，在uin不过压时，分压ur2需小于ud1+uq1be(ud1为稳压二极管的分压；uq1be为第一三极管q1的基极和发射极之间的压差，由三极管型号而定)。
69.作为示例，假设稳压二极管d1的稳压值uz为3v，且过压保护电路的安全电压uin
max
＝16v,uq1be＝1v，则ur2＝16v*r2/(r1+r2)需要小于等于4v，即r2/(r1+r2)为1/4。
70.示例性地，稳压二极管d1的反向漏电电流应远远小于流过第一电阻r1的电流；在一些实施方式中，稳压二极管d1的反向漏电电流应属于微安级电流(小于1ma)。
71.示例性地，本技术实施例提供的过压保护电路，可以适用于不同工作电压的产品；一般地，电子元器件越多，则整个电路系统的不稳定性越大，对于电压波动越敏感，也就越容易烧坏；与传统方案相比，该过压保护电路电子元器件少，保护电压精度高，不易烧坏，过压消失后产品即可恢复正常工作；稳压二极管d1只要选型一种稳压值小于预设过压值的型号，稳压二极管d1的反向漏电电流小于1ma即可，无需重复选型；该过压保护电路可以通过换取稳压二极管d1的不同型号，通过不同的稳压值设置不同的过压参考值，或者通过调节串联电阻值的比例(第一电阻r1和第二电阻r2)来设置过压参考值的大小，当电源输入端vin的输入电压大于过压参考值时，通过mosfet管q3即可关断电源输出端vout的输出电源。
72.请参见图2，图2为本技术实施例提供的输出电压-输入电压的曲线示意图。
73.示例性地，横坐标uin表示电源输入端vin的输入电压，纵坐标u表示电源输出端vout的输出电压；其中的三条曲线，uout为电源输出端vout的输出电压随uin的变化曲线，ur2为第二电阻r2上的分压随uin的变化曲线，ud1为稳压二极管d1的电压随uin的变化曲
线。
74.示例性地，随着电源输入端vin的输入电压uin的不断增大，uout和ur2也不断增大；当uin超过过压参考值时，第一三极管q1导通，稳压二极管d1处于反向击穿状态，此时ud1即为稳压二极管d1的稳压值uz，ur2＝uz+uq1be，mosfet管q3截止，电源输入端vin和电源输出端vout断开，uout在达到最大值uout max后迅速降为0。
75.在一些实施场景中，假设uq1be取1v，r1＝r2，则r2/(r1+r2)＝1/2，当稳压二极管d1的uz为3v时，则此时过压保护电路的过压参考值约等于(uq1be+uz)*2＝8v。
76.在一些实施场景中，假设uq1be取1v，r1＝r2，则r2/(r1+r2)＝1/2，当稳压二极管d1的uz为4v时，则此时过压保护电路的过压参考值约等于(uq1be+uz)*2＝10v。
77.在一些实施场景中，假设uq1be取1v，r1＝2*r2，则r2/(r1+r2)＝1/3，当稳压二极管d1的uz为3v时，则此时过压保护电路的过压参考值约等于(uq1be+uz)*3＝12v。
78.示例性地，本技术实施例提供了一种电子设备，包括图1所示的过压保护电路。
79.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
80.以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
81.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
82.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。