CN108683153A - 一种可自动恢复的保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可自动恢复的保护电路，包括过流保护电路，过压保护电路，欠压保护电路；过流保护电路包括第一三极管、第二三极管和第一电压比较器，第一三极管的集电极连接第二三极管的基极，第一三极管的基极与第二三极管的集电极连接；第二三极管的集电极连接第一电压比较器的同向输入端；过压保护电路包括第二电压比较器，第二电压比较器的反向输入端连接第一三极管的发射极；欠压保护电路包括第三电压比较器，第三电压比较器的同向输入端连接第一三极管的发射极；实现过压、欠压、过流等电路保护功能，当异常情况排除后电路自动恢复到正常工作状态，各保护电路相互独立，工作效率高，适用广泛，体积小，成本低。

Description

一种可自动恢复的保护电路

技术领域

本发明涉及保护电路技术领域，更具体地说，涉及一种可自动恢复的保护电路。

背景技术

保护电路中当电路出现过流、过压、欠压等异常情况时应当及时关断电源的输出，确保负载不因电压过高或电源本身的器件因电流增大而导致损坏；通常电路中开关管正常工作时是处于饱和或截止状态，但如果保护电路设计不合理过流时开关管可能会工作在放大状态或可变电阻区，电源还是会有电压输出，同时开关管器件会由于功率过高而发热导致器件损坏。

现有的电路中出现过流时能快速关断输出但在过流情况排除后需要手动复位电源才能恢复输出，而采用晶体管、MOS管等器件检测时，切换工作状态时会有过渡区，如果控制在过渡区的时间较短则电路容易发生振荡，如果控制在过渡区的时间较长则电路容易出现不平衡，导致开关管等器件功耗变高出现发热等情况；采用逻辑门检测时会有相应的电压范围，当输入的模拟信号电压值不在其逻辑电平的电压范围之内是不能有效识别的。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种工作效率高，适用广泛，体积小，成本低的可自动恢复的保护电路。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

构造一种可自动恢复的保护电路，包括过流保护电路，过压保护电路，欠压保护电路；其中，所述过流保护电路包括第一三极管、第二三极管和第一电压比较器，所述第一三极管的集电极连接所述第二三极管的基极，所述第一三极管的基极与所述第二三极管的集电极连接；所述第二三极管的集电极连接所述第一电压比较器的同向输入端；所述过压保护电路包括第二电压比较器，所述第二电压比较器的反向输入端连接所述第一三极管的发射极；所述欠压保护电路包括第三电压比较器，所述第三电压比较器的同向输入端连接所述第一三极管的发射极。

本发明所述的可自动恢复的保护电路，其中，所述第一三极管的发射极连接电源正极，所述第一三极管的发射极和基极并联有第一电阻；所述第一三极管的集电极连接有第二电阻和第一电容，所述第二电阻与所述第一电容并联，所述第一三极管的集电极连接有第三电阻，所述第一三极管的基极连接有第四电阻。

本发明所述的可自动恢复的保护电路，其中，所述第四电阻的另一端连接所述第二三极管的集电极，所述第二三极管极的基极连接所述第三电阻的另一端，所述第二三极管的发射极连接所述第二电阻的另一端；所述第二三极管的集电极连接所述第一电压比较器的同向输入端，所述第二三极管的集电极和发射极并联有第二电容。

本发明所述的可自动恢复的保护电路，其中，所述可自动恢复的保护电路还包括控制电路，所述控制电路包括第四电压比较器，所述第四电压比较器的同向输入端为使能控制端。

本发明所述的可自动恢复的保护电路，其中，所述过压保护电路还包括第五、第六电阻，所述第五电阻连接所述第一三极管的发射极，所述第五电阻的另一端连接所述第六电阻以及所述第二电压比较器的反向输入端，所述第六电阻的另一端连接所述第二三极管的发射极。

本发明所述的可自动恢复的保护电路，其中，所述欠压保护电路还包括第七，第八电阻，所述第七电阻连接所述第一三极管的发射极，所述第七电阻的另一端连接所述第八电阻以及所述第三电压比较器的同向输入端，所述第八电阻的另一端连接所述第二三极管的发射极。

本发明所述的可自动恢复的保护电路，其中，所述可自动恢复的保护电路还包括稳压电路，所述稳压电路的输出端连接所述第一电压比较器的反向输入端、所述第二电压比较器的同向输入端、所述第三电压比较器的反向输入端以及第四电压比较器的反向输入端。

本发明所述的可自动恢复的保护电路，其中，所述可自动恢复的保护电路还包括开关电路，所述开关电路包括第三三极管，所述第三三极管的发射极连接所述第二三极管的发射极和电源负极，所述第三三极管的基极与所述第三三极管的发射极并联有第三电容和第十电阻。

本发明所述的可自动恢复的保护电路，其中，所述第一三极管的基极连接有第九电阻，所述第九电阻的另一端连接所述第三三极管的基极；所述第三三极管的基极分别连接所述第一、第二、第三、第四电压比较器的输出端。

本发明所述的可自动恢复的保护电路，其中，所述开关电路还包括第四三极管，所述第三三极管的集电极连接有第十电阻，所述第十电阻的另一端连接所述第四三极管的基极，所述第四三极管的发射极连接所述第一三极管的基极；所述第四三极管的发射极与所述第四三极管的基极并联有第十一电阻；所述第四三极管的集电极与所述第三三极管的发射极并联有第十二电阻。

请确认上述描述与权利要求书中的批注是否一致

本发明的有益效果在于：线路有过流情况发生时第一三极管的基极电压超过导通电压，第一三极管导通同时第二三极管也导通，此时第一电压比较器的同向输入端电压低于反向输入端电压，第一电压比较器输出低电平，反之恢复到正常状态则输出高电平；当线路中出现过压情况时第二电压比较器的反向输入端电压高于同向输入端电压，第二电压比较器输出低电平，反之恢复到正常状态则输出高电平；当线路中出现欠压情况时第三电压比较器的同向输入端电压小于反向输入端电压，第三电压比较器输出低电平，反之恢复到正常状态则输出高电平；实现过压、欠压、过流等电路保护功能，当异常情况排除后电路自动恢复到正常工作状态，各保护电路相互独立，工作效率高，适用广泛，体积小，成本低。

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，下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，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附图：

图1是本发明较佳实施例的可自动恢复的保护电路电路原理图；

图2是本发明较佳实施例的可自动恢复的保护电路场景一发生过流时及过流消除后A检测点、B检测点、VO检测点的电压变化示意图；

图3是本发明较佳实施例的可自动恢复的保护电路场景一过流期间第二电容在充放电过程中B检测点的电压变化示意图。

具体实施方式

为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明较佳实施例的如图1所示，同时参阅图2，图3包括过流保护电路，过压保护电路，欠压保护电路；其特征在于，过流保护电路包括第一三极管Q2、第二三极管Q3和第一电压比较器U1，第一三极管Q2的集电极连接第二三极管Q3的基极，第一三极管Q2的基极与第二三极管Q3的集电极连接，第一三极管Q2的发射极连接电源正极；第二三极管Q3的集电极连接第一电压比较器U1的同向输入端5；第二三极管Q3的发射极连接电源负极；过压保护电路包括第二电压比较器U3，第二电压比较器U3的反向输入端8经电阻R12连接电源正极，经电阻R13连接电源负极；欠压保护电路包括第三电压比较器U4，第三电压比较器U4的同向输入端11经电阻R14连接电源正极，经电阻R15连接电源负极；线路有过流情况发生时第一三极管Q2的基极电压超过导通电压，第一三极管Q2导通同时第二三极管Q3也导通，此时第一电压比较器U1的同向输入端5电压低于反向输入端4电压，第一电压比较器U1输出低电平，反之恢复到正常状态则输出高电平；当线路中出现过压情况时第二电压比较器U3的反向输入端8电压高于同向输入端9电压，第二电压比较器U3输出低电平，反之恢复到正常状态则输出高电平；当线路中出现欠压情况时第三电压比较器U4的同向输入端11电压小于反向输入端电压10，第三电压比较器U4输出低电平，反之恢复到正常状态则输出高电平；实现过压、欠压、过流等电路保护功能，当异常情况排除后电路自动恢复到正常工作状态，各保护电路相互独立，工作效率高，适用广泛，体积小，成本低。

如图1所示，第一三极管Q2的发射极连接电源正极，第一三极管Q2的发射极和基极并联有第一电阻R1；第一三极管Q2的集电极连接有第二电阻R9和第一电容C2，第二电阻R9与第一电容并联C2，第一三极管Q2的集电极连接有第三电阻R8，第一三极管Q2的基极连接有第四电阻R2；提高电路的抗干扰能力，增强运行稳定性。

如图1所示，第四电阻R2的另一端连接第二三极管Q3的集电极，第二三极管极Q3的基极连接第三电阻R8的另一端，第二三极管Q3的发射极连接第二电阻R9的另一端；第二三极管Q3的集电极连接第一电压比较器U1的同向输入端5，第二三极管Q3的集电极和发射极并联有第二电容C1；进一步提高电路的抗干扰能力，增强运行稳定性。

如图1所示，可自动恢复的保护电路还包括控制电路，控制电路包括第四电压比较器U4，第四电压比较器U4的同向输入端7为使能控制端Ctrl；使得使用范围更广泛，以进一步满足不同的需求。

如图1所示，过压保护电路还包括第五、第六电阻R12、R13，第五电阻R12连接第一三极管Q2的发射极，第五电阻R12的另一端连接第六电阻R13以及第二电压比较器U3的反向输入端8，第六电阻R13的另一端连接第二三极管Q3的发射极；结构简单，成本低。

如图1所示，欠压保护电路还包括第七，第八电阻R14、R15，第七电阻R14连接第一三极管Q2的发射极，第七电阻R14的另一端连接第八电阻R15以及第三电压比较器U4的同向输入端11，第八电阻R15的另一端连接第二三极管Q3的发射极；结构简单，成本低。

如图1所示，可自动恢复的保护电路还包括稳压电路，稳压电路的输出端连接第一电压比较器U1的反向输入端4、第二电压比较器U3的同向输入端8、第三电压比较器U4的反向输入端10以及第四电压比较器U2的反向输入端6。

如图1所示，可自动恢复的保护电路还包括开关电路，开关电路包括第三三极管Q4，第三三极管Q4的发射极连接第二三极管Q3的发射极和电源负极，第三三极管Q4的基极与第三三极管Q4的发射极并联有第三电容C3和第十电阻R11；进一步提高电路的抗干扰能力，增强运行稳定性。

如图1所示，第一三极管Q2的基极连接有第九电阻R4，第九电阻R4的另一端连接第三三极管Q4的基极；第三三极管Q4的基极分别连接第一、第二、第三、第四电压比较器U1、U3、U4、U2的输出端；。

如图1所示，开关电路还包括第四三极管Q1，第三三极管Q4的集电极连接有第十电阻R6，第十电阻R6的另一端连接第四三极管Q1的基极，第四三极管Q1的发射极连接第一三极管Q2的基极；第四三极管Q1的发射极与第四三极管Q1的基极并联有第十一电阻R5；第四三极管Q1的集电极与第三三极管Q4的发射极并联有第十二电阻R7；。

场景一；

如图1，图2，图3所示，电源电压为24V稳压电路为第一电压比较器的反相输入端提供3.0V的稳定电压，在上电初始时24V电源通过R2向C1充电，当C1的电压没有达到3.0V时第一电压比较器的输出端为低电平，Q4和Q1截止第一电压比较器的输出端没有电压输出；可以根据电容充电时间计算得出C1端B点电压从0V上升到参考点电压3.0V的时间约27ms；当B点电压大于3.0V时第一电压比较器输出高电平，Q4和Q1导通电源开始有输出。

电路正常工作时R1两端电压较低，PNP型三极管Q2处于截止状态，Q3也处于截止状态。

当线路有过流情况发生时R1两端电压超过Q2的导通电压，Q2导通A点电压升高C2会有充电Q3导通、电容C1经过Q3集电极放电B点电压会快速下降，当电压下降到3.0V以下时第一电压比较器输出端变为低电平Q4截止、Q1截止关闭电源输出。

在开关管Q1截止后线路中没有电流流过R1两端电压又变为0V、Q2截止，由于存在电容C2、A点电压不会马上变为0V、Q3还会继续导通C1继续放电B点电压下降会下降到3.0V以下，当A点电压下降到Q3的导通电压以下时Q3才截止；Q3截止后C1又可以通过R2进行充电，当B点电压大于3.0V时第一电压比较器的输出端变为高电平，Q1导通R1两端电压又上升，Q3导通C1又通过Q3放电，B点电压再次下降到3.0V以下此时第一电压比较器的输出端变为低电平Q1截止。

从图2，图3中可以看出按图1的选择的器件参数，C1的充电时间约为1.7ms，C1的放电时间约为6us。C1的放电时间几乎与Q1的导通的时间相等，C1的充电时间即为控制Q1导通的时间间隔。

在过流情况持续期间C1会持续进行充电、放电，Q1间隔导通且导通时间特别短几乎不会发热；C1的充电时间与R2有直接关系，C1的放电时间与C2、R9、R8、Q3、C3有关系；C2、C3为非必须器件，可以根据实际重新开启时间间隔，调整器件参数或不用；此外图1中Q4使用的是三极管，三极管的导通电压是0.6V左右，如果将Q4改用MOS管，MOS管的导通电压较高，则能获得更长的重新开启时间间隔。

从图2，图3的仿真结果可以看出，在过流情况持续期间，开关管间歇打开，打开后又能够快速关断没有出现振荡情况，一但过流情况排除则在下一次C1充电能达到3.0V以上就可以控制Q1导通自动恢复输出。

场景二；

如图1，图2，图3所示上电后C1充满电B点电压大于3.0V，第一电压比较器输出高电平，此时如果Ctrl信号小于3.0V，第二电压比较器输出低电平，因两个比较器的输出端是直接相连构成线与的逻辑关系，C点电压还是为低电平Q4、Q1处于截止状态电源没有输出。

在B点电压大于3.0V，当Ctrl信号电压值大于3.0V时，第二电压比较器输出为高电平，两个比较器的输出都为高电平C点才为高电平Q4、Q1导通电源输出。

当Ctrl信号大于3.0V，电源正常输出时如果发生过流情况，则上文对图1的工作状态说明，Q3导通，C1会经过Q3进行放电，使B点电压变低，第一电压比较器输出低电平，Q4、Q1都截止电源关断输出；B点电压下降到3.0V以下时，第一电压比较器输出为高电平然后又会迅速变为低，如果在过流情况持续期间，使Ctrl信号变为3.0V以下，则Q4、Q1会一直处于截止状态，电源一直没有输出。

场景三；

如图1，图2，图3所示四个电压比较器的输出端直接相连，其中一个比较器输出为低时C点电压就变为低Q4、Q1变为截止状态。

当输入电压为24V时，经R12、R13串联分压后E点电压为2.6V，第二电压比较器的同相输入端电压大于反相输入端，输出为高；如果电压变化上升超过27V，E点电压大于3.0V，第二电压比较器的同相输入端电压小于反相输入端，输出变为低、开关电路关断电源输出，实现过压保护；当输入电压恢复到27V以下时，第二电压比较器的输出变为高，Q4、Q1将会导通，有电源输出。

当输入电压为24V时，经R14、R15串联分压后F点电压为3.4V，第三电压比较器的同相输入端电压大于反相输入端，输出为高；如果输入电压下降到21V以下，F点电压小于3.0V，第三电压比较器的同相输入端电压小于反相输入端，输出变为低，开关电路关断电源输出，实现欠压保护；当输入电压恢复到21V以上时，第三电压比较器的输出变为高电平，Q4、Q1将会导通，有电源输出；过压保护电路与欠压保护电路相互独立，可以只使用其中一种保护电路。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种可自动恢复的保护电路，包括过流保护电路，过压保护电路，欠压保护电路；其特征在于，所述过流保护电路包括第一三极管、第二三极管和第一电压比较器，所述第一三极管的集电极连接所述第二三极管的基极，所述第一三极管的基极与所述第二三极管的集电极连接；所述第二三极管的集电极连接所述第一电压比较器的同向输入端；所述过压保护电路包括第二电压比较器，所述第二电压比较器的反向输入端连接所述第一三极管的发射极，即电源正极；所述欠压保护电路包括第三电压比较器，所述第三电压比较器的同向输入端连接所述第一三极管的发射极，即电源正极。

2.根据权利要求1所述的可自动恢复的保护电路，其特征在于，所述第一三极管的发射极连接电源正极，所述第一三极管的发射极和基极并联有第一电阻；所述第一三极管的集电极连接有第二电阻和第一电容，所述第二电阻与所述第一电容并联，所述第一三极管的集电极连接有第三电阻，所述第一三极管的基极连接有第四电阻。

3.根据权利要求2所述的可自动恢复的保护电路，其特征在于，所述第四电阻的另一端连接所述第二三极管的集电极，所述第二三极管极的基极连接所述第三电阻的另一端，所述第二三极管的发射极连接所述第二电阻的另一端；所述第二三极管的集电极连接所述第一电压比较器的同向输入端，所述第二三极管的集电极和发射极并联有第二电容。

4.根据权利要求1所述的可自动恢复的保护电路，其特征在于，所述可自动恢复的保护电路还包括控制电路，所述控制电路包括第四电压比较器，所述第四电压比较器的同向输入端为使能控制端。

5.根据权利要求1所述的可自动恢复的保护电路，其特征在于，所述过压保护电路还包括第五、第六电阻，所述第五电阻连接所述第一三极管的发射极，所述第五电阻的另一端连接所述第六电阻以及所述第二电压比较器的反向输入端，所述第六电阻的另一端连接所述第二三极管的发射极，即电源负极。

6.根据权利要求1所述的可自动恢复的保护电路，其特征在于，所述欠压保护电路还包括第七，第八电阻，所述第七电阻连接所述第一三极管的发射极，所述第七电阻的另一端连接所述第八电阻以及所述第三电压比较器的同向输入端，所述第八电阻的另一端连接所述第二三极管的发射极，即电源负极。

7.根据权利要求4所述的可自动恢复的保护电路，其特征在于，所述可自动恢复的保护电路还包括稳压电路，所述稳压电路的输出端连接所述第一电压比较器的反向输入端、所述第二电压比较器的同向输入端、所述第三电压比较器的反向输入端以及第四电压比较器的反向输入端。

8.根据权利要求1所述的可自动恢复的保护电路，其特征在于，所述可自动恢复的保护电路还包括开关电路，所述开关电路包括第三三极管，所述第三三极管的发射极连接所述第二三极管的发射极和电源负极，所述第三三极管的基极与所述第三三极管的发射极并联有第三电容和第十电阻。

9.根据权利要求8所述的可自动恢复的保护电路，其特征在于，所述第一三极管的基极连接有第九电阻，所述第九电阻的另一端连接所述第三三极管的基极；所述第三三极管的基极分别连接所述第一、第二、第三、第四电压比较器的输出端。

10.根据权利要求8所述的可自动恢复的保护电路，其特征在于，所述开关电路还包括第四三极管，所述第三三极管的集电极连接有第十电阻，所述第十电阻的另一端连接所述第四三极管的基极，所述第四三极管的发射极连接所述第一三极管的基极；所述第四三极管的发射极与所述第四三极管的基极并联有第十一电阻；所述第四三极管的集电极与所述第三三极管的发射极并联有第十二电阻。