CN101820162B - 过电流保护装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种过电流保护装置,包括电源和负载,还包括:设置在电源和负载之间的半导体开关、取样电阻和检测电感,设置在取样电阻两端的过流保护控制电路,设置在检测电感两端的异常死锁保护电路,其中,过流保护控制电路实时地对取样电阻两端的电压进行检测,并在检测到取样电阻两端的电压高于预设的第一阈值电压时,关断半导体开关;异常死锁保护电路实时地对检测电感两端的感应电动势进行检测,并在检测到检测电感两端的感应电动势高于预设的第二阈值电压时,锁存当前状态并关断半导体开关。本发明在负载电流无论出现电流过大或电流瞬间突变的任一异常现象时,均能关断电源与负载之间的半导体开关,加强了对负载保护的可靠性。

Description

过电流保护装置
技术领域
[0001 ] 本发明涉及电子通信技术领域,尤其涉及一种过电流保护装置。
背景技术
[0002] 随着当前电子通信设备对可靠性能和使用性能的要求越来越高,在许多电子通信设备中,为了避免出现因多电路板中某一电路板的回路电流负荷过大,而引起的其他电路板工作状态受到影响,甚至引起的电子设备烧毁的状况,通常会在电源和负载的回路间设置过电流保护电路。过电流保护电路实时地对负载回路的电流进行检测,且在检测到该电流值过大吋,关断负载与电源的通路,从而对该电子设备进行保护。
[0003] 现有技术中,常见的过电流保护电路通常通过在负载回路中设置可控开关和取样电阻,以及通过在取样电阻两端设置检测电路予以实现。具体地,检测电路设置在取样电阻两端,可以实时地对取样电阻两端的电压进行检测,而达到检测流经取样电阻的电流、即检测负载电流的目的。而若检测电路检测到取样电阻两端的电压高于预设的基准參考电压时(该基准參考电压所对应的取样电阻的电流值通常为负载的安全阈值电流值),检测电路发出ー控制信号给可控开关,以关断负载与电源之间的通路,从而实现了电子设备的有效保护。
[0004] 这种过电流保护方案可以实现在负载电流过大时对负载的保护,但是同时存在一定的缺陷:在实际应用中,对于电子设备中各个用于承载负载电路的电路板而言,不仅电流负荷过大时会导致其他电路板的正常工作受到影响甚至导致电子设备的烧毁,当某ー电路板的通路电流产生瞬间突变吋,同样会导致该不良状况的发生。尤其是由于目前的电路板大多为大功率的消耗系统,因而当该大功率的电路板在系统机箱底盘上进行热插拔动作时,通常会从系统机箱底盘吸取或释放很大的能量,而导致瞬间突变电流的产生。现有的过电流保护方案中并没有针对实际应用中负载很有可能会出现的电流瞬间突变的现象,对各电路板负载及电子设备进行保护,从而在此情况下,同样很有可能导致其他电路板的不能正常工作甚至电子设备的烧毁。
发明内容 [0005] 本发明提供一种过电流保护装置,用以实现一种可靠的过电流保护方案,不仅能够在负载电流过大时对电子通信设备进行保护,还能够在负载产生电流瞬间突变时,对电子通信设备进行保护。
[0006] 为实现上述目的,本发明提供一种过电流保护装置,包括电源和负载,还包括:设置在所述电源和负载之间的半导体开关、取样电阻和检测电感,设置在所述取样电阻两端的过流保护控制电路,以及设置在所述检测电感两端的异常死锁保护电路,其中,
[0007] 所述过流保护控制电路实时地对所述取样电阻两端的电压进行检测,并在检测到所述取样电阻两端的电压高于预设的第一阈值电压时,关断所述半导体开关;
[0008] 所述异常死锁保护电路实时地对所述检测电感两端的感应电动势进行检测,并在检测到所述检测电感两端的感应电动势高于预设的第二阈值电压时,锁存当前状态并关断所述半导体开关;
[0009] 所述过流保护控制电路具体包括:
[0010] 第一差分放大器,连接在所述取样电阻两端,对所述取样电阻两端的电压进行放大处理;
[0011] 保护决策电路,连接在所述第一差分放大器的输出端与所述半导体开关的控制端之间,用于在所述第一差分放大器输出的不同电压信号的驱动下,输出不同的控制信号至所述半导体开关,以导通或关断所述半导体开关;
[0012] 其中,所述保护决策电路具体包括:
[0013] 依次串联的第一电阻和第二电阻,及并联在所述第二电阻两端的第一反相器和第 ニ反相器,所述第二反相器的输出端连接所述半导体开关的控制端。
[0014] 本发明提供的过电流保护装置,通过在电源与负载的回路间设置半导体开关、取样电阻和检测电感,同时设置通过检测取样电阻两端的电压,对回路电流是否过大进行检測,以根据检测结果控制关断半导体开关的过流保护控制电路,以及设置通过检测检测电感两端的电压,对回路电流是否出现瞬间突变进行检测,以根据检测结果控制关断半导体开关的异常死锁保护电路,使得负载电流在无论出现电流过大或电流瞬间突变中的任ー异常现象时,电源与负载之间的半导体开关均将被关断,而使得负载处于断电无法工作的状态,从而加强了对负载保护的可靠性,不仅能够在负载电流过大时对电子通信设备进行保护,还能够在负载产生电流瞬间突变时,对电子通信设备进行保护。
[0015] 附图说明
[0016] 为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作ー简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图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性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017] 图I为本发明过电流保护装置实施例一的结构示意图;
[0018] 图2为本发明过电流保护装置实施例ニ的结构示意图;
[0019] 图3为本发明过电流保护装置中保护决策电路的ー种电路结构示意图;
[0020] 图4为本发明过电流保护装置中异常死锁保护电路的ー种电路结构示意图;
[0021] 图5为本发明过电流保护装置中阻尼电路的ー种电路结构示意图;
[0022] 图6为本发明过电流保护装置实施例三的电路结构示意图。
[0023] 具体实施方式
[0024] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中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发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,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,都属于本发明保护的范围。
[0025] 图I为本发明过电流保护装置实施例一的结构示意图,如图I所示,本实施例的过电流保护装置包括电源I和负载2,以及设置在电源I和负载2之间的、相互连接的半导体开关3、取样电阻4和检测电感5。其中,在取样电阻4的两端还设置有过流保护控制电路6,用于通过实时地检测取样电阻4两端的电压,实时地对电源I与负载2之间的回路上的电流进行检测,并在检测到取样电阻4两端的电压高于预设的第一阈值电压时,输出控制信号以控制关断半导体开关3。同时,在本实施例中,检测电感5的两端还设置有异常死锁保护电路7,异常死锁保护电路7通过实时地对检测电感5两端的感应电动势进行检测,以实时地检测电源I与负载2之间的回路上电流的变化情況,并在检测到检测电感5两端的感应电动势高于预设的第二阈值电压时,将当前状态进行锁存,并输出控制信号以控制关断半导体开关3。
[0026] 具体地,对于取样电阻4而言,根据欧姆定律,取样电阻4两端的电压与流经该取样电阻4的电流,即负载回路电流是成正比的,因此过流保护控制电路6通过对取样电阻4两端的电压进行检测,相当于对流经取样电阻4的电流进行了检测。而在检测到取样电阻4两端的电压,高于过流保护控制电路6预设的第一阈值电压时,过流保护控制电路6发出控制信号给半导体开关3,关断该半导体开关3,从而使得负载2与电源I之间的通路断开, 负载2处于断电的状态,从而对负载2在过流状态下进行了保护。
[0027] 而对于检测电感5而言,根据法拉第电磁感应定律,电感两端产生的感应电动势的大小与单位时间内流经电感的电流变化大小成正比,因而若流经检测电感5的电流发生较大的瞬间突变时,检测电感5两端会产生较大的感应电动势。此时,异常死锁保护电路7通过实时地对检测电感5两端的电压进行检测,能够检测到该较大的感应电动势,因而能够在检测到该感应电动势的值突然超出了异常死锁保护电路7预设的第二阈值电压时,向半导体开关3发出控制信号,以关断该半导体开关3,使得负载2与电源I之间的通路断开,负载2处于断电的状态,从而在负载电流发生瞬间突变时对负载2进行了保护。
[0028] 进ー步地,由于在实际应用中,当负载电流发生瞬间突变时,通常表现为负载回路出现为了短路现象,或者负载自身出现了故障或损坏,因而为了更进一歩地对此时的负载状态进行保护,异常死锁保护电路7还将锁存住当前状态,以使负载电流即使在一段时间后恢复正常吋,该死锁保护电路同样不会打开半导体开关3,以使负载2通电,从而可以保护负载2在通电时再次发生电流瞬间突变的情況。
[0029] 此外需要说明的是,在实际应用中,上述过流保护控制电路6以及异常死锁保护电路7中的、用干与检测电压进行比较的第一阈值电压和第二阈值电压,分别可以根据取样电阻4的电阻值大小、检测电感5的电感量的大小,以及根据负载2实际需要被控制的电流值的安全范围进行设置。通过设置第一阈值电压和第二阈值电压,可以控制负载2的电流值处于ー个安全的范围之内,以及控制负载2在发生电流突变时处于断电的状态,加强了对负载进行保护的可靠性及有效性。
[0030] 本实施例的过电流保护装置,通过在电源与负载的回路间设置半导体开关、取样电阻和检测电感,同时设置通过检测取样电阻两端的电压,对回路电流是否过大进行检测,以根据检测结果控制关断半导体开关的过流保护控制电路,以及设置通过检测检测电感两端的电压,对回路电流是否出现瞬间突变进行检测,以根据检测结果控制关断半导体开关的异常死锁保护电路,使得负载电流在无论出现电流过大或电流瞬间突变中的任一异常现象时,电源与负载之间的半导体开关均将被关断,而使得负载处于断电无法工作的状态,从而加强了对负载保护的可靠性,不仅能够在负载电流过大时对电子通信设备进行保护,还能够在负载产生电流瞬间突变时,对电子通信设备进行保护。
[0031] 图2为本发明过电流保护装置实施例ニ的结构示意图,如图2所示,在上一实施例的基础上,本实施例的过电流保护装置中,过流保护控制电路6具体可以包括第一差分放大器61和保护决策电路62。其中第一差分放大器61连接在取样电阻4的两端,用于对取样电阻4两端的电压进行差分放大处理并输出给下ー级电路,而保护决策电路62则用于在第一差分放大器61输出的电压信号的驱动下,输出不同的控制信号给半导体开关3,以控制半导体开关的通断。
[0032] 具体地,第一差分放大器61对取样得到的取样电阻4两端的电压进行差分放大的目的在于:由于在实际应用中,取样电阻4的存在必然会引起一定的功率消耗,而为了减小这部分不必要的功率消耗,通常会选取阻值较小(通常为毫欧姆级别)的电阻作为取样电阻。因此,在对取样电阻4两端的电压进行检测时,通常会由于取样到的电压值过小的缘故,导致检测的精度和范围受到限制。而在本实施例中,利用第一差分放大器61对取样到的电压进行放大处理,将其放大到一定的范围之后再进行检测,可以更好地对检测的精度进行控制。
[0033] 图3为本发明过电流保护装置中保护决策电路的一种电路结构示意图。如图3所示,在本实施例中,保护决策电路62具体可以由以下元器件组成:依次串联在第一差分放大器61的输出端和半导体开关3的控制端之间的第一电阻Rl和第二电阻R2,以及并联在第二电阻R2两端的第一反相器UlA和第二反相器U2A,其中第二反相器U2A的输出端作为保护决策电路62的输出端,连接半导体开关3的控制端。
[0034] 具体地,对于保护决策电路62而言,其输入端接收的信号为第一差分放大器61输出的电压信号,在本实施例中,假定该电压信号为VII。在保护决策电路62中,VIl经过
第一电阻Rl和第二电阻R2的分压之后,分配到第二电阻R2两端的电压为X,
Xvl + Kl
po
即第一反相器UlA的输入端的电压值为切x及j + jj2。由于在互补金属氧化物半导体
(Complementary Metal OxideSemiconductor,简称CMOS)エ艺器件中,器件有效的输入阈值电压通常为电源电压VDD的一半,因而对于第一反相器UlA而言,UlA的输入端电压一旦大于VDD/2时,相当于在UlA的输入端加载了高电平的电压信号,UlA在该高电平信号的驱动下将会发生翻转,输出ー低电平信号,从而使得第二反相器U2A也随之发生翻转,输出一高电平控制信号至半导体开关3的控制端。
[0035] 在本实施例中,可以设置半导体开关3具体为ー P沟道金属氧化物半导体场效应管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,简称 M0SFET),对于 P 沟道MOSFET而言,其固有特征为当控制端的电压信号低于输入端的电压信号一定值时,P沟道MOSFET将会导通,而当控制端的电压信号高于输入端的电压信号一定值时,P沟道MOSFET将会截止。因而,在本实施例中,当第二反相器U2A输出一高电平控制信号至半导体开关3的控制端时,半导体开关3在该高电平控制信号的作用下,将处于截止的状态,从而关断负载2与电源I之间的通路,使得负载断电。
[0036] 此外需要说明的是,在本实施例中,采用P沟道MOSFET作为半导体开关3的目的还在于:相比于现有技术中使用N沟道MOSFET作为负载与电源之间的开关,由于依据N沟道MOSFET的开关特性,为了保证负载在正常状态下能够保持通电状态,在正常状态下,需要随时加载一高电平电压至该N沟道MOSFET开关的控制端,以保证半导体开关3在正常状态时的导通,因而现有技术中在对电路进行过流保护时,通常还需要设置一升压电路用以生成高于N沟道MOSFET的输入端的电压信号(通常为高于电源电压),以维持半导体开关的导通。该升压电路通常通过电荷泵予以实现,电荷泵电路不仅设计复杂,并且还会产生开关噪声,从而影响过流保护电路的正常工作。而在本实施例中,通过采用P沟道MOSFET作为半导体开关,在正常状态下,只需将P沟道MOSFET的控制端接地便可維持该半导体开关的导通,避免了升压电路的使用,节省了成本,提高了电路的性能。
[0037] 相反地,若在一段时间后,随着负载回路的渐渐恢复,负载电流慢慢变小恢复了正常值,从而使得取样电阻两端的电压也随之变小,当取样电压恢复到使第一差分放大器61
的输出电压—__γ2又重新小于反相器的输入阈值电压VDD的一半时,此时相当于在
UlA输入端又加载了低电平的电压信号,第一反相器UlA在该低电平信号的驱动下将会重新发生翻转,且输出一高电平信号至第二反相器U2A,从而第二反相器U2A在该高电平信号的驱动下同样会随之发生翻转,又输出ー低电平控制信号至半导体开关3的控制端。最終 使得半导体开关3在该低电平控制信号的作用下,重新处于导通的状态,从而导通了负载2与电源I之间的通路,使得负载继续通电工作。
[0038] 由此可见,在本实施例中,通过设置保护决策电路62,可以实现当负载电流过大及恢复时,控制半导体开关3的关断及导通的目的。而由于在本实施例中,保护决策电路62中对输入电压信号的检测以及对半导体开关3的控制,都通过利用CMOS半导体エ艺器件的自身属性予以实现,从而克服了必须使用复杂的基准參考电源用以提供用于比较的基准參考电压,以及使用脉冲发生器,用以在检测到负载电流过流时,发出脉冲信号控制开关的关断的限制,从而节省了过流保护装置的成本。
[0039] 进ー步地,在本实施例中,通过调节取样电阻4、第一电阻Rl和第二电阻R2的阻值,以及通过采用具有不同放大倍数的第一差分放大器61,还可以对过流保护控制电路6中第一阈值电压进行灵活的设置。具体地,由于在第一差分放大器61的输出电压大于VDD/2时,保护决策电路62将输出控制信号以关断半导体开关3,即对于取样电阻两端
DO 7/Γ)Γ)
的电压Vq而言,假定第一差分放大器61的放大倍数为Al,当Al.Vqx ^ ^ > '—て…,gpVq > V器X (I + go吋,半导体开关3将被关断,因而在过流保护控制电路6中,用于保护负
载的第一阈值电压为一Ίr x(l + _),其与第一电阻Rl和第二电阻R2的比值有关。
[0040] 如此ー来,在本实施例中,为了设置更理想的电压阈值,以对负载电流进行更精确的控制,不仅通过调节第一电阻Rl和第二电阻R2的比值便可以实现,而且在选取第一电阻和第二电阻时,还完全可以采用大阻值的电阻,例如千欧姆级别的电阻予以实现。大阻值的电阻不仅是电子电路设计很容易获取的器件,而且还可实现精度更高的控制。例如:当选取的取样电阻以及第一差分放大器的參数,使得第一差分放大器输出VDD/2电压对应的回路电流为5. OA时,此时只要选取第一电阻Rl的阻值为I. 5千欧姆,第二电阻R2的阻值为
2. 5千欧姆,即可实现对负载电流在8. OA时的过流保护;而选取第一电阻Rl的阻值为I千欧姆,第二电阻R2的阻值为2千欧姆,则可实现对负载电流在7. 5Α时的过流保护。上述这些精度值在现有技术中,通常都只能通过选取实际应用中较难获取到的、阻值级别控制到O. I毫欧姆的电阻而得以实现,而是无法通过阻值级别为千欧姆的电阻而实现的。
[0041] 此外,优化地,为了在第一差分放大器61对取样电阻4两端的电压进行放大处理之前,还对取样电阻4两端的电压进行降噪处理,以抑制线路噪声,消除外部干扰,使得过流保护控制电路6对回路电流的检测更加精确,在本实施例中,过流保护控制电路6还包括:设置在取样电阻4两端的噪声抑制电路63。噪声抑制电路63用于在第一差分放大器61对取样电阻4两端的电压进行差分放大处理之前,对取样电阻4两端的电压进行降噪处理。
[0042] 如图2所示,在上一实施例的基础上,本实施例的过电流保护装置中,异常死锁保护电路7具体可以包括第二差分放大器71和锁存电路72两个部分。其中,第二差分放大器71连接在检测电感5的两端,用于对检测电感5产生的感应电动势,即检测电感5两端的电压进行差分放大处理并输出给下ー级电路,而锁存电路72则用于在检测到第二差分放大器71输出的电压信号高于预设的第二阈值电压时,锁存当前状态并发出控制信号至 半导体开关3,以关断该半导体开关3,使负载2处于断电被保护的状态。
[0043] 图4为本发明过电流保护装置中异常死锁保护电路的一种电路结构示意图。如图4所示,进ー步地,在本实施例中,锁存电路72还可以包括:第一或非门U3A和第二或非门U4A,该第一或非门U3A和第二或非门U4A串联在第二差分放大器71 (本实施例中具体为Ul)的输出端以及半导体开关3的控制端之间。其中,第一或非门U3A的两个输入端分别连接第二差分放大器Ul的输出端和第二或非门U4A的输出端,第二或非门U4A的两个输入端分别连接第一或非门U3A的输出端和地,而第二或非门U4A的输出端则连接半导体开关3的控制端。
[0044] 具体地,由于根据法拉第电磁感应定律,电感两端产生的感应电动势的大小与单位时间内流经该电感的电流变化大小成正比,因而对于检测电感5而言,当流经检测电感5的电流发生较大的瞬间突变时,检测电感5两端将会产生较大的感应电动势,即产生较大的电压。这个电压通过输入到第二差分放大器Ul中后,将经过第二差分放大器Ul的差分放大处理,并被第二差分放大器Ul将放大处理后的电压VI2输出至第一或非门U3A的ー输入端中。
[0045] 同样地,由于第一或非门U3A和第二或非门U4A选取CMOSエ艺器件,因而对于U3A和U4A而言,其输入有效的阈值电压同样为供电电源的一半VDD/2。因此,当第二差分放大器Ul输出的电压信号大于VDD/2时,相当于在第一或非门U3A的ー输入端加载了高电平信号,将致使U3A产生翻转,并输出低电平信号至U4A的一输入端中,而由于U4A的另ー输入端接地,U4A在两个输入端均为低电平信号的情况下,将同样产生翻转,输出一高电平信号至半导体开关3的控制端,而导致半导体开关3的关断,负载2断电而得以保护。
[0046] 与此同吋,U4A还将输出的高电平信号反馈回U3A的另ー输入端中,以将当前状态予以锁存。在此情况下,对于U3A而言,即使负载回路的电流在发生瞬间突变后,又渐渐恢复正常时,即使第二差分放大器Ul输出给U3A的ー输入端的电压信号小于VDD/2,为ー低电平信号吋,U3A在U4A反馈回的高电平信号的作用下,同样不会发生翻转,不会发生状态的改变,而U4A在此前提下也不会发生翻转,输出至半导体开关3的控制信号将一直为高电平信号,半导体开关3将一直处于关断的状态,直至系统重新启动为止。从而通过在异常死锁保护电路7中设置锁存电路72,在检测到负载回路电流出现瞬间突变时,能够将当前状态予以长期锁存,以在较长一段时间对负载状态进行了保护。
[0047] 此外还需要说明的是,由于在本实施例中,过流保护控制电路6和异常死锁保护电路7的任一电路输出高电平控制信号至半导体开关3的控制端时,均将控制该半导体开关3的导通,因而如图2所示,在本实施例中,在过流保护控制电路6、异常死锁保护电路7以及半导体开关3之间还可以设置ー或门U5A。该或门U5A的两个输入端分别连接过流保护控制电路6和异常死锁保护电路7的输出端,而该或门U5A的输出端则连接半导体开关3的控制端。或门U5A的设置使得:当过流保护控制电路6和异常死锁保护电路7的任一输出高电平控制信号至或门U5A的输入端吋,U5A均将输出高电平控制信号至半导体开关3的控制端,以控制半导体开关3的关断,对负载2进行保护。而对于异常死锁保护电路7而言,当其检测到负载回路出现瞬间突变电流吋,将锁存该状态,输出固定不变的高电平控制信号至或门U5A,从而使得U5A同样一直输出高电平控制信号以控制导通半导体开关3关 断,即使在过流保护控制电路6和异常死锁保护电路7均检测到负载回路电流恢复正常吋,半导体开关3仍然将被关断,保证了对负载的更可靠的保护。
[0048] 更进ー步优化地,在本实施例中,在半导体开关3的输入端和控制端之间还可以连接ー阻尼电路8,用于对电源上电后半导体开关的导通起阻尼作用,从而使得半导体开关3在电源I上电后等待一定时间后再开启,以避免出现电源I刚上电时电路中可能产生的波动。图5为本发明过电流保护装置中阻尼电路的ー种电路结构示意图,如图5所示,本实施例中,阻尼电路8具体可以通过串联在半导体开关3的输入端和控制端之间的电容Cl和第三电阻R5,以及连接在半导体开关3的控制端与地之间的第四电阻R6予以实现。
[0049] 具体地,由于在本实施例中,半导体开关3为ー P沟道MOSFET开关Q1,因而通过在该P沟道MOSFET开关的输入端和控制端之间设置电容Cl和第三电阻R5,当电源I上电后,根据电容自身的特性,Cl两端的电压,即Ql的输入端与控制端之间的电压不能突然发生变化,因此此时Ql的栅极电压将被瞬间充电到VDD,而导致Ql不能立即被导通。而在ー段时间之后,Ql栅极端存储的电压VDD将通过电容Cl、第三电阻R5及第四电阻R6被缓慢地被释放,使得开关Ql的栅极电压在一段时间后低于输入极电压,从而被导通。
[0050] 可见,通过在半导体开关3的输入端和控制端之间设置阻尼电阻8,可以保证在电源上电后,半导体开关慢慢被导通开启,而不是迅速打开,从而避免了在开关立即被导通时电路中产生的冲击电流。
[0051] 更进ー步地优化地,如图2所示,在本实施例中,过电流保护装置中,在负载2两端还可以并联设置一过载旁路电路9,该过载旁路电路9具体可以通过一三极管或者一MOSFET开关器件予以实现。具体地,该过载旁路电路9的控制端连接上述或门U5A的输出端,用于在通过控制端,接收并检测到过流保护控制电路6和异常死锁保护电路7中的任一电路输出指示半导体开关3关断的控制信号吋,处于导通状态以对负载2进行旁路。即当负载回路电流出现任ー异常现象时,过载旁路电路9均会导通到地,从而使得将本应流向负载的电流通过该过载旁路电路9导通至地端,进ー步地起到了保护负载的作用。
[0052] 同吋,由于对于过流保护控制电路6而言,当过流保护控制电路6在一段时间后又检测到负载回路恢复正常时,将重新输出低电平控制信号以重新导通半导体开关3,该低电平控制信号输入至或门U5A的输入端之后,U5A同时会输出一低电平控制信号至过载旁路电路9的控制端,以控制过载旁路电路9的截止关断,从而保证了电源电流又重新通过负载回路流向了负载2。
[0053] 由此可见,过载旁路电路9的设置,不仅进一歩地在负载电流出现异常时,加强了对负载2的保护,与此同时,该电路还同时保证了在过流保护控制电路6产生过流保护后,负载回路能够自恢复一段足够长的延迟时间才重新导通,而这段延迟时间不是固定的延时,而是能够保证负载回路电流降到足够小后才得以恢复。具体地,该延迟的时间取决于触发过流保护控制电路6进行过流保护时的电流大小、过流保护控制电路6设定的电流恢复阈值以及回路的电流泄放速度。从而相对于现有技术而言,过载旁路电路9的设置能够使得过流保护控制电路6无需采用复杂的脉冲发生电路,以产生符合电流大小以及恢复时间的定时控制脉冲,以在负载回路电流恢复时控制半导体开关3的重新导通,节省了电路成本。
[0054] 更进ー步地优化地,如图2所示,为了对半导体开关3的高压脉冲起抑制的作用,在本实施例中,半导体开关3的输出端与地之间还可以连接高压抑制ニ极管D1,该高压抑 Dl除了具有抑制高压脉冲的作用外,还可以与取样电阻4、检测电感5以及过载旁路电路9一起构成ー通路。具体地,当高压抑制ニ极管Dl两端经受瞬间的高能量冲击时,它能以极高的速度(最高达10_12秒)使自身阻抗骤然降低,同时吸收一个大电流,将两端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。
[0055] 本实施例的过电流保护装置,通过在电源与负载的回路间设置半导体开关、取样电阻和检测电感,同时设置通过检测取样电阻两端的电压,对回路电流是否过大进行检测,以根据检测结果控制关断半导体开关的过流保护控制电路,以及设置通过检测检测电感两端的电压,对回路电流是否出现瞬间突变进行检测,以根据检测结果控制关断半导体开关的异常死锁保护电路,使得负载电流在无论出现电流过大或电流瞬间突变中的任一异常现象时,电源与负载之间的半导体开关均将被关断,而使得负载处于断电无法工作的状态,从而加强了对负载保护的可靠性,不仅能够在负载电流过大时对电子通信设备进行保护,还能够在负载产生电流瞬间突变时,对电子通信设备进行保护。
[0056] 进ー步地,在本实施例中,过流保护控制电路和异常死锁保护电路中的阈值电压都通过利用组成器件自身的属性特征予以实现,不仅能够实现更高精度控制,而且还可以设置比较理想的保护阈值;同时本实施例还通过在过流保护控制电路中设置噪声抑制电路,以及在过电流保护装置中设置阻尼电路、过载旁路电路及高压抑制ニ极管,避免了复杂的基准參考电源、升压电路以及脉冲发生器的应用,节省了成本,且使得对负载的过流保护更加方便有效。
[0057] 图6为本发明过电流保护装置实施例三的电路结构示意图。同时參照上述实施例中的描述,如图6所示,在本实施例中,过电流保护装置主要包括如下几部分:由电源VDD、半导体开关Q1、取样电阻R7、检测电感LI以及负载构成的负载回路,取样电阻R7两端设置的过流保护控制电路,检测电感LI两端设置的异常死锁保护电路,负载两端并联的过载旁路电路,半导体开关Ql输入端连接的阻尼电阻,以及半导体开关Ql输出端连接的高压抑制ニ极管Dl。
[0058] 具体地,在过流保护控制电路中,还设置了连接在取样电阻R7两端的噪声抑制电路,用于对取样电阻R7两端的电压作降噪处理,并输出给第一差分放大器U2。如图6所示,在本实施例中,噪声抑制电路主要可以由电容C2〜C5以及铁磁氧体L2组成。其中,电容C2、C3组成共模噪声抑制器,电容C4、C5和铁磁氧体L2组成差模噪声抑制器。具体地,噪声抑制电路的原理在干:由于半导体开关Ql的导通电阻结合电容C2能够组成低通滤波器,而Ql的导通电阻加上取样电阻R7和电容C3能够组成另外ー个低通滤波器,两个滤波器共同作用可以起到滤除共模噪声的作用;此外,电容C4、C5和铁磁氧体L2加上Ql的导通电阻能够组成一巴特沃斯统ー耗散滤波器,从而进一歩地能够滤出差模噪声。
[0059] 而第一差分放大器U2在对降噪后的电压进行差分放大处理后,将放大后的电压信号输出至保护决策电路中,以使保护决策电路根据该电压信号不同大小值,即在第一差分放大器U2输出的不同大小的电压信号的驱动下,输出不同的控制信号至或门U5A的ー个输入端,以使U5A输出相应的控制信号控制半导体开关Ql的导通与关断。具体地,保护决策电路由第一反相器U1A、第二反相器U2A以及第ー电阻Rl和第二电阻R2組成。而本实施例中过流保护控制电路的具体工作过程,可以參照上述实施例中的相应描述,在此不再赘述。
[0060] 进ー步地,在本实施例中,异常死锁保护电路主要由第二差分放大器Ul以及锁存 电路组成,而锁存电路则由第一或非门U3A和第二或非门U4A以及电阻R3、R4组成。具体地,第二差分器Ul连接在检测电感LI的两端,用于对LI两端产生的感应电动势进行差分放大处理后,将放大后的电压信号输出给锁存电路,而锁存电路在通过对该放大后的电压信号进行检测,且在检测到该电压信号高于预设的阈值电压后,将当前状态锁存,并输出控制信号至或门U5A的另ー个输入端,以使U5A输出相应的控制信号控制半导体开关Ql关断。同样地,本实施例中异常死锁保护电路的具体工作过程,可以參照上述实施例中的相应描述,在此不再赘述。
[0061] 更进一歩地,如图6所示,在本实施例中,负载两端还并联设置了过载旁路电路,半导体开关Ql的输入端与控制端之间还设置了阻尼电路,以及半导体开关Ql的输出端与地之间还设置了高压抑制ニ极管D1。
[0062] 其中,过载旁路电路例如可以通过三极管Q2予以实现,且Q2的控制端连接或门U5A的输出端,而Q2的输入端和输出端分别连接负载两端,从而在通过U5A输出的信号,检测到过流保护控制电路或异常死锁保护电路的任ー输出指示半导体开关Ql关断的控制信号吋,处于导通状态以使负载旁路。而阻尼电路则包括:串联在半导体开关Ql的输入端和控制端之间的电容Cl和第三电阻R5,以及连接在半导体开关Ql的控制端与地之间的第四电阻R6。具体地,本实施例中,过载旁路电路、阻尼电路以及高压抑制ニ极管的具体工作过程以及具体功能,均可以參照上述实施例中的相应描述,在此不再赘述。
[0063] 本实施例的过电流保护装置,通过在电源与负载的回路间设置半导体开关、取样电阻和检测电感,同时设置通过检测取样电阻两端的电压,对回路电流是否过大进行检测,以根据检测结果控制关断半导体开关的过流保护控制电路,以及设置通过检测检测电感两端的电压,对回路电流是否出现瞬间突变进行检测,以根据检测结果控制关断半导体开关的异常死锁保护电路,使得负载电流在无论出现电流过大或电流瞬间突变中的任一异常现象时,电源与负载之间的半导体开关均将被关断,而使得负载处于断电无法工作的状态,从而加强了对负载保护的可靠性,不仅能够在负载电流过大时对电子通信设备进行保护,还能够在负载产生电流瞬间突变时,对电子通信设备进行保护。
[0064] 进ー步地,在本实施例中,过流保护控制电路和异常死锁保护电路中的阈值电压都通过利用组成器件自身的属性特征予以实现,不仅能够实现更高精度控制,而且还可以设置比较理想的保护阈值;同时本实施例还通过在过流保护控制电路中设置噪声抑制电路,以及在过电流保护装置中设置阻尼电路、过载旁路电路及高压抑制ニ极管,避免了复杂的基准參考电源、升压电路以及脉冲发生器的应用,节省了成本,且使得对负载的过流保护更加方便有效。
[0065] 最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管參照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替 换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1. 一种过电流保护装置,包括电源和负载,其特征在于,还包括:设置在所述电源和负载之间的半导体开关、取样电阻和检测电感,设置在所述取样电阻两端的过流保护控制电路,以及设置在所述检测电感两端的异常死锁保护电路,其中, 所述过流保护控制电路实时地对所述取样电阻两端的电压进行检测,并在检测到所述取样电阻两端的电压高于预设的第一阈值电压时,关断所述半导体开关; 所述异常死锁保护电路实时地对所述检测电感两端的感应电动势进行检测,并在检测到所述检测电感两端的感应电动势高于预设的第二阈值电压时,锁存当前状态并关断所述半导体开关; 所述过流保护控制电路具体包括: 第一差分放大器,连接在所述取样电阻两端,对所述取样电阻两端的电压进行放大处理; 保护决策电路,连接在所述第一差分放大器的输出端与所述半导体开关的控制端之间,用于在所述第一差分放大器输出的不同电压信号的驱动下,输出不同的控制信号至所述半导体开关,以导通或关断所述半导体开关; 其中,所述保护决策电路具体包括: 依次串联的第一电阻和第二电阻,及并联在所述第二电阻两端的第一反相器和第二反相器,所述第二反相器的输出端连接所述半导体开关的控制端。
2.根据权利要求I所述的过电流保护装置,其特征在于,所述异常死锁保护电路具体包括: 第二差分放大器,连接在所述检测电感两端,对所述检测电感两端的感应电动势进行放大处理; 锁存电路,连接在所述第二差分放大器的输出端与所述半导体开关的控制端之间,用于在检测到所述第二差分放大器输出的电压信号高于所述第二阈值电压时,锁存当前状态并关断所述半导体开关; 其中,所述锁存电路具体包括: 依次串联的第一或非门和第二或非门,所述第一或非门的两个输入端分别连接所述第二差分放大器的输出端和所述第二或非门的输出端,所述第二或非门的两个输入端分别连接所述第一或非门的输出端和地,所述第二或非门的输出端连接所述半导体开关的控制端。
3.根据权利要求I所述的过电流保护装置,其特征在于,所述过流保护控制电路还包括: 设置在所述取样电阻两端的噪声抑制电路,在所述第一差分放大器对所述取样电阻两端的电压进行放大处理之前,对所述取样电阻两端的电压进行降噪处理。
4.根据权利要求I〜3任一所述的过电流保护装置,其特征在于,所述半导体开关为P沟道金属氧化物半导体场效应管。
5.根据权利要求I所述的过电流保护装置,其特征在于,所述半导体开关的输入端和控制端之间还连接有阻尼电路,在所述电源上电后对所述半导体开关的导通起阻尼作用; 所述阻尼电路包括:串联在所述半导体开关的输入端和控制端之间的第一电容和第三电阻,以及连接在所述半导体开关的控制端与地之间的第四电阻。
6.根据权利要求I所述的过电流保护装置,其特征在于,所述过流保护控制电路、异常死锁保护电路和半导体开关之间还连接ー或门,所述或门的两个输入端分别连接所述过流保护控制电路和异常死锁保护电路的输出端,所述或门的输出端连接所述半导体开关的控制端。
7.根据权利要求6所述的过电流保护装置,其特征在干,所述负载两端还并联过载旁路电路,所述过载旁路电路的控制端连接所述或门的输出端,用于在检测到所述过流保护控制电路和异常死锁保护电路任ー输出指示所述半导体开关关断的控制信号吋,处于导通状态以旁路所述负载。
8.根据权利要求7所述的过电流保护装置,其特征在于,所述过载旁路电路通过三极管或者金属氧化物半导体场效应管实现。
9.根据权利要求I所述的过电流保护装置,其特征在于,所述半导体开关的输出端与地之间还连接高压抑制ニ极管,所述高压抑制ニ极管的阳极连接所述半导体开关的输出端,阴极连接地。
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