CN105703724B - 一种功率器件的过流保护方法和电路 - Google Patents

Abstract

一种功率器件的过流保护方法，包括采集功率器件的饱和压降与预设的过流阈值电压进行比较判别是否过流，当发生过流时立即切断功率器件的驱动电压或驱动电流使其截止，还施加一侦测脉冲用于检测及判别过流是否解除，若未解除则继续施以保护，若解除则使保护电路退出保护；电路包括功率单元、过流采集单元、过流阈值单元、频率单元和驱动单元；功率单元的第一端连接驱动单元，第二端为功率输出端，第三端连接电源正极，过流采集单元采集功率单元的饱和压降，过流采集单元、频率单元与驱动单元第一输入端连接，过流阈值单元与驱动单元第二输入端连接；在功率单元过流时，驱动单元使功率单元截止得到保护；具有关断迅速、结构简单、可靠性强的特点。

Description

一种功率器件的过流保护方法和电路

技术领域

本发明属于机电控制技术领域，具体涉及一种功率器件的过流保护方法和电路。

背景技术

开关功率放大电路是一种应用极为广泛的控制电路，其功率管作为关键部件一般工作电流较大，常常由于负载过载、负载短路等造成过流损坏现象，以致电路控制设备损坏、使控制过程与生产环节受阻，造成生产损失。

一般功率管过流保护电路采用在功率管输出电流回路中串联电流采样电阻，通过采样电阻上的电压降来判断功率管是否过流进而实施保护，但这种电路具有下述缺点：

(1)在电路面积有限的情况下难以容下体积较大的采样电阻；

(2)采样电阻造成功率损耗且发热量较大导致故障率增加；

(3)采样电阻的阻值很小难以制作、有些采用印刷电路的铜箔代替采样电阻使得批量产品中采样电阻的离散性增大造成采样失准；

(4)采样电阻阻值变化以及电路接触电阻变化会使采样失准；

(5)一些采用MCU进行过流采样信号处理的保护电路其结构复杂、成本增加，同时由于程序运行原因使电路动作速度较低、抗干扰性较低。

基于以上所述，这种带有采样电阻的过流保护电路或者采用MCU实施过流保护的电路受到很大局限。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。

本发明的目的在于设计一种直接采集功率器件导通时饱和压降的功率器件的过流保护方法，以及采用所述过流保护方法的功率放大电路。

为了实现上述目的，本发明第一方面在于提供了三种功率器件的过流保护方法。

本发明第二方面在于提供了一种采用所述过流保护方法的功率放大电路。

本发明第三方面还提供了一种采用所述过流保护方法的功率放大电路。

本发明第四方面还提供了一种采用所述过流保护方法的功率放大电路。

本发明第五方面还提供了采用所述过流保护方法的功率放大电路。

本发明第六方面还提供了一种采用所述过流保护方法的功率放大电路。

本发明第七方面还提供了一种采用所述过流保护方法的功率放大电路。

依据本发明第一方面所提供的第一种功率器件的过流保护方法，其特殊之处是，包括：

步骤S1：通过过流阈值单元获取预设的过流阈值电压或利用晶体管PN结导通阈值作为过流阈值电压作为判别所述功率器件是否过流的基准值，同时采集所述功率器件导通时的饱和压降；

步骤S2：设置由比较器构成的比较单元或驱动单元/或设置由晶体管构成的比较单元或驱动单元，且使所述比较单元和/或驱动单元与所述功率器件及所述饱和压降的采集电路构成正反馈网络，以使所述功率器件可以置位于饱和导通的稳态或复位于截止的稳态，在所述功率器件导通时，将采集到的所述饱和压降与所述过流阈值电压输入给所述比较单元或驱动单元进行比较，判别是否发生功率器件过流，若判别为未发生过流时，则进行步骤S1，若判别为发生过流时，则进行步骤S3；

步骤S3：通过所述比较单元或驱动单元切断所述功率器件控制极的驱动电压或驱动电流并使电路在信号正反馈作用下自锁在所述功率器件截止的稳态使其受到保护。

依据本发明第一方面所提供的第二种功率器件的过流保护方法，其特殊之处是，包括：

步骤S1：通过过流阈值单元获取预设的过流阈值电压作为判别所述功率器件是否过流的基准值，同时采集所述功率器件导通时的饱和压降；

步骤S2：将采集到的所述饱和压降与所述过流阈值电压进行比较，判别是否发生功率器件过流，若判别为未发生过流时，则进行步骤S1，若判别为发生过流时，则进行步骤S3；

步骤S3：切断所述功率器件控制极的驱动电压或驱动电流；

步骤S4：施加一侦测脉冲使所述功率器件导通用于检测及判别所述功率器件过流是否解除，若检测到过流未解除时，进行步骤S3，若侦测脉冲检测到过流已经解除时，进行步骤S5；

步骤S5：保护电路退出对功率器件的保护，功率器件继续投入正常工作，进行步骤S1。

依据本发明第一方面所提供的第三种功率器件的过流保护方法，其特殊之处是，包括：

步骤S1：通过过流阈值单元获取预设的过流阈值电压作为判别所述功率器件是否过流的基准值，同时采集所述功率器件导通时的饱和压降；

步骤S2：将采集到的所述饱和压降与所述过流阈值电压进行比较，判别是否发生功率器件过流，若判别为未发生过流时，则进行步骤S1，若判别为发生过流时，则进行步骤S3；

步骤S3：切断所述功率器件控制极的驱动电压或驱动电流；

步骤S4：施加第一频率的侦测脉冲使所述功率器件导通用于检测及判别所述功率器件过流是否解除，若检测到过流未解除时进行步骤S5，若过流解除时进行步骤S6；

步骤S5：保护电路动作，切断所述功率器件控制极的驱动电压或驱动电流，进行步骤 S6；

步骤S6：用第二频率的侦测脉冲使所述功率器件导通用于检测及判别所述功率器件过流是否解除，若过流未解除时进行步骤S5，若过流已经解除时，进行步骤S7；

步骤S7：保护电路退出对功率器件的保护，功率器件继续投入正常工作，进行步骤S1，

所述第二频率的侦测脉冲的频率低于第一频率的侦测脉冲的频率。

依据本发明第二方面提供的一种采用如前所述的第一种过流保护方法的包括功率器件的开关放大电路，其特殊之处在于，包括功率单元、过流采集单元、过流阈值单元、过流比较单元和驱动单元；

所述功率单元的第一端连接所述驱动单元，所述功率单元的第二端为用于控制负载电流的功率输出端，

当所述功率单元为低边输出时：所述功率单元的第三端接地，用于在所述驱动单元的控制下将所述功率单元的第二端对地导通或截止；当所述功率单元为高边输出时：所述功率单元的第三端接电源正极，用于在所述驱动单元的控制下将所述功率单元的第二端对电源正极导通或截止，

所述过流采集单元的输入端与所述功率单元的第二端连接，用于采集所述功率单元的饱和压降，所述过流采集单元的输出端与过流比较单元的第一输入端连接，所述过流阈值单元与过流比较单元的第二输入端连接用于提供与功率单元的饱和压降进行比较的阈值电压，所述过流比较单元的输出端与驱动单元的输入端连接；

当所述功率单元的饱和压降大于过流阈值单元的过流阈值电压即功率单元发生过流时，过流比较单元输出第一电压用于通过驱动单元切断功率单元的控制电压或驱动电流使所述功率单元截止。

依据本发明第三方面提供的一种采用如前所述的第一种过流保护方法的开关放大电路，其特殊之处在于，包括功率单元、过流采集单元、过流比较单元和驱动单元；

所述功率单元的第一端连接所述驱动单元，所述功率单元的第二端为用于控制负载电流的功率输出端，

当所述功率单元为低边输出时：所述功率单元的第三端接地，用于在所述驱动单元的控制下将所述功率单元的第二端对地导通或截止；当所述功率单元为高边输出时：所述功率单元的第三端接电源正极，用于在所述驱动单元的控制下将所述功率单元的第二端对电源正极导通或截止，

所述过流采集单元的输入端与所述功率单元的第二端连接，用于采集所述功率单元的饱和压降，所述过流采集单元的输出端与过流比较单元的输入端连接，所述过流比较单元的输出端与驱动单元的输入端连接，且所述过流比较单元提供对所述功率单元的饱和压降是否达到或超过允许值进行判别的过流阈值电压；

当所述功率单元的饱和压降大于所述过流阈值电压即功率单元发生过流时，过流比较单元输出第一电压通过驱动单元切断所述功率单元的控制电压或驱动电流使所述功率单元截止。

依据本发明第四方面提供的一种采用如前所述的第一种过流保护方法的开关放大电路，其特殊之处在于，包括功率单元、过流采集单元和驱动单元；

所述功率单元的第一端连接所述驱动单元，所述功率单元的第二端为用于控制负载电流的功率输出端，

当所述功率单元为低边输出时：所述功率单元的第三端接地，用于在所述驱动单元的控制下将所述功率单元的第二端对地导通或截止；当所述功率单元为高边输出时：所述功率单元的第三端接电源正极，用于在所述驱动单元的控制下将所述功率单元的第二端对电源正极导通或截止，

所述过流采集单元的输入端与所述功率单元的第二端连接，用于采集所述功率单元的饱和压降，所述过流采集单元的输出端与驱动单元的输入端连接，且所述驱动单元提供对所述功率单元的饱和压降是否达到或超过允许值进行判别的过流阈值电压；

当所述功率单元的饱和压降大于所述过流阈值电压即功率单元发生过流时，驱动单元切断所述功率单元的控制电压或驱动电流使所述功率单元截止。

依据本发明第五方面提供的一种采用如前所述的第一种所述过流保护方法的开关放大电路，其特殊之处在于，包括功率单元、过流采集单元、过流阈值单元和驱动单元；

所述功率单元的第一端连接所述驱动单元，所述功率单元的第二端为用于控制负载电流的功率输出端，

当所述功率单元为低边输出时：所述功率单元的第三端接地，用于在所述驱动单元的控制下将所述功率单元的第二端对地导通或截止；当所述功率单元为高边输出时：所述功率单元的第三端接电源正极，用于在所述驱动单元的控制下将所述功率单元的第二端对电源正极导通或截止，

所述过流采集单元的输入端与所述功率单元的第二端连接，用于采集所述功率单元的饱和压降，所述过流采集单元的输出端与驱动单元的第一输入端连接，所述过流阈值单元与驱动单元第二输入端连接用于提供与功率单元的饱和压降进行比较的阈值电压；

当所述功率单元的饱和压降大于所述过流阈值电压即功率单元发生过流时，由驱动单元切断所述功率单元的控制电压或驱动电流使所述功率单元截止。

依据本发明第六方面提供的一种采用如前所述的第二种过流保护方法的开关放大电路，其特殊之处在于，包括功率单元、过流采集单元、过流阈值单元、驱动单元和频率单元；

所述功率单元的第一端连接所述驱动单元，所述功率单元的第二端为用于控制负载电流的功率输出端，

当所述功率单元为低边输出时：所述功率单元的第三端接地，用于在所述驱动单元的控制下将所述功率单元的第二端对地导通或截止；当所述功率单元为高边输出时，所述功率单元的第三端接电源正极，用于在所述驱动单元的控制下将所述功率单元的第二端对电源正极导通或截止，

所述过流采集单元的输入端与所述功率单元的第二端连接，用于采集所述功率单元的饱和压降，所述过流采集单元的输出端与驱动单元的第一输入端连接，所述过流阈值单元与驱动单元第二输入端连接用于提供与功率单元的饱和压降进行比较的阈值电压；所述频率单元的输出端与驱动单元的输入端连接用于提供侦测脉冲，所述侦测脉冲为通过触发驱动单元使功率单元导通的窄脉冲信号，用于检测过流状态是否解除；当所述功率单元的饱和压降大于所述过流阈值电压即功率单元发生过流时，由驱动单元切断所述功率单元的控制电压或驱动电流使所述功率单元截止。

依据本发明第七方面提供的一种采用如前所述的第三种过流保护方法的开关放大电路，其特殊之处在于，包括功率单元、过流采集单元、过流阈值单元、驱动单元、频率单元和过流识别单元；

所述功率单元的第一端连接所述驱动单元，所述功率单元的第二端为用于控制负载电流的功率输出端，

当所述功率单元为低边输出时：所述功率单元的第三端接地，用于在所述驱动单元的控制下将所述功率单元的第二端对地导通或截止；当所述功率单元为高边输出时，所述功率单元的第三端接电源正极，用于在所述驱动单元的控制下将所述功率单元的第二端对电源正极导通或截止，

所述过流采集单元的输入端与所述功率单元的第二端连接，用于采集所述功率单元的饱和压降，所述过流采集单元的输出端与驱动单元的第一输入端连接，所述过流阈值单元与驱动单元第二输入端连接用于提供与功率单元的饱和压降进行比较的阈值电压；所述频率单元的输出端与驱动单元的输入端连接用于提供第一频率的侦测脉冲，所述侦测脉冲为通过触发驱动单元使功率单元导通的窄脉冲信号用于检测过流状态是否解除；所述过流识别单元的两个输入端分别连接所述频率单元的输出端和所述功率单元的第二端，用于通过对两个输入信号进行比较来识别过流状态是否解除，所述过流识别单元的输出端连接所述频率单元的输入端用于在过流状态时输出第三信号给频率单元，使所述频率单元输出第二频率的侦测脉冲，所述第二频率低于第一频率；当所述功率单元的饱和压降大于所述过流阈值电压即功率单元发生过流时，由驱动单元切断所述功率单元的控制电压或驱动电流使所述功率单元截止。

本发明的有益效果是：保护电路结构简单、成本地低，保护动作迅速、灵敏度高、一致性好、发热量低、可靠性强、适应性强、应用范围广。

附图说明

在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。

图1是本发明第一方面提供的一种功率器件的过流保护方法的流程图；

图2是本发明第一方面提供的第一种优选的功率器件的过流保护方法的流程图；

图3是本发明第一方面提供的第二种优选的功率器件的过流保护方法的流程图；

图4是本发明第二方面提供的一种采用本发明第一方面过流保护方法的功率放大电路的结构方框图；

图5是本发明第二方面提供的一种采用本发明第一方面过流保护方法的功率放大电路的结构示意图；

图6是本发明第三方面提供的一种采用本发明第一方面过流保护方法的功率放大电路的结构方框图；

图7是本发明第三方面提供的一种采用本发明第一方面过流保护方法的功率放大电路的结构示意图；

图8是本发明第四方面提供的一种采用本发明第一方面过流保护方法的功率放大电路的结构方框图；

图9是本发明第四方面提供的一种采用本发明第一方面过流保护方法的功率放大电路的结构示意图；

图10是本发明第五方面提供的一种采用本发明第一方面过流保护方法的功率放大电路的结构方框图；

图11是本发明第五方面提供的一种采用本发明第一方面过流保护方法的功率放大电路的结构示意图；

图12是本发明第五方面提供的一种采用本发明第一方面过流保护方法的功率放大电路的另一种结构示意图；

图13是本发明第六方面提供的一种采用本发明第一方面过流保护方法的功率放大电路的结构示意图；

图14是本发明第七方面提供的一种采用本发明第一方面过流保护方法的功率放大电路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

第一方面，本发明提供了三种功率器件的过流保护方法，图1是本发明实施方式的第一种过流保护方法流程图，如图1所示：

步骤S1：通过过流阈值单元获取预设的过流阈值电压或利用晶体管PN结导通阈值作为过流阈值电压作为判别所述功率器件是否过流的基准值，同时采集所述功率器件导通时的饱和压降；

步骤S2：设置由比较器构成的比较单元或驱动单元/或设置由晶体管构成的比较单元或驱动单元，且使所述比较单元和/或驱动单元与所述功率器件及所述饱和压降的采集电路构成正反馈网络，以使所述功率器件可以置位于饱和导通的稳态或复位于截止的稳态，在所述功率器件导通时，将采集到的所述饱和压降与所述过流阈值电压输入给所述比较单元或驱动单元进行比较，判别是否发生功率器件过流，若判别为未发生过流时，则进行步骤S1，若判别为发生过流时，则进行步骤S3；

步骤S3：通过所述比较单元或驱动单元切断所述功率器件控制极的驱动电压或驱动电流并使电路在信号正反馈作用下自锁在所述功率器件截止的稳态使其受到保护。

图2是本发明实施方式的第二种过流保护方法流程图，如图2所示：

步骤S1：通过过流阈值单元获取预设的过流阈值电压作为判别所述功率器件是否过流的基准值，同时采集所述功率器件导通时的饱和压降；

步骤S2：将采集到的所述饱和压降与所述过流阈值电压进行比较，判别是否发生功率器件过流，若判别为未发生过流时，则进行步骤S1，若判别为发生过流时，则进行步骤S3；

步骤S3：切断所述功率器件控制极的驱动电压或驱动电流；

步骤S4：施加一侦测脉冲使所述功率器件导通用于检测及判别所述功率器件过流是否解除，若检测到过流未解除时，进行步骤S3，若侦测脉冲检测到过流已经解除时，进行步骤S5；

步骤S5：保护电路退出对功率器件的保护，功率器件继续投入正常工作，进行步骤S1。

图3是本发明实施方式的第三种过流保护方法流程图，如图3所示：

步骤S1：通过过流阈值单元获取预设的过流阈值电压作为判别所述功率器件是否过流的基准值，同时采集所述功率器件导通时的饱和压降；

步骤S2：将采集到的所述饱和压降与所述过流阈值电压进行比较，判别是否发生功率器件过流，若判别为未发生过流时，则进行步骤S1，若判别为发生过流时，则进行步骤S3；

步骤S3：切断所述功率器件控制极的驱动电压或驱动电流；

步骤S4：施加第一频率的侦测脉冲使所述功率器件导通用于检测及判别所述功率器件过流是否解除，若检测到过流未解除时进行步骤S5，若过流解除时进行步骤S6；

步骤S5：保护电路动作，切断所述功率器件控制极的驱动电压或驱动电流，进行步骤 S6；

步骤S6：用第二频率的侦测脉冲使所述功率器件导通用于检测及判别所述功率器件过流是否解除，若过流未解除时进行步骤S5，若过流已经解除时，进行步骤S7；

步骤S7：保护电路退出对功率器件的保护，功率器件继续投入正常工作，进行步骤S1，

所述第二频率的侦测脉冲的频率低于第一频率的侦测脉冲的频率。

第二方面，提供了一种采用本发明第一方面第一种过流保护方法的功率放大电路。

如图4所示，包括功率单元、过流采集单元、过流阈值单元、过流比较单元和驱动单元，功率单元的第一端连接驱动单元，功率单元的第二端为用于控制负载电流的功率输出端，功率单元的第三端接地或接电源正极，在驱动单元的控制下将功率单元的第二端对地导通或对电源正极导通，即：当所述功率单元为低边输出时：所述功率单元的第三端接地，用于在所述驱动单元的控制下将所述功率单元的第二端对地导通或截止；当所述功率单元为高边输出时：所述功率单元的第三端接电源正极，用于在所述驱动单元的控制下将所述功率单元的第二端对电源正极导通或截止；

过流采集单元的输入端与功率单元的第二端连接，用于采集功率单元自身的饱和压降，过流采集单元的输出端与过流比较单元的输入端连接，过流阈值单元与过流比较单元连接用于提供与功率单元的饱和压降进行比较的阈值电压，过流比较单元的输出端与驱动单元的输入端连接；

在功率单元饱和导通时，其饱和导通电流在功率单元的导通内阻上会产生一个电压降即饱和压降，饱和压降电压值会跟随功率单元饱和电流的大小而变化。当功率单元的饱和电流达到其额定电流的最大值时，其饱和压降也会相应地达到允许的最大值，当功率单元发生过流时，功率单元的饱和压降会超出正常值范围。因此预设一个表征饱和压降正常值范围的基准值作为判别功率器件是否过流的基准电压即称之为“过流阈值电压”，当饱和压降低于此值，则功率单元导通电流低于安全值，未发生过流；当饱和压降高于此值，则功率单元发生过流，功率器件较容易损坏；因此可以采取直接检测功率器件饱和压降的电压值，再与“过流阈值电压”进行比较，当前者小于后者时功率器件未发生过流，则无需进行过流保护，保护电路对原状态不进行干预；当前者大于后者时功率器件发生过流，则需立即进行过流保护，此时过流比较单元输出第一电压经驱动单元切断功率单元的控制电压，使功率单元截止且状态自锁，功率单元得到保护。

如图5所示，功率单元采用功率场效应管Q2，过流采集单元采用电阻R5，过流比较单元由比较器A2、电阻R1及R2构成，驱动单元由比较器A1、电阻R3和电阻R4构成，过流阈值单元为一恒压电路；功率管Q2的源极接地即电源负极，功率管Q2的漏极为用于控制负载电流的功率输出端，还通过过流比较单元的电阻R5与比较器A2的反相输入端连接，比较器A2的同相输入端和地之间接有过流阈值单元，比较器A2的输出端和电源正极之间接有串联电阻R1和R2，电阻R1和R2的连接点作为过流比较单元的输出端与驱动单元的比较器A1的同相输入端连接，比较器A2还分别于电源正极和地连接；

比较器A1的反相输入端和地之间接有电阻R4、和电源正极之间接有电阻R3，且电阻 R1、R2、R3、R4的阻值关系满足R1/R2＞R3/R4；比较器A1的输出端与功率管Q2的栅极连接，比较器A1还分别与电源正极和地连接；比较器A1的两个输入端还用于接收外部的控制信号。

下面阐述本实施例电路的工作过程：

本实施例的电路加电后，在比较器A1的两个输入端没有接收到外部的控制信号时，功率管Q2在导通状态或截止状态都能稳定，其原因如下：

设功率管Q2截止，由于外电路负载是接在电源正极和功率输出端，所以电源正极经外部负载和电阻R5为比较器A2反相输入端提供的高电位高于同相输入端的过流阈值电压，比较器A2输出低电平0，由于R1/R2＞R3/R4，换算为R2/(R1+R2)＜R4/(R3+R4)，即电阻R2上的分压小于电阻R4上的分压，所以比较器A1的反相输入端电位高于其同相输入端电位，比较器A1输出低电平0，功率管Q2可靠截止，处于稳定的截止自锁状态。

设功率管Q2导通，外电路负载的受控端被功率管Q2拉低为功率管Q2的极低的饱和压降(即功率管Q2的漏极电压)，该饱和压降电位值经电阻R5传输至比较器A2反相输入端且低于其同相输入端的过流阈值电压，比较器A2输出高电平1，使比较器A1的同相输入端电位高于其反相输入端(电阻R3、R4的分压值)电位，比较器A1输出高电平1，功率管Q2导通，其漏极电压仅为功率管Q2极低的饱和压降，电阻R5采集到该饱和压降并反馈给比较器A2的反相输入端，由于极低的饱和压降是低于过流阈值电压的，所以比较器A2 继续输出高电平1，从而使功率管Q2处于稳定的导通自锁状态。

由上述可知，该电路在没有上电复位或者上电置位的情况下，每次开机后其输出状态不能够确定，可以根据电路工作需要，可以在比较器A1的两个输入端还分别输入来自外部的控制信号，用于对该电路在工作时及上电时进行置位和复位。

下面阐述功率管过流保护的过程：

在功率管Q2处于导通的自锁状态下，当发生功率管过流时，功率管Q2内阻Rds上的压降即饱和压降将会升高，电阻R5实时采集功率管Q2的饱和压降(即功率管漏极电压)，当该饱和压降升高至大于等于过流阈值电压时，R5采集到的信号传输到比较器A2的反相输入端，使其立即翻转，输出为低电平0；进一步使电阻R1、R2的分压节点上的电压即比较器A1同相输入端电压降低，因：R1/R2＞R3/R4，使比较器A1同相输入端低于其反相输入端电压，比较器A1立即翻转，输出为低电平0，功率管Q2立即截止切断电流，功率管漏极电压由负载抬高至电源正极电位，并经电阻R5连接至比较器A2的反相输入端高于过流阈值电压，使比较器A2继续输出0，比较器A1也输出0，功率管Q2继续截止，且电路自锁在功率管截止状态，从而使功率管得到保护，防止过流损坏；当在比较器A1的输入端输入复位信号时，电路才可以重新翻转为功率管导通状态。

第三方面，提供了一种采用本发明第一方面的第一种过流保护方法的功率放大电路。

如图6所示，包括功率单元、过流采集单元、过流比较单元和驱动单元，功率单元的第一端连接驱动单元，功率单元的第二端为用于控制负载电流的功率输出端，功率单元的第三端接地或接电源正极，在驱动单元的控制下将功率单元的第二端对地导通或对电源正极导通，即：当所述功率单元为低边输出时：所述功率单元的第三端接地，用于在所述驱动单元的控制下将所述功率单元的第二端对地导通或截止；当所述功率单元为高边输出时：所述功率单元的第三端接电源正极，用于在所述驱动单元的控制下将所述功率单元的第二端对电源正极导通或截止；

过流采集单元的输入端与功率单元的第二端连接，用于采集功率单元自身的饱和压降，过流采集单元的输出端与过流比较单元的输入端连接，且过流比较单元包含过流阈值单元，过流比较单元的输出端与驱动单元的输入端连接；且过流比较单元提供对功率单元的饱和压降是否达到或超过允许值进行判别的过流阈值电压；

在功率单元导通时，过流采集单元采集功率单元自身的饱和压降经过流比较单元进行判别，当功率单元的饱和压降大于过流阈值电压即功率单元发生过流时，由过流比较单元输出第一电压通过驱动单元切断功率单元的控制电压使功率单元截止且状态自锁，功率单元得到保护。

如图7所示，功率单元采用功率场效应管Q2，过流采集单元采用电阻R5，过流比较单元由三极管Q3和电阻R1及R2构成，驱动单元由比较器A1、电阻R3和电阻R4构成；功率管Q2的源极接地即电源负极，功率管Q2的漏极为用于控制负载电流的功率输出端且通过电阻R5与三极管Q3的基极连接，三极管Q3的发射极接地、三极管Q3的集电极和电源正极之间接有串联电阻R1和R2，电阻R1和R2的连接节点作为过流比较单元的输出端与驱动单元的比较器A1的同相输入端连接；

比较器A1反相输入端和地之间接有电阻R4、和电源正极之间接有电阻R3，且电阻R1、R2、R3、R4的阻值关系满足R1/R2＞R3/R4；比较器A1的输出端与功率管Q2的栅极连接，比较器A1还分别于电源正极和地连接；比较器A1的两个输入端还用于接收外部的控制信号。

下面阐述本实施例电路的工作过程：

本实施例的电路加电后，在比较器A1的两个输入端没有接收到外部的控制信号时，功率管Q2在导通状态或截止状态都能稳定，其原因如下：

设功率管Q2截止，由于外电路负载是接在电源正极和功率输出端之间，所以电源正极经外部负载、电阻R5使三极管Q3导通，三极管Q3集电极输出低电平0，由于R1/R2 ＞R3/R4，换算为R2/(R1+R2)＜R4/(R3+R4)，即电阻R2上的分压小于电阻R4上的分压，所以比较器A1的反相输入端电位高于其同相输入端电位，比较器A1输出低电平0，功率管Q2可靠截止，处于稳定的截止自锁状态。

设功率管Q2导通，外电路负载的受控端被功率管Q2拉低为功率管Q2的饱和压降，该饱和压降电位经采集单元的电阻R5传输至三极管Q3基极，低于作为过流阈值电压的三极管Q3的发射极导通阈值，需要说明的是，一般功率场效应管的饱和压降低于三极管的 PN结导通阈值，所以三极管Q3截止，其集电极输出高电平1，使比较器A1的同相输入端电位高于其反相输入端电位，比较器A1输出高电平1，使功率管Q2维持导通，处于稳定的导通自锁状态；在这一电路中，三极管Q3的发射结导通阈值作为过流阈值电压，例如：三极管Q3的发射结导通阈值为0.65V，而功率场效应管Q2在其额定电流之内的饱和压降不大于0.45V，在功率管未过流时，0.45V＜0.65V即功率管饱和压降低于作为过流阈值电压的三极管Q3发射结导通阈值，三极管Q3截止，功率管Q2处于正常工作状态。

由上述可知，该电路在没有上电复位或者上电置位的情况下，其输出状态不定，可以根据电路工作需要，可以在比较器A1的两个输入端分别输入控制信号，用于对该电路在工作时及上电时进行置位和复位。

下面阐述功率管过流保护的过程：

在功率管Q2处于导通的自锁状态下，当发生功率管过流时，功率管Q2内阻Rds上的压降即饱和压降将会升高，当该饱和压降升高至大于等于过流阈值电压时，例如：功率管饱和压降达到0.65V或以上，则：功率管饱和压降大于Q3发射结导通阈值，三极管Q3导通，同样的由于R1/R2＞R3/R4，使比较器A1翻转为0，功率管Q2立即截止切断电流，功率管Q2漏极电压由负载抬高至电源正极电位高于过流阈值电压，使三极管Q3继续导通其集电极仍输出低电位0，比较器A1接续输出0，功率管Q2继续截止，从而使功率管得到保护，防止过流损坏且电路自锁在功率管截止状态；当在比较器A1的输入端输入复位信号时，电路才可以重新翻转为功率管导通状态。

需要说明的是，对于不同型号的功率管和三极管，以及满足不同的负载电流需求，或者涉及到温度漂移的影响，当功率管的饱和压降较容易地达到三极管Q3的发射结电压时，可以在三极管Q3的基极上串联二极管，以调整导通阈值，使过流比较单元提供的过流阈值电压符合功率管过流保护的起控点要求，不会产生起控点过早现象。

第四方面，提供了一种采用本发明第一方面的第一种过流保护方法的功率放大电路。

如图8所示，包括功率单元、过流采集单元和驱动单元，功率单元的第一端连接驱动单元，功率单元的第二端为用于控制负载电流的功率输出端，功率单元的第三端接地或接电源正极，在驱动单元的控制下降功率单元的第二端对地导通或对电源正极导通，即：当所述功率单元为低边输出时：所述功率单元的第三端接地，用于在所述驱动单元的控制下将所述功率单元的第二端对地导通或截止；当所述功率单元为高边输出时：所述功率单元的第三端接电源正极，用于在所述驱动单元的控制下将所述功率单元的第二端对电源正极导通或截止；

过流采集单元的输入端与功率单元的第二端连接，用于采集功率单元自身的饱和压降，过流采集单元的输出端与驱动单元的输入端连接，驱动单元还提供对功率单元的饱和压降是否达到或超过允许值进行判别的过流阈值电压；

在功率单元导通时，过流采集单元采集功率单元自身的饱和压降和过流阈值电压在驱动单元进行比较，当功率单元自身的饱和压降大于过流阈值电压即功率单元发生过流时，驱动单元切断功率单元的控制电压使功率单元截止且状态自锁，使功率单元得到保护。

如图9所示，功率单元采用功率场效应管Q2，过流采集单元采用电阻R5，驱动单元由三极管Q3和电阻R7构成，三极管Q3发射结导通阈值作为过流阈值电压，同时三极管 Q3根据电阻R5所采集到的功率管饱和压降与过流阈值电压进行比较。

功率管Q2的源极接地即电源负极，功率管Q2的漏极为用于控制负载电流的功率输出端且通过电阻R5与三极管Q3的基极连接，三极管Q3的发射极接地、三极管Q3的集电极和电源正极之间接有电阻R7，三极管Q3的集电极作为驱动单元的输出端与功率管Q2 栅极连接；三极管Q3的基极即驱动单元的输入端还用于接收外部的控制信号。

下面阐述本实施例电路的工作过程：

本实施例的电路加电后，在三极管Q3基极没有接收到外部的控制信号时，功率管Q2 在导通状态或截止状态都能稳定，其原因如下：

设功率管Q2截止，由于外电路负载是接在电源正极和功率输出端，所以电源正极经外部负载、电阻R5使三极管Q3导通，三极管Q3集电极输出低电平0，功率管Q2可靠截止，处于稳定的截止自锁状态。

设功率管Q2导通，外电路负载的受控端被功率管Q2拉低为功率管Q2的饱和压降，并经电阻R5连接至三极管Q3的基极，由于功率管Q2的饱和压降低于三极管Q3的发射结导通阈值即过流阈值电压，故三极管Q3截止其集电极输出高电平1，使功率管Q2导通，处于稳定的导通自锁状态。

由上述可知，该电路在没有上电复位或者上电置位的情况下，其输出状态不定，可以根据电路工作需要，在驱动单元输入端即三极管Q3基极还输入来自外部的控制信号，用于对该电路在工作时及上电时进行置位和复位。

下面阐述功率管过流保护的过程：

在功率管Q2处于导通的自锁状态下，当发生功率管过流时，功率管Q2内阻Rds上的压降即饱和压降将会升高，当该饱和压降升高至大于等于过流阈值电压时，三极管Q3翻转为导通状态，其集电极输出为低电平0，使功率管Q2立即截止切断输出电流，功率管漏极电压由负载抬高至电源正极电位高于过流阈值电压，使三极管Q3导通其集电极继续输出低电平0，功率管Q2继续截止，从而使功率管得到保护，防止过流损坏且电路自锁在功率管截止状态；当在驱动单元输入端输入复位信号时，电路才可以重新翻转为功率管导通状态。

需要说明的是，对于不同型号的功率管和三极管，以及满足不同的负载电流需求，或者涉及到温度漂移的影响，当功率管的饱和压降较容易地达到三极管Q3的发射结电压时，可以在三极管Q3的基极上串联二极管，以调整导通阈值，使驱动单元提供的过流阈值电压符合功率管过流保护的起控点要求，不会产生起控点过早现象。

第五方面，提供了一种采用本发明第一方面的第一种过流保护方法的功率放大电路。

如图10所示，包括功率单元、过流采集单元、过流阈值单元和驱动单元，功率单元的第一端连接驱动单元，功率单元的第二端为用于控制负载电流的功率输出端，功率单元的第三端接地或接电源正极，在驱动单元的控制下降功率单元的第二端对地导通或对电源正极导通，即：当所述功率单元为低边输出时：所述功率单元的第三端接地，用于在所述驱动单元的控制下将所述功率单元的第二端对地导通或截止；当所述功率单元为高边输出时：所述功率单元的第三端接电源正极，用于在所述驱动单元的控制下将所述功率单元的第二端对电源正极导通或截止；

过流采集单元的输入端与功率单元的第二端连接，用于采集功率单元自身的饱和压降，过流采集单元的输出端与驱动单元的输入端连接，驱动还提供与功率单元的饱和压降进行比较的过流阈值电压；

在功率单元导通时，过流采集单元采集功率单元自身的饱和压降，并和过流阈值电压在驱动单元进行比较，当功率单元自身的饱和压降大于过流阈值电压即功率单元发生过流时，驱动单元切断功率单元的控制电压使功率单元截止且状态自锁，使功率单元得到保护。

如图11所示，功率单元包括功率场效应管Q2，过流采集单元包括电阻R5，驱动单元采用比较器A1，过流阈值单元为一恒压电路；功率管Q2的源极接地即电源负极，功率管 Q2的漏极为用于控制负载电流的功率输出端且通过电阻R5与比较器A1的反相输入端连接，过流阈值单元接在比较器A1的同相输入端和地之间，比较器A1的输出端与功率管Q2 的栅极连接，比较器A1还分别与电源正极和地连接，比较器A1的两个输入端还分别用于接收外部的控制信号。

下面阐述本电路的工作过程：

本实施例的电路加电后，在比较器A1的两个输入端没有接收到外部的控制信号时，功率管Q2在导通状态或截止状态都能稳定，其原因如下：

设功率管Q2截止，由于外电路负载是接在电源正极和功率输出端，所以电源正极经外部负载和电阻R5为比较器A1反相输入端提供的高电位高于同相输入端的过流阈值电压，比较器A1输出低电平0，功率管Q2可靠截止，处于稳定的截止自锁状态。

设功率管Q2导通，外电路负载的受控端被功率管Q2拉低为功率管Q2的饱和压降，该饱和压降电位经电阻R5传输至比较器A1反相输入端，低于其同相输入端的过流阈值电压，比较器A1输出高电平1，使功率管Q2维持导通，处于稳定的导通自锁状态。

由上述可知，该电路在没有上电复位或者上电置位的情况下，其输出状态不定，可以根据电路工作需要，在比较器A1的两个输入端还分别输入来自外部的控制信号，用于对该电路在工作时及上电时进行置位和复位。

下面阐述功率管过流保护的过程：

在功率管Q2处于导通的自锁状态下，当发生功率管过流时，功率管Q2内阻Rds上的压降即饱和压降将会升高，当该饱和压降升高至大于等于过流阈值电压时，使比较器A1反相输入端高于其同相输入端电压，比较器A1立即翻转输出为低电平0，功率管Q2截止，切断连接在功率输出端的负载电流，功率管漏极电压由负载抬高至电源正极电位高于过流阈值电压，使比较器A1继续输出0，功率管Q2继续截止且电路自锁在功率管截止状态，从而使功率管得到保护，防止过流损坏；当在比较器A1的输入端输入复位信号时，电路才可以重新翻转为功率管导通状态。

第五方面还提供了一种采用本发明第一方面过流保护方法功率放大电路的另一种形式。

如图12所示，功率单元采用PMOS功率场效应管Q4，过流采集单元采用电阻R6，驱动单元采用比较器A3，过流阈值单元为一恒压电路，功率管Q4的源极接电源正极，功率管Q4的漏极为用于控制负载电流的功率输出端且通过电阻R6与比较器A3的反相输入端连接，过流阈值单元接在比较器A3的同相输入端和电源正极之间，比较器A3的输出端与功率管Q4的栅极连接，比较器A3还分别于电源正极和地连接，比较器A3的两个输入端还分别用于接收外部的控制信号。

下面阐述本电路的工作过程：

本电路加电后，在比较器A3的两个输入端没有接收到外部的控制信号时，功率管Q4 在导通状态或截止状态都能稳定，其原因如下：

设功率管Q4截止，由于外电路负载是接在功率输出端和地之间，电源负极即地经外部负载和电阻R6为比较器A3反相输入端提供的电压接近地电位，其低于同相输入端的过流阈值电压，比较器A1输出高电平1，功率管Q4可靠截止，处于稳定的截止自锁状态。

设功率管Q4导通，功率管Q4漏极输出接近于电源正极的电压(实际是电源正极电压与功率管Q2的饱和压降之差)，该电位值经电阻R6传输至比较器A3反相输入端，高于其同相输入端的过流阈值电压，比较器A3输出低电平0，使功率管Q4维持导通，处于稳定的导通自锁状态。

由上述可知，该电路在没有上电复位或者上电置位的情况下，其输出状态不定，可以可以根据电路工作需要，在比较器A3的两个输入端还分别输入来自外部的控制信号，用于对该电路在工作时及上电时进行置位和复位。

下面阐述功率管过流保护的过程：

在功率管Q4处于导通的自锁状态下，当发生功率管过流时，功率管Q4内阻Rds上的压降即饱和压降将会升高，当该饱和压降升高至大于等于过流阈值电压时，比较器A1翻转为输出高电平1，使PMOS功率管Q4立即截止切断电流，功率管漏极电压由负载拉低至接近电源负极即地电位，低于过流阈值电压，使比较器A3继续输出高电平1，功率管Q4 继续截止且电路自锁在功率管截止状态，从而使功率管得到保护，防止过流损坏；当在比较器A1的输入端输入复位信号时，电路才可以重新翻转为功率管导通状态。

第六方面，提供了一种采用本发明第一方面的第二种过流保护方法的功率放大电路，如图13所示，包括功率单元、过流采集单元、过流阈值单元、驱动单元和频率单元；

功率单元的第一端连接驱动单元，功率单元的第二端为用于控制负载电流的功率输出端，功率单元的第三端接地或接电源正极，用于在驱动单元的控制下降功率单元的第二端对地导通或对电源正极导通，即：当所述功率单元为低边输出时：所述功率单元的第三端接地，用于在所述驱动单元的控制下将所述功率单元的第二端对地导通或截止；当所述功率单元为高边输出时：所述功率单元的第三端接电源正极，用于在所述驱动单元的控制下将所述功率单元的第二端对电源正极导通或截止；

过流采集单元的输入端与功率单元的第二端连接，用于采集功率单元的饱和压降，过流采集单元的输出端与驱动单元的第一输入端连接，过流阈值单元与驱动单元第二输入端连接用于提供与功率单元的饱和压降进行比较的阈值电压；频率单元的输出端与驱动单元的输入端连接用于提供侦测脉冲，侦测脉冲为通过触发驱动单元使功率单元导通的窄脉冲信号，用于检测过流状态是否解除；当功率单元的饱和压降大于过流阈值电压即功率单元发生过流时，由驱动单元切断功率单元的控制电压或驱动电流，使功率单元截止且状态自锁，功率单元得到保护。

图13的电路是以采用PMOS功率场效应管Q4作为功率单元高边输出的控制电路为例，过流采集单元采用电阻R6，驱动单元采用比较器A3，过流阈值单元为一恒压电路，功率管Q4的源极接电源正极，功率管Q4的漏极为用于控制负载电流的功率输出端且通过电阻R6与比较器A3的反相输入端连接，过流阈值单元接在比较器A3的同相输入端和电源正极之间，比较器A3的输出端与功率管Q4的栅极连接，比较器A3还分别于电源正极和地连接，比较器A3的两个输入端还分别用于接收外部的控制信号，其中，比较器A3的反相输入端连接频率单元的输出端用于接收频率单元输出的窄脉冲信号，频率单元还与电源正极、电源负极分别连接；频率单元输出一定频率的高电平的窄脉冲，且脉冲非高电平时呈高阻态。

下面阐述本电路的工作过程：

本电路加电后，在比较器A3的反相输入端接收到频率单元输出端高电平窄脉冲信号时，比较器A3的反相输入端高于其同相输入端的过流阈值电压，比较器A3输出低电平0，使PMOS功率管Q4导通，功率管Q4漏极输出接近于电源正极的电压(实际是电源正极电压与功率管Q2的饱和压降之差)，该电位值经电阻R6传输至比较器A3反相输入端，当窄脉冲过后，脉冲非高电平时呈高阻态，比较器A3的反相输入端电压不受频率单元的影响，只由电阻R6得到接近于Q4的漏极电压，该电压高于同相输入端的过流阈值电压，使比较器 A3保持输出低电平0，功率管Q4继续导通，处于稳定的导通自锁状态。

由上述可知，电路在频率单元输出的窄脉冲作用下，被置位为功率管导通的自锁状态，当比较器连续接收窄脉冲信号时，上述功率管导通的状态不变。可以根据不同的功能需求，将本电路应用在不同的电路中，如在比较器的输入端施加相应的信号，以构成具有灵敏可靠的过流保护功能的占空比调制电路等。

下面阐述功率管过流保护的过程：

在频率单元输出端脉冲在非窄脉冲期间，频率单元输出端呈高阻态，对比较器A3的反相输入端没有影响，在功率管Q4处于导通的自锁状态下，当发生功率管过流时，功率管Q4内阻Rds上的压降即饱和压降将会升高，当该饱和压降升高至大于等于过流阈值电压时，比较器A1反相输入端的饱和压降高于同相输入端的过流阈值电压，使比较器A3翻转为输出高电平1，PMOS功率管Q4立即截止切断负载电流，功率管漏极电压由负载拉低至接近电源负极即地电位，低于过流阈值电压，使比较器A3继续输出高电平1，功率管Q4继续截止且电路自锁在功率管截止状态，从而使功率管得到保护，防止过流损坏；

在比较器A3的反相输入端接收到频率单元的高电平窄脉冲信号时，电路才重新翻转为功率管导通状态，该高电平窄脉冲到来期间，比较器A3与窄脉冲同步地输出低电平0，使 PMOS功率管Q4同步地短暂导通，用于检测过流是否解除，其过程是：

窄脉冲刚刚到来时，比较器A3的反相输入端高于同相输入端电压，使比较器A3输出低电平，PMOS功率管立即导通，功率管漏极输出的高电位，过流采集单元电阻R6实时采集漏极电压，当窄脉冲过后，频率单元输出端呈高阻态；

(1)功率管过流解除后，其饱和压降小于过流阈值电压，漏极电压经电阻R6为比较器A3反相输入端提供的电压继续高于同相输入端的过流阈值电压，使比较器A3继续输出低电平，PMOS功率管仍保持正常导通；

(2)当功率管Q4过流未解除时，其饱和压降大于过流阈值电压，漏极电压经电阻R6为比较器A3反相输入端提供的电压低于同相输入端的过流阈值电压，使比较器A3翻转输出高电平，PMOS功率管截止，由于外电路负载是接在功率输出端和地之间，电源负极即地经外部负载和电阻R6为比较器A3反相输入端提供的电压接近地电位，其低于同相输入端的过流阈值电压，比较器A1输出高电平1，功率管Q4可靠截止，处于稳定的截止自锁状态，从而使功率管得到保护；

需要说明的是，频率单元输出的高电平窄脉冲宽度期间，功率管同步导通，因此频率单元的窄脉冲宽度可以根据需要设计在功率管安全的过流峰值持续时间范围内，这样在负载短路等造成连续过流时，功率管在多次窄脉冲的重复作用下，功率管会与窄脉冲同频、同宽地短暂导通，且使其热功率消耗在其温升的安全范围内，所以窄脉冲作为监测是否过流的侦测脉冲。

此外，频率单元还可以设计为输出低电平窄脉冲的方式，其输出端连接比较器的同相输入端或者功率管的栅极等其他等效变换形式来实现本技术方案的功能。

第七方面，提供了一种采用本发明第一方面的第三种过流保护方法的功率放大电路，如图14所示，包括功率单元、过流采集单元、过流阈值单元、驱动单元、频率单元和过流识别单元；

功率单元的第一端连接驱动单元，功率单元的第二端为用于控制负载电流的功率输出端，功率单元的第三端接地或接电源正极，用于在驱动单元的控制下降功率单元的第二端对地导通或对电源正极导通，即：当所述功率单元为低边输出时：所述功率单元的第三端接地，用于在所述驱动单元的控制下将所述功率单元的第二端对地导通或截止；当所述功率单元为高边输出时：所述功率单元的第三端接电源正极，用于在所述驱动单元的控制下将所述功率单元的第二端对电源正极导通或截止；

过流采集单元的输入端与功率单元的第二端连接，用于采集功率单元的饱和压降，过流采集单元的输出端与驱动单元的第一输入端连接，过流阈值单元与驱动单元第二输入端连接用于提供与功率单元的饱和压降进行比较的阈值电压；频率单元的输出端与驱动单元的输入端连接用于提供第一频率的侦测脉冲，侦测脉冲为通过触发驱动单元使功率单元导通的窄脉冲信号用于检测过流状态是否解除；过流识别单元的两个输入端分别连接频率单元的输出端和功率单元的第二端，用于通过对两个输入信号进行比较来识别过流状态是否解除，过流识别单元的输出端连接频率单元的输入端用于在过流状态时输出第三信号给频率单元，使频率单元输出第二频率的侦测脉冲，第二频率的侦测脉冲的频率低于第一频率的侦测脉冲的频率；当功率单元的饱和压降大于过流阈值电压即功率单元发生过流时，由驱动单元切断功率单元的控制电压或驱动电流，使功率单元截止且状态自锁，功率单元得到保护。

图14的电路是以采用PMOS功率场效应管Q4作为功率单元高边输出的控制电路为例，过流采集单元采用电阻R6，驱动单元采用比较器A3，过流阈值单元为一恒压电路，功率管Q4的源极接电源正极，功率管Q4的漏极为用于控制负载电流的功率输出端且通过电阻R6与比较器A3的反相输入端连接，过流阈值单元接在比较器A3的同相输入端和电源正极之间，比较器A3的输出端与功率管Q4的栅极连接，比较器A3还分别于电源正极和地连接，比较器A3的两个输入端还分别用于接收外部的控制信号，其中，比较器A3的反相输入端连接频率单元的输出端用于接收频率单元输出的窄脉冲信号，频率单元还与电源正极、电源负极分别连接；频率单元输出第一频率的高电平的窄脉冲作为侦测脉冲，且脉冲非高电平时呈高阻态，过流识别单元一个输入端连接功率管Q4的漏极，其另一个输入端连接频率单元的输出端，用于将功率管输出端的信号与频率单元输出端的窄脉冲信号进行比较，当发生过流时输出第三信号给频率单元，使频率单元输出第二频率的侦测脉冲，亦为高电平窄脉冲，且第二频率频率低于第一频率。

下面阐述本电路的工作过程：

本电路加电后，在比较器A3的反相输入端接收到频率单元输出端第一频率的高电平窄脉冲信号时，比较器A3的反相输入端高于其同相输入端的过流阈值电压，比较器A3输出低电平0，使PMOS功率管Q4导通，功率管Q4漏极输出接近于电源正极的电压(实际是电源正极电压与功率管Q2的饱和压降之差)，该电位值经电阻R6传输至比较器A3反相输入端，当窄脉冲过后，脉冲非高电平时呈高阻态，比较器A3的反相输入端电压不受频率单元的影响，只由电阻R6得到接近于Q4的漏极电压，该电压高于同相输入端的过流阈值电压，使比较器A3保持输出低电平0，功率管Q4继续导通，处于稳定的导通自锁状态；在未发生过流的上述过程中，过流识别单元的输出端对频率单元输出第一频率的窄脉冲没有影响。

由上述可知，电路在频率单元输出的第一频率的窄脉冲作用下，被置位为功率管导通的自锁状态，当比较器连续接收第一频率的窄脉冲信号时，上述功率管导通的状态不变。可以根据不同的功能需求，将本电路应用在不同的电路中，如在比较器的输入端施加相应的信号，以构成具有灵敏可靠的过流保护功能的占空比调制电路等。

下面阐述功率管过流保护的过程：

在频率单元输出端脉冲在非窄脉冲期间，频率单元输出端呈高阻态，对比较器A3的反相输入端没有影响，在功率管Q4处于导通的自锁状态下，当发生功率管过流时，功率管Q4内阻Rds上的压降即饱和压降将会升高，当该饱和压降升高至大于等于过流阈值电压时，比较器A1反相输入端的饱和压降高于同相输入端的过流阈值电压，使比较器A3翻转为输出高电平1，PMOS功率管Q4立即截止切断负载电流，功率管漏极电压由负载拉低至接近电源负极即地电位，低于过流阈值电压，使比较器A3继续输出高电平1，功率管Q4继续截止且电路自锁在功率管截止状态，从而使功率管得到保护，防止过流损坏；

在比较器A3的反相输入端接收到下一个频率单元输出的第一频率的高电平窄脉冲信号时，电路才重新翻转为功率管导通状态，该高电平窄脉冲到来期间，比较器A3与窄脉冲同步地输出低电平0，使PMOS功率管Q4同步地短暂导通，用于检测过流是否解除，其过程是：

当过流已经解除时，功率管导通时间T1长于第一频率的窄脉冲高电平持续时间T2，过流识别单元根据所接收的功率管漏极电压信号与第一频率的窄脉冲信号确定T1＞T2时，过流识别单元的输出端对频率单元没有影响，频率单元仍输出第一频率的侦测脉冲；

当过流未解除时，功率管会与第一频率的窄脉冲同步地导通，使功率管导通时间T1接近于第一频率的窄脉冲高电平持续时间T2，过流识别单元根据所接收的功率管漏极电压信号与第一频率的窄脉冲信号确定T1≈T2时，识别为持续过流，过流识别单元的输出第三信号给频率单元，使频率单元降低输出窄脉冲频率，输出第二频率的窄脉冲信号即第二频率的侦测脉冲，该脉冲亦为高电平窄脉冲且非窄脉冲器件呈高阻态；

此后电路便以第二频率的侦测脉冲检测过流是否解除，当过流识别单元根据所接收的信号再次确定T1＞T2时，识别为过流已解除，过流识别单元停止输出第三信号，频率单元恢复输出第一频率的侦测脉冲。

这样的好处是：频率单元输出的高电平窄脉冲宽度期间，功率管同步导通，因此降低侦测脉冲的频率可以减少连续过流时功率管导通次数，减少过流峰值对功率管的冲击，降低功率管温升、减少过流脉冲峰值电流产生的电磁辐射干扰、提高过流保护电路的灵敏度和安全可靠性。

以上仅是本发明优选的实施方式，需指出是，对于本领域技术人员在不脱离本技术方案思路的前提下，还可以作出若干变形和改进，上述变形和改进的技术方案应同样视为落入本技术方案要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种功率单元的过流保护方法，其特征在于，包括：

步骤S1：利用过流阈值单元获取预设的过流阈值电压或采用晶体管PN结导通阈值作为过流阈值电压，所述过流阈值电压作为判别所述功率单元是否过流的基准值，所述基准值大于或等于所述功率单元导通时的饱和电压，同时采集所述功率单元的输出端的电压；

步骤S2：设置比较单元和驱动单元，或者仅设置驱动单元；并且，使设置的比较单元和驱动单元，或者使设置的驱动单元，与所述功率单元以及采集所述功率单元的输出端的电压的采集电路构成正反馈网络；其中，在设置比较单元和驱动单元时，所述比较单元的输出端连接所述驱动单元的一个输入端，所述比较单元由比较器或晶体管构成，所述采集电路的一端连接所述功率单元的输出端，另一端连接所述比较单元的一个输入端，所述采集电路用于采集所述功率单元的输出端的电压，所述驱动单元为所述功率单元提供驱动电压或驱动电流；在仅设置驱动单元时，所述驱动单元由比较器或晶体管构成，所述采集电路的一端连接在所述功率单元的输出端，另一端连接在所述驱动单元的一个输入端，所述采集电路用于采集所述功率单元的输出端的电压，所述驱动单元为所述功率单元提供驱动电压或驱动电流；所述正反馈网络使得所述功率单元置位于饱和导通的稳态或复位于截止的稳态；在所述功率单元导通时，将采集到的所述功率单元的输出端的电压与所述过流阈值电压在所述比较单元或在所述驱动单元进行比较，判别是否发生功率单元过流，若判别为未发生过流时，则进行步骤S1，若判别为发生过流时，则进行步骤S3；

步骤S3：所述比较单元或所述驱动单元控制所述功率单元截止，所述正反馈网络在信号正反馈作用下使得所述功率单元被自锁在截止的稳态，从而使所述功率单元受到保护。

2.根据权利要求1所述的功率单元的过流保护方法，其特征在于，还包括：

步骤S4：施加一侦测脉冲使所述功率单元导通用于检测及判别所述功率单元过流是否解除，若检测到过流未解除时，进行步骤S3，若侦测脉冲检测到过流已经解除时，进行步骤S5；

步骤S5：退出对功率单元的保护，功率单元继续投入正常工作，进行步骤S1。

3.根据权利要求1所述的功率单元的过流保护方法，其特征在于，还包括：

步骤S4：施加第一频率的侦测脉冲使所述功率单元导通用于检测及判别所述功率单元过流是否解除，若检测到过流未解除时进行步骤S5，若过流解除时进行步骤S7；

步骤S5：切断所述功率单元的驱动电压或驱动电流，进行步骤S6；

步骤S6：用第二频率的侦测脉冲使所述功率单元导通用于检测及判别所述功率单元过流是否解除，若过流未解除时进行步骤S5，若过流已经解除时，进行步骤S7；

步骤S7：退出对功率单元的保护，功率单元继续投入正常工作，进行步骤S1，

所述第二频率的侦测脉冲的频率低于第一频率的侦测脉冲的频率。

4.一种采用如权利要求1所述过流保护方法的包括功率单元的开关放大电路，其特征在于，所述开关放大电路还包括过流采集单元、过流阈值单元、过流比较单元和驱动单元；

所述功率单元包括第一端、第二端和第三端，所述功率单元的第一端为输入端，且所述输入端连接所述驱动单元，所述功率单元的第二端为功率输出端，所述功率输出端用于为负载提供电流，

当所述功率单元采用低边输出控制方式时，即负载接在所述功率输出端和电源正极之间时，所述功率单元的第三端接地，用于在所述驱动单元的控制下将所述功率单元的第二端对地导通或对地截止；当所述功率单元采用高边输出控制方式时，即负载接在所述功率输出端和电源负极之间时，所述功率单元的第三端接电源正极，用于在所述驱动单元的控制下将所述功率单元的第二端对电源正极导通或对电源正极截止，

所述过流采集单元的输入端与所述功率单元的第二端连接，用于采集所述功率单元的输出端的电压，所述过流采集单元的输出端与过流比较单元的第一输入端连接，所述过流阈值单元与过流比较单元的第二输入端连接用于提供与功率单元的输出端的电压进行比较的过流阈值电压，所述过流比较单元的输出端与驱动单元的输入端连接；

当所述功率单元发生过流时，过流比较单元输出第一电压用于通过驱动单元切断功率单元的驱动电压或驱动电流使所述功率单元截止。

5.一种采用如权利要求1所述过流保护方法的包括功率器件的开关放大电路，其特征在于，所述开关放大电路还包括过流采集单元、过流比较单元和驱动单元；

所述功率单元包括第一端、第二端和第三端，所述功率单元的第一端为输入端，所述输入端连接所述驱动单元，所述功率单元的第二端为功率输出端，所述功率输出端用于为负载提供电流，

当所述功率单元采用低边输出控制方式时，即负载接在所述功率输出端和电源正极之间时，所述功率单元的第三端接地，用于在所述驱动单元的控制下将所述功率单元的第二端对地导通或对地截止；当所述功率单元采用高边输出控制方式时，即负载接在所述功率输出端和电源负极之间时，所述功率单元的第三端接电源正极，用于在所述驱动单元的控制下将所述功率单元的第二端对电源正极导通或对电源正极截止，

所述过流采集单元的输入端与所述功率单元的第二端连接，用于采集所述功率单元的输出端的电压，所述过流采集单元的输出端与过流比较单元的输入端连接，所述过流比较单元的输出端与驱动单元的输入端连接，且所述过流比较单元提供对所述功率单元的输出端的电压是否达到或超过允许值进行判别的过流阈值电压；

当所述功率单元发生过流时，过流比较单元输出第一电压通过驱动单元切断所述功率单元的驱动电压或驱动电流使所述功率单元截止。

6.一种采用如权利要求1所述过流保护方法的包括功率单元的开关放大电路，其特征在于，所述开关放大电路还包括过流采集单元和驱动单元；

所述功率单元包括第一端、第二端和第三端，所述功率单元的第一端为输入端，所述输入端连接所述驱动单元，所述功率单元的第二端为功率输出端，所述功率输出端用于为负载提供电流，

当所述功率单元采用低边输出控制方式时，即负载接在所述功率输出端和电源正极之间时，所述功率单元的第三端接地，用于在所述驱动单元的控制下将所述功率单元的第二端对地导通或对地截止；当所述功率单元采用高边输出控制方式时，即负载接在所述功率输出端和电源负极之间时，所述功率单元的第三端接电源正极，用于在所述驱动单元的控制下将所述功率单元的第二端对电源正极导通或对电源正极截止，

所述过流采集单元的输入端与所述功率单元的第二端连接，用于采集所述功率单元的输出端的电压，所述过流采集单元的输出端与驱动单元的输入端连接，且所述驱动单元提供对所述功率单元导通的输出端的电压是否达到或超过允许值进行判别的过流阈值电压；

当所述功率单元发生过流时，驱动单元切断所述功率单元的驱动电压或驱动电流使所述功率单元截止。

7.一种采用如权利要求1所述过流保护方法的包括功率单元的开关放大电路，其特征在于，所述开关放大电路还包括过流采集单元、过流阈值单元和驱动单元；

所述功率单元包括第一端、第二端和第三端，所述功率单元的第一端为输入端，所述输入端连接所述驱动单元，所述功率单元的第二端为功率输出端，所述功率输出端用于为负载提供电流，

当所述功率单元采用低边输出控制方式时，即负载接在所述功率输出端和电源正极之间时，所述功率单元的第三端接地，用于在所述驱动单元的控制下将所述功率单元的第二端对地导通或对地截止；当所述功率单元采用高边输出控制方式时，即负载接在所述功率输出端和电源负极之间时，所述功率单元的第三端接电源正极，用于在所述驱动单元的控制下将所述功率单元的第二端对电源正极导通或对电源正极截止，

所述过流采集单元的输入端与所述功率单元的第二端连接，用于采集所述功率单元的输出端的电压，所述过流采集单元的输出端与驱动单元的第一输入端连接，所述过流阈值单元与驱动单元第二输入端连接用于提供与功率单元的输出端的电压进行比较的过流阈值电压；

当所述功率单元发生过流时，驱动单元切断所述功率单元的驱动电压或驱动电流使所述功率单元截止。

8.一种采用如权利要求2所述过流保护方法的包括功率单元的开关放大电路，其特征在于，所述开关放大电路还包括过流采集单元、过流阈值单元、驱动单元和频率单元；

所述功率单元具有第一端、第二端和第三端，所述功率单元的第一端为输入端，所述输入端连接所述驱动单元，所述功率单元的第二端为功率输出端，所述功率输出端用于为负载提供电流，

当所述功率单元采用低边输出控制方式时，即负载接在所述功率输出端和电源正极之间时，所述功率单元的第三端接地，用于在所述驱动单元的控制下将所述功率单元的第二端对地导通或对地截止；当所述功率单元采用高边输出控制方式时，即负载接在所述功率输出端和电源负极之间时，所述功率单元的第三端接电源正极，用于在所述驱动单元的控制下将所述功率单元的第二端对电源正极导通或对电源正极截止；

所述过流采集单元的输入端与所述功率单元的第二端连接，用于采集所述功率单元的输出端的电压，所述过流采集单元的输出端与驱动单元的第一输入端连接，所述过流阈值单元与驱动单元第二输入端连接用于提供与功率单元的输出端的电压进行比较的过流阈值电压；所述频率单元的输出端与驱动单元的第一输入端连接用于提供侦测脉冲，所述侦测脉冲为通过触发驱动单元使功率单元导通的窄脉冲信号，用于检测过流状态是否解除；当所述功率单元发生过流时，由驱动单元切断所述功率单元的驱动电压或驱动电流使所述功率单元截止。

9.一种采用如权利要求3所述过流保护方法的包括功率单元的开关放大电路，其特征在于，所述开关放大电路还包括过流采集单元、过流阈值单元、驱动单元、频率单元和过流识别单元；

所述功率单元具有第一端、第二端和第三端，所述功率单元的第一端为输入端，所述输入端连接所述驱动单元，所述功率单元的第二端为功率输出端，所述功率输出端用于为负载提供电流，

当所述功率单元采用低边输出控制方式时，即负载接在所述功率输出端和电源正极之间时，所述功率单元的第三端接地，用于在所述驱动单元的控制下将所述功率单元的第二端对地导通或对地截止；当所述功率单元采用高边输出控制方式时，即负载接在所述功率输出端和电源负极之间时，所述功率单元的第三端接电源正极，用于在所述驱动单元的控制下将所述功率单元的第二端对电源正极导通或对电源正极截止，

所述过流采集单元的输入端与所述功率单元的第二端连接，用于采集所述功率单元的输出端的电压，所述过流采集单元的输出端与驱动单元的第一输入端连接，所述过流阈值单元与驱动单元第二输入端连接用于提供与功率单元的输出端的电压进行比较的过流阈值电压；所述频率单元的输出端与驱动单元的第一输入端连接用于提供第一频率的侦测脉冲，所述侦测脉冲为通过触发驱动单元使功率单元导通的窄脉冲信号用于检测过流状态是否解除；所述过流识别单元的两个输入端分别连接所述频率单元的输出端和所述功率单元的第二端，用于通过对两个输入信号进行比较来识别过流状态是否解除，所述过流识别单元的输出端连接所述频率单元的输入端用于在过流状态时输出第三信号给频率单元，使所述频率单元输出第二频率的侦测脉冲，所述第二频率低于第一频率；当所述功率单元发生过流时，由驱动单元切断所述功率单元的驱动电压或驱动电流使所述功率单元截止。