一种电压自适应双NMOS防反接电源保护电路的制作方法

本发明涉及保护电路，尤其涉及一种电压自适应双nmos防反接电源保护电路。

背景技术：

1、在电路设计中，电源稳定性对于确保电路高效运行和系统整体安全起着至关重要的作用。然而，现有的电源电路在防止电源反接及过压欠压保护方面存在不足。一方面，电源被错误地反向接入时，可能会导致电路中元器件烧毁，甚至引发安全事故；另一方面，电源的过压欠压也会导致电子控制单元失效，对电路的性能和稳定性等产生不良影响；第三方面，电路中存在储能元件时，电源断开后因储能元件释放能量可能出现电流倒灌现象，对电路系统造成损伤，因此，需设计一种新型的防反接电路结构，结合过压欠压检测功能和防倒灌功能，实现电源的稳定接入和可靠保护。

技术实现思路

1、本发明提供一种电压自适应双nmos防反接电源保护电路，用以解决现有技术中电源反接或电源过压欠压或电流倒灌导致电路异常的缺陷，实现电源的稳定接入和可靠保护。

2、本发明提供一种电压自适应双nmos防反接电源保护电路，包括：电压输入端、电压输出端、基准电压端、pwm信号端、负压检测电路、分压与采样电路、过压欠压检测电路、逻辑处理电路、电荷泵升压电路、栅极控制电路及防反接防倒灌电路；

3、其中，所述负压检测电路分别与所述电压输入端、所述逻辑处理电路和所述电荷泵升压电路连接，所述负压检测电路用于检测所述电压输入端的电源连接状态，根据所述电源连接状态，输出对应的第一控制信号；

4、所述分压与采样电路分别与所述电压输入端和所述过压欠压检测电路连接，用于对所述电压输入端接收的电源电压进行分压，并对预设的第一分压采样点和第二分压采样点的电压进行采集，将采集电压输出给所述过压欠压检测电路，其中，所述第一分压采样点的电压高于所述第二分压采样点的电压；

5、所述过压欠压检测电路还分别与所述基准电压端和所述逻辑处理电路连接，用于将所述基准电压端输出的基准电压和所述第一分压采样点采集的电压进行比较，根据比较结果，输出对应的第二控制信号；将所述第二分压采样点采集的电压和所述基准电压进行比较，根据比较结果，输出对应的第三控制信号；

6、所述逻辑处理电路的输出端分别与所述电荷泵升压电路和所述栅极控制电路连接，用于对接收的所述第一控制信号、所述第二控制信号及所述第三控制信号进行逻辑处理，将逻辑处理后的控制信号输出给所述电荷泵升压电路和所述栅极控制电路，以控制所述电荷泵升压电路及所述栅极控制电路的接通或断开；

7、所述电荷泵升压电路分别与所述栅极控制电路和所述pwm信号端连接，所述电荷泵升压电路用于在与所述栅极控制电路接通的情况下，通过所述pwm信号在所述栅极控制电路两端形成升压；

8、所述栅极控制电路与所述防反接防倒灌电路连接，所述栅极控制电路通过所述升压控制所述防反接防倒灌电路接通；

9、在所述电荷泵升压电路与所述栅极控制电路断开的情况下，所述栅极控制电路与防反接防倒灌电路形成并联回路，所述并联回路用于控制所述防反接防倒灌电路的栅极电压；

10、所述防反接防倒灌电路用于根据栅极电压控制所述防反接防倒灌电路的接通或断开，以实现所述电压自适应双nmos防反接电源保护电路的防反接和防倒灌功能。

11、根据本发明提供的电压自适应双nmos防反接电源保护电路，所述负压检测电路包括第一电阻r1、第一二极管d1和电流感应放大器u1，其中，所述第一二极管的负极与所述电压输入端连接，所述第一二极管的正极分别与所述第一电阻r1的第一端和所述电流感应放大器u1的正极连接，所述第一电阻r1的第二端分别与所述电流感应放大器u1的负极和地连接；所述电流感应放大器u1的输出端分别与所述逻辑处理电路和所述电荷泵升压电路连接；

12、所述电源连接状态为正接的情况下，所述第一二极管d1处于反向偏置状态，无电流通过；

13、所述电源连接状态为反接的情况下，所述第一二极管d1处于正向导通状态，电流通过所述第一二极管d1后，流入所述电流感应放大器u1的正极，在所述电流感应放大器u1中放大处理后输出第一控制信号。

14、根据本发明提供的电压自适应双nmos防反接电源保护电路，所述分压与采样电路包括串联连接的第二电阻r2、第三电阻r3和第四电阻r4，其中，所述第二电阻r2的第一端与所述电压输入端连接，所述第二电阻r2的第二端分别与所述第三电阻r3的第一端和所述过压欠压检测电路连接；所述第三电阻r3的第二端与所述第四电阻r4的第一端和所述过压欠压检测电路连接；所述第四电阻r4的第二端与地连接；

15、在所述第二电阻r2和所述第三电阻r3之间设置所述第一分压采样点，在所述第三电阻r3和所述第四电阻r4之间设置所述第二分压采样点。

16、根据本发明提供的电压自适应双nmos防反接电源保护电路，所述第二电阻r2、第三电阻r3和第四电阻r4的任一阻值为已知阻值，其余两个电阻的阻值根据预设的过压阈值、欠压阈值和基准电压值计算得到，计算公式为：

17、；

18、；

19、其中，ovlo为过压阈值，uvlo为欠压阈值，vref为基准电压值。

20、根据本发明提供的电压自适应双nmos防反接电源保护电路，所述过压欠压检测电路包括第一比较器u2和第二比较器u3；其中，所述第一比较器u2的负极与所述第一分压采样点连接，所述第一比较器u2的正极与所述第二比较器u3的负极共同与所述基准电压端连接；所述第二比较器u3的正极与所述第二分压采样点连接；

21、所述第一比较器u2的输出端和所述第二比较器u3的输出端共同与所述逻辑处理电路连接；

22、所述第一比较器u2用于将所述第一分压采样点的电压与所述基准电压进行比较，在所述第一分压采样点的电压大于所述基准电压的情况下，所述第二控制信号为低电平；在所述第一分压采样点的电压小于所述基准电压的情况下，所述第二控制信号为高电平；

23、所述第二比较器u3用于将所述第二分压采样点的电压与所述基准电压进行比较，在所述第二分压采样点的电压大于所述基准电压的情况下，所述第三控制信号为高电平；在所述第二分压采样点的电压小于所述基准电压的情况下，所述第三控制信号为低电平。

24、根据本发明提供的电压自适应双nmos防反接电源保护电路，所述逻辑处理电路包括或非门u4、异或门u5、第一反相器u6和第二反相器u7；

25、其中，所述第一反相器的输入端连接所述电流感应放大器u1的输出端，所述第一反相器的输出端连接所述栅极控制电路；

26、所述或非门u4的输入端连接所述第一比较器u2的输出端和所述第二比较器u3的输出端，所述或非门u4的输出端与所述电流感应放大器u1的输出端共同连接所述异或门u5的输入端，所述异或门u5的输出端分别与第二反相器u7的输入端和所述栅极控制电路连接；所述第二反相器的输出端连接所述电荷泵升压电路。

27、根据本发明提供的电压自适应双nmos防反接电源保护电路，所述电荷泵升压电路包括第一n沟道场效应管q1、第一开关sw1、第五电阻r5、第四npn三极管q4、第一电容c1、第二二极管d2、第三二极管d3和第二电容c2；

28、其中，所述第一n沟道场效应管q1的栅极连接所述第二反相器u7的输出端，漏极连接所述pwm信号端，源极连接所述第一开关sw1的第一端，所述第一开关sw1的第二端连接所述第四npn三极管q4的基极，所述第一开关sw1的正极连接所述电流感应放大器u1的输出端，负极与地连接；在电源正接的情况下，所述电流感应放大器输出高电平，sw1闭合；在电源反接的情况下，所述电流感应放大器输出低电平，sw1断开；

29、所述npn第四三极管q4的发射极与地连接，所述第四npn三极管q4的集电极分别与所述第五电阻r5的第二端和第一电容c1的下极板连接；所述第五电阻的第一端和第二二极管d2的正极共同连接所述栅极控制电路；所述第二二极管d2的负极分别连接所述第一电容c1的上极板和所述第三二极管d3的正极；所述第三二极管d3的负极分别连接所述栅极控制电路和所述第二电容c2的上极板，所述第二电容的下极板与地连接。

30、根据本发明提供的电压自适应双nmos防反接电源保护电路，所述栅极控制电路包括第六电阻r6、第五npn三极管q5和第二开关sw2；

31、其中，所述第六电阻r6的第一端连接所述第五npn三极管q5的集电极，所述第六电阻r6的第二端分别连接所述第三二极管d3的负极和所述第二电容c2的上极板；所述第五npn三极管q5的基极连接所述异或门u5的输出端，所述第五npn三极管q5的发射极与地连接；所述第二开关sw2的正极连接所述第一反相器u6的输出端，负极与地连接；

32、所述第二开关sw2包括第一连接端a1、第二连接端a2、第一切换端b1和第二切换端b2、第三切换端b3和第四切换端b4；其中，所述第一连接端a1和所述第二连接端a2分别与所述防反接防倒灌电路连接；所述第一切换端b1与所述第三切换端b3连接；所述第二切换端b2分别与所述第五电阻r5的第一端和所述第二二极管d2的正极连接，所述第四切换端b4分别与所述第五npn三极管的集电极和所述第六电阻的第一端连接。

33、根据本发明提供的电压自适应双nmos防反接电源保护电路，所述第一开关sw1为单刀单掷开关；所述第二开关sw2为双刀双掷开关。

34、根据本发明提供的电压自适应双nmos防反接电源保护电路，所述防反接防倒灌电路包括第二n沟道场效应管q2、第三n沟道场效应管q3和稳压管d4；

35、其中所述第二n沟道场效应管q2的漏极分别与所述电压输入端和所述第一连接端连接，所述第二n沟道场效应管q2的源极与所述第三n沟道场效应管q3的源极连接，所述第二n沟道场效应管q2的栅极与所述第三n沟道场效应管q3的栅极共同连接所述第二连接端；所述第二n沟道场效应管q2的源极、所述第三n沟道场效应管q3的源极与所述第二n沟道场效应管q2的栅极、所述第三n沟道场效应管q3的栅极之间并联所述稳压管d4，其中，所述稳压管d4的负极与所述第二n沟道场效应管q2的栅极、所述第三n沟道场效应管q3的栅极连接；

36、在所述第一连接端a1与所述第一切换端b1连接，且所述第二连接端a2与所述第三切换端b3连接时，形成第一切换路径，所述第一切换电路用于控制防反接防倒灌电路断开；

37、在所述第一连接端a1与所述第二切换端b2连接，且所述第二连接端a2与所述第四切换端b4连接时，形成第二切换路径，其中，所述第二切换电路用于将所述电荷泵升压电路与所述防反接防倒灌电路形成回路，通过所述电荷泵升压电路形成的升压控制所述防反接防倒灌电路两端的电压，以控制所述防反接防倒灌电路的接通或断开。

38、本发明提供的电压自适应双nmos防反接电源保护电路，通过设置负压检测电路、分压与采样电路、过压欠压检测电路、逻辑处理电路、栅极控制电路、电荷泵升压电路及防反接防倒灌电路，确保电源在连接正确且电压处于安全范围内时才能正常供电，有效保护电路和设备的安全稳定运行，解决了传统电源电路中可能出现的反向连接导致的损坏问题，以及因过压或欠压等电压异常而对电路和设备造成的潜在损害，可节省mcu资源，降低成本。本发明提供的电压自适应双nmos防反接电源保护电路因其高效的保护机制，还能够防止因储能元件释放能量等导致的电流倒灌，有效应对电源断开后的特殊情况，确保电路系统安全无损。