本發(fā)明涉及一種輸入欠壓或過壓保護(hù)電路，尤其涉及一種直流輸入電壓的欠壓及過壓保護(hù)電路和方法。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，包括計(jì)算機(jī)、平板電腦、移動(dòng)終端等在內(nèi)的電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切，而電子設(shè)備都離不開可靠的電源和供電保護(hù)電路。在工業(yè)領(lǐng)域，嵌入式單板一般使用直流開關(guān)電源供電，但是由于開關(guān)電源中控制電路比較復(fù)雜，晶體管和集成器件耐受電、熱沖擊的能力較差，且存在嚴(yán)重的開關(guān)干擾，在使用過程中給用戶帶來很大不便，因此，為了保護(hù)開關(guān)電源自身和負(fù)載的安全，根據(jù)開關(guān)電源的原理和特點(diǎn)，在嵌入式單板上增加一種保護(hù)電路，當(dāng)開關(guān)電源發(fā)生欠壓、過電壓、過電流短路時(shí)，單板上的保護(hù)電路可有效保護(hù)單板上的精密的集成電路芯片(IC)、各種對(duì)電壓波動(dòng)較為敏感的元器件。

目前常用的電源過壓保護(hù)電路中很多采用電控晶閘管進(jìn)行過電壓保護(hù)，電路中采用晶閘管觸發(fā)電路，結(jié)合比較器，來達(dá)到電路過壓保護(hù)的目的。此種方案中，由于晶閘管本身承受過電流和過電壓的能力較差，在運(yùn)行過程中會(huì)造成靜態(tài)及動(dòng)態(tài)的過載能力較差的問題，另外晶閘管本身容易受干擾而誤導(dǎo)通，在實(shí)際應(yīng)用中，有時(shí)可能起不到對(duì)電路過壓保護(hù)的作用。

電源過壓保護(hù)電路中的另外一種方式，通過采用小功率或大功率的晶體管組成復(fù)合管的串聯(lián)電路，結(jié)合硅穩(wěn)壓二極管和比較放大器來達(dá)到穩(wěn)壓電源電路的目的。這種過壓保護(hù)電路中，由于晶體管本身開關(guān)速度低，且為電流驅(qū)動(dòng)，因此存在所需的驅(qū)動(dòng)電路功率要求較大，驅(qū)動(dòng)電路比較復(fù)雜等特點(diǎn)，另外晶體管存在二次擊穿等問題。

由于嵌入式單板電路的工作一般依賴并使用直流開關(guān)電源作為供電，從開關(guān)電源側(cè)無法提供對(duì)單板輸入電壓的欠壓或過壓保護(hù)，為實(shí)現(xiàn)對(duì)嵌入式單板上較為精密的IC和有關(guān)器件進(jìn)行保護(hù)，因此，需要一種對(duì)單板輸入電壓進(jìn)行欠壓保護(hù)和過壓保護(hù)的技術(shù)方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例旨在提供一種直流輸入電壓的欠壓及過壓保護(hù)電路和方法，克服現(xiàn)有技術(shù)采用電控晶閘管進(jìn)行過電壓保護(hù)，由于晶閘管本身承受過電流和過電壓的能力較差，在運(yùn)行過程中會(huì)造成靜態(tài)及動(dòng)態(tài)的過載能力較差的問題，以及采用小功率或大功率的晶體管組成復(fù)合管的串聯(lián)電路，由于晶體管本身開關(guān)速度低，且為電流驅(qū)動(dòng)，因此存在所需的驅(qū)動(dòng)電路功率要求較大，驅(qū)動(dòng)電路比較復(fù)雜等特點(diǎn)，同時(shí)晶體管存在二次擊穿等問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種直流輸入電壓的欠壓及過壓保護(hù)電路，所述電路包括：一級(jí)電路和二級(jí)電路，所述一級(jí)電路和二級(jí)電路串聯(lián)連接，所述一級(jí)電路包括第一電阻(R₁)、第二電阻(R₂)和一個(gè)P溝道增強(qiáng)型MOS管，所述二級(jí)電路包括第三電阻(R₃)、第四電阻(R₄)、一個(gè)P溝道增強(qiáng)型MOS管和一個(gè)反函數(shù)型指數(shù)電路，所述P溝道增強(qiáng)型MOS管的閾值電壓為V_GS(th)，所述一級(jí)電路輸入電壓為V_i，V_i滿足所述一級(jí)電路輸出電壓為Vo1，所述Vo1為所述二級(jí)電路的輸入電壓V_S，所述V_S滿足K為反函數(shù)型指數(shù)電路中與對(duì)數(shù)模擬運(yùn)算相關(guān)模塊內(nèi)選取的二極管或三極管器件參數(shù)相關(guān)的常數(shù)，所述二級(jí)電路輸出電壓為Vo2。

一些實(shí)施例中，所述一級(jí)電路包括第一電阻(R₁)、第二電阻(R₂)和第一P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q1)，所述第一P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q1)的S極連接外部輸入電壓(V_i)，所述第一P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q1)的D極為所述一級(jí)電路的輸出端，連接所述二級(jí)電路的輸入端，所述第一電阻(R₁)和第二電阻(R₂)串聯(lián)形成分壓電路，所述第一P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q1)的G極連接到由第一電阻(R₁)和第二電阻(R₂)組成的分壓電路的輸出端，所述第一電阻(R₁)一端與所述第一P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q1)的S極連接，所述第二電阻(R₂)一端接地。

一些實(shí)施例中，所述二級(jí)電路包括第三電阻(R₃)、第四電阻(R₄)、第二P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q2)和一個(gè)反函數(shù)型指數(shù)電路，所述第二P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q2)的S極為所述二級(jí)電路的輸入端，連接所述一級(jí)電路的輸出端，所述第二P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q2)的D極為所述二級(jí)電路的輸出端，所述第二P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q2)的G極連接所述反函數(shù)型指數(shù)電路一端，所述反函數(shù)型指數(shù)電路另一端連接到由第三電阻(R₃)和第四電阻(R₄)組成的分壓電路的輸出端，所述第三電阻(R₃)一端與所述第二P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q2)的S極連接，所述第四電阻(R₄)一端接地。

一些實(shí)施例中，所述一級(jí)電路中第一電阻(R₁)或第二電阻(R₂)中有一個(gè)為可調(diào)電阻，或者所述第一電阻(R₁)和第二電阻(R₂)整體為一個(gè)滑動(dòng)變阻器。

一些實(shí)施例中，所述二級(jí)電路中第三電阻(R₃)或第四電阻(R₄)中有一個(gè)為可調(diào)電阻，或者所述第三電阻(R₃)和第四電阻(R₄)整體為一個(gè)滑動(dòng)變阻器。

一些實(shí)施例中，所述第一P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q1)的閾值電壓為V_GS(th)，所述第一P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q1)柵、源極之間的電壓V_GS小于或等于所述第一P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q1)的閾值電壓V_GS(th)時(shí)，所述第一P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q1)的S極和D極之間導(dǎo)通。

一些實(shí)施例中，所述第二P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q2)的閾值電壓為V_GS(th)，所述二級(jí)電路輸入電壓V_S增大到一定值V₂時(shí)，所述二級(jí)電路通過反函數(shù)型指數(shù)電路自動(dòng)調(diào)高第二P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q2)柵極、源極之間的電壓V_GS，直至V_GS大于第二P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q2)導(dǎo)通的閾值電壓V_GS(th)，所述第二P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q2)的S極、D極斷開。

一些實(shí)施例中，所述二級(jí)電路中反函數(shù)型指數(shù)電路通過一路單獨(dú)的直流電壓供電，所述反函數(shù)型指數(shù)電路的供電電壓符合指數(shù)電路的直流額定電壓要求，所述反函數(shù)型指數(shù)電路的供電電壓是不同于輸入電壓V_i的單獨(dú)電壓，且所述反函數(shù)型指數(shù)電路的供電電壓大于二級(jí)電路輸出電壓的上限值V₂。

另一方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種直流輸入電壓的欠壓及過壓保護(hù)方法，所述方法包括：

通過調(diào)節(jié)所述一級(jí)電路中的可調(diào)電阻，使所述第一P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q1)柵、源極之間的電壓V_GS小于或等于所述第一P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q1)的閾值電壓V_GS(th)，同時(shí)V_i滿足和所述第一P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q1)的S極和D極之間導(dǎo)通。

一些實(shí)施例中，所述方法還包括：

通過調(diào)節(jié)所述二級(jí)電路中的可調(diào)電阻，所述二級(jí)電路輸入電壓V_S增大到一定值V₂時(shí)，所述二級(jí)電路通過反函數(shù)型指數(shù)電路自動(dòng)調(diào)高第二P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q2)柵極、源極之間的電壓V_GS，直至V_GS大于第二P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q2)導(dǎo)通的閾值電壓V_GS(th)，同時(shí)V_S滿足所述第二P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q2)的S極、D極斷開。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明實(shí)施例提供了一種直流輸入電壓的欠壓及過壓保護(hù)電路和方法，克服了現(xiàn)有技術(shù)采用電控晶閘管進(jìn)行過電壓保護(hù)，由于晶閘管本身承受過電流和過電壓的能力較差，在運(yùn)行過程中會(huì)造成靜態(tài)及動(dòng)態(tài)的過載能力較差的問題，以及采用小功率或大功率的晶體管組成復(fù)合管的串聯(lián)電路，由于晶體管本身開關(guān)速度低，且為電流驅(qū)動(dòng)，因此存在所需的驅(qū)動(dòng)電路功率要求較大，驅(qū)動(dòng)電路比較復(fù)雜等特點(diǎn)，同時(shí)晶體管存在二次擊穿等問題。本發(fā)明通過采用兩級(jí)串聯(lián)開關(guān)電路，電路使用的元器件少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，可實(shí)現(xiàn)對(duì)嵌入式單板電路中的精密IC以及對(duì)電壓變化范圍敏感的元器件形成保護(hù)，從而延長(zhǎng)電路使用壽命。

【附圖說明】

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例提供的一種直流輸入電壓的欠壓及過壓保護(hù)電路的電路結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明另一實(shí)施例提供的一種直流輸入電壓的欠壓及過壓保護(hù)電路的電路結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明一實(shí)施例提供的一種直流輸入電壓的欠壓及過壓保護(hù)電路的一級(jí)電路結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本發(fā)明一實(shí)施例提供的一種直流輸入電壓的欠壓及過壓保護(hù)電路的二級(jí)電路結(jié)構(gòu)圖；

圖5為本發(fā)明一實(shí)施例提供的一種直流輸入電壓的欠壓及過壓保護(hù)方法的流程示意圖。

【具體實(shí)施方式】

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實(shí)施例1

如圖1，本發(fā)明一實(shí)施例提供了一種直流輸入電壓的欠壓及過壓保護(hù)電路，適用于輸入欠壓或過壓保護(hù)電路，所述電路包括：

一級(jí)電路和二級(jí)電路；

所述一級(jí)電路包括第一電阻(R₁)、第二電阻(R₂)和第一P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q1)，所述第一P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q1)的S極連接外部輸入電壓(V_i)，所述第一P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q1)的D極為所述一級(jí)電路的輸出端，連接所述二級(jí)電路的輸入端，所述第一電阻(R₁)和第二電阻(R₂)串聯(lián)形成分壓電路，所述第一P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q1)的G極連接到由第一電阻(R₁)和第二電阻(R₂)組成的分壓電路的輸出端，所述第一電阻(R₁)一端與所述第一P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q1)的S極連接，所述第二電阻(R₂)一端接地。

所述二級(jí)電路包括第三電阻(R₃)、第四電阻(R₄)、第二P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q2)和一個(gè)反函數(shù)型指數(shù)電路，所述第二P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q2)的S極為所述二級(jí)電路的輸入端，連接所述一級(jí)電路的輸出端，所述第二P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q2)的D極為所述二級(jí)電路的輸出端，所述第二P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q2)的G極連接所述反函數(shù)型指數(shù)電路一端，所述反函數(shù)型指數(shù)電路另一端連接到由第三電阻(R₃)和第四電阻(R₄)組成的分壓電路的輸出端，所述第三電阻(R₃)一端與所述第二P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q2)的S極連接，所述第四電阻(R₄)一端接地。

在一些實(shí)施例中，所述一級(jí)電路和二級(jí)電路為串聯(lián)連接。

在一些實(shí)施例中，所述一級(jí)電路的作用是對(duì)輸入直流電壓進(jìn)行欠壓保護(hù)(要求輸入電壓不得低于V₁)，所述二級(jí)電路的作用是對(duì)輸入直流電壓進(jìn)行過壓保護(hù)(要求輸入電壓不得高于V₂)。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明實(shí)施例提供了一種直流輸入電壓的欠壓及過壓保護(hù)電路，克服了現(xiàn)有技術(shù)采用電控晶閘管進(jìn)行過電壓保護(hù)，由于晶閘管本身承受過電流和過電壓的能力較差，在運(yùn)行過程中會(huì)造成靜態(tài)及動(dòng)態(tài)的過載能力較差的問題，以及采用小功率或大功率的晶體管組成復(fù)合管的串聯(lián)電路，由于晶體管本身開關(guān)速度低，且為電流驅(qū)動(dòng)，因此存在所需的驅(qū)動(dòng)電路功率要求較大，驅(qū)動(dòng)電路比較復(fù)雜等特點(diǎn)，同時(shí)晶體管存在二次擊穿等問題。本發(fā)明通過采用兩級(jí)串聯(lián)開關(guān)電路，每級(jí)開關(guān)電路均采用P溝道增強(qiáng)型絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管(簡(jiǎn)稱P溝道MOS管)，電路使用的元器件少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，可實(shí)現(xiàn)對(duì)嵌入式單板電路中的精密IC以及對(duì)電壓變化范圍敏感的元器件形成保護(hù)，從而延長(zhǎng)電路使用壽命。

實(shí)施例2

本發(fā)明一實(shí)施例還提供了另一種直流輸入電壓的欠壓及過壓保護(hù)電路，適用于輸入欠壓或過壓保護(hù)電路，所述電路包括：

一級(jí)電路和二級(jí)電路；

所述一級(jí)電路包括第三電阻R₃、第四電阻R₄、一個(gè)P溝道增強(qiáng)型MOS管(電路符號(hào)為Q2)和一個(gè)反函數(shù)型指數(shù)電路，所述P溝道增強(qiáng)型MOS管Q2在所述一級(jí)電路中作為開關(guān)，所述P溝道增強(qiáng)型MOS管Q2的S極連接外部輸入電壓Vo1，所述P溝道增強(qiáng)型MOS管Q2的D極為所述一級(jí)電路的輸出端Vo2，所述P溝道增強(qiáng)型MOS管Q2的D極還連接至下一級(jí)電路的輸入端，所述P溝道增強(qiáng)型MOS管Q2的G極連接所述反函數(shù)型指數(shù)電路一端，所述反函數(shù)型指數(shù)電路另一端連接到由輸入電壓Vo1經(jīng)過第三電阻R₃和第四電阻R₄組成的分壓電路的輸出端，所述第三電阻R₃和第四電阻R₄串聯(lián)形成分壓電路，所述第三電阻R₃一端與所述P溝道增強(qiáng)型MOS管Q2的S極連接，所述第四電阻R₄一端接地。

所述二級(jí)電路包括第一電阻R₁、第二電阻R₂和一個(gè)P溝道增強(qiáng)型MOS管(電路符號(hào)為Q1)，所述P溝道增強(qiáng)型MOS管Q1在所述二級(jí)電路中作為開關(guān)，所述P溝道增強(qiáng)型MOS管Q1的S極連接外部輸入電壓V_i，所述P溝道增強(qiáng)型MOS管Q1的D極為所述二級(jí)電路的輸出端Vo3，所述P溝道增強(qiáng)型MOS管Q1的D極還連接至下二級(jí)電路的輸入端，所述P溝道增強(qiáng)型MOS管Q1的G極連接到由輸入電壓V_i經(jīng)過第一電阻R₁和第二電阻R₂組成的分壓電路的輸出端，所述第一電阻R₁和第二電阻R₂串聯(lián)形成分壓電路，所述第一電阻R₁一端與所述P溝道增強(qiáng)型MOS管Q1的S極連接，所述第二電阻R₂一端接地；

在一些實(shí)施例中，所述一級(jí)電路和二級(jí)電路為串聯(lián)連接。

在一些實(shí)施例中，所述一級(jí)電路的作用是對(duì)輸入直流電壓進(jìn)行過壓保護(hù)(要求輸入電壓不得高于V₂)，所述二級(jí)電路的作用是對(duì)輸入直流電壓進(jìn)行欠壓保護(hù)(要求輸入電壓不得低于V₁)。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明實(shí)施例提供了一種直流輸入電壓的欠壓及過壓保護(hù)電路，克服了現(xiàn)有技術(shù)采用電控晶閘管進(jìn)行過電壓保護(hù)，由于晶閘管本身承受過電流和過電壓的能力較差，在運(yùn)行過程中會(huì)造成靜態(tài)及動(dòng)態(tài)的過載能力較差的問題，以及采用小功率或大功率的晶體管組成復(fù)合管的串聯(lián)電路，由于晶體管本身開關(guān)速度低，且為電流驅(qū)動(dòng)，因此存在所需的驅(qū)動(dòng)電路功率要求較大，驅(qū)動(dòng)電路比較復(fù)雜等特點(diǎn)，同時(shí)晶體管存在二次擊穿等問題。本發(fā)明通過采用兩級(jí)串聯(lián)開關(guān)電路，每級(jí)開關(guān)電路均采用P溝道增強(qiáng)型絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管(簡(jiǎn)稱P溝道MOS管)，電路使用的元器件少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，可實(shí)現(xiàn)對(duì)嵌入式單板電路中的精密IC以及對(duì)電壓變化范圍敏感的元器件形成保護(hù)，從而延長(zhǎng)電路使用壽命。

實(shí)施例3

如圖2-3，本發(fā)明一實(shí)施例還提供了一種直流輸入電壓的欠壓及過壓保護(hù)電路，適用于輸入欠壓或過壓保護(hù)電路，所述電路包括：

一級(jí)電路；

所述一級(jí)電路包括第一電阻R₁、第二電阻R₂和一個(gè)P溝道增強(qiáng)型MOS管(電路符號(hào)為Q1)，所述P溝道增強(qiáng)型MOS管Q1在所述一級(jí)電路中作為開關(guān)，所述P溝道增強(qiáng)型MOS管Q1的S極連接外部輸入電壓V_i，所述P溝道增強(qiáng)型MOS管Q1的D極為所述一級(jí)電路的輸出端Vo1，所述P溝道增強(qiáng)型MOS管Q1的D極還連接至下一級(jí)電路的輸入端，所述P溝道增強(qiáng)型MOS管Q1的G極連接到由輸入電壓V_i經(jīng)過第一電阻R₁和第二電阻R₂組成的分壓電路的輸出端，所述第一電阻R₁和第二電阻R₂串聯(lián)形成分壓電路，所述第一電阻R₁一端與所述P溝道增強(qiáng)型MOS管Q1的S極連接，所述第二電阻R₂一端接地。所述一級(jí)電路的作用是對(duì)輸入直流電壓進(jìn)行欠壓保護(hù)(要求輸入電壓不得低于V₁)。

在一些實(shí)施例中，所述一級(jí)電路中第一電阻R₁或第二電阻R₂中有一個(gè)為可調(diào)電阻。由于P溝道增強(qiáng)型絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管(簡(jiǎn)稱P溝道增強(qiáng)型MOS管)Q1的G、S極之間的電壓V_GS由下列公式(1)決定：

根據(jù)P溝道增強(qiáng)型MOS管的工作特點(diǎn)，當(dāng)柵、源極之間的電壓V_GS小于或等于所述P溝道增強(qiáng)型MOS管Q1的閾值電壓V_GS(th)(負(fù)值)，所述P溝道增強(qiáng)型MOS管的S極和D極之間導(dǎo)通。容易得出下面的結(jié)論：

根據(jù)公式(1)，當(dāng)輸入電壓V_i一定時(shí)，調(diào)節(jié)所述一級(jí)電路中的可調(diào)電阻，使得V_GS<＝V_GS(th)，此時(shí)，所述P溝道增強(qiáng)型MOS管的S極和D極之間形成導(dǎo)通。

根據(jù)公式(1)，已知所述P溝道增強(qiáng)型MOS管Q1的閾值電壓V_GS(th)，選擇和確定第一電阻R₁、第二電阻R₂值以后，輸入電壓值V_i

$V_i=-V_{GS\left(th\right)}\&times;(1+\frac{R_2}{R_1})$

輸入電壓值V_i就是可以使所述P溝道增強(qiáng)型MOS管Q1的S極和D極之間形成導(dǎo)通的最低輸入電壓值。由此可見，所述一級(jí)電路為單板輸入電壓提供了一個(gè)輸入電壓的下限，且通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻的阻值，可以設(shè)定不同的輸入電壓下限，以適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)合。

在一些實(shí)施例中，當(dāng)所述一級(jí)電路的輸入電壓低于其額定電壓值一定的幅度時(shí)，此時(shí)，欠壓保護(hù)電路(所述一級(jí)電路)發(fā)揮作用，切斷輸入電壓，起到對(duì)電路系統(tǒng)集成電路或元器件的保護(hù)，從而延長(zhǎng)電路使用壽命。

二級(jí)電路；

所述二級(jí)電路包括第三電阻R₃、第四電阻R₄、一個(gè)P溝道增強(qiáng)型MOS管(電路符號(hào)為Q2)和一個(gè)反函數(shù)型指數(shù)電路，所述P溝道增強(qiáng)型MOS管Q2在所述二級(jí)電路中作為開關(guān)，所述P溝道增強(qiáng)型MOS管Q2的S極連接外部輸入電壓Vo1，所述P溝道增強(qiáng)型MOS管Q2的D極為所述二級(jí)電路的輸出端Vo2，所述P溝道增強(qiáng)型MOS管Q2的D極還連接至下一級(jí)電路的輸入端，所述P溝道增強(qiáng)型MOS管Q2的G極連接所述反函數(shù)型指數(shù)電路一端，所述反函數(shù)型指數(shù)電路另一端連接到由輸入電壓Vo1經(jīng)過第三電阻R₃和第四電阻R₄組成的分壓電路的輸出端，所述第三電阻R₃和第四電阻R₄串聯(lián)形成分壓電路，所述第三電阻R₃一端與所述P溝道增強(qiáng)型MOS管Q1的S極連接，所述第四電阻R₄一端接地。

在一些實(shí)施例中，所述二級(jí)電路的輸入電壓為所述一級(jí)電路的輸出電壓。

在一些實(shí)施例中，所述二級(jí)電路中反函數(shù)型指數(shù)電路通過一路單獨(dú)的直流電壓供電。所述反函數(shù)型指數(shù)電路的供電電壓的基本特征包括：所述反函數(shù)型指數(shù)電路的供電電壓符合所述指數(shù)電路的直流額定電壓要求，所述反函數(shù)型指數(shù)電路的供電電壓是不同于輸入電壓V_i的單獨(dú)電壓，同時(shí)所述反函數(shù)型指數(shù)電路的供電電壓應(yīng)大于保護(hù)電路(所述二級(jí)電路)輸出電壓的上限值V₂。

在一些實(shí)施例中，所述二級(jí)電路中第三電阻R₃或第四電阻R₄中有一個(gè)為可調(diào)電阻。由于P溝道增強(qiáng)型MOS管Q2的S極電壓等于輸入電壓Vo1，根據(jù)反函數(shù)型指數(shù)電路的輸出電壓公式，可以知道P溝道增強(qiáng)型MOS管Q2的柵極電壓為：

$V_G=K\&times;{10}^{\frac{V_s}{K(1+R_3/R_4)}}$

其中，K是反函數(shù)型指數(shù)電路中與對(duì)數(shù)模擬運(yùn)算相關(guān)模塊內(nèi)選取的二極管或三極管器件參數(shù)相關(guān)的常數(shù)。因此P溝道增強(qiáng)型MOS管Q2的G極、S極之間的電壓為：

上述公式(2)中的V_S為所述二級(jí)電路的輸入電壓，也是一級(jí)電路的輸出電壓。當(dāng)一級(jí)電路輸出電壓控制在一個(gè)合適的范圍時(shí)可保證公式(2)的V_GS<＝V_GS(th)，此時(shí)P溝道增強(qiáng)型MOS管Q2的S極、D極之間形成導(dǎo)通。當(dāng)二級(jí)電路的輸入電壓V_S逐漸增大時(shí)，由于P溝道增強(qiáng)型MOS管Q2的G極電壓相對(duì)與其S極電壓呈指數(shù)增加，所以二級(jí)電路的輸入電壓V_S增大到一定的數(shù)值時(shí)，將使得V_GS>V_GS(th)，此時(shí)P溝道增強(qiáng)型MOS管Q2的S極、D極之間斷開。所以這個(gè)二級(jí)電路起到的作用為：當(dāng)輸入電壓增大到一定值V₂時(shí)，二級(jí)電路通過反函數(shù)型指數(shù)電路自動(dòng)調(diào)高P溝道MOS管柵極、源極之間的電壓V_GS，直至V_GS大于Q2管導(dǎo)通的閾值電壓V_GS(th)，而導(dǎo)致P溝道增強(qiáng)型MOS管Q2的S極、D極斷開，為二級(jí)電路連接的負(fù)載提供過壓保護(hù)。

在一些實(shí)施例中，當(dāng)所述二級(jí)電路的輸入電壓高于其額定電壓值一定的幅度時(shí)，此時(shí)，過壓保護(hù)電路(所述二級(jí)電路)發(fā)揮作用，切斷輸入電壓，起到對(duì)電路系統(tǒng)集成電路或元器件的保護(hù)，從而延長(zhǎng)電路使用壽命。

在一些實(shí)施例中，包含這種針對(duì)直流輸入電壓進(jìn)行欠壓保護(hù)和過壓保護(hù)的電路系統(tǒng)、嵌入式單板、電源系統(tǒng)等。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明實(shí)施例提供了一種直流輸入電壓的欠壓及過壓保護(hù)電路，克服了現(xiàn)有技術(shù)采用電控晶閘管進(jìn)行過電壓保護(hù)，由于晶閘管本身承受過電流和過電壓的能力較差，在運(yùn)行過程中會(huì)造成靜態(tài)及動(dòng)態(tài)的過載能力較差的問題，以及采用小功率或大功率的晶體管組成復(fù)合管的串聯(lián)電路，由于晶體管本身開關(guān)速度低，且為電流驅(qū)動(dòng)，因此存在所需的驅(qū)動(dòng)電路功率要求較大，驅(qū)動(dòng)電路比較復(fù)雜等特點(diǎn)，同時(shí)晶體管存在二次擊穿等問題。本發(fā)明通過采用兩級(jí)串聯(lián)開關(guān)電路，每級(jí)開關(guān)電路均采用P溝道增強(qiáng)型絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管(簡(jiǎn)稱P溝道MOS管)，電路使用的元器件少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，可實(shí)現(xiàn)對(duì)嵌入式單板電路中的精密IC以及對(duì)電壓變化范圍敏感的元器件形成保護(hù)，從而延長(zhǎng)電路使用壽命。

實(shí)施例4

請(qǐng)參閱圖4，為了使描述更加清楚，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種直流輸入電壓的欠壓及過壓保護(hù)方法，適用于輸入欠壓或過壓保護(hù)電路，所述方法包括：

S1：通過調(diào)節(jié)所述一級(jí)電路中的可調(diào)電阻，使所述第一P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q1)柵、源極之間的電壓V_GS小于或等于所述第一P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q1)的閾值電壓V_GS(th)，同時(shí)V_i滿足和所述第一P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q1)的S極和D極之間導(dǎo)通。

在一些實(shí)施例中，可將第一P溝道增強(qiáng)型MOS管Q1作為所述一級(jí)電路的開關(guān)，將所述第一P溝道增強(qiáng)型MOS管Q1的S極連接外部輸入電壓V_i，所述第一P溝道增強(qiáng)型MOS管Q1的D極為所述一級(jí)電路的輸出端，將所述第一P溝道增強(qiáng)型MOS管Q1的D極連接至下一級(jí)電路的輸入端，將所述第一P溝道增強(qiáng)型MOS管Q1的G極連接至由輸入電壓V_i經(jīng)過第一電阻R₁和第二電阻R₂組成的分壓電路的輸出端。將所述第一電阻R₁和第二電阻R₂串聯(lián)形成分壓電路，將所述第一電阻R₁一端與所述第一P溝道增強(qiáng)型MOS管Q1的S極相連，將所述第二電阻R₂一端接地。通過調(diào)節(jié)所述一級(jí)電路中的可調(diào)電阻，使所述第一P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q1)柵、源極之間的電壓V_GS小于或等于所述第一P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q1)的閾值電壓V_GS(th)，同時(shí)V_i滿足和所述第一P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q1)的S極和D極之間導(dǎo)通。

S2：通過調(diào)節(jié)所述二級(jí)電路中的可調(diào)電阻，所述二級(jí)電路輸入電壓V_S增大到一定值V₂時(shí)，所述二級(jí)電路通過反函數(shù)型指數(shù)電路自動(dòng)調(diào)高第二P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q2)柵極、源極之間的電壓V_GS，直至V_GS大于第二P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q2)導(dǎo)通的閾值電壓V_GS(th)，同時(shí)V_S滿足所述第二P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q2)的S極、D極斷開。

在一些實(shí)施例中，可將所述第二P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q2)作為所述二級(jí)電路的開關(guān)，將所述第二P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q2)的S極連接外部輸入電壓Vo1，所述第二P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q2)的D極為所述二級(jí)電路的輸出端Vo2，將所述第二P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q2)的D極連接至下一級(jí)電路的輸入端，將所述第二P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q2)的G極連接至所述反函數(shù)型指數(shù)電路一端，將所述反函數(shù)型指數(shù)電路另一端連接到由輸入電壓Vo1經(jīng)過第三電阻R₃和第四電阻R₄組成的分壓電路的輸出端。將所述第三電阻(R₃)和第四電阻(R₄)串聯(lián)形成分壓電路；將所述第三電阻(R₃)一端與所述P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q2)的S極相連；將所述第四電阻(R₄)一端接地。通過調(diào)節(jié)所述二級(jí)電路中的可調(diào)電阻，所述二級(jí)電路輸入電壓V_S增大到一定值V₂時(shí)，所述二級(jí)電路通過反函數(shù)型指數(shù)電路自動(dòng)調(diào)高第二P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q2)柵極、源極之間的電壓V_GS，直至V_GS大于第二P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q2)導(dǎo)通的閾值電壓V_GS(th)，同時(shí)V_S滿足所述第二P溝道增強(qiáng)型MOS管(Q2)的S極、D極斷開。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種直流輸入電壓的欠壓及過壓保護(hù)方法，對(duì)嵌入式單板的輸入電壓同時(shí)進(jìn)行過壓和欠壓保護(hù)。保護(hù)電路由兩級(jí)電路串聯(lián)而成，兩級(jí)電路均以嵌入式單板的額定電壓V_n作為參照，其中一級(jí)電路的特點(diǎn)是當(dāng)其輸入電壓等于或大于某個(gè)電壓V₁時(shí)自動(dòng)導(dǎo)通并使輸入電壓進(jìn)入到下一級(jí)電路，而當(dāng)輸入電壓小于電壓V₁時(shí)自動(dòng)切斷輸入電壓，從而對(duì)下一級(jí)電路及嵌入式單板的負(fù)載形成欠壓保護(hù)。二級(jí)電路的特點(diǎn)是當(dāng)其輸入電壓等于或大于某個(gè)電壓V₂時(shí)自動(dòng)切斷輸入電壓，而當(dāng)其輸入電壓小于電壓V₂時(shí)自動(dòng)導(dǎo)通并使輸入電壓進(jìn)入到嵌入式單板的負(fù)載。其中V₁、V_n、V₂之間滿足這樣的關(guān)系：V₁<V_n<V₂。

基于保護(hù)電路中一級(jí)電路和二級(jí)電路的工作特點(diǎn)，本發(fā)明提出的技術(shù)方案能夠?qū)崿F(xiàn)：

當(dāng)輸入電壓V_i低于V₁且V_i變化趨勢(shì)為升高，當(dāng)V_i大于等于V₁時(shí)，保護(hù)電路中的一級(jí)電路自動(dòng)導(dǎo)通輸入電壓；當(dāng)輸入電壓V_i高于V₁且V_i變化趨勢(shì)為降低，當(dāng)V_i小于V₁時(shí)，保護(hù)電路中的一級(jí)電路自動(dòng)切斷輸入電壓?？梢娨患?jí)保護(hù)電路為單板的負(fù)載提供了一個(gè)輸入電壓的下限值(V₁)。

當(dāng)輸入電壓V_i低于V₂且V_i變化趨勢(shì)為升高，當(dāng)V_i大于等于V₂時(shí)，保護(hù)電路中的二級(jí)電路自動(dòng)切斷輸入電壓；當(dāng)輸入電壓V_i高于V₂且V_i變化趨勢(shì)為降低，當(dāng)V_i小于V₂時(shí)，保護(hù)電路中的二級(jí)電路自動(dòng)導(dǎo)通輸入電壓。二級(jí)保護(hù)電路為單板的負(fù)載提供了一個(gè)輸入電壓的上限值(V₂)。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明實(shí)施例提供了一種直流輸入電壓的欠壓及過壓保護(hù)方法，克服了現(xiàn)有技術(shù)采用電控晶閘管進(jìn)行過電壓保護(hù)，由于晶閘管本身承受過電流和過電壓的能力較差，在運(yùn)行過程中會(huì)造成靜態(tài)及動(dòng)態(tài)的過載能力較差的問題，以及采用小功率或大功率的晶體管組成復(fù)合管的串聯(lián)電路，由于晶體管本身開關(guān)速度低，且為電流驅(qū)動(dòng)，因此存在所需的驅(qū)動(dòng)電路功率要求較大，驅(qū)動(dòng)電路比較復(fù)雜等特點(diǎn)，同時(shí)晶體管存在二次擊穿等問題。本發(fā)明通過采用兩級(jí)串聯(lián)開關(guān)電路，每級(jí)開關(guān)電路均采用P溝道增強(qiáng)型絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管(簡(jiǎn)稱P溝道MOS管)，電路使用的元器件少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，可實(shí)現(xiàn)對(duì)嵌入式單板電路中的精密IC以及對(duì)電壓變化范圍敏感的元器件形成保護(hù)，從而延長(zhǎng)電路使用壽命。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。