一种电压调节保护电路的制作方法

1.本实用新型涉及电子技术领域，特别涉及一种电压调节保护电路。


背景技术：

2.随着消费电子的日益发展，人们会经常使用电脑或者其它电子设备的usb接口进行取电，因此，对电子设备的usb接口的可靠性要求越来越高，尤其是要求供电电压保持恒定；目前，在usb接口保护电路中会通过过压保护芯片来搭建，当采样电压大于保护芯片的触发电压时，切断电路的供电；但是该电路使用的保护芯片在电路中会产生一定的压降，且过压保护芯片主要功能为过压保护，在进行输出电压调节时，是通过电压调节电路的采集端与输出电压检测电路的输出端进行连接，利用输出电压检测电路的反馈电压进行调节，精准调压的能力较弱；例如，在专利申请号：cn112764446a，专利名称为：电压调整器及电源芯片的申请文本中，提供的如图1所示的电路图，分压采样单元211采集供电端v
in
的电压，将采样电压传输至电压调整单元212，以调整输出的负载电压，而供电端v
in
的电压通常由稳压电路提供，由于供电端v
in
的电压与输出端的负载电压之间存在压降，采样电压不能真实反映负载电压的变化，因此，该电路的精准调压能力较弱。


技术实现要素：

3.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种电压调节保护电路，以解决现有技术中电压调节保护电路精准调压能力较弱的问题。
4.基于上述目的，一种电压调节保护电路，包括：
5.电压调节电路、输出电压检测电路、负载电压检测电路、接口识别电路和控制芯片；其中：
6.电压调节电路，包括输入端、输出端、控制端和采集端，所述电压调节电路的输入端用于输入电压信号，所述电压调节电路的输出端分别连接所述输出电压检测电路的输入端和所述接口识别电路的输入端，所述接口识别电路的输出端连接所述负载电压检测电路的输入端，所述负载电压检测电路的输出端连接所述电压调节电路的采集端；
7.所述输出电压检测电路的输出端连接所述控制芯片的采集端，所述控制芯片的输出端连接所述电压调节电路的控制端。
8.可选的，所述电压调节电路包括：
9.稳压芯片，所述稳压芯片的输入端用于输入所述电压信号，所述稳压芯片的输出端连接所述输出电压检测电路的输入端和所述接口识别电路的输入端，所述稳压芯片的控制端连接所述控制芯片的输出端，所述稳压芯片的采集端连接所述负载电压检测电路的输出端。
10.可选的，所述电压调节电路还包括：
11.第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的一端连接所述稳压芯片的输出端，所述第一电阻的另一端连接所述第二电阻的一端和所述稳压芯片的采集端，所述第二电阻的另一
端接地。
12.可选的，所述电压调节电路还包括：
13.滤波电路，所述滤波电路的输入端连接所述稳压芯片的输出端，所述滤波电路的输出端连接所述输出电压检测电路的输入端。
14.可选的，所述滤波电路包括：
15.电感，所述电感的一端连接所述稳压芯片的输出端，所述电感的另一端连接所述输出电压检测电路的输入端；
16.电容，所述电容的一端连接所述电感，所述电容的另一端接地。
17.可选的，所述输出电压检测电路包括：
18.第三电阻和第四电阻，所述第三电阻的一端连接所述电压调节电路的输出端，所述第三电阻的另一端连接所述第四电阻的一端，所述第四电阻的另一端接地。
19.可选的，所述负载电压检测电路包括：
20.第五电阻，所述第五电阻的一端连接所述接口识别电路的输出端，所述第五电阻的另一端接地。
21.可选的，所述电压调节保护电路还包括：
22.运放电路，所述运放电路的输入端连接所述负载电压检测电路的输出端，所述运放电路的输出端连接所述电压调节电路的采集端。
23.可选的，所述运放电路包括：
24.运算放大器、第六电阻、第七电阻和第八电阻，所述运算放大器的同相输入端连接所述第六电阻的一端，所述第六电阻的另一端连接所述负载电压检测电路的输出端；所述运算放大器的反相输入端连接所述第七电阻的一端和所述第八电阻的一端，所述第七电阻的另一端接地，所述第八电阻的另一端连接所述运算放大器的输出端和所述电压调节电路的采集端。
25.可选的，所述控制芯片的型号为arm720t。
26.上述方案具有以下有益效果：
27.本实用新型的电压调节保护电路，增设了负载电压检测电路，不再通过电压调节电路的采集端与输出电压检测电路的输出端进行连接，而是将电压调节电路的采集端与负载电压检测电路的输出端连接；通过输出电压检测电路采集电压调节电路输出端的电压，将采样电压传输至控制芯片，控制芯片根据采样电压与预设电压的比较结果输出控制信号，来控制电压调节电路的通断；同时，通过负载电压检测电路采集负载端的电压波动，将采集的反馈电压传输至电压调节电路的采集端，电压调节电路根据反馈电压调节输出电压，从而实现精准调压。
附图说明
28.图1是现有技术的一种电压调节电路图；
29.图2是本实用新型一实施例中提供的第一种电压调节保护电路示意图；
30.图3是本实用新型一实施例中提供的第二种电压调节保护电路示意图；
31.图4是本实用新型一实施例中提供的第三种电压调节保护电路示意图；
32.图5是本实用新型一实施例中提供的一种接口识别电路示意图；
33.符号说明如下：
34.1、控制芯片；2、电压调节电路；21、滤波电路；3、输出电压检测电路；4、负载电压检测电路；5、接口识别电路；6、运放电路；v1、输出电压；v_det1、检测电压；v_det2、反馈电压；v_det3、调节电压；v_in、外部电压信号；v_out、负载电压。
具体实施方式
35.为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步的详细说明。
36.应当理解，下面阐述的实施例代表了使本领域技术人员能够实施实施例并说明实施实施例的最佳模式的必要信息。在根据附图阅读以下描述后，本领域技术人员将理解本公开的概念并且将认识到这些概念在本文中未特别提及的应用。应当理解，这些概念和应用落入本公开和所附权利要求的范围内。
37.还应当理解，尽管本文中可以使用术语第一、第二等来描述各种元素，但是这些元素不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元素与另一个元素。例如，可以将第一元件称为第二元件，并且类似地，可以将第二元件称为第一元件，而不脱离本公开的范围。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
38.还应当理解，当一个元件被称为“连接”或“耦合”到另一个元件时，它可以直接连接或耦合到另一个元件，或者可以存在中间元件。相反，当一个元素被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一个元素时，不存在中间元素。
39.还应当理解，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“底部”、“中间”、“中间”、“顶部”等可以在本文中用于描述各种元素，指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此这些元素不应受这些条款的限制。
40.这些术语仅用于区分一个元素与另一个元素。例如，第一元件可以被称为“上”元件，并且类似地，第二元件可以根据这些元件的相对取向被称为“上”元件，而不脱离本公开的范围。
41.进一步理解，术语“包括”、“包含”、“包括”和/或“包含”在本文中使用时指定了所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件和/或它们的组。
42.除非另有定义，本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。将进一步理解，本文使用的术语应被解释为具有与其在本说明书和相关技术的上下文中的含义一致的含义，并且除非本文明确如此定义，否则不会以理想化或过于正式的意义进行解释。
43.在一实施例中，提供一种如图2所示的电压调节保护电路，包括：控制芯片1、电压调节电2、输出电压检测电3、负载电压检测电4和接口识别电路5；其中：
44.电压调节电路2包括输入端、输出端、控制端和采集端，电压调节电路2的输入端用于输入外部电压信号v_in，该外部电压信号v_in为整个电路提供供电电压，电压调节电路2的输出端分别连接输出电压检测电路3的输入端和接口识别电路5的输入端，接口识别电路5的输出端连接负载电压检测电路4的输入端，负载电压检测电路4的输出端连接电压调节
电路2的采集端，以向电压调节电路提供用于电压调节的反馈电压v_det2。
45.控制芯片1的采集端连接输出电压检测电路3的输出端，以接收由输出电压检测电路3生成的检测电压v-det1，控制芯片1的输出端连接电压调节电路2的控制端，以向电压调节电路2发送控制信号。
46.上述电压调节保护电路的工作过程：
47.(1)过压保护工作过程
48.输出电压检测电路3实时采集电压调节电路2的输出电压v1，生成检测电压v_det1，并将检测电压v_det1实时传输至控制芯片1的采集端，控制芯片1将检测电压v_det1与预设的阈值电压进行比较，若检测电压v_det1的值大于预设的阈值电压的值，则判定为电压调节电路2的输出电压过高，输出控制信号k1，电压调节电路2接收到控制信号k1之后切断电压输出。
49.(2)电压调节工作过程
50.负载电压检测电路4实时采集接口识别电路5输出的电压，即负载电压vout的大小，输出反馈电压v_det2至电压调节电路2的采集端，电压调节电路2根据采集端的反馈电压v_det2来调整输出电压v1；即，当负载电压vout变大时，负载电压检测电路4输出的反馈电压v_det2也会跟随变大，电压调节电路2根据反馈电压v_det2的增大，减小输出电压v1；当负载电压vout变小时，负载电压检测电路4输出的反馈电压v_det2也会跟随变小，电压调节电路2根据反馈电压v_det2的减小，增大输出电压v1。
51.本实施例的电压调节保护电路，通过输出电压检测电路采集电压调节电路输出端的电压，将采样电压传输至控制芯片，控制芯片根据采样电压与预设电压的比较结果输出控制信号，来控制电压调节电路的通断；同时，通过负载电压检测电路采集负载端的电压波动，将采集的反馈电压传输至电压调节电路的采集端，电压调节电路根据反馈电压调节输出电压，从而实现精准调压。
52.在一实施例中，提供一种如图3所示的电压调节保护电路，包括：控制芯片1、电压调节电2、输出电压检测电3、负载电压检测电4和接口识别电路5；其中：控制芯片1、电压调节电2、输出电压检测电3、负载电压检测电4和接口识别电路5的连接关系，与图2中的控制芯片1、电压调节电2、输出电压检测电3、负载电压检测电4和接口识别电路5的连接关系相同，在此不再赘述。
53.本实施例中，电压调节电路2包括稳压芯片u1、电阻r1、电阻r2和滤波电路21，其中，稳压芯片u1具有输入端vin、输出端sw、控制端bn、采集端fb和接地端gnd，该稳压芯片u1的输入端vin用于输入外部电压信号v_in，输出端sw连接滤波电路21的输入端，控制端bn连接控制芯片1的输出端，采集端fb用于输入反馈电压v_det2，接地端gnd接地；电阻r1的一端连接滤波电路21的输出端，电阻r1的另一端连接电阻r2的一端和稳压芯片u1的采集端fb，电阻r2的另一端接地；电阻r1和电阻r2串联构成分压电路，把稳压芯片u1输出电压vi进行调理，使采集的电压信号幅值处于稳压芯片u1的电压幅值采集范围内。
54.进一步的，滤波电路21包括：电感l1和电容c1，其中，电感l1的一端连接稳压芯片u1的输出端sw，电感l1的另一端连接电容c1和电阻r1的连接端，电容c1的另一端接地。
55.本实施例中，输出电压检测电路3包括电阻r3和电阻r4，电阻r3的一端连接电感l1和电容c1的连接端，即电压调节电路2的输出端，电阻r3的另一端连接电阻r4的一端，电阻
r4的另一端接地，电阻r3和电阻r4的连接端作为输出电压检测电路3的输出端，以输出检测电压v_det1。
56.负载电压检测电路4包括电阻r5，电阻r5的一端连接接口识别电路5的输出端，电阻r5的另一端接地。
57.本实施例中，控制芯片1可以选择型号为arm720t的芯片，该芯片具有优异的性能，且功耗较低。
58.上述电压调节保护电路的工作过程：
59.(1)过压保护工作过程
60.输出电压检测电路3通过电阻r3和电阻r4串联对输出电压v1进行分压，在电阻r3和电阻r4的连接端产生检测电压v_det1，控制芯片1的采集端实时监测检测电压v_det1，控制芯片1将检测电压v_det1与预设的阈值电压进行比较，若检测电压v_det1的值大于预设的阈值电压的值，则判定为电压调节电路2的输出电压v1过高，输出控制信号k1为低电平，稳压芯片u1的控制端bn根据低电平的控制信号k1控制稳压芯片u1停止输出电压v1。
61.(2)电压调节工作过程
62.负载电压检测电路4通过电阻r5实时采集接口识别电路5输出的电压，即负载电压vout的大小，输出反馈电压v_det2至稳压芯片u1的采集端fb，稳压芯片u1根据采集端fb的反馈电压v_det2来调整输出电压v1；即，当负载电压vout变大时，负载电压检测电路4输出的反馈电压v_det2也会跟随变大，同时，电阻r1和电阻r2连接端的电压也会变大，即稳压芯片u1的采集端fb的输入电压变大，稳压芯片u1根据采集端fb的电压变大，减小输出端sw的输出电压v1；当负载电压vout变小时，负载电压检测电路4输出的反馈电压v_det2也会跟随变小，同时，电阻r1和电阻r2连接端的电压也会变小，即稳压芯片u1的采集端fb的输入电压变小，稳压芯片u1根据采集端fb的电压变小，增大输出端sw的输出电压v1，滤波电路能够滤除瞬时脉冲电压。
63.上述电压调节保护电路具有以下特点：
64.(1)利用电阻分压的方式采集输出电压，有效地减少了电路上的压降，提高保护反应速度。
65.(2)该电路使用控制芯片来输出控制信号，可将保护动作执行时间控制在纳秒级别，大大缩短保护动作的启动时间。
66.(3)通过负载电压检测电路采集负载端的电压波动，将采集的反馈电压传输至电压调节电路的采集端，电压调节电路根据反馈电压调节输出电压，从而实现精准调压。
67.(4)通过在稳压芯片u1的输出端sw设置的滤波电路，能够有效滤除电压调节电路产生的脉冲电压，保护后端电路。
68.在一实施例中，提供如图4所示的电压调节保护电路，该电压调节保护电路与图3中的电压调节保护电路的不同之处在于，该电压调节保护电路还包括运放电路6，其中，运放电路6的输入端连接负载电压检测电路4的输出端，以接收负载电压检测电路4输出的反馈电压v_det2；运放电路6的输出端连接稳压芯片u1的采集端fb，以向稳压芯片u1提供用于调节输出电压v1的调节电压v_det3。
69.进一步的，运放电路6包括：运算放大器u2、电阻r6、电阻r7和电阻r8，其中，运算放大器u2的同相输入端连接电阻r6的一端，电阻r6的另一端连接负载电压检测电路4的输出
端；运算放大器u2的反相输入端连接电阻r7的一端和电阻r8的一端，电阻r7的另一端接地，电阻r8的另一端连接运算放大器u2的输出端和电压调节电路2的采集端，即稳压芯片u1的采集端fb。
70.上述运算放大器u2、电阻r6、电阻r7和电阻r8构成同向放大器，以放大负载电压检测电路4输出的反馈电压v_det2，输出经放大的调节电压v_det3，在负载电压检测电路4输出的反馈电压较小时，可以调整电阻r6、电阻r7和电阻r8之间的阻值比例关系，从而调整放大倍数，以输出适合于稳压芯片u1采集端fb的调节电压v_det3。
71.参见图5，是本实施例提供的接口识别电路5的电路图，该接口识别电路5包括：接口芯片u3，电阻r9、电阻r10和二极管d1，其中，电阻r10的一端连接3.3v的供电电压，另一端连接二极管d1的阳极，二极管d1的阴极连接接口芯片u3的负信号端io1，二极管d1的阳极还连接接口芯片u3的识别端id；电阻r9的一端连接二极管d1的阳极，另一端接地；接口芯片u3的正信号端io2连接usb接口的正信号端d ，接口芯片u3的负信号端连接usb接口的负信号端d-。
72.上述接口识别电路5的工作过程：
73.当usb接口接入的为电源适配器时，usb接口的负信号端d-将被悬空，此时，接口芯片u3的识别端id所接收的电压值则为来自由电阻r9及r10组成的分压电路对3.3v电压源的分压；假设电阻r1及r2的阻值分别为470k欧姆及100k欧姆，则接口芯片u3的识别端id所接收的电压值为2.7v左右的高电平信号。
74.当usb接口接入的为usb设备时，usb接口的负信号端d-将发出低电平信号，此时，二极管d1导通，进而将接口芯片u3的识别端id的电平拉为低电平。
75.根据上面的描述可知，当接口芯片u3的识别端id接收的电平为低电平时，接口芯片u3即可判断此时接入的设备为usb设备；当接口芯片u3的识别端id接收的电平为高电平时，接口芯片u3即可判断此时接入的设备为电源适配器；该接口识别电路能够准确识别外部设备为usb设备还是电源适配器，防止外部设备为电源适配器的时候，电路未能做出保护动作，而造成电路损坏。
76.本实施例的电压调节保护电路的工作过程与电路特点与图3中的电压调节保护电路的工作过程和电路特点相同，在此不再赘述。
77.以上所述实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本实用新型的保护范围之内。