[发明专利]一种过压吸收保护电路

说明书

技术领域

本发明涉及信号检测领域，尤其涉及一种过压吸收保护电路。

背景技术

随着大规模集成电路的发展，器件集成度日益提高，逐渐向小型化，低功耗化方向发展。集成电路芯片（如MCU等）的工作电压变的越来越低，由广泛使用的5V逐渐发展成了3.3V，2.5V，1.8V的甚至0.9V，同时，相应的低压差线性稳压器（LDO）也相应的问世。电路设计中经常会涉及到信号采集，对于进入集成电路芯片（如MCU等）的信号电压幅度控制也要求越来越来高，由于电路设计上存在的差异，所采集的信号电压幅度比较高，为了满足MCU工作电压的要求，通常会采用电阻分压形式将采样信号降压后接入MCU的AD转换引脚。同时，为了避免由于错焊或短路造成MCU引脚电压过高导致MCU损坏，也会在I/0口上对MCU供电端上拉一个二极管来预防过压问题，但该种设计方案存在缺陷，由于LDO输出并不是理想的电压源，且不具备过压吸收能力，当采样信号超出LDO电压很大时，容易对器件造成损坏。此外，集成电路芯片成本相对较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种过压吸收保护电路，通过钳位电压保护及过压电流吸收的方式对MCU输入端口电压进行保护，同时配合过压检测电路对MCU输入端出现过压状况时进行报警。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种过压吸收保护电路，所述电路包括基准电压单元和钳位吸收保护电路单元，所述钳位吸收保护电路单元包括钳位保护电路和电流采样电路，

所述基准电压单元用于为所述钳位吸收保护电路单元提供基准电压；

所述钳位保护电路包括第一比例运算放大电路，所述电流采样电路包括三极管反馈环电路，通过所述第一比例运算放大电路对所述基准电压信号进行放大，设置钳位电压阈值，当输入的信号源电压高于所述钳位电压阈值时，将输入信号源电压稳定在钳位电压阈值，超出钳位电压阈值的电压通过三极晶体管反馈环电路进行阻抗动态调整。

进一步地，所述钳位吸收保护电路单元包括第一运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第十电阻和三极晶体管，所述基准电压源的正极通过第一电阻与第一运算放大器的正相输入端连接；所述基准电压源的负极通过第二电阻与第一运算放大器的负向输入端连接；所述第一运算放大器的输出端经第三电阻与三极晶体管的基极连接，所述第十电阻的一端连接第一运算放大器负向输入端，另一端连接三极晶体管的发射极，所述第四电阻的一端连接三极晶体管的集电极，另一端接地。

进一步地，所述钳位电压阈值VZ根据下述公式（1）计算得到，

VZ＝A1*Vref      （1）

其中，Vref表示第一基准电压值，A1表示第一比例运算放大电路的增益，

A1=1+R10/R4

R10表示第十电阻的阻值，R4表示第四电阻的阻值。

4、根据权利要求2所述的过压吸收保护电路，其特征在于，根据下述公式（2）设定三极管反馈环电路安全电流极限值IZPM，

IZPM=[(VZ-0.7)/R3]*Kq      （2）

其中，VZ表示钳位电压阈值，R3表示第三电阻的阻值，Kq为三极管的放大倍数。

进一步地，所述电路还包过压检测报警电路单元，所述过压检测报警电路单元包括第二比例运算放大电路和滞回比较器电路，所述第二比例运算放大电路用于对三极晶体管反馈环电路阻抗动态调整时的输出电压信号进行放大，所述滞回比较器电路用于将第二比例运算放大器放大处理后的电压信号与第二基准电压信号进行比较，设置报警电流阈值，当第二比例运算放大器放大处理后的电压信号高于所述第二基准电压信号时，输出高电平信号进行报警。

进一步地，所述第二比例运算放大电路包括第二运算放大器、第五电阻和第六电阻，所述第二运算放大器的正向输入端与三极管反馈电路的输出端连接，负向输入端通过第五电阻接地，第二运算放大器的输出端与滞回比较器连接，所述第六电阻一端与第二运算放大器的负向输入端连接，另一端与输出端连接。

进一步地，所述第二比例运算放大器放大处理后的电压信号V根据公式（3）计算得到，

V=A2*IZ*R4      （3）

其中，R4表示第四电阻的阻值，IZ表示三极管反馈环电路的放电电流，A2表示第二比例运算放大电路的增益，

A2=1+R6/R5

其中，R6表示第六电阻的阻值，R5表示第五电阻的阻值。