CN221806478U - 一种低功耗端口保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低功耗端口保护电路，包括MCU控制单元，所述MCU控制单元设置为具有内置上拉电阻R2的MCU控制单元，MCU控制单元的端口与外部信号端之间连接有MOS管；所述MOS管的栅极连接有电阻R3，电阻R3的一端连接至MCU控制单元的端口，且内置上拉电阻R2与电阻R3呈并联设置，所述电阻R3的阻值大于电阻R2的阻值。本实用新型通过MOS管、TVS管和两个电阻构成低功耗端口保护电路，通过电阻阻值不同实现低功耗兼顾响应速度，并且由于MCU有内置上拉电阻，可实现配置不同模式。

Description

一种低功耗端口保护电路

技术领域

本实用新型属于电路设计技术领域，尤其涉及一种低功耗端口保护电路。

背景技术

电子产品系统内部的MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)端口与外部信号接口连接时，当外部的电压有过高情况时，高电压容易通过MCU端口造成产品损坏，因此需要端口保护电路进行保护。常见的端口保护电路有单向传输，简单的二极管端口保护电路、三极管端口保护电路和双向传输的MOS管端口保护电路，还有专用的通讯电平转换芯片。

然而现有技术存在一些问题：目前的二极管端口保护电路存在功耗高、精度低、发送端和接收端不能互换使用，三极管端口保护电路的信号波特率不能太高，而且这两种只适用于单向传输，专用的芯片相对成本要高，因此我们提出一种低功耗端口保护电路。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种低功耗端口保护电路，具备通过MOS管、TVS管和两个电阻构成低功耗端口保护电路，通过电阻阻值不同实现低功耗兼顾响应速度，由于MCU有内置上拉电阻，可实现配置不同模式的优点，解决了目前的二极管端口保护电路存在功耗高、精度低、发送端和接收端不能互换使用，三极管端口保护电路的信号波特率不能太高，而且这两种只适用于单向传输，专用的芯片相对成本要高的问题。

本实用新型是这样实现的，一种低功耗端口保护电路，包括MCU控制单元，所述MCU控制单元设置为具有内置上拉电阻R2的MCU控制单元，MCU控制单元的端口与外部信号端之间连接有MOS管；

所述MOS管的栅极连接有电阻R3，电阻R3的一端连接至MCU控制单元的端口，且内置上拉电阻R2与电阻R3呈并联设置，所述电阻R3的阻值大于电阻R2的阻值。

作为本实用新型优选的，所述MOS管的源极与MCU控制单元的端口连接，MOS管的漏极与外部信号端连接。

作为本实用新型优选的，所述MOS管的栅极连接有电阻R1，电阻R1一端与供电端VCC和电阻R3分别连接。

作为本实用新型优选的，所述电阻R3的阻值为1MΩ，所述电阻R1的阻值为10KΩ，所述内置上拉电阻R2的阻值为1KΩ。

作为本实用新型优选的，所述MOS管与外部信号端之间并联有TVS管，所述TVS管的一端与接地端GND连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

本实用新型通过MOS管和两个电阻构成低功耗端口保护电路，当MCU不通讯时，即通讯开关口S1闭合，这时电路整体通过电阻R3导通，通过大电阻对电流进行限制，相较于二极管或三极管保护电路而言，极大降低了功耗，当MCU通讯时，即通讯开关口S1闭合，即可通过内置上拉电阻R2形成导通正常工作，切换响应快；当外部有高压时，由于MOS管电流瞬时增大会烧毁损坏，因此将MCU与外部切断，起保护作用；并且使用TVS管，可实现精准钳制电压、响应速度快、瞬态功率大的效果。

附图说明

图1是本实用新型提供的低功耗端口保护电路原理图；

图2是本实用新型实施例提供的低功耗端口保护电路应用原理图。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的实用新型内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

下面结合附图对本实用新型的结构作详细的描述。

如图1至图2所示，本实用新型实施例提供的一种低功耗端口保护电路，包括MCU控制单元，所述MCU控制单元设置为具有内置上拉电阻R2的MCU控制单元，MCU控制单元的端口与外部信号端之间连接有MOS管；当外部有高压时，由于MOS管电流瞬时增大会烧毁损坏，因此将MCU与外部切断，起保护作用；

如图1所示，在MCU控制单元的端口中，当端口通讯时，即相当于该端口闭合导通，当端口不通讯时，MCU使端口直接断开，因此在图1中，使用开关S1开表示端口的通讯状态。

所述MOS管的栅极连接有电阻R3，电阻R3的一端连接至MCU控制单元的端口，且内置上拉电阻R2与电阻R3呈并联设置。

值得说明的是，不同的MCU控制单元内的上拉电阻，其阻值也不尽相同，通常该上拉电阻的阻值为200至20KΩ不等。

具体的，所述MOS管的源极与MCU控制单元的端口连接，MOS管的漏极与外部信号端连接，所述MOS管的栅极连接有电阻R1，电阻R1一端与供电端VCC和电阻R3分别连接，该电阻R1起到保护作用，防止供电端VCC直接与MOS管的栅极连接，当MCU不通讯时，即通讯开关口S1闭合，这时电路整体通过电阻R3导通，其电阻R3的阻值较大，通过大电阻对电流进行限制，相较于二极管或三极管保护电路而言，极大降低了功耗，当MCU通讯时，即通讯开关口S1闭合，即可通过内置上拉电阻R2形成导通正常工作，切换响应快；

为了使通讯开关口S1闭合电路整体通过内置上拉电阻R2形成导通，则需要电阻R3的阻值远大于内置上拉电阻R2的阻值，通常设置下，电阻R3阻值为内置上拉电阻R2的10倍以上，示例性的，所述电阻R3的阻值为1MΩ，所述电阻R1的阻值为10KΩ，所述内置上拉电阻R2的阻值为1KΩ。

进一步的，所述MOS管与外部信号端之间并联有TVS管，所述TVS管的一端与接地端GND连接；

TVS(Transient Voltage Suppressor)或称瞬态抑制二极管，是在稳压管工艺基础上发展起来的一种新产品，其电路符号和普通稳压二极管相同，外形也与普通二极管无异,当TVS管两端经受瞬间的高能量冲击时，它能以极高的速度(最高达1/(10^12)秒)使其阻抗骤然降低，同时吸收一个大电流，将其两端间的电压箝位在一个预定的数值上，从而确保后面的电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏。TVS在规定的反向应用条件下，当电路中由于雷电、各种电器干扰出现大幅度的瞬态干扰电压或脉冲电流时，它在极短的时间内(最高可达到1×10-12秒)迅速转入反向导通状态，并将电路的电压箝位在所要求的安全数值上，从而有效的保护电子线路中精密元器件免受损坏。干扰脉冲过去后，TVS又转入反向截止状态。由于在反向导通时，其箝位电压低于电路中其它器件的最高耐压，因此起到了对其它元器件的保护作用。TVS能承受的瞬时脉冲功率可达上千瓦，其箝位时间小于1ns。TVS根据极性可分为单向和双向TVS。单向TVS一般适用于直流电路，双向TVS一般适用于交流电路中。由于TVS起保护作用时动作迅速、寿命长、使用方便，因此在瞬变电压防护领域有着非常广泛的应用。

因此，通过TVS管D1的设置，在外部电压激增时，可实现精准钳制电压、响应速度快、瞬态功率大等效果，防止电压过高对MCU损坏。

本实用新型的工作原理：

如图2所示，图2是本申请低功耗端口保护电路可典型运用在锂电池的保护电路中，其中QC1和QD1为同口锂电池保护电路中的保护MOS。通讯时，相当于开关S1闭合，正常工作；不通讯时，相当于开关S1断开，这时经过1M电阻，实现低功耗和响应快，当外部有高压时，MOS管起保护作用。使用TVS管D1，可实现精准钳制电压、响应速度快、瞬态功率大等效果。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种低功耗端口保护电路，包括MCU控制单元，所述MCU控制单元设置为具有内置上拉电阻R2的MCU控制单元，其特征在于：MCU控制单元的端口与外部信号端之间连接有MOS管；

所述MOS管的栅极连接有电阻R3，电阻R3的一端连接至MCU控制单元的端口，且内置上拉电阻R2与电阻R3呈并联设置，所述电阻R3的阻值大于电阻R2的阻值。

2.如权利要求1所述的一种低功耗端口保护电路，其特征在于：所述MOS管的源极与MCU控制单元的端口连接，MOS管的漏极与外部信号端连接。

3.如权利要求1所述的一种低功耗端口保护电路，其特征在于：所述MOS管的栅极连接有电阻R1，电阻R1一端与供电端VCC和电阻R3分别连接。

4.如权利要求3所述的一种低功耗端口保护电路，其特征在于：所述电阻R3的阻值为1MΩ，所述电阻R1的阻值为10KΩ，所述内置上拉电阻R2的阻值为1KΩ。

5.如权利要求1所述的一种低功耗端口保护电路，其特征在于：所述MOS管与外部信号端之间并联有TVS管，所述TVS管的一端与接地端GND连接。