CN108336714A - 一种过流保护回路及车载设备 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供一种过流保护回路及车载设备，涉及汽车配件，能够在电流保护回路在切断流向外部设备的电流后，在经过预设时间阈值后重新导通电流保护回路以向外部设备提供电流，避免了现有技术中操作繁琐的问题。该过流保护回路，设置于电源与外部设备之间，包括：第一开关晶体管、限流电阻、第一分压电阻、电流检测放大器、第二分压电阻、电压检测器、单稳态触发器、定时器以及第二开关晶体管。本发明的实施例用于车载设备向外部设备供电。

Description

一种过流保护回路及车载设备

技术领域

本发明的实施例涉及汽车配件，尤其涉及一种过流保护回路及车载设备。

背景技术

随着汽车多媒体的发展，车载设备的应用越来越广泛，其中为了扩展车载设备的功能，通常车载设备支持向接入的外部设备提供电源，为保护车载设备，现有技术中，通常在检测到车载设备向外部设备提供的电流超过额定电流(过流)时，通过过流保护回路中的开关元件切断流向外部设备的电流，从而实现了对车载设备的保护。

但是，现有技术中，电流保护回路在切断流向外部设备的电流后，若故障排除，需要操作人员手动重启电流保护回路，车载设备才能向外接设备输出电流，操作繁琐。

发明内容

本发明的实施例提供一种过流保护回路及车载设备，电流保护回路在切断流向外部设备的电流后，在经过预设时间阈值后重新导通电流保护回路以向外部设备提供电流，避免了现有技术中操作繁琐的问题。

第一方面，提供一种过流保护回路，设置于电源与外部设备之间，，包括：第一开关晶体管、限流电阻、第一分压电阻、电流检测放大器、第二分压电阻、电压检测器、单稳态触发器、定时器以及第二开关晶体管；

其中：所述第一开关晶体管的第一端连接电源，所述第一开关晶体管的第二端连接所述限流电阻的第一端；所述限流电阻的第二端连接所述外部设备；

所述电流检测放大器的第一输入端通过所述第一分压电阻连接至所述限流电阻的第一端，所述电流检测放大器的第二输入端连接所述限流电 阻的第二端，所述电流检测放大器的输出端连接所述电压检测器的输入端并通过所述第二分压电阻公共电平端；

所述电压检测器的输入端连接所述电流检测放大器的输出端，所述电压检测器的输出端连接所述单稳态触发器的负脉冲触发端；所述单稳态触发器的负脉冲输出端连接所述第二开关晶体管的控制端；所述定时器连接所述单稳态触发器的第一外接电容端和第二外接电容端；所述第二开关晶体管的第一端连接公共电平端，所述第二开关晶体管的第二端连接所述第一开关晶体管的控制端；

在常态下所述单稳态触发器的负脉冲触发端向所述第二开关晶体管的控制端输出导通电压控制所述第二开关晶体管处于导通状态，所述第一开关晶体管在所述公共电平端的控制下处于导通状态；

所述电流检测放大器用于检测所述限流电阻的第一端和第二端之间的分压Vsense，并根据所述分压通过所述电流检测放大器的输出端向所述电压检测器的输入端输出VOUT，其中VOUT等于所述Vsense*(Rout/Rin)，Rin为第一电阻的阻值，Rout为第二电阻的阻值；

所述电压检测器用于检测到VOUT大于门限值时向所述单稳态触发器的负脉冲触发端发送触发脉冲，所述单稳态触发器根据所述触发脉冲通过所述负脉冲输出端向所述第二开关晶体管的控制端发送截止信号，控制所述第二开关晶体管关闭；从而将所述公共电平端与所述第一开关晶体管的控制端断路，所述第一开关晶体管关闭；

当所述负脉冲输出端开始向所述第二开关晶体管的控制端发送截止信号时，所述定时器开启，经过预设时间阈值后，所述定时器通过第一外接电容端和第二外接电容端触发所述单稳态触发器的负脉冲触发端向所述第二开关晶体管的控制端输出导通电压。

可选的，所述电流检测放大器包括比较器和MOS场效应晶体管，所述比较器的正向输入端连接所述电流检测放大器的第二输入端，所述比较器的反向输入端连接所述电流检测放大器的第一输入端，所述比较器的输出端连接所述MOS场效应晶体管的栅极，所述MOS场效应晶体管的源极连接所述比较器的反向输入端，所述MOS场效应晶体管的漏极连接所述电流检测放大器的输出端；

所述比较器用于检测所述分压Vsense，当所述分压超过预设值时向所述MOS场效应晶体管的栅极输入开启信号以将所述MOS场效应晶体管的源极和漏极导通。

可选的，所述定时器包括电容，所述电容的第一端连接所述第一外接电容端，所述电容的第二端连接所述第二外接电容端；

其中，所述电容的第一端还通过第三电阻连接至工作电平端，用于为所述电容充电，所述预设时间阈值与所述电容的充放电时长正相关。

可选的，所述单稳态触发器还包括正脉冲触发端、和清零端，所述负脉冲触发端还通过第四电阻连接至所述工作电平端，所述正脉冲触发端通过第五电阻连接至所述工作电平端，所述清零端通过第六电阻连接至所述工作电平端。

第二方面，提供一种车载设备，包括上述任一过流保护回路。

上述方案提供的过流保护回路，设置于电源与外部设备之间，结构上包括：第一开关晶体管、限流电阻、第一分压电阻、电流检测放大器、第二分压电阻、电压检测器、单稳态触发器、定时器以及第二开关晶体管；由于在常态下所述单稳态触发器的负脉冲触发端向所述第二开关晶体管的控制端输出导通电压控制所述第二开关晶体管处于导通状态，所述第一开关晶体管在所述公共电平端的控制下处于导通状态，因此可以将电流在电源与外部设备之间传导；进一步的，电流检测放大器用于检测所述限流电阻的第一端和第二端之间的分压Vsense，并根据所述分压通过所述电流检测放大器的输出端向所述电压检测器的输入端输出VOUT，其中VOUT等于所述Vsense*(Rout/Rin)，Rin为第一电阻的阻值，Rout为第二电阻的阻值；电压检测器检测到VOUT大于门限值时向所述单稳态触发器的负脉冲触发端发送触发脉冲，所述单稳态触发器根据所述触发脉冲通过所述负脉冲输出端向所述第二开关晶体管的控制端发送截止信号，控制所述第二开关晶体管关闭；从而将所述公共电平端与所述第一开关晶体管的控制端断路，所述第一开关晶体管关闭；从而可以在限流电阻上流经的电流超限时，可以将电源与外部设备之间的电流传导切断；而当负脉 冲输出端开始向所述第二开关晶体管的控制端发送截止信号时，所述定时器开启，经过预设时间阈值后，所述定时器通过第一外接电容端和第二外接电容端触发所述单稳态触发器的负脉冲触发端向所述第二开关晶体管的控制端输出导通电压；最后在定时器计满预设时间阈值后重新将电流在电源与外部设备之间传导，如上可以实现循环检测判断而无需用户手动操作，避免了现有技术中操作繁琐的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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为本发明的实施例提供的一种过流保护回路的结构示意图。

图2为本发明的实施例提供的一种过流保护回路的电路示意图。

图3为本发明的实施例提供的一种单稳态触发器的的端口信号逻辑关系示意图。

图4为本发明的实施例提供的一种单稳态触发器的端口信号以及电容Ct的充放电系数的逻辑时序状态图。

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。

本发明的实施例提供一种过流保护回路10应用于车载设备，其中该过流保护回路10设置于电源20与外部设备30之间，包括：第一开关晶体管11、限流电阻12、第一分压电阻Rin、电流检测放大器13、第二分压电阻Rout、电压检测器14、单稳态触发器15、定时器16以及第二开关晶体管17；

其中：第一开关晶体管11的第一端连接电源20，第一开关晶体 管11的第二端连接限流电阻12的第一端；限流电阻12的第二端连接外部设备30；

电流检测放大器13的第一输入端通过第一分压电阻Rin连接至限流电阻12的第一端，电流检测放大器13的第二输入端连接限流电阻12的第二端，电流检测放大器13的输出端连接电压检测器14的输入端并通过第二分压电阻Rout连接公共电平端，例如接地S_GND；

电压检测器14的输入端连接电流检测放大器13的输出端，电压检测器14的输出端连接单稳态触发器15的负脉冲触发端(端)；单稳态触发器15的负脉冲输出端(端)连接第二开关晶体管17的控制端；定时器16连接单稳态触发器15的第一外接电容端RT和第二外接电容端CT；第二开关晶体管17的第一端连接公共电平端，第二开关晶体管17的第二端连接第一开关晶体管11的控制端；

在常态下单稳态触发器15的负脉冲触发端向第二开关晶体管17的控制端输出导通电压控制第二开关晶体管17处于导通状态，第一开关晶体管11在公共电平端的控制下处于导通状态；

电流检测放大器13用于检测限流电阻12的第一端和第二端之间的分压Vsense，并根据分压通过电流检测放大器13的输出端向电压检测器14的输入端输出VOUT，其中VOUT等于Vsense*(Rout/Rin)，Rin为第一电阻的阻值，Rout为第二电阻的阻值；

电压检测器14用于检测到VOUT大于门限值时向单稳态触发器15的负脉冲触发端发送触发脉冲，单稳态触发器15根据触发脉冲通过负脉冲输出端向第二开关晶体管17的控制端发送截止信号，控制第二开关晶体管关闭；从而将公共电平端与第一开关晶体管11的控制端断路，第一开关晶体管11关闭；

当负脉冲输出端开始向第二开关晶体管17的控制端发送截止信号时，定时器16开启，经过预设时间阈值后，定时器16通过第一外接电容端和第二外接电容端触发单稳态触发器15的负脉冲触发端向第二开关晶体管的控制端输出导通电压。

上述方案提供的过流保护回路，设置于电源与外部设备之间，结构上包括：第一开关晶体管、限流电阻、第一分压电阻、电流检测放大器、第二分压电阻、电压检测器、单稳态触发器、定时器以及第二 开关晶体管；由于在常态下所述单稳态触发器的负脉冲触发端向所述第二开关晶体管的控制端输出导通电压控制所述第二开关晶体管处于导通状态，所述第一开关晶体管在所述公共电平端的控制下处于导通状态，因此可以将电流在电源与外部设备之间传导；进一步的，电流检测放大器用于检测所述限流电阻的第一端和第二端之间的分压Vsense，并根据所述分压通过所述电流检测放大器的输出端向所述电压检测器的输入端输出VOUT，其中VOUT等于所述Vsense*(Rout/Rin)，Rin为第一电阻的阻值，Rout为第二电阻的阻值；电压检测器检测到VOUT大于门限值时向所述单稳态触发器的负脉冲触发端发送触发脉冲，所述单稳态触发器根据所述触发脉冲通过所述负脉冲输出端向所述第二开关晶体管的控制端发送截止信号，控制所述第二开关晶体管关闭；从而将所述公共电平端与所述第一开关晶体管的控制端断路，所述第一开关晶体管关闭；从而可以在限流电阻上流经的电流超限时，可以将电源与外部设备之间的电流传导切断；而当负脉冲输出端开始向所述第二开关晶体管的控制端发送截止信号时，所述定时器开启，经过预设时间阈值后，所述定时器通过第一外接电容端和第二外接电容端触发所述单稳态触发器的负脉冲触发端向所述第二开关晶体管的控制端输出导通电压；最后在定时器计满预设时间阈值后重新将电流在电源与外部设备之间传导，如上可以实现循环检测判断而无需用户手动操作，避免了现有技术中操作繁琐的问题。

示例性，在上述方案的基础上本发明的实施例提供过流保护回路10的一种具体连接方式，参照图2所示，其中第一开关晶体管11可以采用MOS FET开关；电流检测放大器13包括比较器131和MOS场效应晶体管132，比较器131的正向输入端(+)连接电流检测放大器13的第二输入端，比较器131的反向输入端(-)连接电流检测放大器13的第一输入端，比较器131的输出端连接MOS场效应晶体管132的栅极，MOS场效应晶体管132的源极连接比较器131的反向输入端(-)，MOS场效应晶体管132的漏极连接电流检测放大器13的输出端；比较器131用于检测分压Vsense，当分压Vsense超过预设值时向MOS场效应晶体管132的栅极输入开启信号以将MOS场效应晶体132的源极和漏极导通。定时器16包括电容Ct，电容Ct的第一端连接第一外接电容端RT，电容Ct的第二端连接第二外接电容端CT； 其中，电容Ct的第一端还通过第三电阻Rt连接至工作电平端VCC，用于为电容Ct充电，预设时间阈值与电容Ct的充放电时长正相关。单稳态触发器15还包括正脉冲触发端(B端)、和清零端(端)，负脉冲触发端(端)还通过第四电阻Ra连接至工作电平端VCC，正脉冲触发端(B端)通过第五电阻Rb连接至工作电平端VCC，清零端(端)通过第六电阻Rc连接至工作电平端VCC。此外，工作电平端还通过稳压二极管DT以及第一分压电阻Rin连接至比较器131的反向输入端(-)，以向比较器131的反向输入端(-)提供稳定的参考电压。单稳态触发器15还包括一个与负脉冲输出端输出相位相反的正脉冲输出端(Q端)。

举例说明，常态下，工作电流小于4A，电源IN_12V经过MOSFET给外部设备供电OUT_12V。此时因为Vsense没有达到V_DET门限值，单稳态触发器端电平为高电平，第二开关晶体管导通，此时MOSFET的控制端连接至S_GND，使得MOSFET导通，过流保护回路正常向外部设备输出电流。当外部设备过载或是对地短路时，流经限流电阻(Rsense)的电流大于4A，Vsense变大，经过电流检测放大器13放大Rout/Rin倍后，送出至VOUT。VOUT的计算公式如下：

VOUT＝Vsense*(Rout/Rin)

假设：Isense＝4A,Rsense＝20mΩ，Rout＝2.2K,Rin＝82mΩ

则：由VOUT＝(Isense x Rsense)x(Rout/Rin)≈2.14V，因此VOUT的输出大小是随着Isense改变而改变的，据此可计算出VOUT是否超过V_DET门限值。

当VOUT达到门限值(门限值设定为2.1V)后，电压检测器14就会输出VT_OUT＝L的低电平。VT_OUT为低时，将单稳态触发器的 端拉低，端将被触发。单稳态触发器的端口信号逻辑关系参照图3所示。其中工作电平端VCC提供高电平，则端、B端以及端均为高电平HI时，端为低电平脉冲，回路导通；端为低电平L，B端以及端均为高电平HI时，端为高电平HI，发生过电流现象，回路切断。其中，参照图4所示的单稳态触发器触发的逻辑时序状态图，图中示出了单稳态触发器的端、B端、端、Q端、端以及电容Ct的充放电系数Rt/Ct的时序图，其中，如图4示出的位置X， 单稳态触发器的端被拉低后，端就会被触发，送出一个低电平脉冲，低电平的时间为tw,因此在tw这段时间内，第二开关晶体管就不导通，第一开关晶体管(MOSFET)控制端的S_GND被切断，则第一开关晶体管也就不导通。从而将电源切断，不给外部设备供电。而端的触发时间阈值(tw)受外部定时器中Rt/Ct充放电系数来决定，例如在电容开始放电的时刻a处，端触发为低电平L，在电容充电至时刻b处端触发为高电平HI，触发时间阈值(tw)与电容的充放电时长正相关，例如电容的充放电时长越长，触发时间阈值(tw)也越长。当tw结束后端触发为高电平，回路重新导通。如此循环可以实现向外部设备提供电流的自动切断与恢复。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种过流保护回路，设置于电源与外部设备之间，其特征在于，包括：第一开关晶体管、限流电阻、第一分压电阻、电流检测放大器、第二分压电阻、电压检测器、单稳态触发器、定时器以及第二开关晶体管；

其中：所述第一开关晶体管的第一端连接电源，所述第一开关晶体管的第二端连接所述限流电阻的第一端；所述限流电阻的第二端连接所述外部设备；

所述电流检测放大器的第一输入端通过所述第一分压电阻连接至所述限流电阻的第一端，所述电流检测放大器的第二输入端连接所述限流电阻的第二端，所述电流检测放大器的输出端连接所述电压检测器的输入端并通过所述第二分压电阻连接公共电平端；

所述电压检测器的输入端连接所述电流检测放大器的输出端，所述电压检测器的输出端连接所述单稳态触发器的负脉冲触发端；所述单稳态触发器的负脉冲输出端连接所述第二开关晶体管的控制端；所述定时器连接所述单稳态触发器的第一外接电容端和第二外接电容端；所述第二开关晶体管的第一端连接公共电平端，所述第二开关晶体管的第二端连接所述第一开关晶体管的控制端；

在常态下所述单稳态触发器的负脉冲触发端向所述第二开关晶体管的控制端输出导通电压控制所述第二开关晶体管处于导通状态，所述第一开关晶体管在所述公共电平端的控制下处于导通状态；

所述电流检测放大器用于检测所述限流电阻的第一端和第二端之间的分压Vsense，并根据所述分压通过所述电流检测放大器的输出端向所述电压检测器的输入端输出VOUT，其中VOUT等于所述Vsense*(Rout/Rin)，Rin为第一电阻的阻值，Rout为第二电阻的阻值；

所述电压检测器用于检测到VOUT大于门限值时向所述单稳态触发器的负脉冲触发端发送触发脉冲，所述单稳态触发器根据所述触发脉冲通过所述负脉冲输出端向所述第二开关晶体管的控制端发送截止信号，控制所述第二开关晶体管关闭；从而将所述公共电平端与所述第一开关晶体管的控制端断路，所述第一开关晶体管关闭；

当所述负脉冲输出端开始向所述第二开关晶体管的控制端发送截止信号时，所述定时器开启，经过预设时间阈值后，所述定时器通过第一外接电容端和第二外接电容端触发所述单稳态触发器的负脉冲触发端向所述第二开关晶体管的控制端输出导通电压。

2.根据权利要求1所述的过电流保护回路，其特征在于，所述电流检测放大器包括比较器和MOS场效应晶体管，所述比较器的正向输入端连接所述电流检测放大器的第二输入端，所述比较器的反向输入端连接所述电流检测放大器的第一输入端，所述比较器的输出端连接所述MOS场效应晶体管的栅极，所述MOS场效应晶体管的源极连接所述比较器的反向输入端，所述MOS场效应晶体的漏极连接所述电流检测放大器的输出端；

所述比较器用于检测所述分压Vsense，当所述分压超过预设值时向所述MOS场效应晶体管的栅极输入开启信号以将所述MOS场效应晶体管的源极和漏极导通。

3.根据权利求1所述的过流保护回路，其特征在于，所述定时器包括电容，所述电容的第一端连接所述第一外接电容端，所述电容的第二端连接所述第二外接电容端；

其中，所述电容的第一端还通过第三电阻连接至工作电平端，用于为所述电容充电，所述预设时间阈值与所述电容的充放电时长正相关。

4.根据权利求1所述的过流保护回路，其特征在于，所述单稳态触发器还包括正脉冲触发端、和清零端，所述负脉冲触发端还通过第四电阻连接至所述工作电平端，所述正脉冲触发端通过第五电阻连接至所述工作电平端，所述清零端通过第六电阻连接至所述工作电平端。

5.一种车载设备，其特征在于，包括如权利要求1-4任一项所述的过流保护回路。