CN108829170B - 一种带过流保护的线性稳压电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带过流保护的线性稳压电路，设置与直流电源输入端的高压端连接的过流检测电路实现过流检测，并结合开关控制电路和线性稳压电路实现过流保护，克服现有技术中，在多路电源输出且共地的情况下，无法检测、控制每一路电源的输出，很难起到对每一路电源输出的过流保护的技术问题，提高电路的安全性。

Description

一种带过流保护的线性稳压电路

技术领域

本发明涉及电源保护领域，尤其是一种带过流保护的线性稳压电路。

背景技术

目前，现有的过流保护电路一般包括前级电流取样电路和后级过流控制电路，其中，前级电流取样电路可以是低压端电流取样电路，它将取样电阻放置在地线回流路径上，通过采样电阻的电压，经过放大器放大后去控制电源的输出过流点。参考图1，图1是现有低压端电流取样控制的过流保护电路示意图；通过采样电阻R1的电压，进行差分放大，放大后的信号经过运算放大器U1的1脚输出，再通过光耦或其他电路反馈到控制IC，控制IC关闭输出以控制电路关断，从而启动过流保护功能。然而，低压端电流取样的过流保护控制电路，局限于单路电源输出电路或多路电源输出电路不共地的情况；在多路电源输出且共地的情况下，无法检测、控制每一路电源的输出，实际很难起到对每一路电源输出的过流保护。

另外，当多个电路共用一个变压器时，多个电路对应连接不同的次级绕组，其中，若某一个次级绕组由于功率较小，该绕组作为辅助绕组(无反馈)，由于交调问题，其他路带负载的情况，该路绕组电压会偏高，最高可达到140V左右，但由于其他路共地，现有过流保护电路方案无法应用在该电路上。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的是提供一种带过流保护的线性稳压电路，用于实现过流保护。

本发明所采用的技术方案是：一种带过流保护的线性稳压电路，包括直流电源输入端、线性稳压电路、直流电源输出端、过流检测电路和开关控制电路，所述过流检测电路用于对直流电源输入端进行电流取样并进行过流判断，所述直流电源输入端与线性稳压电路的输入端连接，所述线性稳压电路的输出端与直流电源输出端连接，所述直流电源输入端的高压端与过流检测电路的输入端连接，所述过流检测电路的输出端与开关控制电路的输入端连接，所述开关控制电路的输出端与线性稳压电路的输入端连接以控制线性稳压电路的输出。

进一步地，所述线性稳压电路包括参考电压电路、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一限流电阻和第二限流电阻，所述直流电源输入端与第一开关管的正输出端、第二开关管的正输出端、第二开关管的控制端均连接，所述第一开关管的负输出端与直流电源输出端连接，所述第二开关管的负输出端与第一开关管的控制端、第四开关管的正输出端均连接，所述参考电压电路的输出端与第四开关管的控制端连接以为其提供参考电平，所述第四开关管的负输出端与第三开关管的负输出端连接，所述第四开关管的负输出端接地，所述第三开关管的正输出端与第一开关管的负输出端连接，所述直流电源输出端与第一限流电阻的一端连接，所述第一限流电阻的另一端与第二限流电阻的一端、第三开关管的控制端均连接，所述第二限流电阻的另一端接地。

进一步地，所述参考电压电路包括第一分压电阻、第二分压电阻和稳压管，所述直流电源输入端与第一分压电阻的一端连接，所述第一分压电阻的另一端与第二分压电阻的一端、第四开关管的控制端均连接，所述第二分压电阻的另一端接地，所述第二分压电阻的另一端与稳压管的正极连接，所述稳压管的负极与第二分压电阻的一端连接。

进一步地，所述第一开关管和/或第二开关管和/或第三开关管和/或第四开关管为NPN三极管，所述NPN三极管的基极为开关管的控制端，所述NPN三极管的发射极为开关管的负输出端，所述NPN三极管的集电极为开关管的正输出端。

进一步地，所述过流检测电路包括电流采样电路、电流比较电路和电流放大电路，所述电流采样电路的输入端与直流电源输入端的高压端连接，所述电流采样电路的输出端与电流比较电路的输入端连接，所述电流比较电路的输出端与电流放大电路的输入端连接，所述电流放大电路的输出端与开关控制电路的输入端连接。

进一步地，所述电流采样电路为采样电阻，所述电流比较电路和电流放大电路为PNP三极管，所述直流电源输入端的高压端与采样电阻的一端、PNP三极管的发射极均连接，所述采样电阻的另一端与线性稳压电路的输入端、PNP三极管的基极均连接，所述PNP三极管的集电极与开关控制电路的输入端连接，所述PNP三极管的集电极接地。

进一步地，所述电流采样电路为电流互感器，所述直流电源输入端的高压端与电流互感器的输入端连接，所述电流互感器的输出端与电流比较电路的输入端连接。

进一步地，所述开关控制电路为锁死开关控制电路或打嗝开关控制电路。

进一步地，所述锁死开关控制电路包括第五开关管、第六开关管和第一二极管，所述过流检测电路的输出端与第五开关管的控制端、第六开关管的正输出端均连接，所述第五开关管的负输出端接地，所述第五开关管的正输出端与第六开关管的控制端、直流电源输入端均连接，所述第六开关管的负输出端与直流电源输入端、第一二极管的正极均连接，所述第一二极管的负极与第二开关管的控制端连接。

进一步地，所述第五开关管为NPN三极管，所述NPN三极管的基极为第五开关管的控制端，所述NPN三极管的发射极为第五开关管的负输出端，所述NPN三极管的集电极为第五开关管的正输出端；

所述第六开关管为PNP三极管，所述PNP三极管的基极为第六开关管的控制端，所述PNP三极管的发射极为第六开关管的负输出端，所述PNP三极管的集电极为第六开关管的正输出端。

本发明的有益效果是：

本发明一种带过流保护的线性稳压电路，设置与直流电源输入端的高压端连接的过流检测电路实现过流检测，并结合开关控制电路和线性稳压电路实现过流保护，克服现有技术中，在多路电源输出且共地的情况下，无法检测、控制每一路电源的输出，很难起到对每一路电源输出的过流保护的技术问题，提高电路的安全性。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

图1是现有低压端电流取样控制的过流保护电路示意图；

图2是本发明一种带过流保护的线性稳压电路的一具体实施例结构框图；

图3是本发明一种带过流保护的线性稳压电路的一具体实施例电路原理图；

图4是本发明一种带过流保护的线性稳压电路的另一具体实施例结构框图；

图5是本发明一种带过流保护的线性稳压电路的另一具体实施例电路原理图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

参考图2，图2是本发明一种带过流保护的线性稳压电路的一具体实施例结构框图；一种带过流保护的线性稳压电路，包括直流电源输入端、线性稳压电路、直流电源输出端、过流检测电路和开关控制电路，过流检测电路用于对直流电源输入端进行电流取样并进行过流判断，当电路发生过流时，输出信号至开关控制电路；直流电源输入端与线性稳压电路的输入端连接，线性稳压电路的输出端与直流电源输出端连接，直流电源输入端的高压端与过流检测电路的输入端连接，过流检测电路的输出端与开关控制电路的输入端连接，开关控制电路的输出端与线性稳压电路的输入端连接以根据过流判断结果控制线性稳压电路的输出。本发明设置与直流电源输入端的高压端连接的过流检测电路实现过流检测，并结合开关控制电路和线性稳压电路实现过流保护，克服现有技术中，在多路电源输出且共地的情况下，无法检测、控制每一路电源的输出，很难起到对每一路电源输出的过流保护的技术问题，提高电路的安全性。

作为技术方案的进一步改进，参考图3，图3是本发明一种带过流保护的线性稳压电路的一具体实施例电路原理图，线性稳压电路包括参考电压电路、第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第一限流电阻R1和第二限流电阻R2，直流电源输入端VIN与第一开关管Q1的正输出端、第二开关管Q2的正输出端、第二开关管Q2的控制端均连接，第一开关管Q1的负输出端与直流电源输出端VOUT连接，第二开关管Q2的负输出端与第一开关管Q1的控制端、第四开关管Q4的正输出端均连接，参考电压电路的输出端VREF与第四开关管Q4的控制端连接以为其提供参考电平，第四开关管Q4的负输出端与第三开关管Q3的负输出端连接，第四开关管Q4的负输出端接地，第三开关管Q3的正输出端与第一开关管Q1的负输出端连接，直流电源输出端VOUT与第一限流电阻R1的一端连接，第一限流电阻R1的另一端与第二限流电阻R2的一端、第三开关管Q3的控制端均连接，第二限流电阻R2的另一端接地。进一步地，参考电压电路通过电阻分压及稳压管来提供一个稳定的电压源给第一开关管Q4做参考输入，具体地，参考电压电路包括第一分压电阻R4、第二分压电阻R8、电容C3和稳压管D4，直流电源输入端VIN与第一分压电阻R4的一端连接，第一分压电阻R4的另一端与第二分压电阻R8的一端、第四开关管Q4的控制端均连接，第二分压电阻R8的另一端接地，第二分压电阻R8的另一端与稳压管D4的正极连接，稳压管D4的负极与第二分压电阻R8的一端连接，电容C3的一端与稳压管D4的正极连接，电容C3的另一端与稳压管D4的负极连接。本实施例中，只提供一种参考电压实现方式，但参考电压电路不仅限于此种方式，可通过多种方式提供一个参考电压电平给第四开关管Q4。

具体地，参考图3，线性稳压电路包括参考电压电路、第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、电阻R5、R6和R10、二极管D2和D3、第一限流电阻R1、第二限流电阻R2、电容C5和C6，另外，本实施例中，第一开关管Q1和/或第二开关管Q2和/或第三开关管Q3和/或第四开关管Q4为NPN三极管，NPN三极管的基极为开关管的控制端，NPN三极管的发射极为开关管的负输出端，NPN三极管的集电极为开关管的正输出端；第一开关管Q1和/或第二开关管Q2和/或第三开关管Q3和/或第四开关管Q4不限于三极管。其中，参考电压电路提供一个稳定的参考电平VREF给第四开关管Q4，当直流电源输入端VIN开始上电时，第二开关管Q2通过电阻R3、第一二极管D1导通，从而导通第一开关管Q1，直流电源输出端VOUT开始输出，当第三开关管Q3的基极电压达到VREF时，电路处于稳定状态。当第三开关管Q3的基极电压高于VREF时，第三开关管Q3的发射极电压会阻碍第四开关管Q4导通，从而控制第一开关管Q1的导通深度，降低直流电源输出端VOUT的输出，最终电路会实现稳定，使第三开关管Q3的基极电平接近VREF。可以通过控制第一限流电阻R1和第二限流电阻R2的比例，可实现直流电源输出端VOUT电压的调节。

作为技术方案的进一步改进，参考图4，图4是本发明一种带过流保护的线性稳压电路的另一具体实施例结构框图；过流检测电路包括电流采样电路、电流比较电路和电流放大电路，电流采样电路的输入端与直流电源输入端的高压端连接以进行电流采样，电流采样电路的输出端与电流比较电路的输入端连接，电流比较电路将采样电流与基准电流进行比较以判断是否过流，并输出判断结果信号；电流比较电路的输出端与电流放大电路的输入端连接，电流放大电路对判断结果信号进行放大以控制后续的开关控制电路的工作，电流放大电路的输出端与开关控制电路的输入端连接，发生过流时，开关控制电路控制线性稳压电路断开不工作。进一步地，参考图3，本实施例中，电流采样电路为采样电阻R7，电流比较电路和电流放大电路为PNP三极管Q7、电阻R12和R9，直流电源输入端VIN的高压端与采样电阻R7的一端、PNP三极管Q7的发射极均连接，采样电阻R7的另一端与线性稳压电路的输入端(即第一开关管Q1的正输出端)、PNP三极管Q7的基极均连接，PNP三极管Q7的集电极与电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端与开关控制电路的输入端(即第五开关管Q5的控制端)、电阻R9的一端均连接，电阻R9的另一端接地。本实施例中，过流检测电路通过检测采样电阻R7上的电压来实现电流检测，当VR7达到0.7V左右，判断为过流，则PNP三极管Q7导通，电流被放大后驱动开关控制电路的工作。另外，电流采样电路也可以为电流互感器，直流电源输入端的高压端与电流互感器的输入端连接，电流互感器的输出端与电流比较电路的输入端连接。

作为技术方案的进一步改进，开关控制电路为锁死开关控制电路或打嗝开关控制电路，锁死开关控制电路用于在接收到过流信号后，控制线性稳压电路持续性断开，以实现过流保护；而打嗝开关控制电路用于在接收到过流信号后，控制线性稳压电路断开，间隔一段时间后控制线性稳压电路导通，实现间断性过流保护。本实施例中，参考图3，锁死开关控制电路包括第五开关管Q5、第六开关管Q6、电阻R11、R3和第一二极管D1，过流检测电路的输出端(即PNP三极管Q7的集电极)与第五开关管Q5的控制端、第六开关管Q6的正输出端均连接，第五开关管Q5的负输出端接地，第五开关管Q5的正输出端与第六开关管Q6的控制端连接，第五开关管Q5的正输出端经过电阻R11与直流电源输入端VIN连接，第六开关管Q6的负输出端与第一二极管D1的正极连接，第六开关管Q6的负输出端经过电阻R3与直流电源输入端VIN连接，第一二极管D1的负极与第二开关管Q2的控制端连接。其中，第五开关管Q5为NPN三极管，NPN三极管的基极为第五开关管的控制端，NPN三极管的发射极为第五开关管的负输出端，NPN三极管的集电极为第五开关管的正输出端；第六开关管Q6为PNP三极管，PNP三极管的基极为第六开关管的控制端，PNP三极管的发射极为第六开关管的负输出端，PNP三极管的集电极为第六开关管的正输出端；第五开关管Q5和第六开关管Q6不限于三极管。当过流检测电路检测到过流时，锁死开关控制电路被触发，第一二极管D1的阳极被拉为低电平，从而阻断第二开关管Q2导通，由于锁死开关控制电路的特性，可持续将第一二极管D1的阳极电平保持为低电平，电路一直处于保护状态，直到直流电源输入端VIN重新启动为止。本实施例中，通过高压取样实现过流保护，通过锁死开关控制电路来控制第二开关管Q2的通断，从而控制主路开关即第一开关管Q1的通断，实现对电路的过流保护控制。同理，在电路发生过流时，通过打嗝开关控制电路可以控制第二开关管Q2断开，间隔一段时间后，控制第二开关管Q2导通，实现间断性的过流保护。

参考图2和图5，图5是本发明一种带过流保护的线性稳压电路的另一具体实施例电路原理图，本实施例中，打嗝开关控制电路包括第四电容C4和第八开关管Q8，第八开关管Q8为NMOS管，第八开关管Q8的控制端为NMOS管的栅极，第八开关管Q8的正输出端为NMOS管的漏极，第八开关管Q8的负输出端为NMOS管的源极；第八开关管Q8的控制端与过流检测电路的输出端(即电阻R12的另一端)连接，第八开关管Q8的负输出端接地，第八开关管Q8的正输出端与第一二极管D1的正极连接。过流检测电路启动后，电压会通过PNP三极管Q7及电阻R12给第四电容C4充电，使第八开关管Q8导通，从而拉低第一二极管D1的阳极电位，使第二开关管Q2关断，以切断第一开关管Q1的导通，实现过流保护。当第一开关管Q1关断后，采样电阻R7的电流消失，当第四电容C4放电到电压低于第八开关管Q8的开启电压后，第八开关管Q8关闭；第八开关管Q8关闭后第一二极管D1的阳极电压开始建立，第二开关管Q2开始导通，第一开关管Q1导通，然后采样电阻R7再检测到过流时再实现电路保护，即实现打嗝保护。另外，打嗝开关控制电路还包括第五二极管D5，第五二极管D5用于限制Q3的驱动电压过高，以保护第八开关管Q8栅极的应力。

事实上，利用本发明的电路可以同时实现过流和短路保护，本发明的电路简单，具有成本优势和可用性；并且可通过调节电路中元器件的参数，灵活控制线性稳压范围和精确控制过流保护点；另外，通过调节电路中元器件的参数，可实现高压过流控制，可应用在高压电路输出或多路绕组共地输出等多种电路情况。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种带过流保护的线性稳压电路，其特征在于，包括直流电源输入端、线性稳压电路、直流电源输出端、过流检测电路和开关控制电路，所述过流检测电路用于对直流电源输入端进行电流取样并进行过流判断，所述直流电源输入端与线性稳压电路的输入端连接，所述线性稳压电路的输出端与直流电源输出端连接，所述直流电源输入端的高压端与过流检测电路的输入端连接，所述过流检测电路的输出端与开关控制电路的输入端连接，所述开关控制电路的输出端与线性稳压电路的输入端连接以控制线性稳压电路的输出；

其中，所述线性稳压电路包括参考电压电路、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、二极管D2、二极管D3、第一限流电阻、第二限流电阻、第一二极管和电阻R3，所述直流电源输入端与第一开关管的正输出端、第二开关管的正输出端、第二开关管的控制端均连接，所述第一开关管的负输出端与直流电源输出端连接，所述第二开关管的负输出端与第一开关管的控制端、第四开关管的正输出端均连接，所述参考电压电路的输出端与第四开关管的控制端连接以为其提供参考电平，所述第四开关管的负输出端与第三开关管的负输出端连接，所述第四开关管的负输出端接地，所述第三开关管的正输出端与第一开关管的负输出端连接，所述直流电源输出端与第一限流电阻的一端连接，所述第一限流电阻的另一端与第二限流电阻的一端、第三开关管的控制端均连接，所述第二限流电阻的另一端接地；所述二极管D2的正极与第一开关管的控制端连接，所述二极管D2的负极与所述二极管D3的正极连接，所述二极管D3的负极与所述第四开关管的正输出端连接，所述第一开关管的控制端和所述第四开关管的正输出端控制所述二极管D2、所述二极管D3的导通；所述第一二极管的正极与所述电阻R3的一端连接，所述第一二极管的负极与第二开关管的控制端连接，所述电阻R3的另一端与所述第二开关管的正输出端连接，当直流电源输入端开始上电时，第二开关管通过电阻R3、第一二极管导通，以导通所述第一开关管；

所述过流检测电路包括电流采样电路、电流比较电路和电流放大电路，所述电流采样电路的输入端与直流电源输入端的高压端连接，所述电流采样电路的输出端与电流比较电路的输入端连接，所述电流比较电路的输出端与电流放大电路的输入端连接，所述电流放大电路的输出端与开关控制电路的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种带过流保护的线性稳压电路，其特征在于，所述参考电压电路包括第一分压电阻、第二分压电阻和稳压管，所述直流电源输入端与第一分压电阻的一端连接，所述第一分压电阻的另一端与第二分压电阻的一端、第四开关管的控制端均连接，所述第二分压电阻的另一端接地，所述第二分压电阻的另一端与稳压管的正极连接，所述稳压管的负极与第二分压电阻的一端连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种带过流保护的线性稳压电路，其特征在于，所述第一开关管和/或第二开关管和/或第三开关管和/或第四开关管为NPN三极管，所述NPN三极管的基极为开关管的控制端，所述NPN三极管的发射极为开关管的负输出端，所述NPN三极管的集电极为开关管的正输出端。

4.根据权利要求1所述的一种带过流保护的线性稳压电路，其特征在于，所述电流采样电路为采样电阻，所述电流比较电路和电流放大电路为PNP三极管，所述直流电源输入端的高压端与采样电阻的一端、PNP三极管的发射极均连接，所述采样电阻的另一端与线性稳压电路的输入端、PNP三极管的基极均连接，所述PNP三极管的集电极与开关控制电路的输入端连接，所述PNP三极管的集电极接地。

5.根据权利要求1所述的一种带过流保护的线性稳压电路，其特征在于，所述电流采样电路为电流互感器，所述直流电源输入端的高压端与电流互感器的输入端连接，所述电流互感器的输出端与电流比较电路的输入端连接。

6.根据权利要求1或2所述的一种带过流保护的线性稳压电路，其特征在于，所述开关控制电路为锁死开关控制电路或打嗝开关控制电路。

7.根据权利要求6所述的一种带过流保护的线性稳压电路，其特征在于，所述锁死开关控制电路包括第五开关管、第六开关管和第一二极管，所述过流检测电路的输出端与第五开关管的控制端、第六开关管的正输出端均连接，所述第五开关管的负输出端接地，所述第五开关管的正输出端与第六开关管的控制端、直流电源输入端均连接，所述第六开关管的负输出端与直流电源输入端、第一二极管的正极均连接。

8.根据权利要求7所述的一种带过流保护的线性稳压电路，其特征在于，所述第五开关管为NPN三极管，所述NPN三极管的基极为第五开关管的控制端，所述NPN三极管的发射极为第五开关管的负输出端，所述NPN三极管的集电极为第五开关管的正输出端；

所述第六开关管为PNP三极管，所述PNP三极管的基极为第六开关管的控制端，所述PNP三极管的发射极为第六开关管的负输出端，所述PNP三极管的集电极为第六开关管的正输出端。