一种DC-DC电源输出异常保护装置的制作方法

一种dc-dc电源输出异常保护装置
技术领域
1.本实用新型涉及dc-dc电源技术领域，特别指一种dc-dc电源输出异常保护装置。


背景技术：

2.dc-dc电源是一种在直流电路中将一个电压值的电能变为另一个电压值的电能的装置，即将前级输入电源转换为后级电路所需要的各种电压，已广泛应用于各类电子产品中。
3.由于各类电子产品的使用环境十分复杂，容易受到各类电磁干扰源的影响，加上dc-dc电源自身的生命周期影响，dc-dc电源在运行过程中不可避免的会出现输出异常的现象。如果dc-dc电源出现异常，使得输出电压与输入电压接近，没有达到降压效果，这无疑会直接损坏后级电路的元器件，因此需要针对dc-dc电源相应的检测和保护机制。
4.针对dc-dc电源的检测和保护，传统上采用cpu采集dc-dc电源的输出电压，当监测到存在异常时关闭dc-dc电源的enable使能控制，进而关闭dc-dc电源的输出。但是，传统的方法存在如下缺点：1、需要专门编写cpu的软件程序，增加设计成本以及时间成本；2、当dc-dc电源的enable使能控制也失效时，仍然会向后级电路输出高电压，进而损坏后级电路的元器件。
5.因此，如何提供一种dc-dc电源输出异常保护装置，实现通过纯硬件的方式提升dc-dc电源运行的安全性，成为一个亟待解决的问题。


技术实现要素：

6.本实用新型要解决的技术问题，在于提供一种dc-dc电源输出异常保护装置，实现通过纯硬件的方式提升dc-dc电源运行的安全性。
7.本实用新型是这样实现的：一种dc-dc电源输出异常保护装置，包括一dc-dc电源模块、一输出控制模块、一使能控制模块以及一工作状态指示模块；
8.所述dc-dc电源模块分别与输出控制模块、使能控制模块以及工作状态指示模块连接；所述输出控制模块的输出端与工作状态指示模块的输入端连接。
9.进一步地，所述dc-dc电源模块包括一dc-dc电源芯片u1、一电阻r1、一电阻r2、一电阻r3、一电阻r4、一电阻r5、一电阻r6、一电阻r7、一电阻r8、一电容c1、一电容c2、一电容c3、一电容c4、一电容c5、一电容c6、一电容c7、一电容c8、一电容c9以及一电感l1；
10.所述dc-dc电源芯片u1的引脚1、2、22均与电容c2、电容c3、电容c4以及电阻r1连接，引脚3、4、25均与电容c2、电容c3以及电容c4连接，引脚5、6、7、8、9均与电感l1连接，引脚12与电容c6的一端连接，引脚13与电容c6的另一端连接，引脚14与电阻r8连接，引脚15与电容c5的一端连接，引脚16与电容c5的另一端连接，引脚17与电阻r6以及电阻r7连接，引脚18与电阻r6连接，引脚19与电阻r1以及使能控制模块连接，引脚20与电阻r2以及电阻r3连接，引脚21与电阻r4连接，引脚23与电容c1连接，引脚24与电阻r5连接；
11.所述电容c7、电容c8以及电容c9相互并联后，与电感l1连接；所述电阻r5与电容c1
连接；所述电阻r2以及电阻r3均与电阻r4以及电阻r8连接；所述电阻r7与输出控制模块、使能控制模块以及工作状态指示模块连接。
12.进一步地，所述输出控制模块包括一mos管q1、一mos管q2、一稳压二极管d1、一稳压二极管d2、一稳压二极管d6、一电阻r9、一电阻r10、一电阻r12以及一电阻r16；
13.所述mos管q1的漏极与dc-dc电源模块以及稳压二极管d2的输出端连接，栅极与电阻r9、电阻r10、稳压二极管d1的输出端以及mos管q2的漏极连接，源极与电阻r10、稳压二极管d1的输入端以及工作状态指示模块连接；
14.所述mos管q2的栅极与电阻r12、电阻r16以及稳压二极管d6的输入端连接，源极与电阻r16以及稳压二极管d6的输入端连接；所述电阻r12与稳压二极管d2的输入端连接。
15.进一步地，所述mos管q1以及mos管q2均为npn型mos管。
16.进一步地，所述使能控制模块包括一mos管q4、一稳压二极管d3、一稳压二极管d7、一电阻r13以及一电阻r14；
17.所述mos管q4的漏极与dc-dc电源模块连接，源极与电阻r14以及稳压二极管d7的输入端连接，栅极与电阻r13、电阻r14以及稳压二极管d7的输出端连接；所述稳压二极管d3的输入端与电阻r13连接，输出端与dc-dc电源模块连接。
18.进一步地，所述工作状态指示模块包括一发光二极管d4、一发光二极管d5、一稳压二极管d8、一电阻r11以及一电阻r15；
19.所述电阻r11的一端与输出控制模块连接，另一端与发光二极管d4的输入端连接；
20.所述稳压二极管d8的输出端与dc-dc电源模块连接，输入端与电阻r15连接；所述发光二极管d5的输入端与电阻r15连接。
21.进一步地，所述发光二极管d4为绿色发光二极管，所述发光二极管d5为红色发光二极管。
22.本实用新型的优点在于：
23.1、通过设置使能控制模块，当dc-dc电源模块输出电压vout-1异常时，即输出电压vout-1大于稳压二极管d3的反向导通电压，导通mos管q4，进而使能控制模块将dc-dc电源芯片u1引脚19的高电平拉低，即关闭dc-dc电源模块的enable使能控制；通过设置输出控制模块，当dc-dc电源模块的enable使能控制失效时，输出电压vout-1大于稳压二极管d2的反向导通电压，进而导通mos管q2，进而截止mos管q1，断开dc-dc电源模块与后级电路的连接，即通过使能控制模块和输出控制模块提供双重保护，避免因输入电压过大损坏后级电路的元器件，最终实现通过纯硬件的方式，极大的提升了dc-dc电源运行的安全性。
24.2、通过设置工作状态指示模块，且工作状态指示模块中的发光二极管d4为绿色发光二极管，发光二极管d5为红色发光二极管，通过发光二极管d4和发光二极管d5的点亮状态组合(d4亮d5灭、d4灭d5亮、d4灭d5灭、d4亮d5亮)，即可直观的展现dc-dc电源模块的工作状态，便于dc-dc电源模块的运维。
附图说明
25.下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。
26.图1是本实用新型一种dc-dc电源输出异常保护装置的电路原理框图。
27.图2是本实用新型dc-dc电源模块的电路图。
28.图3是本实用新型输出控制模块的电路图。
29.图4是本实用新型使能控制模块的电路图。
30.图5是本实用新型工作状态指示模块的电路图。
具体实施方式
31.本技术实施例中的技术方案，总体思路如下：设置使能控制模块，当dc-dc电源模块输出电压vout-1异常时关闭dc-dc电源模块的enable使能控制；设置输出控制模块，当使能控制模块失效时，断开dc-dc电源模块与后级电路的连接，提供双重保护，并设置工作状态指示模块直观的展现dc-dc电源模块的工作状态，以实现通过纯硬件的方式提升dc-dc电源运行的安全性。
32.请参照图1至图5所示，本实用新型一种dc-dc电源输出异常保护装置的较佳实施例，包括一dc-dc电源模块、一输出控制模块、一使能控制模块以及一工作状态指示模块；所述使能控制模块用于dc-dc电源模块输出电压vout-1异常时，关闭所述dc-dc电源模块的enable使能控制(将所述dc-dc电源芯片u1的引脚19的高电平拉低)；所述输出控制模块用于使能控制模块失效，即所述使能控制模块已经关闭dc-dc电源模块的enable使能控制，但所述dc-dc电源模块任然输出高电压，说明所述dc-dc电源模块已经损坏，进而断开所述dc-dc电源模块与后级电路的连接，提供双重保护；所述工作状态指示模块用于直观的展现dc-dc电源模块的4种工作状态；
33.所述dc-dc电源模块分别与输出控制模块、使能控制模块以及工作状态指示模块连接；所述输出控制模块的输出端与工作状态指示模块的输入端连接。
34.所述dc-dc电源模块包括一dc-dc电源芯片u1、一电阻r1、一电阻r2、一电阻r3、一电阻r4、一电阻r5、一电阻r6、一电阻r7、一电阻r8、一电容c1、一电容c2、一电容c3、一电容c4、一电容c5、一电容c6、一电容c7、一电容c8、一电容c9以及一电感l1；
35.所述电阻r6以及电阻r7用于调节dc-dc电源芯片u1的输出电压vout-1，vout-1＝(v
fb
/r7)*(r6 r7)；当所述电阻r6取值为20k，电阻r7取值为3k，v
fb
取值为0.6v时，输出电压vout-1为4.6v；所述dc-dc电源芯片u1的引脚19用于enable使能控制，图示的dc-24v和gnd-in为所述dc-dc电源模块的24v输入电源；
36.所述dc-dc电源芯片u1的引脚1、2、22均与电容c2、电容c3、电容c4以及电阻r1连接，引脚3、4、25均与电容c2、电容c3以及电容c4连接，引脚5、6、7、8、9均与电感l1连接，引脚12与电容c6的一端连接，引脚13与电容c6的另一端连接，引脚14与电阻r8连接，引脚15与电容c5的一端连接，引脚16与电容c5的另一端连接，引脚17与电阻r6以及电阻r7连接，引脚18与电阻r6连接，引脚19与电阻r1以及使能控制模块连接，引脚20与电阻r2以及电阻r3连接，引脚21与电阻r4连接，引脚23与电容c1连接，引脚24与电阻r5连接；
37.所述电容c7、电容c8以及电容c9相互并联后，与电感l1连接；所述电阻r5与电容c1连接；所述电阻r2以及电阻r3均与电阻r4以及电阻r8连接；所述电阻r7与输出控制模块、使能控制模块以及工作状态指示模块连接。
38.所述输出控制模块包括一mos管q1、一mos管q2、一稳压二极管d1、一稳压二极管d2、一稳压二极管d6、一电阻r9、一电阻r10、一电阻r12以及一电阻r16；
39.所述mos管q1用于控制dc-dc电源模块与后级电路的连接状态；所述电阻r9以及电
阻r10用于控制mos管q1的驱动电压；当所述dc-dc电源模块的输入电源为24v时，所述稳压二极管d1的反向导通电压为15v，所述稳压二极管d1用于保护mos管q1的驱动电压不超过15v；所述稳压二极管d2以及稳压二极管d6的反向导通电压均为5v；所述电阻r12以及电阻r16用于控制mos管q2的驱动电压。
40.当所述dc-dc电源模块的输出电压vout-1正常时，受所述稳压二极管d2以及稳压二极管d6的反向截止影响，所述mos管q2的驱动电压为0而处于截止状态，不对所述mos管q1的驱动电压产生影响，此时所述mos管q1的驱动电压可达开启条件，所述mos管q1进入导通状态，此时vout-2与vout-1的电压接近相等，vout-2输出的电压正常流入后级电路。当所述dc-dc电源模块损坏或者输出异常，导致vout-1的电压值接近输入电压(24v)，超过所述稳压二极管d2的稳压条件，电流流入所述稳压二极管d2、稳压二极管d6、电阻r12以及电阻r16组成的回路中，使得所述电阻r16两端存在电压，进而对所述mos管q2起到驱动作用，让所述mos管q2进入导通状态，将所述mos管q1的驱动电压拉低到0，使得所述mos管q1进入截止状态，即将vout-1与vout-2断开连接，vout-1的电压不作用于后级电路。只要vout-1的电压一直处于接近输入电压的状态，所述mos管q1就会一直处于截止状态，从而对后级电路起到实时保护作用。
41.所述mos管q1的漏极与dc-dc电源模块以及稳压二极管d2的输出端连接，栅极与电阻r9、电阻r10、稳压二极管d1的输出端以及mos管q2的漏极连接，源极与电阻r10、稳压二极管d1的输入端、后级电路以及工作状态指示模块连接；即通过vout-2与后级电路连接；
42.所述mos管q2的栅极与电阻r12、电阻r16以及稳压二极管d6的输入端连接，源极与电阻r16以及稳压二极管d6的输入端连接；所述电阻r12与稳压二极管d2的输入端连接。
43.所述mos管q1以及mos管q2均为npn型mos管。
44.所述使能控制模块包括一mos管q4、一稳压二极管d3、一稳压二极管d7、一电阻r13以及一电阻r14；
45.所述dc-dc电源模块的输入电源为24v时，所述稳压二极管d3以及稳压二极管d7的反向导通电压均为15v，所述稳压二极管d7用于保护mos管q4的驱动电压不超过15v；所述电阻r13以及电阻r14用于控制mos管q4的驱动电压；当所述dc-dc电源模块的输出电压vout-1为正常的4.6v时，所述稳压二极管d3反向截至，所述mos管q4的驱动电压为0进入截止状态，不对所述dc-dc电源芯片u1的引脚19进行拉低动作，所述dc-dc电源模块正常工作；当所述dc-dc电源模块异常，使得输出电压vout-1接近输入电压(24v)时，所述稳压二极管d3导通，电流流入所述稳压二极管d3、稳压二极管d7、电阻r13以及电阻r14组成的回路中，所述电阻r14两端存在电压，进而导通所述mos管q4，对所述dc-dc电源芯片u1的引脚19进行拉低动作，关闭所述dc-dc电源模块的enable使能控制。
46.所述mos管q4的漏极与dc-dc电源模块连接，源极与电阻r14以及稳压二极管d7的输入端连接，栅极与电阻r13、电阻r14以及稳压二极管d7的输出端连接；所述稳压二极管d3的输入端与电阻r13连接，输出端与dc-dc电源模块连接。
47.所述工作状态指示模块包括一发光二极管d4、一发光二极管d5、一稳压二极管d8、一电阻r11以及一电阻r15；所述稳压二极管d8的反向导通电压为5v；
48.所述电阻r11的一端与输出控制模块连接，另一端与发光二极管d4的输入端连接；
49.所述稳压二极管d8的输出端与dc-dc电源模块连接，输入端与电阻r15连接；所述
发光二极管d5的输入端与电阻r15连接。
50.所述发光二极管d4为绿色发光二极管，所述发光二极管d5为红色发光二极管。
51.当所述dc-dc电源模块工作时，所述输出控制模块与使能控制模块不处于触发状态，所述mos管q1处于导通状态，mos管q2以及mos管q4均处于截止状态，vout-2的电压等于vout-1的4.6v输出电压，所述发光二极管d4亮绿光，因vout-1的4.6v输出电压低于所述稳压二极管d8的稳压值(5v)，所以所述发光二极管d5不发光。
52.当所述dc-dc电源模块处于异常状态时，但是所述使能控制模块能正常关闭dc-dc电源模块的输出时，vout-1与vout-2均无电压，此时所述发光二极管d4与发光二极管d5均不发光。当所述dc-dc电源模块已损坏，所述使能控制模块无法关闭dc-dc电源模块的输出时，因vout-1接近24v，超过了所述稳压二极管d8的稳压条件，所述稳压二极管d8、电阻r15以及发光二极管d5组成的回路会流入电流，此时所述发光二极管d5亮红光，因受到所述输出控制模块的保护，此时vout-2无电压，所述发光二极管d4不发光。
53.综上所述：1、当所述发光二极管d4亮绿光、发光二极管d5不亮时，所述dc-dc电源模块处于正常状态；2、当所述发光二极管d4不亮、发光二极管d5亮红光时，所述dc-dc电源模块处于异常状态，并且此时所述dc-dc电源模块的使能控制引脚已经失效，所述输出控制模块已生效；3、当所述发光二极管d4不亮、发光二极管d5也不亮时，所述dc-dc电源模块处于异常状态，所述使能控制模块已生效；4、当所述发光二极管d4亮绿光、发光二极管d5亮红光时，所述dc-dc电源模块处于异常状态，所述使能控制模块与输出控制模块都已失效。
54.本实用新型工作原理：
55.设所述dc-dc电源模块的输入电源为24v，正常输出电压vout-1为4.6v；所述稳压二极管d1、稳压二极管d3以及稳压二极管d7的反向导通电压均为15v；所述稳压二极管d2、稳压二极管d6以及稳压二极管d8的反向导通电压均为5v。
56.dc-dc电源模块处于正常状态时：vout-1为4.6v，小于所述稳压二极管d3以及稳压二极管d8的稳压条件，所述使能控制模块处于不触发状态，所述发光二极管d5不亮；vout-1的电压小于所述稳压二极管d2的稳压条件，所述mos管q2截止，所述mos管q1导通，通过vout-2向后级电路输出4.6v电压，所述发光二极管d4亮绿光。
57.dc-dc电源模块处于异常状态，且使能控制模块生效时：vout-1为24v，导通所述稳压二极管d3，进而导通所述mos管q4将dc-dc电源芯片u1的引脚19的高电平拉低，关闭所述dc-dc电源芯片u1的输出，所述发光二极管d4以及发光二极管d5均不亮。
58.dc-dc电源模块处于异常状态，使能控制模块失效，且输出控制模块生效时：所述使能控制模块失效，vout-1为24v大于稳压二极管d8的稳压条件，所述稳压二极管d8导通，所述发光二极管d5亮红光；vout-1为24v大于所述稳压二极管d2的稳压条件，所述稳压二极管d2导通，进而导通所述mos管q2，再截止所述mos管q1，断开所述dc-dc电源模块与后级电路的连接，所述发光二极管d4不亮。
59.dc-dc电源模块处于异常状态，使能控制模块失效，且输出控制模块失效时：所述使能控制模块失效，vout-1为24v大于稳压二极管d8的稳压条件，所述稳压二极管d8导通，所述发光二极管d5亮红光；所述输出控制模块失效，所述mos管q1处于导通状态，通过vout-2向后级电路输出24v电压，所述发光二极管d4亮绿光。
60.综上所述，本实用新型的优点在于：
61.1、通过设置使能控制模块，当dc-dc电源模块输出电压vout-1异常时，即输出电压vout-1大于稳压二极管d3的反向导通电压，导通mos管q4，进而使能控制模块将dc-dc电源芯片u1引脚19的高电平拉低，即关闭dc-dc电源模块的enable使能控制；通过设置输出控制模块，当dc-dc电源模块的enable使能控制失效时，输出电压vout-1大于稳压二极管d2的反向导通电压，进而导通mos管q2，进而截止mos管q1，断开dc-dc电源模块与后级电路的连接，即通过使能控制模块和输出控制模块提供双重保护，避免因输入电压过大损坏后级电路的元器件，最终实现通过纯硬件的方式，极大的提升了dc-dc电源运行的安全性。
62.2、通过设置工作状态指示模块，且工作状态指示模块中的发光二极管d4为绿色发光二极管，发光二极管d5为红色发光二极管，通过发光二极管d4和发光二极管d5的点亮状态组合(d4亮d5灭、d4灭d5亮、d4灭d5灭、d4亮d5亮)，即可直观的展现dc-dc电源模块的工作状态，便于dc-dc电源模块的运维。
63.虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本实用新型的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本实用新型的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本实用新型的权利要求所保护的范围内。