CN115498740B - 一种过冲电压保护电路 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电池供电电路的过冲电压保护电路，包括检流电路以及保护电路，检流电路以及保护电路分别包括至少一个检流模块以及防过冲模块；在该保护电路中，电源（电池）连接至电池供电电路中的功率开关管的输入端；功率开关管的输出端连接至第一开关管的输入端，第一开关管的输出端通过保护电容接地；第一开关管的控制端接入防过冲模块的输出端，检流模块用于对电流iout的大小进行检测，当防过冲模块判断出电流iout在tf时间内从大电流iout1减小到小电流iout2，则立即打开第一开关管，让瞬间的大电流被该保护电容吸收，从而减小过冲电压，有效防止电池供电电路的过冲电压过大而损坏电池供电电路和用电负载。

Description

一种过冲电压保护电路

技术领域

本申请涉及电池供电技术领域，具体涉及一种电池供电电路的过冲电压保护电路。

背景技术

过冲是指一个超过设定电压的峰值电压，主要表现为一个尖端脉冲。在电池供电电路中，过冲电压会损坏电池供电电路和用电负载。

图1是现有技术中常见的电池供电电路结构，其中，EA为运算放大器，Mp为功率开关管，电阻rf1和电阻rf2用于对电池供电电路的输出电压vout进行采样，c1为负载滤波电容，运算放大器EA可以将电阻rf1和电阻rf2采样得到的采样电压fb调整为和基准电压vref接近。此时，若将用电负载M接入图1中所示的电池供电电路的输出电压端（接入用电负载M后的电池供电电路结构如图2所示），为了尽量不在电阻rf1和电阻rf2上消耗电流，通常需要将电阻rf1和电阻rf2的电阻值设计的非常大，故在对该电池供电电路的电路结构进行分析时，通常可以忽略电阻rf1和电阻rf2上的电流，同时，当电池供电电路的输出电压vout稳定时，负载滤波电容c1上也没有电流流过，因此，当电池供电电路的输出电压vout稳定时，可以近似认为功率开关管Mp上的电流iout全部流入用电负载M中，电流iout越大，功率开关管Mp的栅极电压vg越小，而在用电负载M出现故障或者突然关机时，电流iout会从大电流iout1迅速下降到小电流iout2。此时，功率开关管Mp仍处于输出大电流iout1的状态，而用电负载M只流过了小电流iout2。

因此，在上述方案中，余下的电流iout1-iout2会流向负载滤波电容c1、电阻rf1和电阻rf2，从而使电池供电电路的输出产生一个较大的过冲电压，该过冲电压会损坏电池供电电路和用电负载M。

发明内容

本申请提供了一种电池供电电路中的过冲电压保护电路，有效防止过冲电压过大而损坏电池供电电路和用电负载。所述过冲电压保护电路包括：检流电路以及保护电路，所述检流电路包括至少一个检流模块，所述保护电路包括至少一个防过冲模块；

在所述保护电路中，电源vdd连接至功率开关管Mp的输入端；所述功率开关管Mp的输出端连接至第一开关管M1的输入端，所述第一开关管M1的输出端通过保护电容cp接地；所述第一开关管M1的控制端接入所述防过冲模块的输出端；

在所述防过冲模块中，第一目标边沿触发器接入第一检流信号；所述第一目标边沿触发器的输出端接入与门的第一输入端；所述与门的第二输入端接入第二检流信号；所述与门的输出端连接至第二目标边沿触发器的输入端；所述第二目标边沿触发器的输出端为所述防过冲模块的输出端；

所述第一检流信号为所述检流模块的输出端输出的信号；所述第二检流信号为所述检流模块的输出端通过非门后输出的信号；所述检流电路用于对所述功率开关管Mp的输出电流进行检测，且当所述功率开关管Mp的输出电流在目标区间内，所述检流电路中与所述目标区间对应的检流模块输出高电平。

在一种可能的实施方式中，所述第一开关管M1的输出端还通过第二开关管M2接地；

所述第二开关管M2的控制端通过非门接入所述防过冲模块的输出端。

在一种可能的实施方式中，所述检流电路中还包括检流开关管Ms；

所述检流模块中包括第一目标比较器、第二目标比较器以及或非门；所述第一目标比较器的反相输入端与所述第二目标比较器的同相输入端分别接入不同的基准电压；所述第一目标比较器的输出端以及所述第二目标比较器的输出端分别接入或所述非门的两个输入端；

所述检流开关管Ms的输入端接入所述电源vdd；所述检流开关管Ms的输出端通过检流电阻rs接地；所述检流开关管Ms的控制端与所述功率开关管Mp的控制端连接；

检流开关管Ms的输出端分别接入所述第一目标比较器的同相输入端以及所述第二目标比较器的反相输入端；所述或非门的输出端为所述检流电路的输出端。

在一种可能的实施方式中，所述功率开关管Mp与所述检流开关管Ms为PMOS管；

或者，所述功率开关管Mp与所述检流开关管Ms为PNP三极管。

在一种可能的实施方式中，当所述功率开关管Mp与所述检流开关管Ms为PMOS管时，所述检流开关管Ms与所述功率开关管Mp的宽长比为1：k；

当所述功率开关管Mp与所述检流开关管Ms为PNP三极管时，所述检流开关管Ms与所述功率开关管Mp的宽长比为1：k。

在一种可能的实施方式中，所述第一开关管M1与所述第二开关管M2为NMOS管；

或者，所述第一开关管M1与所述第二开关管M2为NPN三极管。

在一种可能的实施方式中，当所述保护电路包括至少两个防过冲模块时，所述保护电路还包括或门，各个防过冲模块的输出端分别连接至所述保护电路中或门的各个输入端；所述保护电路中或门的输出端连接至所述第一开关管M1的控制端；

所述保护电路中或门的输出端还通过非门连接至所述第二开关管M2的控制端。

在一种可能的实施方式中，当所述保护电路包括至少两个防过冲模块时，所述检流电路包括至少两个检流模块；且所述防过冲模块的数量与所述检流模块的数量相等；

各个所述防过冲模块与各个所述检流模块一一对应，且每个防过冲模块中的第一目标边沿触发器接入对应的检流模块生成的第一检流信号，每个防过冲模块中的与门的第二输入端接入对应的检流模块生成的第二检流信号。

在一种可能的实施方式中，检流模块和防过冲模块的数量N满足如下公式：

；

其中，

为所述目标区间的宽度；

为电流输出的全电流范围。

在一种可能的实施方式中，各个所述检流模块的目标区间的并集等于所述电流输出的全电流范围。

本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：

在上述电池供电电路的过冲电压保护电路中包括检流电路以及保护电路，该检流电路包括至少一个检流模块，该保护电路包括至少一个防过冲模块；在该保护电路中，电源vdd（电池）连接至电池供电电路中的功率开关管Mp的输入端；该功率开关管Mp的输出端连接至第一开关管M1的输入端，该第一开关管M1的输出端通过保护电容cp接地；该第一开关管M1的控制端接入该防过冲模块的输出端；在该防过冲模块中，第一目标边沿触发器接入第一检流信号；该第一目标边沿触发器的输出端接入与门的第一输入端；该与门的第二输入端接入第二检流信号；该与门的输出端连接至第二目标边沿触发器的输入端；该第二目标边沿触发器的输出端为该防过冲模块的输出端；该第一检流信号为该检流模块的输出端输出的信号；该第二检流信号为该检流模块的输出端通过非门后输出的信号；该检流模块用于对该功率开关管Mp的输出电流进行检测，且当该功率开关管Mp的输出电流在目标区间内，该检流模块输出高电平。

在上述方案中，当用电负载为恒流负载时，首先确定一个接近于恒定电流的大电流iout1，之后根据电池供电电路和用电负载能接受的最大程度的过冲电压，确定小电流iout2和时间tf，该过冲电压保护电路先通过检流模块对电流iout的大小进行检测，再配合防过冲模块判断电流iout是否在tf时间内从大电流iout1减小到小电流iout2，如果是，那么在电流iout下降到小电流iout2的瞬间，打开保护电路中的第一开关管M1，让瞬间的大电流被该保护电容cp吸收，从而减小过冲电压，有效防止电池供电电路的过冲电压过大而损坏电池供电电路和用电负载；

根据电流iout的最小值imin、电流iout的最大值imax、电池供电电路和用电负载可以接受的最大程度的过冲电压相对应的大电流iout1与小电流iout2的差值以及电池供电电路和用电负载可以接受的最大程度的过冲电压相对应的时间tf的大小，将检流电路设计为包括多个检流模块，且在电池供电电路的保护电路中设置多个防过冲模块，使得在电流输出的全电流范围内，只要存在，在tf时间段内，电流下降值超过（iout1-iout2）差值的大小，即可触发过冲电压保护；

可根据电流iout的实际情况，将检流的间隔设置的不均匀，即对于电流iout最常工作的区域或者对检流精度要求较高的区域，可以将检流间隔设置的小一点，对于电流iout不常工作的区域或者对检流精度要求不较高的区域，可以将检流间隔设置的大一点，从而兼顾电池供电电路的过冲电压保护电路的精度和成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了现有技术中常见的电池供电电路结构示意图。

图2示出了在常见的电池供电电路结构中接入用电负载的结构示意图。

图3是根据一示例性实施例示出的一种电池供电电路的过冲电压保护电路的电路结构示意图。

图4是根据一示例性实施例示出的检流电路的结构示意图。

图5是根据一示例性实施例示出的保护电路的结构示意图。

图6是根据一示例性实施例示出的边沿触发器的脉冲信号波形图。

图7是根据一示例性实施例示出的电流下降波形图。

图8是根据一示例性实施例示出的过冲电压保护电路的输出信号的时刻波形图。

图9是根据一示例性实施例示出的全电流范围下过冲电压保护电路的检流电路结构示意图。

图10是根据一示例性实施例示出的全电流范围下过冲电压保护电路的保护电路结构示意图。

图11是根据一示例性实施例示出的全电流范围下保护电路的示例电路结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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例，都属于本申请保护的范围。

图3是本申请提供的一种电池供电电路的过冲电压保护电路的电路结构示意图。该过冲电压保护电路包括：检流电路以及保护电路，该检流电路包括至少一个检流模块，该保护电路包括至少一个防过冲模块。

在该保护电路中，电源vdd（电池）连接至电池供电电路中的功率开关管Mp的输入端；该功率开关管Mp的输出端连接至第一开关管M1的输入端，该第一开关管M1的输出端通过保护电容cp接地；该第一开关管M1的控制端接入该防过冲模块的输出端；

在该防过冲模块中，第一目标边沿触发器接入第一检流信号；该第一目标边沿触发器的输出端接入与门的第一输入端；该与门的第二输入端接入第二检流信号；该与门的输出端连接至第二目标边沿触发器的输入端；该第二目标边沿触发器的输出端为该防过冲模块的输出端；

进一步的，如图3所示，当该保护电路包括一个防过冲模块时，该第一目标边沿触发器可以为图3中的第一边沿触发器B1，该与门可以为图3中的第一与门U3，该第二目标边沿触发器为图3中的第二边沿触发器B2。

该第一检流信号为该检流模块的输出端输出的信号；该第二检流信号为该检流模块的输出端通过非门后输出的信号；该检流电路用于对该功率开关管Mp的输出电流进行检测，且当该功率开关管Mp的输出电流在目标区间内，该检流电路中与所述目标区间对应的检流模块输出高电平。

进一步的，该目标区间为该功率开关管Mp上的电流iout在大电流iout1到小电流iout2之间，即

。

在一种可能的实施方式中，第一开关管M1的输出端还通过第二开关管M2接地；

该第二开关管M2的控制端通过非门接入该防过冲模块的输出端。

例如，在如图3所示的电路结构中，该第二开关管M2的控制端通过第一非门U4接入该防过冲模块的输出端。

在一种可能的实施方式中，该检流电路中还包括检流开关管Ms；

该检流模块中包括第一目标比较器、第二目标比较器以及或非门；该第一目标比较器的反相输入端与该第二目标比较器的同相输入端分别接入不同的基准电压；该第一目标比较器的输出端以及该第二目标比较器的输出端分别接入或非门的两个输入端；

在该检流电路中，该检流开关管Ms的输入端接入该电源vdd（电池）；该检流开关管Ms的输出端通过检流电阻rs接地；该检流开关管Ms的控制端与该功率开关管Mp的控制端连接；

检流开关管Ms的输出端分别接入第一目标比较器的同相输入端以及第二目标比较器的反相输入端；该或非门的输出端为该检流电路的输出端。

图4示出了本申请实施例涉及的一种检流电路的电路结构示意图。

如图4所示，当该检流电路包括一个检流模块时，该第一目标比较器可以为图4中的第一比较器COM1，该第二目标比较器可以为图4中的第二比较器COM2，图4中还包括第二非门U2以及第一或非门U1，该第一目标比较器的反相输入端接入第一目标基准电压（例如在图4中，该第一目标基准电压为vref1），该第二目标比较器的同相输入端第二目标基准电压（例如在图4中，该第二目标基准电压为vref2）。

在一种可能的实施方式中，该功率开关管Mp与该检流开关管Ms为PMOS管；

或者，该功率开关管Mp与该检流开关管Ms为PNP三极管。

在一种可能的实施方式中，当该功率开关管Mp与该检流开关管Ms为PMOS管时，该检流开关管Ms与该功率开关管Mp的宽长比为1：k；

当该功率开关管Mp与该检流开关管Ms为PNP三极管时，该检流开关管Ms与该功率开关管Mp的宽长比为1：k。

在一种可能的实施方式中，该第一开关管M1与该第二开关管M2为NMOS管；

或者，该第一开关管M1与该第二开关管M2为NPN三极管。

基于图4的检流电路结构，其工作原理可以如下所示：

由于检流开关管Ms与功率开关管Mp的宽长比为1：k，因此可得：

；

同时，检流值vs输入到第一比较器COM1的同相输入端和第二比较器COM2的反相输入端，因此，当

，即

时，第一比较器COM1的输出vc1为高，否则该第一比较器COM1的输出vc1为低，同样的，当

，即

时，该第二比较器COM2的输出vc2为高，否则第二比较器COM2的输出vc2为低。

之后，再将第一比较器COM1的输出vc1和第二比较器COM2的输出vc2通过第一或非门U1做一个或非运算，该第一或非门U1的输出为va，第一或非门U1的输出va再经过非运算后，得到第二非门U2的输出为vb。

此时，令

，因此，当

时，第一比较器COM1的输出vc1为高，否则第一比较器的输出vc1为低，当

时，第二比较器COM2的输出vc2为高，否则第二比较器COM2的输出vc2为低，当

时，第一或非门U1的输出va为高，否则第一或非门U1的输出va为低，由此可得出电流大小与各个输出信号之间的关系，如表1所示：

表1、电流大小与各个输出信号之间的关系

综上，通过该检流电路即可得到此时电流iout的范围，即得到电流iout是在iout1之上、iout2之下还是iout1和iout2之间。

图5是本申请实施例中涉及的保护电路的具体结构示意图。图5中示出的保护电路结构为图3示出的过冲电压保护电路中，用于实现电路保护的部分电路，其工作原理可以如下所示：

首先，边沿触发器原理如下：边沿触发器用于检测输入的逻辑信号是否出现上升沿，如果是，则输出一个脉冲信号，其具体工作波形如图6所示。在图6中，边沿触发器B输入的逻辑信号为vi，输出信号为vo，在vi出现上升沿时，vo输出一个宽度为ton的脉冲信号，且该脉冲信号的宽度可根据电路的实际需求进行设置。

此时，将图5中的第一边沿触发器B1和第二边沿触发器B2产生的脉冲宽度分别设计为tf和tx。

当电池供电电路处于正常工作状态，且当用电负载M为恒流负载时，电流iout也为恒定电流，且此时的该恒定电流略大于iout1，第一或非门U1的输出va稳定在低电平，故第一边沿触发器B1的输出vz稳定在低电平，那么第一与门U3的输出则稳定在低电平，因此，第二边沿触发器B2的输出vx稳定在低电平，第一非门U4的输出ve稳定在高电平，故此时，第二开关管M2导通，保护电容cp通过第二开关管M2放电到零，确保保护电路进行保护时的可靠性，且第一开关管M1始终处于关断状态，保护电路不对电池供电电路产生影响。

当用电负载M出现故障或者突然关机，电流iout开始减小，并且在t1时刻减小到了大电流iout1，在t2时刻减小到了小电流iout2，且减小的速度过快，t2-t1<tf，则电流iout下降波形图如图7所示。

此时，结合表1记载可知，在t1时刻之前，iout>iout1，此时，由上述分析可知，第二边沿触发器B2的输出vx稳定在低电平，第一非门U4的输出ve稳定在高电平，故此时，第二开关管M2导通，保护电容cp通过第二开关管M2放电到零，确保保护电路进行保护时的可靠性；且此时，由于第二边沿触发器B2的输出vx为低电平，因此，第一开关管M1处于关断状态，保护电路不对电池供电电路产生影响。

在t1-t2时刻，iout2<iout<iout1，第一或非门U1的输出va在t1时刻是由低变高，是一个上升沿，因此，第一边沿触发器B1的输出vz在t1时刻输出一个宽度为tf的脉冲信号，即该脉冲信号一直持续到t1+tf，而第一或非门U1的输出va为高电平，非门的输出vb为低电平。

在t2时刻，iout<iout2，第一或非门U1的输出va为低电平，第二非门U2的输出vb为高电平，故在t2-t1+tf时间段内，第一边沿触发器B1的输出vz为高电平，第二非门U2的输出vb也为高电平，因此，第一与门U3的输出vy由低电平变为高电平，即第一与门U3的输出vy在t2时刻产生了一个上升沿，第二边沿触发器B2的输出vx在t2时刻输出一个宽度为tx的脉冲信号，此时，第一开关管M1导通，并且，第一非门U4输出ve为低电平，第二开关管M2关断，故此时，保护电容cp吸收瞬间的大电流，从而减小过冲电压，确保过冲电压被控制在能接受的最大程度。以上各个输出信号（vb、vz、vy以及vx）的时刻波形图如图8所示。

因此，当用电负载M为恒流负载时，首先确定一个接近于恒定电流的大电流iout1，之后根据电池供电电路和用电负载M能接受的最大程度的过冲电压，确定小电流iout2和时间tf，此时过冲电压保护电路判断电流iout是否在tf时间内从大电流iout1减小到小电流iout2，如果是，那么在电流iout下降到小电流iout2的瞬间，打开第一开关管M1，让瞬间的大电流被保护电容cp吸收，从而减小过冲电压。

在一示例性实施例中，该保护电路包括至少两个防过冲模块，该检流电路包括至少两个检流模块，由上述分析可知，当用电负载M为非恒流负载，或者为了扩大电池供电电路的应用范围，将该电池供电电路设计为可供多种恒流负载或者非恒流负载使用时，此时电流iout的输出范围很广，即电流iout并不是一个恒定值，故此时，若将大电流iout1和小电流iout2均设计为固定值，则难以保证在电流iout所有的输出范围内，该过冲电压保护电路均能实现对电池供电电路的有效保护，因此，需要将电池供电电路的过冲电压保护电路设计为全电流范围过冲电压保护电路。

由前述记载可知，过冲电压的大小和大电流iout1的大小、小电流iout2的大小以及电流从大电流iout1下降到小电流iout2所用的时间tf有关，更进一步地，过冲电压的大小和大电流iout1与小电流iout2的差值以及电流从大电流iout1下降到小电流iout2所用的时间tf有关，故此时，根据电流iout的最小值imin、电流iout的最大值imax、电池供电电路和用电负载M可以接受的最大程度的过冲电压相对应的大电流iout1与小电流iout2的差值以及电池供电电路和用电负载M可以接受的最大程度的过冲电压相对应的时间tf的大小，将检流电路设计为多段电流检测，即多个检流模块，且在保护电路中设置多个防过冲模块。

多个检流模块和多个防过冲模块的设计规则如下：各个检流模块中的大电流与小电流的差值为

，各个防过冲模块检测的过冲电压相对应的时间为

，多个检流模块和防过冲模块的具体数量为

。

因此，第一个检流模块的检流范围为

到

，第二个检流模块的检流范围为

到

，……，第N个检流模块的检流范围为

到

。

通过上述设计之后，使得在电流输出的全电流范围内，只要存在在tf时间段内，电流下降值超过（iout1-iout2）差值的大小，即可触发过冲电压保护。

此时，可得全电流范围过冲电压保护电路的检流电路和保护电路，分别如图9和图10所示，其中，图9和图10仅将检流模块设计为两个，且仅将防过冲模块设计为两个，实际使用时，具体个数需要根据实际情况进行设计。

其中，图9与图4的区别为各个基准电压的不同（在如图9所示的两个检流模块中分别采用的不同的基准电压，其中一个检流模块中包括的第一目标基准电压为Vref5、第二目标基准电压为Vref6，另外一个检流模块中包括的第一目标基准电压为Vref3、第二目标基准电压为Vref4），工作原理类似，此处不再赘述，图10与图5的区别为：（1）第一边沿触发器B1和第三边沿触发器B3产生的脉冲宽度为

；第二边沿触发器B2和第四边沿触发器B4产生的脉冲宽度为

；（2）图10中设置有或门U5，即只要vx1和vx2中任一个变为高电平，即可触发过冲电压保护。

在一种可能的实施方式中，当该保护电路包括至少两个防过冲模块时，各个防过冲模块的输出端分别连接至或门U5的各个输入端；该或门U5的输出端连接至该第一开关管M1的控制端；

该或门U5的输出端还通过非门连接至该第二开关管M2的控制端。

如图10所示，该或门U5的输出端通过第一非门U4连接至该第二开关管M2的控制端。

在一种可能的实施方式中，当该保护电路包括至少两个防过冲模块时，该检流电路包括至少两个检流模块；且该防过冲模块的数量与该检流模块的数量相等；

各个该防过冲模块与各个该检流模块一一对应，且每个防过冲模块中的第一目标边沿触发器接入对应的检流模块生成的第一检流信号，每个防过冲模块中的与门的第二输入端接入对应的检流模块生成的第二检流信号。

进一步的，如图9所示，当该检流电路包括两个检流模块，即第一检流模块以及第二检流模块时，如图9所示，该第一检流模块中包括第一或非门U1、第一比较器COM1、第二比较器COM2；该第二检流模块中包括第二或非门U6、第三比较器COM3、第四比较器COM4；

在第一检流模块中，第一比较器COM1的反相输入端与第二比较器COM2的同相输入端分别接入不同的基准电压；第一比较器COM1的输出端以及第二比较器COM2的输出端分别接入第一或非门U1的两个输入端，第一或非门U1的输出端又接入第二非门U2的输入端；

在第二检流模块中，第三比较器COM3的反相输入端与第四比较器COM4的同相输入端分别接入不同的基准电压；第三比较器COM3的输出端以及第四比较器COM4的输出端分别接入第二或非门U6的两个输入端，第二或非门U6的输出端又接入第三非门U7的输入端；

也就是说，图9中除了如图4所示包含的第一或非门U1外，还包括第二或非门U6，在图9中该第一目标比较器除了包括如图4所示的第一检流模块中的第一比较器COM1外，还包括第二检流模块中的第三比较器COM3，该第二目标比较器除了包括图9中的第一检流模块中的第二比较器COM2，还包括第二检流模块中的第四比较器COM4，该非门除了包括图9中的第一检流模块中的第二非门U2外，还包括第二检流模块中的第三非门U7。

进一步的，如图10所示，当该保护电路包括两个防过冲模块，即第一防过冲模块以及第二防过冲模块时，如图10所示，该第一防过冲模块中包括第一边沿触发器B1、第一与门U3以及第二边沿触发器B2；该第二防过冲模块中包括第三边沿触发器B3、第二与门U8以及第四边沿触发器B4；

在第一防过冲模块中，第一边沿触发器B1接入第一检流信号；第一边沿触发器B1的输出端接入第一与门U3的第一输入端；第一与门U3的第二输入端接入第二检流信号；第一与门U3的输出端连接至第二边沿触发器B2的输入端；第二边沿触发器B2的输出端为该第一防过冲模块的输出端；

在第二防过冲模块中，第三边沿触发器B3接入第一检流信号；第三边沿触发器B3的输出端接入第二与门U8的第一输入端；第二与门U8的第二输入端接入第二检流信号；第二与门U8的输出端连接至第四边沿触发器B4的输入端；第四边沿触发器B4的输出端为该第二防过冲模块的输出端；

也就是说，该第一目标边沿触发器除如图5所示包含的第一防过冲模块中的第一边沿触发器B1之外，还包括第二防过冲模块中的第三边沿触发器B3，该保护电路中的与门除了如图5所示包含的第一防过冲模块中的第一与门U3之外，还包括第二防过冲模块中的第二与门U8，该第二目标边沿触发器除了如图5所示包含的第一防过冲模块中的第二边沿触发器B2之外，还包括第二防过冲模块中的第四边沿触发器B4。

进一步的，第一防过冲模块中的第一边沿触发器B1接入第一检流模块生成的第一检流信号（第一检流模块生成的第一检流信号也就是va1），第二防过冲模块中的第三边沿触发器B3接入第二检流模块生成的第一检流信号（第二检流模块生成的第一检流信号也就是va2）；

第一防过冲模块中的第一与门U3的第二输入端接入第一检流模块生成的第二检流信号（第一检流模块生成的第二检流信号也就是vb1），第二防过冲模块中的第二与门U8的第二输入端接入第二检流模块生成的第二检流信号（第二检流模块生成的第二检流信号也就是vb2）。

在一种可能的实施方式中，检流模块和防过冲模块的数量N满足如下公式：

；

其中，

为该目标区间的宽度；

为电流输出的全电流范围。

也就是说，检流模块和防过冲模块的具体数量为

四舍五入后取整。

在一种可能的实施方式中，各个该检流模块的目标区间的并集等于该电流输出的全电流范围。

请参照图11所示的全电流范围下保护电路的示例电路结构示意图，以下结合图11对全电流范围过冲电压保护电路的工作过程进行说明：

首先，假定电流iout的最小值为0mA，最大值为200mA、电池供电电路和用电负载M可以接受的最大程度的过冲电压相对应的大电流iout1与小电流iout2的差值为100mA以及电池供电电路和用电负载M可以接受的最大程度的过冲电压相对应的时间为tf；

其次，根据上述假定和设计规则，以图11示出的保护电路为例，该图11示出的保护电路以图3为基础，将防过冲模块电路设计为包括4个防过冲模块（即防过冲模块1、防过冲模块2、防过冲模块3、防过冲模块4），且四个防过冲模块的输出端连接至或门U5，各个防过冲模块对应的检流范围分别为0mA~50mA、50mA~100mA、100mA~150mA和150mA~200mA，且各个防过冲模块判断电流iout是否在时间段

内下降超过了50mA。

此时，若电流iout在

时间段内从100mA下降到了50mA，vx2信号即变为高电平，然后vx2信号通过或门U5导通第一开关管M1，关断第二开关管M2，从而触发过冲电压保护；

由于检流范围为50mA一个间隔，均匀分成了4段，所以只要电流iout下降的量超过了100mA，就一定可以被其中的某一段检测到；具体地，假设电流iout从150mA下降到50mA，如果电流iout从150mA下降到100mA的时间和从100mA下降到50mA的时间都超过了

，那么电流iout从150mA下降到50mA的时间超过了tf，此时不会出现超过电池供电电路和用电负载M可以接受的最大程度的过冲电压，因此，vx2信号和vx3信号均为低电平，过冲电压保护未被触发；如果电流iout从150mA下降到100mA的时间和从100mA下降到50mA的时间至少一者小于

，则认为电流iout从150mA下降到50mA的时间有较大概率低于tf，此时有较大概率会出现超过电池供电电路和用电负载可以接受的最大程度的过冲电压，因此，vx2信号和vx3信号中的至少一者为高电平，从而触发过冲电压保护。

此外，如电流iout从125mA下降到25mA，此时只有防过冲模块2可以检测电流iout是否在时间段内从100mA下降到50mA，另外50mA的下降时间并没有检测到，因此，该情况下，仅能通过判断电流iout是否在

时间段内从100mA下降到50mA来决定是否需要触发过冲电压保护，若是，则触发过冲电压保护，若否，则不触发过冲电压保护；此时，为了进一步提高过冲电压保护电路的精度，可在根据上文设计规则得到的检流间隔的基础上，将检流间隔设置的更小，例如设置为20mA，这样就会对应10段检流范围，此时，无法检测到下降时间的电流最大仅为20mA，从而大大提高过冲电压保护电路的精度。

同时，也可以根据电流iout的实际情况，将检流的间隔设置的不均匀，即对于电流iout最常工作的区域或者对检流精度要求较高的区域，可以将检流间隔设置的小一点，对于电流iout不常工作的区域或者对检流精度要求不较高的区域，可以将检流间隔设置的大一点，从而兼顾过冲电压保护电路的精度和成本。

综上所述，在上述过冲电压保护电路中包括检流电路以及保护电路，该检流电路包括至少一个检流模块，该保护电路包括至少一个防过冲模块；在该保护电路中，电源vdd（电池）连接至电池供电电路中的功率开关管Mp的输入端；该功率开关管Mp的输出端连接至第一开关管M1的输入端，该第一开关管M1的输出端通过保护电容cp接地；该第一开关管M1的控制端接入该防过冲模块的输出端；在该防过冲模块中，第一目标边沿触发器接入第一检流信号；该第一目标边沿触发器的输出端接入与门的第一输入端；该与门的第二输入端接入第二检流信号；该与门的输出端连接至第二目标边沿触发器的输入端；该第二目标边沿触发器的输出端为该防过冲模块的输出端；该第一检流信号为该检流模块的输出端输出的信号；该第二检流信号为该检流模块的输出端通过非门后输出的信号；该检流模块用于对该功率开关管Mp的输出电流进行检测，且当该功率开关管Mp的输出电流在目标区间内，该检流模块输出高电平。

在上述方案中，当用电负载为恒流负载时，首先确定一个接近于恒定电流的大电流iout1，之后根据电池供电电路和用电负载能接受的最大程度的过冲电压，确定小电流iout2和时间tf，该过冲电压保护电路先通过检流模块对电流iout的大小进行检测，再配合防过冲模块判断电流iout是否在tf时间内从大电流iout1减小到小电流iout2，如果是，那么在电流iout下降到小电流iout2的瞬间，打开保护电路中的第一开关管M1，让瞬间的大电流被该保护电容cp吸收，从而减小过冲电压，有效防止过冲电压过大而损坏电池供电电路和用电负载。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (11)

1.一种过冲电压保护电路，其特征在于，所述过冲电压保护电路包括：检流电路以及保护电路，所述检流电路包括至少一个检流模块，所述保护电路包括至少一个防过冲模块；

在所述保护电路中，电源vdd连接至功率开关管Mp的输入端；所述功率开关管Mp的输出端连接至第一开关管M1的输入端，所述第一开关管M1的输出端通过保护电容cp接地；所述第一开关管M1的控制端接入所述防过冲模块的输出端；

在所述防过冲模块中，第一目标边沿触发器接入第一检流信号；所述第一目标边沿触发器的输出端接入与门的第一输入端；所述与门的第二输入端接入第二检流信号；所述与门的输出端连接至第二目标边沿触发器的输入端；所述第二目标边沿触发器的输出端为所述防过冲模块的输出端；

所述第一检流信号为所述检流模块的输出端输出的信号；所述第二检流信号为所述检流模块的输出端通过非门后输出的信号；所述检流电路用于对所述功率开关管Mp的输出电流进行检测，且当所述功率开关管Mp的输出电流在目标区间内，所述检流电路中与所述目标区间对应的检流模块输出高电平。

2.根据权利要求1所述的过冲电压保护电路，其特征在于，所述第一开关管M1的输出端还通过第二开关管M2接地；

所述第二开关管M2的控制端通过非门接入所述防过冲模块的输出端。

3.根据权利要求1所述的过冲电压保护电路，其特征在于，所述检流电路中还包括检流开关管Ms；

所述检流模块中包括第一目标比较器、第二目标比较器以及或非门；所述第一目标比较器的反相输入端与所述第二目标比较器的同相输入端分别接入不同的基准电压；所述第一目标比较器的输出端以及所述第二目标比较器的输出端分别接入所述或非门的两个输入端；

所述检流开关管Ms的输入端接入所述电源vdd；所述检流开关管Ms的输出端通过检流电阻rs接地；所述检流开关管Ms的控制端与所述功率开关管Mp的控制端连接；

检流开关管Ms的输出端分别接入所述第一目标比较器的同相输入端以及所述第二目标比较器的反相输入端；所述或非门的输出端为所述检流电路的输出端。

4.根据权利要求3所述的过冲电压保护电路，其特征在于，所述功率开关管Mp与所述检流开关管Ms为PMOS管；

或者，所述功率开关管Mp与所述检流开关管Ms为PNP三极管。

5.根据权利要求4所述的过冲电压保护电路，其特征在于，当所述功率开关管Mp与所述检流开关管Ms为PMOS管时，所述检流开关管Ms与所述功率开关管Mp的宽长比为1：k；

当所述功率开关管Mp与所述检流开关管Ms为PNP三极管时，所述检流开关管Ms与所述功率开关管Mp的宽长比为1：k。

6.根据权利要求2所述的过冲电压保护电路，其特征在于，所述第一开关管M1与所述第二开关管M2为NMOS管；

或者，所述第一开关管M1与所述第二开关管M2为NPN三极管。

7.根据权利要求2所述的过冲电压保护电路，其特征在于，当所述保护电路包括至少两个防过冲模块时，所述保护电路还包括或门，各个防过冲模块的输出端分别连接至所述保护电路中或门的各个输入端；所述保护电路中或门的输出端连接至所述第一开关管M1的控制端；

所述保护电路中或门的输出端还通过非门连接至所述第二开关管M2的控制端。

8.根据权利要求1至7任一所述的过冲电压保护电路，其特征在于，当所述保护电路包括至少两个防过冲模块时，所述检流电路包括至少两个检流模块；且所述防过冲模块的数量与所述检流模块的数量相等；

各个所述防过冲模块与各个所述检流模块一一对应，且每个防过冲模块中的第一目标边沿触发器接入对应的检流模块生成的第一检流信号，每个防过冲模块中的与门的第二输入端接入对应的检流模块生成的第二检流信号。

9.根据权利要求8所述的过冲电压保护电路，其特征在于，检流模块和防过冲模块的数量N满足如下公式：

；

其中，

为所述目标区间的宽度；

为电流输出的全电流范围。

10.根据权利要求9所述的过冲电压保护电路，其特征在于，各个所述检流模块的目标区间的并集等于所述电流输出的全电流范围。

11.一种电池供电电路，其特征在于，包括权利要求1-10中任一项所述的过冲电压保护电路。

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