低损耗防反接装置的制作方法

1.本技术涉及电子电路技术领域，特别涉及一种低损耗防反接装置。


背景技术：

2.在相关技术中，常用的防反接电路采用分立的功率二极管实现，利用功率二极管的单向导电特点控制电流传输方向，当单向电源的输出端关断或其端电压低于有源负载端的电压时，功率二极管da反向截至，以保证有源负载端的能量不会反向灌入到单向电源端，确保了单向电源系统工作的可靠性和工作状态监测的准确性。
3.但是，使用功率二极管作为单一防反接电路存在以下问题：
4.1、在单向电源对有源负载端输出大电流时，由于功率损耗，需要增大散热器体积，增加散热方式如：风冷、水冷，使用多颗功率二极管并联的方式。由于功率二极管的导通损耗为二极管正向管压降vf导通电流io，一般vf值为1.0～1.5v，所以当导通电流大于5a时，就需要增加外部散热结构，特别是在输出电流大于50a以后，就需要额外再增加风冷或者水冷的导热方式，使得防反接的系统设计变得较为复杂，同时风冷会引入风扇噪声，水冷需要再独立装配水槽结构，都不利于防反接系统的应用。
5.2、功率二极管的应用会导致有源负载端电压精度变差，主要原因是功率二极管正向管压降受工作电流大小和温度的影响，会在一定区域幅度内变化，最终会导致在有源负载端电压的精度变差。
6.3、在单向电源输出大电流时，功率二极管会增加较多的功率损耗，且这部分损耗不会被有源负载端消纳，因此会使得单向电源的有效输出功率降低，减少了单向电源的应用范围，严重时甚至需要重新更新单向电源。
7.需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。


技术实现要素：

8.鉴于以上技术问题中的至少一项，本技术提供一种低损耗防反接装置，解决了在相关技术中，功率二极管作用单一防反接电路时，一方面，存在因功率损耗大，需要增大散热器体积，进而造成产品整体体积偏大的问题；另一方面，功率二极管的应用导致有源负载端电压精度变差的问题。
9.本技术实施例，提供一种低损耗防反接装置，包括：
10.单向电源，具有输出正电压端及输出负电压端；
11.有源负载端，具有输入正电压端及输入负电压端；
12.防反接模块，包括第一节点、第二节点、第一开关单元、第二开关单元、第一采样单元及驱动电路，第一节点与输出正电压端连接，第二节点与输出负电压端连接，第一开关单元的第一端、第二开关单元的第一端与第一节点连接，第一开关单元的第二端、第二开关单元的第二端与第二节点连接，驱动电路与第二开关单元的第三端连接，第一采样单元的第
一端与输入正电压端连接，第一采样单元的第二端与输入负电压端连接。
13.本技术具有如下技术效果：本低损耗防反接装置能够保护单向电源不被灌入反向电流，保证单向电源的安全性及工作可靠性；本低损耗防反接装置的防反接模块的工作损耗低，工作压降低，对单向电源的功率影响小，且无需额外的散热模块，体积小。
14.在一种实现方式中，当单向电源的输出电压小于有源负载端的输入电压时，第一开关单元、第二开关单元均截止。
15.在一种实现方式中，当单向电源的输出电压大于有源负载端的输入电压时，且第一采样单元的第二端的电压大于第一采样单元的第一端的电压，且该第一采样单元的电压值大于或等于设定电压值，第二开关单元导通，第一开关单元被短路。
16.在一种实现方式中，当单向电源的输出电压大于有源负载端的输入电压时，且第一采样单元的第二端的电压大于第一采样单元的第一端的电压，且该第一采样单元的电压值小于设定电压值，第一开关单元导通，第二开关单元截止。
17.在一种实现方式中，驱动电路包括第一采样控制电路、第二采样控制电路及开关电路；
18.第一采样控制电路用于采样有源负载端的输入正电压端的电压、单向电源的输出正电压端的电压，并比较输入正电压端的电压、输出正电压端的电压的压差，当输出正电压端的电压大于输入正电压端的电压，且差值大于第一阈值电压时，发出第一控制信号；
19.第二采样控制电路用于采样第一采样单元的电压，并将第一采样单元的电压与第二阈值电压比较，当第一采样单元的电压大于第二阈值电压时，发出第二控制信号；
20.开关电路用于根据第一控制信号、第二控制信号导通，使第二开关单元的第三端置于高电平，从而使第二开关单元导通。
21.在一种实现方式中，第一采样控制电路包括第一电压采样单元、第二电压采样单元、第一比较单元、第二比较单元及第一信号发出单元，第一电压采样单元用于采样有源负载端的输入正电压端的电压，第二电压采样单元用于采样单向电源的输出正电压端的电压，第一比较单元用于比较输入正电压端的电压、输出正电压端的电压的压差，第二比较单元用于比较输入正电压端的电压、输出正电压端的电压的压差与第一阈值电压，第一信号发出单元用于发出第一控制信号。
22.在一种实现方式中，第二采样控制电路包括第三电压采样单元、第三比较单元及第二信号发出单元，第三电压采样单元用于采样第一采样单元的电压，第三比较单元用于比较第一采样单元的电压与第二阈值电压，第二信号发出单元用于发出第二控制信号。
23.在一种实现方式中，开关电路包括串接的第一接收单元及第二接收单元，第一接收单元与驱动电源的高电平端连接，第一接收单元用于根据第一控制信号导通，第二接收单元与第二开关单元的第三端连接，第二接收单元用于根据第二控制信号导通。
24.在一种实现方式中，第一开关单元为第一二极管。
25.在一种实现方式中，第二开关单元为第一场效应管。
26.下面结合附图与实施例，对本发明进一步说明。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。
28.图1是本技术实施例的低损耗防反接装置的结构图；
29.图2是本技术实施例的低损耗防反接装置的电位图；
30.图3是本技术实施例的驱动电路的结构图；
31.图4是本技术实施例的第一采样控制电路的结构图；
32.图5是本技术实施例的第一采样控制电路的电路图；
33.图6是本技术实施例的第二采样控制电路的结构图；
34.图7是本技术实施例的第二采样控制电路的电路图；
35.图8是本技术实施例的开关电路的结构图；
36.图9是本技术实施例的开关电路的电路图；
具体实施方式
37.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术。但是本技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本技术内涵的情况下做类似改进，因此本技术不受下面公开的具体实施例的限制。
38.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等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技术和简化描述，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，因此不能理解为对本技术的限制。
39.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
40.在本技术实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术实施例中的具体含义。
41.在相关技术中，使用功率二极管作为单一防反接电路存在以下问题：
42.1、在单向电源对有源负载端输出大电流时，由于功率损耗，需要增大散热器体积，增加散热方式如：风冷、水冷，使用多颗功率二极管并联的方式。由于功率二极管的导通损耗为二极管正向管压降vf导通电流io，一般vf值为1.0～1.5v，所以当导通电流大于5a时，就需要增加外部散热结构，特别是在输出电流大于50a以后，就需要额外再增加风冷或者水冷的导热方式，使得防反接的系统设计变得较为复杂，同时风冷会引入风扇噪声，水冷需要再独立装配水槽结构，都不利于防反接系统的应用。
43.2、功率二极管的应用会导致有源负载端电压精度变差，主要原因是功率二极管正
向管压降受工作电流大小和温度的影响，会在一定区域幅度内变化，最终会导致在有源负载端电压的精度变差。
44.3、在单向电源输出大电流时，功率二极管会增加较多的功率损耗，且这部分损耗不会被有源负载端消纳，因此会使得单向电源的有效输出功率降低，减少了单向电源的应用范围，严重时甚至需要重新更新单向电源。
45.本低损耗防反接装置能够保护单向电源不被灌入反向电流，保证单向电源的安全性及工作可靠性；本低损耗防反接装置的防反接模块的工作损耗低，工作压降低，对单向电源的功率影响小，且无需额外的散热模块，体积小。
46.请参见图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8及图9，其中，图1是本技术实施例的低损耗防反接装置的结构图；图2是本技术实施例的低损耗防反接装置的电位图；图3是本技术实施例的驱动电路的结构图；图4是本技术实施例的第一采样控制电路的结构图；图5是本技术实施例的第一采样控制电路的电路图；图6是本技术实施例的第二采样控制电路的结构图；图7是本技术实施例的第二采样控制电路的电路图；图8是本技术实施例的开关电路的结构图；图9是本技术实施例的开关电路的电路图；本技术实施例，提供一种低损耗防反接装置，包括单向电源100、有源负载端200及防反接模块300。
47.结合参考图1，以下对低损耗防反接装置的具体电路结构进行详细描述。
48.单向电源100，具有输出正电压端vo+及输出负电压端vo-；
49.有源负载端200，具有输入正电压端ve+及输入负电压端ve-；
50.防反接模块300，包括第一节点a、第二节点b、第一开关单元310、第二开关单元320、第一采样单元330及驱动电路340，第一节点a与输出正电压端vo+连接，第二节点b与输出负电压端vo-连接，第一开关单元310的第一端、第二开关单元320的第一端与第一节点a连接，第一开关单元310的第二端、第二开关单元320的第二端与第二节点b连接，驱动电路340与第二开关单元320的第三端连接，第一采样单元330的第一端与输入正电压端ve+连接，第一采样单元330的第二端与输入负电压端ve-连接。
51.其中，驱动电路340用于控制第二开关单元320导通或截止，从而保证防反接模块300工作的及时性和可靠性。
52.防反接模块300可以自适应系统输出电流的大小，当输出电流较小时，输出电流主要从第一开关单元310中流过；当输出功率较大时，输出电流会从第二开关单元320流过，这样可以控制总的工作损耗在可接受的范围内，同时也给第二开关单元320的工作调节带来一定宽裕度，使其不会在小范围内频繁切换工作状态。
53.结合参考图2，驱动电路340与第二采样单元的第三端连接，该连接端为h_gate端。当h_gate端为高电平时，第二采样单元导通；当h_gate端为低电平时，第二采样单元截止。而第一采样单元330的第二端为正端信号端，正端信号端为i_sense端，第一采样单元330的第一端为负端信号端，负端信号端接地。
54.在一些示例中，结合参考图1，当单向电源100的输出电压小于有源负载端200的输入电压时，第一开关单元310、第二开关单元320均截止。
55.单相电源的输出电压为输出正电压端vo+与输出负电压端vo-的差值的绝对值，有源负载端200的输出电压为输入正电压端ve+与输入负电压端ve-的差值的绝对值。
56.当第一开关单元310、第二开关单元320均截止，保证有源负载端200不会有电流灌
入至单向电源100中。
57.在一些示例中，结合参考图1，当单向电源100的输出电压大于有源负载端200的输入电压时，且第一采样单元330的第二端的电压大于第一采样单元330的第一端的电压，且该第一采样单元330的电压值大于或等于设定电压值，第二开关单元320导通，第一开关单元310被短路。
58.例如，设定电压值相应的设定电流值为3a。当有大于3a的电流由有源负载端200流向单向电源100，防反接模块300处于正向导通状态，此时，驱动电路340使第二开关单元320导通，而第一开关单元310被短路，此时，再无电流经过第一开关单元310，由于第二开关单元320的导通电阻很小，所以防反接模块300正向导通时的工作损耗和导通压降也会较小，使防反接模块300对整个传输系统影响很小。
59.在一些示例中，结合参考图1，当单向电源100的输出电压大于有源负载端200的输入电压时，且第一采样单元330的第二端的电压大于第一采样单元330的第一端的电压，且该第一采样单元330的电压值小于设定电压值，第一开关单元310导通，第二开关单元320截止。
60.例如，当输出电流小于3a时，第二开关单元320截止，此时，第一开关单元310导通，单向电源100的电流全部经过第一开关单元310流入到有源负载端200。当前状态下，虽然输出电流全部经过第一开关单元310，但由于输出电流较小，所以工作损耗较小，也无需额外添加散热模块。
61.同时，在此状态下，可以在驱动电路340中作调整，即输出电流小于目标值，触发关断第二开关单元320，使第二开关单元320截止。
62.在一些示例中，结合参考图3，驱动电路340包括第一采样控制电路341、第二采样控制电路342及开关电路343；
63.第一采样控制电路341用于采样有源负载端200的输入正电压端ve+的电压、单向电源100的输出正电压端vo+的电压，并比较输入正电压端ve+的电压、输出正电压端vo+的电压的压差，当输出正电压端vo+的电压大于输入正电压端ve+的电压，且差值大于第一阈值电压时，发出第一控制信号；
64.第二采样控制电路342用于采样第一采样单元330的电压，并将第一采样单元330的电压与第二阈值电压比较，当第一采样单元330的电压大于第二阈值电压时，发出第二控制信号；
65.开关电路343用于根据第一控制信号、第二控制信号导通，使第二开关单元320的第三端置于高电平，从而使第二开关单元320导通。
66.开关电路343的输出端为h_gate端。当第一采样控制电路341、第二采样控制电路342分别发出第一控制信号、第二控制信号时，开关电路343根据第一控制信号、第二控制信号导通，使h_gate端置于高电平，从而使第二开关单元320导通。
67.在一些示例中，结合参考图3、图4及图5，第一采样控制电路341包括第一电压采样单元3411、第二电压采样单元3412、第一比较单元3413、第二比较单元3414及第一信号发出单元3415，第一电压采样单元3411用于采样有源负载端200的输入正电压端ve+的电压，第二电压采样单元3412用于采样单向电源100的输出正电压端vo+的电压，第一比较单元3413用于比较输入正电压端ve+的电压、输出正电压端vo+的电压的压差，第二比较单元3414用
于比较输入正电压端ve+的电压、输出正电压端vo+的电压的压差与第一阈值电压，第一信号发出单元3415用于发出第一控制信号。
68.第一采样控制电路341还包括第一阈值电压产生单元3416，第一阈值电压产生单元3416与第二比较单元3414连接，该第一阈值电压产生单元3416用于提供第一阈值电压。
69.再次结合参考图5，第一电压采样单元3411可以包括运放u2b。第二电压采样单元3412可以包括运放u2d。第一比较单元3413可以包括运放u2c。第二比较单元3414可以包括运放u2a。第一阈值电压产生单元3416可以包括精准稳压源u1。第一信号发出单元3415可以包括三极管q3及光耦pc1a。
70.在工作时，运放u2b、运放u2d分别采样有源负载端200的输入正电压端ve+的电压、单向电源100的输出正电压端vo+的电压。然后由运放u2c比较输入正电压端ve+的电压、输出正电压端vo+的电压的压差。再由运放u2a比较输入正电压端ve+的电压、输出正电压端vo+的电压的压差与第一阈值电压，当输入正电压端ve+的电压、输出正电压端vo+的电压的压差大于第一阈值电压时，运放u2a输出低电平，使三极管q3导通，此时光耦pc1a导通，发出第一控制信号。
71.此外，在运放u2a的反馈回路中串接有二极管d2，如此可以保证第二开关单元320导通和截止时的触发点具有一定差距，即具有可调回滞功能，起到误触和防抖的作用。
72.在一些示例中，结合参考图3、图6及图7，第二采样控制电路342包括第三电压采样单元3421、第三比较单元3422及第二信号发出单元3423，第三电压采样单元3421用于采样第一采样单元330的电压，第三比较单元3422用于比较第一采样单元330的电压与第二阈值电压，第二信号发出单元3423用于发出第二控制信号。
73.第二采样控制电路342还包括第二阈值电压产生单元3424，第二阈值电压产生单元3424与第三比较单元3422连接，该第二阈值电压产生单元3424用于提供第二阈值电压。
74.再次结合参考图7，第三电压采样单元3421可以包括运放u4b。第二阈值电压产生单元3424可以包括精准稳压源u3。第三比较单元3422可以包括运放u4a。第二信号发出单元3423可以包括光耦pc2a。
75.其中运放u4b检测采样第一采样单元330两端电压，如此判断电流大小和方向。当运放u4b输出电压为负值时，电流由输出负电压端vo-流向输入负电压端ve-。当运放u4b输出电压为正值时，电流由输入负电压端ve-流向输出负电压端vo-。
76.当运放u4b输出电压为正值，且电压值高于第二阈值电压，运放u4a输出输出高电平，光耦pc2a有电流流过，光耦pc2a导通，并发出第二控制信号。
77.此外，在运放u4a的反馈回路中串接有二极管d3，如此可以保证第二开关单元320导通和截止时的触发点具有一定差距，即具有可调回滞功能，起到误触和防抖的作用。
78.在一些示例中，结合参考图3、图8及图9，开关电路343包括串接的第一接收单元3431及第二接收单元3432，第一接收单元3431与驱动电源的高电平端连接，第一接收单元3431用于根据第一控制信号导通，第二接收单元3432与第二开关单元320的第三端连接，第二接收单元3432用于根据第二控制信号导通。
79.其中，第二接收单元3432的一端为h_gate端。
80.第一接收单元3431可以包括光耦pc1b。第二接收单元3432可以包括光耦pc2b。
81.当上述的光耦pc1a、光耦pc2a同时导通，相应的，光耦pc1b、光耦pc2b也同时导通，
此时，第二开关单元320会被置于驱动电源的高电平端h_v电压，即受到高电位导通。
82.在一些示例中，结合参考图1，第一开关单元310为第一二极管。
83.在一些示例中，结合参考图1，第二开关单元320为第一场效应管。
84.在一些示例中，结合参考图1，第一采样单元为第一电阻。
85.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
86.以上，仅是本技术的较佳实施例而已，并非对本技术作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本技术技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本技术技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。故凡是未脱离本技术技术方案的内容，依据本技术之形状、构造及原理所作的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围内。

技术特征：
1.一种低损耗防反接装置，其特征在于，包括：单向电源，具有输出正电压端及输出负电压端；有源负载端，具有输入正电压端及输入负电压端；防反接模块，包括第一节点、第二节点、第一开关单元、第二开关单元、第一采样单元及驱动电路，所述第一节点与所述输出正电压端连接，所述第二节点与所述输出负电压端连接，所述第一开关单元的第一端、第二开关单元的第一端与所述第一节点连接，所述第一开关单元的第二端、第二开关单元的第二端与所述第二节点连接，所述驱动电路与所述第二开关单元的第三端连接，所述第一采样单元的第一端与所述输入正电压端连接，所述第一采样单元的第二端与所述输入负电压端连接。2.根据权利要求1所述的低损耗防反接装置，其特征在于，当所述单向电源的输出电压小于所述有源负载端的输入电压时，第一开关单元、第二开关单元均截止。3.根据权利要求1所述的低损耗防反接装置，其特征在于，当所述单向电源的输出电压大于所述有源负载端的输入电压时，且第一采样单元的第二端的电压大于第一采样单元的第一端的电压，且该第一采样单元的电压值大于或等于设定电压值，第二开关单元导通，第一开关单元被短路。4.根据权利要求1所述的低损耗防反接装置，其特征在于，当所述单向电源的输出电压大于所述有源负载端的输入电压时，且第一采样单元的第二端的电压大于第一采样单元的第一端的电压，且该第一采样单元的电压值小于设定电压值，第一开关单元导通，第二开关单元截止。5.根据权利要求1所述的低损耗防反接装置，其特征在于，所述驱动电路包括第一采样控制电路、第二采样控制电路及开关电路；所述第一采样控制电路用于采样所述有源负载端的输入正电压端的电压、所述单向电源的输出正电压端的电压，并比较输入正电压端的电压、输出正电压端的电压的压差，当输出正电压端的电压大于输入正电压端的电压，且差值大于第一阈值电压时，发出第一控制信号；所述第二采样控制电路用于采样所述第一采样单元的电压，并将第一采样单元的电压与第二阈值电压比较，当第一采样单元的电压大于第二阈值电压时，发出第二控制信号；所述开关电路用于根据第一控制信号、第二控制信号导通，使第二开关单元的第三端置于高电平，从而使第二开关单元导通。6.根据权利要求5所述的低损耗防反接装置，其特征在于，所述第一采样控制电路包括第一电压采样单元、第二电压采样单元、第一比较单元、第二比较单元及第一信号发出单元，所述第一电压采样单元用于采样所述有源负载端的输入正电压端的电压，所述第二电压采样单元用于采样所述单向电源的输出正电压端的电压，所述第一比较单元用于比较输入正电压端的电压、输出正电压端的电压的压差，所述第二比较单元用于比较输入正电压端的电压、输出正电压端的电压的压差与第一阈值电压，所述第一信号发出单元用于发出所述第一控制信号。7.根据权利要求5所述的低损耗防反接装置，其特征在于，所述第二采样控制电路包括第三电压采样单元、第三比较单元及第二信号发出单元，所述第三电压采样单元用于采样所述第一采样单元的电压，所述第三比较单元用于比较第一采样单元的电压与第二阈值电
压，所述第二信号发出单元用于发出所述第二控制信号。8.根据权利要求5所述的低损耗防反接装置，其特征在于，所述开关电路包括串接的第一接收单元及第二接收单元，所述第一接收单元与驱动电源的高电平端连接，所述第一接收单元用于根据第一控制信号导通，所述第二接收单元与所述第二开关单元的第三端连接，所述第二接收单元用于根据第二控制信号导通。9.根据权利要求1所述的低损耗防反接装置，其特征在于，所述第一开关单元为第一二极管。10.根据权利要求1所述的低损耗防反接装置，其特征在于，所述第二开关单元为第一场效应管。

技术总结
本申请属于电子电路技术领域，尤其涉及一种低损耗防反接装置，包括：单向电源具有输出正电压端及输出负电压端；有源负载端具有输入正电压端及输入负电压端；防反接模块包括第一节点、第二节点、第一开关单元、第二开关单元、第一采样单元及驱动电路，第一节点与输出正电压端连接，第二节点与输出负电压端连接，第一开关单元、第二开关单元与第一节点连接，第一开关单元、第二开关单元与第二节点连接，驱动电路与第二开关单元的第三端连接，第一采样单元的第一端与输入正电压端连接，第一采样单元的第二端与输入负电压端连接。本低损耗防反接装置的防反接模块的工作损耗低，工作压降低，对单向电源的功率影响小，且无需额外的散热模块，体积小。体积小。体积小。


技术研发人员：吴袭 洪少林 吴忠良 张湘铃
受保护的技术使用者：优利德科技（中国）股份有限公司
技术研发日：2023.06.13
技术公布日：2023/9/12