[0001] 本发明涉及用于保护负载设备(例如，电器)和电源的系统和方法，更具体地说，涉及对于负载设备的过压保护和对于电源的低压保护的系统和方法。

[0002] 负载设备，例如电器，在使用过程中由于以下情况可能会经受高电压而被损坏：例如设备错误地接入了大功率电源，又或者例如接入的电源自身出现电压瞬变而输出过压脉冲电压。

[0003] 此外，接入的电源，例如，电池，在使用过程中随着对于负载设备的供电，其输出电压会出现下降，当电源的输出电压下降到已无法带动负载设备的正常运行时，如若电源此时仍持续输出，其既不能使得负载设备正常工作还会增加不必要的损耗，并且还会影响电源的使用寿命。

[0042] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

[0043] 为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参见附图对本发明进一步详细说明。

[0044] 参见附图1A和1B，在第一实施例的保护电路10中，以第一开关模块所包括的第一晶体管为P‑MOSFETQ1、第二开关控制模块所包括的第二晶体管为NPN三极管Q2、第一开关控制模块所包括的第三晶体管为PNP三极管Q3、第二保护判断模块包括第一分压电阻R1和第二分压电阻R2、第一保护判断模块包括二极管D1为例。

[0045] 下面参见附图1A和1B来进一步描述根据本发明第一方面的第一实施例的保护电路中相关主要模块的结构和连接关系。电源V(例如，电池)经由该保护电路10连接至负载设备11(例如，电器，比如车载电器)。具体地，该P‑MOSFETQ1的源极连接至电源V的正极，该P‑MOSFETQ1的漏极连接至负载设备11的电源正极接入端；形成该第一保护判断模块的二极管D1与第三电阻R3相串联在电源V的正极与负极之间，该PNP三极管Q3的基极经由偏置电阻R5连接至二极管D1和第三电阻R3之间的公共连接端，该PNP三极管Q3的发射极连接至电源V的正极；形成该第二保护模块的第一分压电阻R1和第二分压电阻R2相串联在电源V的正极与负极之间，该NPN三极管Q2的基极经由压降电阻R7连接至该第一分压电阻R1和第二分压电阻R2的公共连接端，该NPN三极管Q2的发射极连接至电源V的负极；该PNP三极管Q3的集电极以及该NPN三极管Q2的集电极(经由其上拉电阻R8)均连接至该P‑MOSFETQ1的栅极；该P‑MOSFETQ1的栅极与源极之间还跨接有跨接电阻R6以及稳压二极管D2。

[0046] 如附图1B所示的保护电路的第一实施例的具体工作原理是：

[0047] 在电源V输出例如6‑35V范围内的电压时能够带动负载设备11(例如，车载电器，比如冰箱或空调等)的正常工作；

[0048] 而当电源V(例如，电池)出现电压瞬变而输出过压脉冲电压时(例如，在车辆的对电池进行充电的装置，如发电机，正在对于电池进行充电时可能会发生这种情况)，这种过压脉冲电压输出此时会超过35V一定程度，以至于超过二极管D1的击穿电压V击穿(对应于第一预定电压)，从而导致该二极管D1被击穿；在这种情况下，第一保护判断模块的输出信号由第一开关运行信号转变为第一保护信号，即该第三电阻R3和该二极管D1之间的公共连接端处的电压由高电平转变为低电平，该PNP三极管Q3的基极基于该第三电阻R3和该二极管D1之间的公共连接端处的电压由高电平转变为低电平，使得该PNP三极管Q3的发射极和集电极间的电连接由断开转变为接通，从而将该PNP三极管Q3由关断转变为导通，由于该PNP三极管Q3的导通，将导致P‑MOSFETQ1的栅极和源极的短路，从而使得该P‑MOSFETQ1的源极和漏极间的导电连接由导通转变为断开，即P‑MOSFET转变为关断，从而断开电源V与负载设备11的连接；通过二极管被击穿来触发PNP三极管Q3的导通以触发P‑MOSFETQ1的关断，避免了在出现电源V由于电压瞬变而输出例如超过35V的过压脉冲电压时负载设备经受超过其自身正常运行最高标称电压的高电压，从而实现了对于负载设备的过压保护(避免高电压损坏负载设备)；

[0049] 而例如当车辆处于熄火断电状态使得车辆的对电池进行充电的装置，如发电机，未对于电池进行充电时，电池V在使用过程中随着对于负载设备11(例如，车载电器，比如冰箱或空调等)的供电，其输出电压会出现下降，当电源V的输出电压下降到已无法带动负载设备11的正常运行(例如电源V的输出电压低于负载设备正常运行最低标称电压，比如6V，对应于第二预定电压)时，第二保护判断模块的输出信号由第二开关运行信号转变为第二保护信号，即由于第一分压电阻R1的阻值大小远大于第二分压电阻R2的阻值大小使得：当电源V的电压低于第二预定电压时，通过第一分压电阻R1与第二分压电阻R2之间的分压，使得第一分压电阻R1和第二分压电阻R2的公共连接端处的电压由高电平转变为低电平，NPN三极管Q2的基极基于第一分压电阻R1和第二分压电阻R2的公共连接端处的电压由高电平转变为低电平，以导致该NPN三极管Q2的集电极和发射极间的电连接由接通转变为断开，从而将该NPN三极管Q2由导通转变为关断(例如在负载设备正常运行最低标称电压为6V(即为第二预定电压)的情况下，第一分压电阻R1的阻值相对于第二分压电阻R2的阻值的比例比如可以是5：1，在通过第一分压电阻R1和第二分压电阻R2的分压并经由压降电阻R7之后，该NPN三极管Q2的基极处的电压将小于能够导通该NPN三极管Q2的基极阈值电压(即由高于该阈值的高电平转变为低于该阈值的低电平))，使得P‑MOSFETQ1的栅极和源极处的电压相同，从而使得该P‑MOSFETQ1的源极和漏极间的导电连接由导通转变为断开，即P‑MOSFET转变为关断，从而断开电源V与负载设备11的电连接；通过第一分压电阻和第二分压电阻的分压来触发NPN三极管Q2的关断以触发P‑MOSFET的关断，避免了电源电压在过低(例如，电源的输出电压下降到已无法带动负载设备的正常运行)的情况下仍对于负载设备进行供电，从而实现了对于电源的低压保护(避免过度损耗并保证使用寿命)。

[0050] 参见附图2A和2B，在第二实施例的保护电路10中，与第一实施例相比，第二实施例附加地结合了启动保护模块，其中该启动保护模块以包括第一电容器C1为例。

[0051] 下面参见附图2A和2B来进一步描述根据本发明第一方面的第二实施例的保护电路中相关主要模块的结构和连接关系。其中，该第二实施例中的相应模块的结构和连接关系以及具体工作原理与第一实施例是相对应的。在该第二实施例中附加地结合的第一电容器C1则是连接在NPN三极管Q2的基极与发射极之间。如附图2B所示的具有该启动保护模块的保护电路的第二实施例的附加具体工作原理是：在启动初期，例如开始上电时，启动保护模块会生成延迟保护信号，即第一电容器C1会先进行充电，在该第一电容器C1的充电过程中，该NPN三极管Q2的基极处的电压将小于能够导通该NPN三极管Q2的基极阈值电压，以导致该NPN三极管Q2的集电极和发射极间的电连接断开，从而使得该NPN三极管Q2关断，来导致P‑MOSFETQ1的栅极和源极处的电压相同，从而使得该P‑MOSFETQ1的源极和漏极间的导电连接断开，即P‑MOSFET关断，从而在启动初期断开电源V与负载设备11的电连接；在第一电容器C1充电完成之后，通过第一分压电阻R1和第二分压电阻R2之间的分压，使得NPN三极管Q2的基极处的电压大于能够导通该NPN三极管Q2的基极阈值电压，以接通该NPN三极管Q2的集电极和发射极间的电连接；从而使得该NPN三极管Q2导通，从而将P‑MOSFETQ1的栅极接入低电平，以接通该P‑MOSFETQ1的源极和漏极间的导电连接，即P‑MOSFET导通，从而使得在经历第一电容器C1的自身充电时间段之后才建立电源V与负载设备11的电连接，以实现负载设备11的延迟/延时启动运行。通过在启动/上电初期利用第一电容器C1的充电来暂时关断P‑MOSFETQ1，从而避免了在启动/上电初期可能出现的瞬时高压脉冲对于负载设备11的影响、甚至损坏以实现延迟启动保护(由于这种瞬时高压脉冲的出现可能会小于二极管D1的反应时间，因此通过该电容器的充电过程以避免在上电初期出现瞬时高压脉冲来损坏负载设备)。此外或可替换地，在该第二实施例的一种可能实施方式中，该第一电容器C1的充电时间，即启动初期时间/启动延迟时间，可以在大约几十毫秒至上百毫秒左右，该时间段既能够避免可能出现的瞬时高压脉冲对于负载设备的潜在损坏又能够使得使用者不会察觉到对于启动的延时。

[0052] 参见附图3A和3B，在第三实施例的保护电路10中，与第一和第二实施例相比，第三实施例附加地结合了适于在错误放置电源时断开电源与负载设备的连接的第二开关模块，其中该第二开关模块所包括的第四晶体管以N‑MOSFETQ4为例。

[0053] 下面参见附图3A和3B来进一步描述根据本发明第一方面的第三实施例的保护电路中相关主要模块的结构和连接关系。其中，该第三实施例中的相应模块的结构和连接关系以及具体工作原理与第一和第二实施例是相对应的。在该第三实施例中附加地结合了N‑MOSFETQ4，该N‑MOSFETQ4的漏极和源极连接至电源V的负极和负载设备11的电源负极接入端，该N‑MOSFETQ4的栅极经由电阻R9连接至电源V的正极，一个稳压二极管D3跨接该N‑MOSFETQ4的栅极和源极。如附图3B所示的具有该第二开关模块的保护电路的第三实施例的附加具体工作原理是：电源V，例如电池，在正确放置时，则如附图3B所示并如上所述，N‑MOSFETQ4的栅极连接至电源V的正极且N‑MOSFETQ4的漏极连接至电源V的负极，此时该N‑MOSFETQ4正常导通；而当出现电源的错误放置时，则会形成N‑MOSFETQ4的栅极连接至电源V的负极而N‑MOSFETQ4的漏极连接至电源V的正极的情况，此时该N‑MOSFETQ4则处于关断状态，从而在错误放置电源时断开电源与负载设备的连接。通过设置在电源正确放置时能够正常导通而在电源错误放置时能够关断的第二开关模块，避免了电源在其正负极接入错误的情况下对于电路和负载设备的潜在损坏。

[0054] 参见附图4A和4B，在第四实施例的保护电路10中，与第一至第三实施例相比，第四实施例附加地结合了吸收电路，其中该吸收电路以包括相串联的第四电阻R4和第二电容器C2为例。

[0055] 下面参见附图4A和4B来进一步描述根据本发明第一方面的第四实施例的保护电路中相关主要模块的结构和连接关系。其中，该第四实施例中的相应模块的结构和连接关系以及具体工作原理与第一至第三实施例是相对应的。在该第四实施例中附加地结合的第四电阻R4和第二电容器C2则是相串联在电源V的正极与负极之间。该吸收电路可以用于吸收高频脉冲，从而提高抗干扰性。

[0056] 根据本发明的第二方面，还涉及一种电子组件，该电子组件包括根据本发明第一方面的上述实施例中的保护电路、作用电源V与该保护电路的一端相连接的电池、和与该保护电路的另一端相连接的负载设备11。

[0057] 根据本发明的第三方面，还涉及一种车辆，该车辆包括根据本发明第二方面的电子组件以及对所述电池进行充电的装置，其中，该对所述电池进行充电的装置例如可以是车载发电机，该负载设备11例如可以是冰箱、空调或酒柜等车载电器。

[0058] 根据本发明的第四方面，还提供了由保护电路执行的保护方法，例如包括以下保护步骤：提供适于断开或接通电源与负载设备的连接的第一开关模块；提供适于根据在其上的电压来生成不同的输出信号的第一保护判断模块；提供适于基于该第一保护判断模块生成的输出信号来控制该第一开关模块的第一开关控制模块；当在该第一保护判断模块上的电压超过第一预定电压时，该第一保护判断模块生成第一保护信号，该第一开关控制模块基于该第一保护信号来控制该第一开关模块断开电源与负载设备的连接；

[0059] 提供适于根据该电源的电压来生成不同的输出信号的第二保护判断模块；提供适于基于该第二保护判断模块生成的输出信号来控制该第一开关模块的第二开关控制模块；当该电源的电压低于第二预定电压时，该第二保护判断模块生成第二保护信号，该第二开关控制模块基于该第二保护信号来控制该第一开关模块断开电源与负载设备的连接。

[0060] 在发明的描述中，应理解的是，上述实施例中的各个模块的举例仅仅是示例性的，这些模块还可以采用其他的部件，例如晶体管可以从N‑MOSFET、P‑MOSFET、NPN三极管和PNP三极管中进行选择并进行相应组合。此外，还应理解的是，术语″第一″、″第二″、″第三″或″第四″仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。由此，限定有″第一″、″第二″、″第三″或″第四″等特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

[0061] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行组合、变化、修改、替换和变型。