CN103022963B - 一种高端过流保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高端过流保护电路，包括功率开关管、检测电阻、检测单元和第一控制单元；当所述检测单元检测已知阻值电阻上的电流超过预先设置的阈值时，将发出电平信号至所述第一控制单元；所述第一控制单元接收所述信号后控制功率开关关闭。本发明公开的高端过流保护电路，不需要采用专用的驱动芯片，只采用常规器件即可实现驱动，实现了成本低廉；又由于使所述检测单元工作所需要的电压差是基本固定的，所以可以通过调整检测电阻的阻值，以实现调整过流保护时的电流阈值；且所述功率开关管的导通压降极小，所以在输入电压比较低时，所述功率开关管仍然能够导通，使整个电路都能正常工作，所以实现了工作电压范围大。

Description

一种高端过流保护电路

技术领域

本发明涉及过流保护领域，尤其涉及一种高端过流保护电路。

背景技术

现有的高端驱动电路方案种类繁多，带过流保护的高端驱动电路多使用专门的驱动芯片来实现。用专门的驱动芯片来实现带过流保护的高端驱动电路时，不仅驱动电路的正常工作电压范围较小，尤其很难做到4V以下依旧能正常工作；而且保护电流阈值不能灵活调节。用专门的驱动芯片还会导致实现成本较高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种高端过流保护电路，以解决驱动电路工作电压范围小、保护电流阈值不能灵活调节及成本较高的问题。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种高端过流保护电路，包括：输入端接收输入信号的功率开关管；连接于所述功率开关管的输出端与所述高端过流保护电路的高驱输出端之间的检测电阻；与所述检测电阻相连的检测单元，用于检测所述检测电阻两端的压差，当所述压差超于阈值时，发送电平信号；分别与所述功率开关管的控制端和检测单元相连的第一控制单元，用于接收所述检测单元发送的电平信号，并控制所述功率开关管关断。

优选的，所述高端过流保护电路还包括：与所述功率开关管相连的第二控制单元，用于接收到外部设定的电平信号后，控制所述功率开关管导通。

优选的，所述检测单元包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一二极管和第一开关管；其中，所述第一开关管的输入端与所述第一电阻的一端相连，所述第一电阻的另一端与所述第一控制单元相连，所述第一开关管的控制端与所述第三电阻的一端相连，所述第三电阻的另一端接地，所述第一开关管的输出端与所述第二电阻的一端相连，所述第二电阻的另一端与所述检测电阻和高驱输出端的连接点相连；所述第四电阻的一端与所述检测电阻与所述功率开关管输出端的连接点相连，所述第四电阻的另一端与所述第一二极管的正极相连，所述第一二极管的负极与所述第一开关管的控制端相连。

优选的，所述第一控制单元包括：第二开关管和第五电阻；其中，所述第二开关管的控制端与所述检测单元相连，输出端与所述功率开关管的控制端相连，输入端接收所述输入信号；所述第五电阻连接于所述第二开关管的控制端与输入端之间。

优选的，所述第二控制单元包括：第三开关管、第六电阻、第七电阻和第八电阻；其中：所述第六电阻的一端与所述第七电阻的一端相连，连接点与所述第三开关管的控制端相连，所述第六电阻的另一端接收所述外部输入的电平信号，所述第七电阻的另一端接地；所述第三开关管的输入端与所述第八电阻的一端相连，所述第八电阻的另一端与所述功率开关管的控制端相连，所述第三开关管的输出端接地。

优选的，所述功率开关管为PMOS晶体管或者PNP型三极管；所述第二开关管为PMOS晶体管或者PNP型三极管；所述第一开关管为NMOS晶体管或者NPN型三极管；所述第三开关管为NMOS晶体管或者NPN型三极管。

优选的，所述检测单元还包括第一电容，所述第一电容连接于所述第一二级管的负极与地之间；所述第一控制单元还包括第二电容，所述第二电容连接于所述第二开关管的输入端与控制端之间。

优选的，所述高端过流保护电路还包括第三电容，所述第三电容连接于高驱输出与地之间。

从上述的技术方案可以看出，本发明公开的高端过流保护电路，通过所述检测单元检测已知阻值电阻上的电压来得到当前流过的电流，当电流超过预先设置的阈值时，检测单元会给出一个电平信号传递到所述第一控制单元中；所述第一控制单元接收所述检测单元给出的信号控制功率开关打开或者关闭。本发明公开的高端过流保护电路，不需要采用专用的驱动芯片，只采用常规器件即可实现驱动，实现了成本低廉；又由于使所述检测单元工作发送电平信号所需要的电压差是基本固定的，所以可以通过调整检测电阻的阻值，以实现调整过流保护时的电流阈值；且所述功率开关管的导通压降极小，即使高端过流保护电路的输入电压比较低，产生的电流过流程度较弱时，所述检测单元仍然可以检测得到所述检测电阻两端的压差超过阈值，最终关断所述功率开关管，实现整个电路的正常工作，这样就扩宽了工作电压范围。

附图说明

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。

图1为本发明的电路框图；

图2为本发明实施例公开的电路原理图；

图3为本发明另一实施例公开的电路原理图；

图4为本发明另一实施例公开的电路原理图；

图5为本发明另一实施例公开的电路原理图；

图6为本发明另一实施例公开的电路原理图；

图7为本发明另一实施例公开的电路原理图；

图8为本发明实施例公开的电路过流时的输出特性。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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。

本发明提供了一种高端过流保护电路，以解决驱动电路工作电压范围小、保护电流阈值不能灵活调节及成本较高的问题。

具体的，如图1所示，本发明提供的高端过流保护电路，包括功率开关管U1、检测单元101、第一控制单元102和检测电阻R0；其中：

功率开关管U1的基极作为控制端与作为输出端的集电极相连，并连接检测电阻R0的一端，功率开关管U1的发射极作为输入端接收输入电压信号PWR。

检测电阻R0的一端与功率开关管U1的集电极相连，另一端与高端过流保护电路的高驱输出端PWR-OUT相连；

检测单元101与所述检测电阻R0相连，输出端与第一控制单元102相连；

第一控制单元102的控制端与检测单元101输出端相连，第一控制单元102的输出端与功率开关管U1的基极相连。

具体的工作原理如下：

当流过检测电阻R0的电流过大时，检测单元101检测所述检测电阻R0两端的压差，当所述压差超于阈值时，发送电平信号；

第一控制单元102接收检测单元101发送的电平信号，发送一个电平信号至功率开关管U1；

功率开关管U1接收第一控制单元102发送的电平信号，控制功率开关管U1关断。

本实施例中的功率开关管U1为PNP型三极管，也可以采用PMOS晶体管。

本实施例公开的过流保护电路，不需要采用专用的驱动芯片，只采用常规器件即可实现驱动，实现了成本低廉；又由于使所述检测单元工作发送电平信号所需要的电压差是基本固定的，所以可以通过调整检测电阻的阻值，以实现调整过流保护时的电流阈值；且所述功率开关管的导通压降极小，即使高端过流保护电路的输入电压比较低，产生的电流过流程度较弱时，所述检测单元仍然可以检测得到所述检测电阻两端的压差超过阈值，最终关断所述功率开关管，实现高端过流保护电路的正常工作，这样就扩宽了工作电压范围。

本发明实施例还公开了另一种高端过流保护电路，如图2所示，除包括功率开关管U1、检测电阻R0、检测单元101和第一控制单元102之外，还包括第二控制单元103。

第二控制单元103，接收来自外部设定的电平信号INPUT，并与功率开关管U1的基极和地相连；其余所述各单元与上述实施例连接方式相同，此处不再赘述。

当电路启动时，第二控制单元103接收来自外部设定的电平信号INPUT，然后输出一个电平信号至功率开关管U1的基极，控制功率开关管U1导通，则此时高端过流保护电路有输出，然后当流过检测电阻R0的电流过大时，检测单元101检测到流过检测电阻R0的电流超过阈值，然后输出一个电平信号至第一控制单元102，第一控制单元102接收此电平信号后，输出另一个电平信号至功率开关管U1的基极，控制功率开关管U1关断。直到电流不再过流时，流过检测电阻R0的电压不再超过所述阈值，功率开关管U1又重新被打开，电流流过高端过流保护电路，由高驱输出端PWR-OUT进行输出。

本发明实施例还公开了另一种高端过流保护电路，包括功率开关管U1、检测电阻R0、检测单元101和第一控制单元102。

具体的，如图3所示，检测单元101包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一二极管D1和第一开关管Q1；其中：

第一开关管Q1的集电极作为输入端与第一电阻R1的一端相连，第一电阻R1的另一端与第一控制单元102相连，第一开关管Q1的基极作为控制端与第三电阻R3的一端相连，第三电阻R3的另一端接地，第一开关管Q1的发射极作为输出端与第二电阻R2的一端相连，第二电阻R2的另一端与检测电阻R0和高驱输出端PWR-OUT的连接点相连；第四电阻R4的一端与检测电阻R0与功率开关管U1集电极的连接点相连，第四电阻R4的另一端与第一二极管D1的正极相连，第一二极管D1的负极与第一开关管Q1的基极相连。

本实施例其他的元件连接方式与上述实施例相同，此处不再赘述。

具体的工作原理如下：

当在检测电阻R0上流过较大的电流时，检测电阻R0两端会产生较大的电压差U，当电压差U逐渐增大到使检测单元101内的第一开关管Q1打开时，即代表当前流过的电流已经达到预先设置的阈值，第一开关管Q1打开后，输出一个低电平信号，紧接着会控制第一控制单元102输出高电平信号至功率开关管U1的基极，控制功率开关管U1关断，则此时高端驱动无输出。直到电流不再过流，检测电阻R0两端的压差U减小到不足以使所述检测单元101内的第一开关管Q1打开时，功率开关管U1又重新被打开，电流流过高端过流保护电路，由高驱输出端PWR-OUT进行输出。

本实施例中的第一开关管Q1为NPN型三极管，也可以采用NMOS晶体管；并且本实施例还可以含有上述实施例中的第二控制单元，当电路启动时，所述第二控制单元接收所述来自外部设定的电平信号INPUT后，输出一个低电平信号至所述功率开关管U1的基极，控制所述功率开关管U1导通，则此时高端驱动有输出。

本发明实施例还公开了另一种高端过流保护电路，如图4所示，包括功率开关管U1、检测电阻R0、检测单元101、第一控制单元102、第二控制单元103。

第一控制单元102包括：第二开关管Q2和第五电阻R5；其中：

第二开关管Q2的基极作为控制端与检测单元101相连，集电极作为输出端与功率开关管U1基极相连，发射极作为输入端接收输入信号PWR；第五电阻R5连接于第二开关管Q2的控制端与输入端之间。

本实施例其他的元件连接方式与上述实施例相同，此处不再赘述。

具体的工作原理为：当电流过流时，检测电阻R0两端的电压差U逐渐增大到使检测单元101内的第一开关管Q1打开时，第一开关管Q1输出一个低电平信号至第一控制单元102内的第二开关管Q2的基极，控制第一控制单元102内的第二开关管Q2打开，并输出一个高电平信号至所述功率开关管U1的基极，控制所述功率开关管U1关断，则此时高端驱动无输出。直到电流不再过流，所述检测电阻R0两端的压差U减小到不足以使所述检测单元101内的第一开关管Q1打开时，功率开关管U1又重新被打开，电流流过所述高端过流检测电路，由高驱输出端PWR-OUT进行输出。

本实施例中的第二开关管Q2为PNP型三极管，也可以采用PMOS晶体管。

本发明实施例还公开了另一种高端过流保护电路，如图5所示，包括功率开关管U1、检测电阻R0、检测单元101、第一控制单元102、第二控制单元103。

第二控制单元103包括：第三开关管Q3、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8；其中：

第六电阻R6的一端与第七电阻R7的一端相连，连接点与第三开关管Q3作为控制端的基极相连，第六电阻R6的另一端接收外部输入的电平信号，第七电阻R7的另一端接地；第三开关管Q3的集电极作为输入端与第八电阻R8的一端相连，第八电阻R8的另一端与功率开关管U1的基极相连，所述第三开关管Q3作为输出端的发射极接地。

具体的工作原理为：当电路启动时，第二控制单元103内的第三开关管Q3的基极通过第六电阻R6接收所述来自外部设定的电平信号INPUT后，外部设定的电平信号INPUT为高电平，控制第三开关管Q3导通，并输出一个低电平信号至功率开关管U1的控制端，控制功率开关管U1导通，则此时高端驱动有输出。然后当电流过流时，检测单元101检测到流过所述检测电阻R0的电流超过阈值，然后输出一个电平信号至所述第一控制单元102，所述第一控制单元102接收此电平信号后，输出另一个电平信号至所述功率开关管U1的基极，控制所述功率开关管U1关断。直到电流不再过流时，流过所述检测电阻R0的电压不再超过所述阈值，所述功率开关管U1又重新被打开，电流流过所述高端过流检测电路，由高驱输出端PWR-OUT进行输出。

本实施例中的第三开关管Q3为NPN型三极管，也可以采用NMOS晶体管。

本发明实施例还公开了另一种高端过流保护电路，如图6所示，除包括功率开关管U1、检测电阻R0、检测单元101、第一控制单元102和第二控制单元103之外，检测单元101还包括第一电容C1，第一电容C1连接于第一开关管Q1的基极与地之间；第一控制单元102还包括第二电容C2，第二电容C2连接于第二开关管Q2的输入端与控制端之间。

具体的工作原理与上述实施例相同，但是由于第一电容C1和第二电容C2的存在，第一电容C1会使第一开关管Q1的打开时间变长，第二电容C2会使第二开关管Q2的开关时间变长。由于第一电容C1与第二电容C2的储能作用，功率开关管U1关闭的时间t_off被延长，当第一电容C1与第二电容C2上的电荷释放完毕后，若驱动电流依旧超过预先设置的阈值，所述检测单元101和第一控制单元102又会立即将功率开关管U1关闭，正是由于功率开关管U1关闭的时间t_off远远大于打开的时间t_on，如图8所示，所以在电路发生过流的时候功率开关管U1不会因为温度过高而烧毁。

本实施例其他的元件连接方式与具体的工作原理与上述实施例相同，此处不再赘述。

本发明实施例还公开了另一种高端过流保护电路，如图7所示，除包括功率开关管U1、检测电阻R0、检测单元101、第一控制单元102和第二控制单元103之外，高端过流保护电路还包括第三电容C3，第三电容C3连接于高驱输出端PWR-OUT与地之间。

第三电容C3为高端过流保护电路的高驱输出提供静电防护作用。

本实施例其他的元件连接方式与具体的工作原理与上述实施例相同，此处不再赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种高端过流保护电路，其特征在于，包括：

输入端接收所述高端过流保护电路输入信号的功率开关管；

连接于所述功率开关管的输出端与所述高端过流保护电路的高端驱动电路输出端之间的检测电阻；

与所述检测电阻相连的检测单元，用于检测所述检测电阻两端的压差，当所述压差超于阈值时，发送电平信号；

分别与所述功率开关管的控制端和检测单元相连的第一控制单元，用于接收所述检测单元发送的电平信号，并控制所述功率开关管关断；

其中，所述检测单元包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一二极管和第一开关管；其中：

所述第一开关管的输入端与所述第一电阻的一端相连，所述第一电阻的另一端与所述第一控制单元相连，所述第一开关管的控制端与所述第三电阻的一端相连，所述第三电阻的另一端接地，所述第一开关管的输出端与所述第二电阻的一端相连，所述第二电阻的另一端与所述检测电阻和高端驱动电路输出端的连接点相连；

所述第四电阻的一端与所述检测电阻与所述功率开关管输出端的连接点相连，所述第四电阻的另一端与所述第一二极管的正极相连，所述第一二极管的负极与所述第一开关管的控制端相连；

所述第一控制单元包括：第二开关管和第五电阻；其中：

所述第二开关管的控制端与所述检测单元的第一电阻的另一端相连，输出端与所述功率开关管的控制端相连，输入端接收所述输入信号；

所述第五电阻连接于所述第二开关管的控制端与输入端之间。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括：与所述功率开关管的控制端相连的第二控制单元，用于接收到外部设定的电平信号后，控制所述功率开关管导通。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述第二控制单元包括：第三开关管、第六电阻、第七电阻和第八电阻；其中：

所述第六电阻的一端与所述第七电阻的一端相连，连接点与所述第三开关管的控制端相连，所述第六电阻的另一端接收所述外部设定的电平信号，所述第七电阻的另一端接地；

所述第三开关管的输入端与所述第八电阻的一端相连，所述第八电阻的另一端与所述功率开关管的控制端相连，所述第三开关管的输出端接地。

4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述功率开关管为PMOS晶体管或者PNP型三极管；

所述第二开关管为PMOS晶体管或者PNP型三极管；

所述第一开关管为NMOS晶体管或者NPN型三极管；

所述第三开关管为NMOS晶体管或者NPN型三极管。

5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述检测单元还包括第一电容，所述第一电容连接于所述第一二极管的负极与地之间；

所述第一控制单元还包括第二电容，所述第二电容连接于所述第二开关管的输入端与控制端之间。

6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述高端过流保护电路还包括第三电容，所述第三电容连接于高端驱动电路输出端与地之间。