过压保护电路、电源板及电器设备的制作方法

1.本公开涉及过压保护技术领域，尤其涉及一种过压保护电路、电源板及电器设备。


背景技术：

2.在电源板的主电路(又称为主功率电路)运行过程中会不可避免的出现电压过大的情况。主电路的电压过大会损坏与主电路连接的相关元器件或设备，也有可能对用户生命构成一定威胁。


技术实现要素：

3.为了解决上述问题，本公开实施例提供了如下技术方案。
4.根据本公开实施例的一方面，提供一种过压保护电路，包括：第一过压保护电路，连接在中间节点和处于第一电平的第一电压端之间，被配置为在主电路的电压小于第一阈值的情况下，使得所述中间节点与所述第一电压端不连接；在所述主电路的电压大于所述第一阈值的情况下，使得所述中间节点与所述第一电压端连接；第二过压保护电路，连接在所述中间节点和处于与所述第一电平逻辑相反的第二电平的第二电压端之间，被配置为在所述主电路的电压小于所述第一阈值的情况下，使得所述中间节点与所述第二电压端连接；在所述主电路的电压大于所述第一阈值的情况下，使得所述中间节点与所述第二电压端不连接；和控制电路，与所述中间节点连接，被配置为在所述中间节点处于所述第二电平的情况下，控制所述主电路中的开关器件导通；在所述中间节点处于所述第一电平的情况下，控制所述开关器件关断。
5.在一些实施例中，所述第一过压保护电路包括：第一比较器，所述第一比较器的同相输入端经由第一分压电阻与所述主电路连接，并且经由第二分压电阻与所述第二电压端连接，所述第一比较器的反相输入端被配置为接收第一参考信号，所述第一参考信号的电压等于所述第一阈值与所述第一分压电阻的分压之差，所述第一比较器的输出端依次经由第一节点和第三分压电阻与第三电压端连接；和第一开关，所述第一开关的控制端经由第四分压电阻与所述第一节点连接，所述第一开关的第一端与所述第一电压端连接，所述第一开关的第二端与所述中间节点连接。
6.在一些实施例中，所述第二过压保护电路包括：第二比较器，所述第二比较器的反相输入端经由第五分压电阻与所述主电路连接，并且经由第六分压电阻与所述第二电压端连接，所述第二比较器的同相输入端被配置为接收第二参考信号，所述第二参考信号的电压等于所述第一阈值与所述第五分压电阻的分压之差，所述第二比较器的输出端依次经由第二节点和第七分压电阻与第四电压端连接；和第二开关，所述第二开关的控制端经由第八分压电阻与所述第二节点连接，所述第二开关的第一端与所述第二电压端连接，所述第二开关的第二端与所述中间节点连接。
7.在一些实施例中，所述第一分压电阻和所述第五分压电阻相同，所述第二分压电阻和所述第六分压电阻相同。
8.在一些实施例中，所述第一开关和所述第二开关包括三极管，所述控制端为基极，所述第一端为集电极，所述第二端为发射极。
9.在一些实施例中，所述控制电路包括：控制器，与所述中间节点连接，被配置为在所述中间节点处于所述第一电平和所述第二电平的情况下，持续发送第一脉冲宽度调制信号；和电平转换电路，所述电平转换电路的使能引脚与所述中间节点连接，被配置为在所述中间节点处于所述第二电平的情况下，将所述第一脉冲宽度调制信号转换为第二脉冲宽度调制信号，并利用所述第二脉冲宽度调制信号控制所述开关器件导通，所述第二脉冲宽度调制信号的电压大于所述第一脉冲宽度调制信号的电压；在所述中间节点处于所述第一电平的情况下，停止将所述第一脉冲宽度调制信号转换为所述第二脉冲宽度调制信号，以控制所述开关器件断开。
10.在一些实施例中，所述控制器被配置为在所述中间节点处于所述第一电平的次数大于预设次数的情况下，停止发送所述第一脉冲宽度调制信号。
11.在一些实施例中，所述电平转换电路包括：电平转换芯片，所述电平转换芯片的所述使能引脚与所述中间节点连接，被配置为在所述中间节点处于所述第二电平的情况下，将所述第一脉冲宽度调制信号转换为第二脉冲宽度调制信号；在所述中间节点处于所述第一电平的情况下，停止将所述第一脉冲宽度调制信号转换为所述第二脉冲宽度调制信号；和驱动电路，被配置为利用所述第二脉冲宽度调制信号控制所述开关器件导通；在未收到所述第二脉冲宽度调制信号的情况下，控制所述开关器件断开。
12.在一些实施例中，所述开关器件包括n型绝缘栅双极性晶体管或n型金属氧化物半导体晶体管。
13.在一些实施例中，所述第一电平为高电平，所述第二电平为低电平。
14.根据本公开实施例的另一方面，提供一种电源板，包括：所述主电路，包括所述开关器件；和上述任意一个实施例所述的过压保护电路。
15.在一些实施例中，所述电源板包括储能电池。
16.根据本公开实施例的又一方面，提供一种电器设备，包括：上述任意一个实施例所述的电源板。
17.根据本公开实施例的再一方面，提供一种基于上述任意一个实施例所述的过压保护电路的过压保护方法，包括：在所述主电路的电压小于所述第一阈值的情况下，使得所述中间节点与所述第二电压端连接、与所述第一电压端不连接，以控制所述开关器件导通；在所述主电路的电压大于所述第一阈值的情况下，使得所述中间节点与所述第一电压端连接、与所述第二电压端不连接，以控制所述开关器件关断。
18.本公开实施例提供的过压保护电路中，通过第一过压保护电路、第二过压保护电路和控制电路可以及时地实现对主电路的过压保护，从而有效避免主电路的电压过大。
19.通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征、方面及其优点将会变得清楚。
附图说明
20.附图构成本说明书的一部分，其描述了本公开的示例性实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。
21.参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，
22.在附图中：
23.图1是示出根据本公开一些实施例的过压保护电路的结构示意图；
24.图2是示出根据本公开另一些实施例的过压保护电路的结构示意图；
25.图3是示出根据本公开又一些实施例的过压保护电路的结构示意图；
26.图4是示出根据本公开一些实现方式的驱动电路的结构示意图。
27.应当明白，附图中所示出的各个部分的尺寸并不必然是按照实际的比例关系绘制的。此外，相同或类似的参考标号表示相同或类似的构件。
具体实施方式
28.现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。对示例性实施例的描述仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。本公开可以以许多不同的形式实现，不限于这里所述的实施例。提供这些实施例是为了使本公开透彻且完整，并且向本领域技术人员充分表达本公开的范围。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、材料的组分、数字表达式和数值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。
29.本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。“上”、“下”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
30.在本公开中，当描述到特定部件位于第一部件和第二部件之间时，在该特定部件与第一部件或第二部件之间可以存在居间部件，也可以不存在居间部件。当描述到特定部件连接其它部件时，该特定部件可以与所述其它部件直接连接而不具有居间部件，也可以不与所述其它部件直接连接而具有居间部件。
31.本公开使用的所有术语(包括技术术语或者科学术语)与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。
32.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
33.图1是根据本公开一些实施例的过压保护电路的结构示意图。
34.如图1所示，过压保护电路可以包括与主电路101连接的第一过压保护电路102、与主电路101连接的第二过压保护电路103、以及控制电路104。这里，主电路101也可以称为主功率回路，可以实现电压转换，例如升压转换或降压转换。
35.主电路101包括开关器件111。开关器件111可以控制主电路101的电压和电流。在一些实施例中，开关器件111可以包括绝缘栅双极性晶体管(igbt)或金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)。例如，开关器件为n型igbt或者n型mosfet。
36.第一过压保护电路102连接在中间节点n0和处于第一电平的第一电压端v1之间。第一过压保护电路102被配置为在主电路101的电压小于第一阈值的情况下，使得中间节点
n0与第一电压端v1不连接；在主电路101的电压大于第一阈值的情况下，使得中间节点n0与第一电压端v1连接。
37.第二过压保护电路103连接在中间节点n0和处于与第一电平逻辑相反的第二电平的第二电压端v2之间。例如，第一电平为高电平，第二电平为低电平。
38.第二过压保护电路103被配置为在主电路101的电压小于第一阈值的情况下，使得中间节点n0与第二电压端v2连接；在主电路101的电压大于第一阈值的情况下，使得中间节点n0与第二电压端v2不连接。
39.控制电路104与中间节点n0连接，被配置为在中间节点n0处于第二电平的情况下，控制开关器件111导通；在中间节点n0处于第一电平的情况下，控制开关器件111关断。换言之，在主电路101的电压不过压的情况下，控制电路104可以控制开关器件111导通，以正常控制主电路101的电压和电流；在主电路101的电压过压的情况下，控制电路104可以控制开关器件111断开，以实现过压保护。
40.上述实施例中，通过第一过压保护电路102、第二过压保护电路103和控制电路104可以及时地实现对主电路101的过压保护，从而有效避免主电路的电压过大。
41.图2是根据本公开另一些实施例的过压保护电路的结构示意图。
42.在一些实施例中，参见图2，控制电路104包括与中间节点n0连接的控制器114、以及使能引脚en与中间节点n0连接的电平转换电路124。换言之，中间节点n0的信号可以作为电平转换电路124的使能信号。另外，图2示出的控制电路104的中断引脚int与中间节点n0连接。
43.控制器114被配置为在中间节点n0处于第一电平和第二电平的情况下，持续向电平转换电路124发送第一脉冲宽度调制信号pwma。
44.电平转换电路124被配置为在中间节点n0处于第二电平的情况下，将第一脉冲宽度调制信号pwma转换为第二脉冲宽度调制信号pwm_a，并利用第二脉冲宽度调制信号pwm_a控制开关器件111导通。这里，第二脉冲宽度调制信号pwm_a的电压大于第一脉冲宽度调制信号pwma的电压。电平转换电路124还被配置为在中间节点n0处于第一电平的情况下，停止将第一脉冲宽度调制信号pwma转换为第二脉冲宽度调制信号pwm_a，以控制开关器件111断开。
45.上述实施例中，电平转换电路124的使能引脚en与中间节点n0连接。电平转换电路124在使能信号的电平为第二电平时工作，以控制开关器件11导通；在使能信号的电平为第一电平时停止工作，以控制开关器件111断开。这样的方式下，无需对中间节点n0的电平采样和判断，可以更快地实现开关器件111的断开。
46.在一些实施例中，参见图2，电平转换电路124包括电平转换芯片1241和驱动电路1242。电平转换芯片1241的使能引脚en与中间节点n0连接。驱动电路1242与电平转换芯片1241连接。
47.电平转换芯片1241被配置为在中间节点n0处于第二电平的情况下，将第一脉冲宽度调制信号pwma转换为第二脉冲宽度调制信号pwm_a；在中间节点n0处于第一电平的情况下，停止将第一脉冲宽度调制信号pwma转换为第二脉冲宽度调制信号pwm_a。
48.驱动电路1242被配置为利用第二脉冲宽度调制信号pwm_a控制开关器件111导通；在未收到第二脉冲宽度调制信号pwm_a的情况下，控制开关器件111断开。例如，电平转换芯
片1241不工作的情况下，相当于向驱动电路1242输出低电平信号。驱动电路1242进而可以控制开关器件111断开。
49.需要说明的是，驱动电路1242的具体实现方式不限，只要能够实现控制开关器件111导通或断开即可。后文将结合图4介绍驱动电路1242的一些实现方式。
50.在一些实施例中，控制器114被配置为在中间节点n0处于第一电平的次数大于预设次数的情况下，停止发送第一脉冲宽度调制信号pwma。例如，控制器114包括存储器以及耦接至该存储器的处理器。处理器被配置为基于存储在存储器中的指令，执行统计中间节点n0处于第一电平的次数的操作，进而在中间节点n0处于第一电平的次数大于预设次数的情况下，停止发送第一脉冲宽度调制信号pwma。
51.存储器例如可以包括系统存储器、固定非易失性存储介质等。系统存储器例如可以存储有操作系统、应用程序、引导装载程序(boot loader)以及其他程序等。
52.这样的方式下，可以避免由于意外情况导致的对开关器件111过于频繁地关断，从而减小频繁关断开关器件111对与主电路101连接的元器件的损坏的可能性。
53.图3是示出根据本公开又一些实施例的过压保护电路的结构示意图。
54.在一些实施例中，参见图3，第一过压保护电路102可以包括第一比较器op1和第一开关q1。
55.第一比较器op1的同相输入端v1+经由第一分压电阻r1与主电路101连接，并且经由第二分压电阻r2与第二电压端v2连接。第一比较器op1的反相输入端v1
‑
被配置为接收第一参考信号vref1。
56.这里，第一参考信号vref1的电压等于第一阈值与第一分压电阻r1的分压之差。例如，第二电压端v2接地，同相输入端v1+的电压可以表示为r2*vz/(r1+r2)，第一参考信号vref1的电压可以表示为r2*vf/(r1+r2)。vz为主电路101的电压，vf为第一阈值，r1为第二分压电阻r1的阻值，r2为第二分压电阻r2的阻值。
57.第一比较器op1的输出端依次经由第一节点n1和第三分压电阻r3与第三电压端v3连接。应理解，第三电压端v3的电压需要满足控制器114和电平转换电路124的电平需求。例如，第三电压端v3的电压小于控制器114的耐压值和电平转换电路124的耐压值，同时，第三电压端v3的电压使得流向控制器114和电平转换电路124的电流分别小于控制器114的耐流值和电平转换电路124的耐流值。
58.另外，第一比较器op1还可以包括两个引脚，分别连接到第五电压端v5和第二电压端v2。这里，第五电压端v5的电压为保证第一比较器op1正常工作的供电电压。
59.第一开关q1的控制端经由第四分压电阻r4与第一节点n1连接，第一开关q1的第一端与第一电压端v1连接，第一开关q1的第二端与中间节点n0连接。例如，第一开关q1为三极管。相应地，控制端为基极，第一端为集电极，第二端为发射极。
60.在一些实施例中，参见图3，第二过压保护电路103包括第二比较器op2和第二开关q2。
61.第二比较器op2的反相输入端v2
‑
经由第五分压电阻r5与主电路101连接，并且经由第六分压电阻r6与第二电压端v2连接。第二比较器op2的同相输入端v2+被配置为接收第二参考信号vref2。
62.这里，第二参考信号vref2的电压等于第一阈值与第五分压电阻r5的分压之差。例
如，第二电压端v2接地，反相输入端v1
‑
的电压可以表示为r6*vz/(r5+r6)，第二参考信号vref2的电压可以表示为r6*vf/(r5+r6)。vz为主电路101的电压，vf为第一阈值，r5为第五分压电阻r5的阻值，r6为第六分压电阻r6的阻值。
63.第二比较器op2的输出端依次经由第二节点n2和第七分压电阻r7与第四电压端v4连接。应理解，与第三电压端v3类似地，第四电压端v4的电压需要满足控制器114和电平转换电路124的电平需求。
64.另外，第二比较器op2还可以包括两个引脚，分别连接到第六电压端v6和第二电压端v2。这里，第六电压端v6的电压为保证第二比较器op2正常工作的供电电压。
65.第二开关q2的控制端经由第八分压电阻r8与第二节点n2连接，第二开关q2的第一端与第二电压端v2连接，第二开关q2的第二端与中间节点n0连接。
66.在一些实施例中，第一过压保护电路102和第二过压保护电路103中的至少一个可以是图3所示的结构。例如，第一过压保护电路102和第二过压保护电路103可以均是图3所示的结构。通过硬件的方式实现过第一过压保护电路102和第二过压保护电路103，可以及时地实现过压保护。
67.在一些实施例中，第一分压电阻r1和第五分压电阻r5相同，第二分压电阻r2和第六分压电阻r6相同。这样的方式下，第一过保护电路102和第二过保护电路103的响应速度接近，可以更快地使得中间节点n0被拉至第一电平或第二电平，从而可以更及时地实现过压保护。
68.下面以第二电压端v2接地，第一开关q1和第二开关q2为三极管为例介绍第一过压保护电路102和第二过压保护电路103的工作方式。
69.当主电路101正常工作时，主电路的电压vz小于第一阈值vf。
70.对于第一比较器op1来说，同相输入端v1+的电压小于反相输入端v1
‑
的电压。这种情况下，第一比较器op1将自身的输出端的电压拉低到地，从而将第三电源端v3的电压拉低到地。三极管q1的发射极与集电极断开，发射极电压等于零。
71.对于第二比较器op2来说，同相输入端v2+的电压大于反相输入端v2
‑
的电压。这种情况下，第二比较器op2输出为高阻态，三极管q2的基极的电压被拉至第六电压端v6的电压，从而使得三极管q2的集电极和发射极连通。由于三极管q1的发射极与集电极断开，故，电平转换芯片1241的使能引脚en被拉低到地。如此能够防止使能引脚en受到外部干扰而误拉高。电平转换芯片1241将控制器114的pwm波控制信号pwma电平转成驱动开关器件的pwm_a信号，进而控制主功率回路的电压和电流。
72.当主电路101非正常工作时，主电路的电压vz大于第一阈值vf。
73.对于第一比较器op1来说，同相输入端v1+的电压大于反相输入端v1
‑
的电压。这种情况下，第一比较器op1输出为高阻态，三极管q1的基极电压被拉至第五电压端v5的电压，三极管q1的集电极和发射极连通。
74.对于第二比较器op2来说，同相输入端v2+的电压小于反相输入端v2
‑
的电压。这种情况下，第二比较器op2的输出端的电压被拉低到地，从而将第四电压端v4的电压拉低到地。三极管q2的集电极与发射极断开，从而保证电平转换芯片1241的使能引脚en能够被有效拉高，电平转换芯片1241能够可靠停止工作，以控制开关器件111断开，达到过压保护的目的。
75.图4是示出根据本公开一些实现方式的驱动电路的结构示意图。
76.在图4中，开关器件111被示意性示出为nmos晶体管。作为一些实现方式，驱动电路1242可以包括变压器t、第九电阻r9、第十电阻r10、第一电容器c1和第二电容器c2。变压器t的输入绕组的两端分别与电平转换芯片1241和第一电容器c1的一端连接，第一电容器c1的另一端接地。变压器t的输出绕组的一端经由第九电阻与nmos晶体管的栅极连接，另一端与nmos晶体管的第一电极连接。第十电阻r10和第二电容器c2并联地连接在nmos晶体管的栅极和第一电极之间。
77.本公开实施例还提供了一种电源板，包括：主电路101和上述任意一个实施例的过压保护电路。在一些实施例中，电源板例如可以是储能电池。例如，电源板可以单独使用，或者可以应用在电器设备中。
78.本公开实施例还提供了一种电器设备，包括上述任意一个实施例的电源板。
79.基于上述任意一个实施例的过压保护电路，本公开实施例还提供了一种过压保护方法。
80.在主电路101的电压小于第一阈值的情况下，使得中间节点n0与第二电压端v2连接、与第一电压端v1不连接，以控制开关器件111导通。
81.在主电路101的电压大于第一阈值的情况下，使得中间节点n0与第一电压端v1连接、与第二电压端v2不连接，以控制开关器件111关断。
82.至此，已经详细描述了本公开的各实施例。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。
83.虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改或者对部分技术特征进行等同替换。本公开的范围由所附权利要求来限定。