一种防电源反接电路和DC电子设备的制作方法

一种防电源反接电路和dc电子设备
技术领域
1.本实用新型涉及dc电子设备技术领域，特别是涉及一种防电源反接电路和dc电子设备。


背景技术：

2.在直流电子设备的供电场景中，会存在用户将dc(直流电)电源的正负端接反，或者误接ac(交流电)电源造成电源损坏的问题。因此，针对上述使用情况，通常在dc电子设备的电源电路中进行防护设计。
3.在常见的防反接电源电路中，通常在电源和负载之间设置mos管。其中，mos管的栅极和源极分别连接电源的两端，则栅极和源极间的电压差为输入电压。因此，只有在电源正接时，mos管的栅极和源极间的电压差才会满足导通条件，进而在电源反接时mos管不导通。
4.但是在上述防反接电路误接入ac电源的情况中，由于mos管的栅极和源极间的电压差为输入电压，从而输入电压由峰值开始下降的过程中，需要输入电压下降较大幅度直至不满足导通条件时，mos管才会关闭。因此，现有的防电源反接电路在接入ac电源时，存在着mos管关断不及时的问题，则容易导致电源电路的回灌电流损坏电源的情况发生。


技术实现要素：

5.有鉴于此，有必要提供一种防电源反接电路和dc电子设备。
6.第一个方面，本实用新型提供一种防电源反接电路，所述防电源反接电路连接在电源和负载之间，所述防电源反接电路包括：场效应管、峰值检测子电路和压降单元；
7.所述电源的第一端通过所述场效应管和所述负载的第一端连接；
8.所述峰值检测子电路的输出端与所述场效应管的栅极连接，所述峰值检测子电路的输入端通过所述压降单元与所述场效应管的源极连接；
9.所述电源的第二端、所述负载的第二端均接地。
10.在其中一个实施例中，所述场效应管的漏极与所述电源的第一端连接，所述场效应管的源极与所述负载的第一端连接；
11.所述场效应管的漏极和源极还通过第一二极管连接，所述第一二极管由所述场效应管的漏极通向源极。
12.在其中一个实施例中，所述峰值检测子电路包括第一电容和第二二极管；
13.所述第一电容的第一端与所述场效应管的栅极连接，所述第一电容的第二端接地；
14.所述第一电容的第一端还通过所述第二二极管与所述压降单元连接，所述第二二极管的由所述压降单元通向所述第一电容的第一端。
15.在其中一个实施例中，所述峰值检测子电路还包括第一电阻，所述第一电阻与所述第一电容并联。
16.在其中一个实施例中，所述压降单元包括稳压二极管；
17.所述稳压二极管的第一端与所述场效应管的源极连接，及其第二端与所述峰值检测子电路的输入端连接。
18.在其中一个实施例中，所述压降单元还包括第二电阻，所述稳压二极管的第二端通过所述第二电阻与所述峰值检测子电路的输入端连接。
19.在其中一个实施例中，所述第二二极管为肖特基二极管。
20.在其中一个实施例中，所述防电源反接电路还包括第二电容，所述第二电容的两端分别与所述负载的第一端和第二端连接。
21.第二个方面，本实用新型提供一种dc电子设备，所述dc电子设备包括第一个方面中所述的防电源反接电路。
22.在其中的一些实施例中，所述dc电子设备为球形摄像机。
23.本实用新型提供的防电源反接电路和dc电子设备，与现有技术相比，通过在场效应管的栅极耦合峰值检测子电路的输出端，且峰值检测子电路的输入端通过压降单元与场效应管的源极耦合。因此，在电源电路接入ac电源时，场效应管的栅极会保持较高的电压，进而当场效应管的源极电压小幅度下降后，其源极与栅极之间的电压差将不满足导通条件，进而实现快速关断。解决了现有的防电源反接电路在接入ac电源时，存在着mos管关断不及时的问题。
附图说明
24.图1是本实用新型的实施例中的防电源反接电路的结构示意图；
25.图2是本实用新型的一些实施例中的防电源反接电路的拓扑图；
26.图3是本实用新型的具体实施例中的防电源反接电路的拓扑图。
具体实施方式
27.下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
28.需要说明的是，当元件被称为“设于”另一个元件，它可以直接设在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“设置于”另一个元件，它可以是直接设置在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被认为是“固定于”另一个元件，它可以是直接固定在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。
29.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
30.图1是本实用新型的实施例中的防电源反接电路的结构示意图。请参阅图1，本实用新型提供一种防电源反接电路，防反接电路连接在电源100和负载200之间；防电源反接电路包括：场效应管300、峰值检测子电路400和压降单元500；电源100的第一端通过场效应管300和负载200的第一端连接；峰值检测子电路400的输出端与场效应管300的栅极连接，
峰值检测子电路400的输入端通过压降单元500与场效应管300的源极连接；电源100的第二端、负载200的第二端均接地。
31.具体的，该防电源反接电路中，场效应管300通常采用p型场效应管。在正常使用情况下，电源100应当为dc电源。电源100的第一端通过场效应管300与负载200的第一端连接，场效应管300起到开关作用，其导通条件为源极电压比栅极电压高于阈值。在该电源电路中，还设置有峰值检测子电路400，峰值检测子电路400还具有一接地端，且该接地端与电源100的第二端、负载200的第二端均接地。而峰值检测子电路400在交流电场景中，其输出电压能够稳定维持输入电压的峰值。峰值检测子电路400的输出端与场效应管300的栅极连接，峰值检测子电路400的输入端通过压降单元500与场效应管300的源极连接。当场效应管300为p型场效应管时，防电源反接电路的使用原理如下：
32.在正接dc电源的情况中，场效应管300的源极与栅极间的电压差主要由压降单元500控制，该电压差至少高于压降单元500的压降值。进而，在选取合适压降值的压降单元500后，场效应管300的源极与栅极间的电压差稳定满足导通条件，使得场效应管300处于导通状态，此时该电源电路正常使用。
33.在反接dc电源的情况中，由于场效应管300的栅极电压高于源极电压，不满足其导通条件。进而，场效应管300处于关断状态。
34.在连接ac电源的情况中，当输入电压的处于峰值时，场效应管300的栅极电压比源极电压低，且电压差为压降单元500的压降值(不考虑峰值检测子电路400内部压降的情况下)。此时与正接dc电源的情况相同，场效应管300处于导通状态。但是在场效应管300的源极电压随着输入电压开始下降时，场效应管300的在峰值检测子电路400的作用下维持不变。因此，当场效应管300的源极电压下降小幅度后，其源极电压和栅极电压之间的电压差便不满足导通条件，使得场效应管300可以快速进入关断状态。
35.示例性地，在不考虑峰值检测子电路400内部压降的情况下，当场效应管300的导通电压为3伏特时，可以选取压降值为4伏特的压降单元500。在正接dc电源时，场效应管300的源极电压可以始终高于栅极电压4伏特，因此，场效应管300处于导通状态。在电源100接入ac电源时，当输入电压处于峰值时，场效应管300的源极电压高于栅极电压4伏特，此时场效应管300处于导通状态。但是在场效应管300的源极电压下降1伏特后，其源极和栅极之间的电压差将小于3伏特，从而不满足导通条件，使得场效应管300可以快速关断。
36.通过上述内容可知，本实用新型与现有技术相比，通过在场效应管300的栅极耦合峰值检测子电路400的输出端，且峰值检测子电路400的输入端通过压降单元500与场效应管300的源极耦合。因此，在电源电路接入ac电源时，场效应管300的栅极会保持较高的电压，进而当场效应管300的源极电压小幅度下降后，其源极与栅极之间的电压差将不满足导通条件，进而实现快速关断。需要进一步说明的是，压降单元500的压降值决定了场效应管300的关断速度。在不考虑峰值检测子电路400内部压降的情况下，可以选择压降值稍大于场效应管300的导通电压的压降单元500。这样不仅可以使得电源电路在正常使用时，场效应管300的源极和栅极之间的电压差大于导通电压。而且，在电源电路接入ac电源时，当输入电压由峰值下降小幅度后，场效应管300的源极和栅极之间的电压差将小于导通电压，从而实现场效应管300的快速关断。进一步，在考虑峰值检测子电路400内部压降的情况下，压降单元500的压降值与检测子电路内部的压降值之和应当稍微大于场效应管300的导通电
压。
37.图2是本实用新型的一些实施例中的防电源反接电路的拓扑图。参照图1和图2，下面本实用新型中的防电源反接电路做进一步说明。
38.在其中的一些实施例中，该防电源反接电路还包括第一连接部110和第二连接部210，第一连接部110通常为两个连接端口，用于连接电源100，第二连接部210通常也为两个连接端口，用于连接负载200。场效应管300的漏极320与第一连接部110的第一端连接，场效应管300的源极330与第二连接部210的第一端连接；场效应管300的漏极320和源极330还通过第一二极管340连接，第一二极管340由场效应管300的漏极320通向源极330。
39.本实施例中，提供了一种具体的场效应管300的连接结构。当电源电路正接dc电源时，由于第一二极管340的导通方向与电流相同，因此其处于导通状态，使得场效应管300的源极330电压升高，进而使其源极330与栅极310之间的电压差满足导通电压，使得场效应管300导通。在电源电路反接dc电源时，由于场效应管300和第一二极管340均不导通，从而实现防反接效果。
40.相应的在一些其他实施例中，也可以是场效应管300的源极330与第一连接部110的第一端连接，而漏极320与第二连接部210的第一端连接。此时，场效应管300的源极330与第一连接部110的第一端直接耦合，从而可以不设置第一二极管340。
41.在其中的一些实施例中，峰值检测子电路400包括第一电容410和第二二极管420以及第一电阻430；第一电容410的第一端与场效应管300的栅极310连接，第一电容410的第二端接地；第一电容410的第一端还通过第二二极管420与压降单元500连接，第二二极管420的由压降单元500通向第一电容410的第一端；第一电阻430与第一电容410并联。
42.本实施例中，提供了一种具体的峰值检测子电路400的结构，其主要由电容、二极管和电阻构成。第一电容410的第一端构成峰值检测电路的输出端，而其第二端构成峰值检测子电路400的接地端，第二二极管420远离第一电容410的一端与压降单元500连接，构成峰值检测子电路400的输入端。当电源电路接入ac电源且输入电压为峰值时，场效应管300的栅极310与源极330之间的电压差为压降单元500和第二二极管420的压降值之和。在输入电压由峰值开始下降时，场效应管300的源极330随其下降，以及场效应管300的栅极310也会产生下降趋势，但是第一电容410会进行放电，使得场效应管300的栅极310电压维持不变。示例性地，第二二极管420可以采用肖特基二极管，肖特基二极管的导通压降为0.4伏特。
43.在其中的一些实施例中，压降单元500包括稳压二极管510；稳压二极管510的第一端与场效应管300的源极330连接，及其第二端与峰值检测子电路400的输入端连接。具体的，压降单元500采用稳压二极管510，稳压二极管510能够提供稳定压降。在一些具体实施例中，稳压二极管510的压降值和第二二极管420的压降值之和应当稍大于场效应管300的导通电压。
44.在其中的一些实施例中，压降单元500还可以包括第二电阻520，稳压二极管510的第二端通过第二电阻520与峰值检测子电路400的输入端连接。具体的，第二电阻520设置在稳压二极管510和第二二极管420之间，起到限流的作用。在该实施例中，在选取稳压二极管510的压降值时，可以考虑第二电阻520的压降。
45.在其中的一些实施例中，防电源反接电路还包括第二电容600，第二电容600的两
端分别与第二连接部210的第一端和第二端连接。
46.具体的，在电源电路的第二连接部210处还并联有第二电容600。具体的，第二电容600具有去耦作用。避免电源电路的输出电压在受干扰或某些情况下瞬时异常增高。同时，在电源电路接入ac电源的情况下，当输入电压下降时，第二电容600会进行放电，其回灌电流会对电源造成影响，而本技术方案中在该情况下可以快速关断场效应管300，起到保护电源的作用。
47.在本实用新型中还提供了一种dc电子设备，dc电子设备包括本实用新型中提出的的防电源反接电路。该dc电子设备采用上述防电源反接电路后，相应的具有防反接和防误接ac电源的作用。示例性地，dc电子设备可以是摄像机，进一步的可以是球形摄像机。
48.进一步具体的，该防电源反接电路包括：电源、负载、场效应管、峰值检测子电路和压降单元；电源的第一端通过场效应管和负载的第一端连接；峰值检测子电路的输出端与场效应管的栅极连接，峰值检测子电路的输入端通过压降单元与场效应管的源极连接；电源的第二端、负载的第二端均接地。
49.本实用新型与现有技术相比，通过在场效应管的栅极耦合峰值检测子电路的输出端，且峰值检测子电路的输入端通过压降单元与场效应管的源极耦合。因此，在电源电路接入ac电源时，场效应管的栅极会保持较高的电压，进而当场效应管的源极电压小幅度下降后，其源极与栅极之间的电压差将不满足导通条件，进而实现快速关断。解决了现有的防电源反接电路在接入ac电源时，存在着mos管关断不及时的问题。
50.下面通过一个具体实施例对本实用新型中的技术方案进行说明。
51.图3是本实用新型的具体实施例中的防电源反接电路的拓扑图。参照图3，该具体实施例中的防电源反接电路包括：p型场效应管100、二极管200、肖特基二极管500、稳压二极管600、第一电容300、第二电容700和电阻400。其中，该防电源反接电路的输入端用于连接外部电源，输出端用于连接负载800。p型场效应管100的漏极110与电路输入端连接，p型场效应管100的源极120与电路输出端连接，二极管200连接p型场效应管100的漏极110和源极120。第一电容300一端与p型场效应管100的栅极130连接，另一端接地，电阻400与第一电容300并联。肖特基二极管500输出端连接p型场效应管100的栅极130，且输出端与稳压二极管600连接，稳压二极管600的另一端与p型场效应管100的源极120连接。第二电容700一端连接电路输出端，另一端接地。该防电源反接电路的工作原理如下：
52.电源接入为dc时：
53.输入电源通过二极管200对第二电容700充电，当电压升高使稳压二极管600和肖特基二极管500工作时，p型场效应管100的栅极130电压为：
[0054]vg
＝v
s-(vz+vd)
[0055]
其中，vs为p型场效应管100的源极120电压，vz为稳压二极管600的压降，vd为肖特基二极管500的导通压降，进而p型场效应管100的栅极130与源极120之间的电压差v
gs
为：
[0056]vgs
＝v
g-vs＝-(vz+vd)
[0057]
其中，v
th
为p型场效应管100的开启电压，当v
gs
小于v
th
时，mos管完全打开。
[0058]
电源接入为ac时：
[0059]
p型场效应管100的栅极130电压为：
[0060]vg
＝v
p-(vz+vd)
[0061]
其中，v
p
为交流电压的峰值。
[0062]
可得v
gs
为：
[0063]vgs
＝v
g-vs＝(v
p-vs)-(vz+vd)
[0064]
由于v
p
为ac电压的峰值，所以v
p
≥vs，
[0065]
如果令：-(vz+vd)-v
th
＝v1；其中v
th
为p型场效应管100的开启电压。
[0066]
那么v
p-vs大于-v1就可以关断p型场效应管100，输出第二电容700的电流回流，实现ac误插入时防反的效果，同时选择稳压二极管600的钳位电压vz可以控制p型场效应管100的反向速度。
[0067]
示例性地，如果选择p型场效应管100的开启电压为-3v，则选择压降为3.3v的稳压二极管600，肖特基二极管500的导通压降为0.4v。所以vs低于v
p
0.7v时，就已经达到p型场效应管100的关断点。可以有效地减小输出第二电容700的反灌电流，避免ac误插入时导致电路损坏。
[0068]
通过上述具体实施例可知，本防电源反接电路具有如下优点：
[0069]
1、直流电源插入时，场效应管可以工作完全导通状态，从而降低功耗。
[0070]
2、交流电源插入时，由于栅极二极管可以快速反向，避免设备电容电流回流造成电源板异常损坏。
[0071]
应该明白的是，这里描述的具体实施例只是用来解释这个应用，而不是用来对它进行限定。根据本技术提供的实施例，本领域普通技术人员在不进行创造性劳动的情况下得到的所有其它实施例，均属本技术保护范围。
[0072]
显然，附图只是本技术的一些例子或实施例，对本领域的普通技术人员来说，也可以根据这些附图将本技术适用于其他类似情况，但无需付出创造性劳动。另外，可以理解的是，尽管在此开发过程中所做的工作可能是复杂和漫长的，但是，对于本领域的普通技术人员来说，根据本技术披露的技术内容进行的某些设计、制造或生产等更改仅是常规的技术手段，不应被视为本技术公开的内容不足。
[0073]“实施例”一词在本技术中指的是结合实施例描述的具体特征、结构或特性可以包括在本技术的至少一个实施例中。该短语出现在说明书中的各个位置并不一定意味着相同的实施例，也不意味着与其它实施例相互排斥而具有独立性或可供选择。本领域的普通技术人员能够清楚或隐含地理解的是，本技术中描述的实施例在没有冲突的情况下，可以与其它实施例结合。
[0074]
以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种防电源反接电路，所述防电源反接电路连接在电源和负载之间，其特征在于，所述防电源反接电路包括：场效应管、峰值检测子电路和压降单元；所述电源的第一端通过所述场效应管和所述负载的第一端连接；所述峰值检测子电路的输出端与所述场效应管的栅极连接，所述峰值检测子电路的输入端通过所述压降单元与所述场效应管的源极连接；所述电源的第二端、所述负载的第二端均接地。2.根据权利要求1所述的防电源反接电路，其特征在于，所述场效应管的漏极与所述电源的第一端连接，所述场效应管的源极与所述负载的第一端连接；所述场效应管的漏极和源极还通过第一二极管连接，所述第一二极管由所述场效应管的漏极通向源极。3.根据权利要求2所述的防电源反接电路，其特征在于，所述峰值检测子电路包括第一电容和第二二极管；所述第一电容的第一端与所述场效应管的栅极连接，所述第一电容的第二端接地；所述第一电容的第一端还通过所述第二二极管与所述压降单元连接，所述第二二极管的由所述压降单元通向所述第一电容的第一端。4.根据权利要求3所述的防电源反接电路，其特征在于，所述峰值检测子电路还包括第一电阻，所述第一电阻与所述第一电容并联。5.根据权利要求1所述的防电源反接电路，其特征在于，所述压降单元包括稳压二极管；所述稳压二极管的第一端与所述场效应管的源极连接，及其第二端与所述峰值检测子电路的输入端连接。6.根据权利要求5所述的防电源反接电路，其特征在于，所述压降单元还包括第二电阻，所述稳压二极管的第二端通过所述第二电阻与所述峰值检测子电路的输入端连接。7.根据权利要求3所述的防电源反接电路，其特征在于，所述第二二极管为肖特基二极管。8.根据权利要求1所述的防电源反接电路，其特征在于，所述防电源反接电路还包括第二电容，所述第二电容的两端分别与所述负载的第一端和第二端连接。9.一种dc电子设备，其特征在于，所述dc电子设备包括如权利要求1至权利要求8中任一项所述的防电源反接电路。10.根据权利要求9所述的dc电子设备，其特征在于，所述dc电子设备为摄像机。

技术总结
本实用新型涉及一种防电源反接电路和DC电子设备，防电源反接电路连接在电源和负载之间，防电源反接电路包括：场效应管、峰值检测子电路和压降单元；电源的第一端通过场效应管和负载的第一端连接；峰值检测子电路的输出端与场效应管的栅极连接，峰值检测子电路的输入端通过压降单元与场效应管的源极连接；电源的第二端、负载的第二端均接地。在电源电路接入AC电源时，P型场效应管的栅极会保持较高的电压，进而当P型场效应管的源极电压小幅度下降后，其源极与栅极之间的电压差将不满足导通条件，进而实现快速关断。解决了现有的防电源反接电路在接入AC电源时，存在着MOS管关断不及时的问题。问题。问题。


技术研发人员：于振杰
受保护的技术使用者：浙江大华技术股份有限公司
技术研发日：2023.01.05
技术公布日：2023/8/26